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GESTIÓN DE SISTEMAS COMPLEJOS MEDIANTE INGENIERIA DE SISTEMAS ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA UNIVERSIDAD DE SEVILLA MÁSTER EN ORGANIZACIÓN INDUSTRIAL Y GESTIÓN DE EMPRESAS TRABAJO FIN DE MÁSTER Sonia Pereira Álvarez 28 de Noviembre, 2012 Índice de Contenido 1 INTRODUCCIÓN .................................................................................................... 1 1.1 Historia de la Ingeniería de Sistemas .............................................................. 1 1.2 ¿Qué es un Sistema? ...................................................................................... 2 1.3 Algunas Definiciones de Ingeniería de Sistemas .............................................. 3 2 METODOLOGÍA DE INGENIERÍA DE SISTEMAS ........................................................ 5 2.1 Fase de Adquisición ....................................................................................... 8 2.1.1 Diseño Conceptual ................................................................................. 8 2.1.2 Diseño Preliminar ................................................................................. 12 2.1.3 Diseño de Detalle y Desarrollo .............................................................. 14 2.1.4 Construcción/Producción ..................................................................... 16 2.2 Fase de Uso ................................................................................................. 17 2.3 Actividades de Test en el Ciclo de Vida ......................................................... 18 3 INVESTIGACIÓN DEL IMPACTO DE LA IS EN LOS PROYECTOS ................................. 20 3.1 Impacto de la IS en los Costes ...................................................................... 24 3.2 Impacto de la IS en el Tiempo ...................................................................... 29 3.3 Impacto de la IS en la Calidad ....................................................................... 31 3.4 Impacto de la IS en el Éxito .......................................................................... 33 4 CONCLUSIONES ................................................................................................... 38 5 BIBLIOGRAFÍA ..................................................................................................... 44 6 ACRONISMOS Y ABREVIATURAS .......................................................................... 46 Índice de Ilustraciones Ilustración 1: Esquema del Ciclo de Vida de un Sistema ......................................................... 5 Ilustración 2: Proceso de Análisis, Síntesis y Evaluación. ....................................................... 6 Ilustración 3: Fases, Etapas y Actividades del Ciclo de Vida de un Sistema ............................. 7 Ilustración 4: Impacto de la IS en el ciclo de vida de un sistema (GDELS, 2012) ....................... 8 Ilustración 5: Esquema de un Sistema FRACAS .................................................................... 17 Ilustración 6: Sobrecoste vs Inversión en la Definición del Sistema (Gruhl, 1992) ................. 25 Ilustración 7: Diferencia Esfuerzo de Desarrollo - Esfuerzo en IS (Gruhl, 1992) ..................... 25 Ilustración 8: Presupuesto invertido en IS (Dr. Ave K. Kludze, 2004) .................................... 26 Ilustración 9: Coste Incurrido/Coste Planificado vs Esfuerzo en IS (Honour, 2004) ................ 27 Ilustración 10: Coste Incurrido/Coste Planificado vs Esfuerzo en IS (Honour, 2010) .............. 28 Ilustración 11: Tiempo Real/Tiempo Planificado vs Esfuerzo en IS (Honour, 2004) ............... 30 Ilustración 12: Tiempo Real/Tiempo Planificado vs Esfuerzo en IS (Honour, 2010) ............... 31 Ilustración 13: Calidad Técnica vs Esfuerzo de IS (Honour, 2010) ......................................... 33 Ilustración 14: Hipótesis de partida del estudio del SECOE (Honour, 2004) .......................... 34 Ilustración 15: Calidad del Desarrollo vs Esfuerzo de IS (Honour, 2004) ............................... 34 Ilustración 16: Éxito subjetivo vs Esfuerzo de IS (Honour, 2004) .......................................... 35 Ilustración 17: Calidad del Desarrollo vs Esfuerzo de IS (Honour, 2010) ............................... 35 Ilustración 18: Cumplimiento de objetivos (adaptación de Miller, 2000). ............................. 36 Ilustración 19: Valor intuitivo de IS (Honour, 2006) ............................................................. 39 Ilustración 20: Percepción de la Reducción del Riesgo con IS (Honour, 2006) ....................... 39 Ilustración 21: Factores Cuantitativos (Honour, 2010) ......................................................... 42 Ilustración 22: Factores Subjetivos (Honour, 2010) ............................................................. 42 Ilustración 23: Correlación Mejorada del Coste Incurrido/Coste Planificado vs Esfuerzo en IS (Honour, 2010) ........................................................................................................... 42 Índice de Tablas Tabla 1: Matriz de Trazabilidad - Ejemplo “avión de pasajeros” ........................................... 13 Tabla 2: Información relevante de cada estudio analizado .................................................. 21 Tabla 3: Grados de IS del estudio de Boeing (adaptación de Frantz, 1995) ........................... 22 Tabla 4: Actividades de IS analizadas en estudio 6 (adaptación de Honour, 2010) ................ 23 Tabla 5: Indicadores investigados por cada estudio analizado ............................................. 24 Tabla 6: Inversión óptima en IS del estudio 6 (adaptación de Honour, 2010) ........................ 28 Tabla 7: Datos de tiempos del estudio de Boeing (adaptación de Frantz, 1995) .................... 29 Tabla 8: Datos de calidad del Estudio de Boeing (adaptación de Frantz, 1995) ..................... 32 TRABAJO FIN DE MÁSTER 1 1 INTRODUCCIÓN El objetivo de este Trabajo Fin de Máster es reflejar las ventajas de la metodología de Ingeniería de Sistemas (en adelante IS1) en la gestión de proyectos de gran envergadura. Para ello se ha realizado una revisión de la literatura sobre la aplicación de IS en proyectos reales, recopilando información de distintas fuentes y extrayendo posteriormente conclusiones de los resultados obtenidos al aplicar dicho método en organizaciones conocidas y pertenecientes a distintos sectores o unidades de negocio. El documento se compone de cuatro capítulos: En este primer capítulo se realiza una introducción a la IS, empezando por una breve reseña histórica. A continuación se explica el concepto de Sistema utilizado a lo largo de todo el documento, seguido de algunas definiciones de la metodología provenientes de distintas fuentes. El segundo capítulo describe la metodología de IS a través del Ciclo de Vida del Sistema, que como se verá más adelante, se divide en dos fases. La primera es la fase de adquisición, compuesta por las etapas de diseño conceptual, diseño preliminar, diseño de detalle y desarrollo y la etapa producción. La segunda fase es la de utilización del sistema, coincidente con la etapa de uso operacional y mantenimiento del mismo. El tercer capítulo incluye el análisis de ocho estudios llevados a cabo por diferentes entidades/autores para determinar el impacto de la aplicación de IS en diferentes programas. El análisis se realiza a través de lo que se considera como los 4 indicadores principales de los resultados de un proyecto: coste, tiempo, calidad y éxito. Finalmente, el último capítulo recoge las conclusiones derivadas de todo lo expuesto anteriormente. 1.1 Historia de la Ingeniería de Sistemas La IS es una metodología que data de mediados delsiglo XX. Hay diversidad de opiniones respecto sus orígenes, aunque todas están de acuerdo en que surge en respuesta a la necesidad de gestionar de forma eficiente proyectos complejos de ingeniería (Faulconbridge & Ryan, 2005), identificando las propiedades del Sistema como un todo, es decir, teniendo en cuenta el ciclo de vida del proyecto al completo, al comprender que las decisiones tomadas al comienzo del mismo tienen grandes consecuencias posteriormente. Esta metodología puede ser rastreada hasta principios de los años 40, en los Laboratorios Bell (Valerdi & Davidz, 2007, y Von Bertalanffy, 1976). La primera referencia que describe ampliamente el procedimiento de IS fue publicada en 1950 por Melvin J. Kelly, entonces director de los laboratorios de la compañía Bell Telephone, subsidiaria de investigación y TRABAJO FIN DE MÁSTER 2 desarrollo de la American Telephone & Telegraph en aquel entonces, debido a la acuciante complejidad que planteaba el desarrollo de redes telefónicas, entre otras cosas. Así, en 1943 se fusionaron sus departamentos de Ingeniería de Conmutación e Ingeniería de Transmisión bajo la denominación de Ingeniería de Sistemas. A juicio de Arthur D. Hall, pionero en el campo de la IS e ingeniero eléctrico de Laboratorios Bell (y que luego se estableció por su cuenta), la función de IS se había practicado durante muchos años, pero su reconocimiento como entidad organizativa generó mayor interés y recursos en la organización. En 1950 se creaba un primer curso de postgrado sobre el tema en el Instituto Tecnológico de Massachusetts y, posteriormente, sería el propio Hall el primer autor de un tratado completo sobre el tema (Hall, 1962). Más adelante, en los años 50, la IS comenzó a emerger gracias a la experiencia ganada en los programas de adquisición del Departamento de Defensa de EEUU (aviones, carros de combate, buques y misiles), sobre todo como consecuencia directa de la Segunda Guerra Mundial. Estos programas a menudo implican requisitos de usuario complejos que tienden a ser incompletos y definidos pobremente, en los que el riesgo técnico es alto al involucrar un gran número de disciplinas diferentes y el uso de tecnología emergente (Faulconbridge & Ryan, 2005). Mediante esta metodología fueron llevados a cabo algunos de los más famosos proyectos aeroespaciales de la NASA, como el Programa Apolo (1961-1972) para llevar al hombre a la Luna o el Programa Pioneer (1958-1978), de exploración planetaria mediante sondas no tripuladas. La corporación americana TRW, cuyos negocios se centran en gran medida en el sector aeroespacial y responsable de la construcción de las sondas del Programa Pioneer, también se atribuye a sí misma el merito de ser pionera en los métodos de IS, en base a su trabajo en el desarrollo misiles balísticos intercontinentales (Halverson, 2011) a finales de los años 50. En general, la IS ha ido evolucionando a lo largo de la segunda mitad del siglo XX y hasta nuestros días, pero que no fue definida formalmente como un campo hasta los años 90, cuando se fundó el National Council On Systems Engineering (Valerdi & Davidz, 2007), sociedad formada por representantes de corporaciones y organizaciones de EEUU con el objetivo de tratar la necesidad de mejoras en las prácticas profesionales de IS y en la educación. Como resultado de la implicación de ingenieros de sistemas de cualquier parte del mundo, el nombre de la organización se cambió a International Council On Systems Engineering, INCOSE2, en 1995. 1.2 ¿Qué es un Sistema? Un Sistema es un conjunto complejo de partes sujetas a un plan o propósito común. En el sentido más amplio de la palabra, es algo que proporciona una solución a un problema TRABAJO FIN DE MÁSTER 3 complejo (Faulconbridge & Ryan, 2005). Por ejemplo, el desarrollo y fabricación de un nuevo modelo de avión, de un carro de combate o la construcción de una central nuclear. Existen dos formas de describir un Sistema: En términos funcionales, refiriéndonos al problema que resuelve: o ¿Qué tiene que hacer? (funcionalidad) o ¿Cómo de bien tiene que hacerlo? (rendimiento) o ¿Bajo qué condiciones tiene que operar? (entorno) o ¿Sistemas externos implicados en su operación? (interfaces) Esto es el Dominio Problema y está a cargo del cliente, es decir, de la entidad que ha detectado la insuficiencia que necesita gestionar. En términos físicos, refiriéndonos a cómo se ha diseñado: o ¿Cómo se desglosa? (subsistemas y componentes) o ¿Cómo vamos a dimensionarlo? (diseño) o ¿Cómo vamos a fabricarlo? (procesos de fabricación) o ¿Cómo vamos a integrarlo? (ensamblaje y pruebas) Esto es el Dominio Solución, a cargo del contratista principal, es decir, de la entidad que diseña, fabrica e integra los sistemas capaces de cumplir los requisitos del dominio problema. Ambos dominios dependen uno del otro, de la misma forma que existe trazabilidad entre un problema y su solución. La relación entre cliente y contratista principal es el contrato. Un Sistema debe cumplir con las metas y objetivos del cliente, que deben estar claramente establecidos por el mismo en dicho contrato a través de la definición de unos requisitos. La detección de la necesidad o carencia representa el punto de partida de su Ciclo de Vida. Este concepto se explicará en detalle en el capítulo 2. 1.3 Algunas Definiciones de Ingeniería de Sistemas El debate acerca como definir la IS tiene varias décadas y el número de definiciones ha aumentado significativamente a lo largo de esta última. Definiciones clásicas surgieron durante los años 60 y 70, todas bastante parecidas en naturaleza, pero con variaciones en relación a como la referencian, denominándola en ocasiones como una práctica y otras como un proceso, un método o un enfoque (Rhodes & Hastings, March 2004). Así, en la literatura podemos encontrar tantas definiciones distintas como autores han estudiado este tema. En cierta forma, cada una ha sido enfocada de forma particular al objetivo de su autor. TRABAJO FIN DE MÁSTER 4 Según la norma militar estadounidense MIL-STD-499B3 (Department of Defense, 1993) la IS se define como: “Un enfoque interdisciplinar que abarca todo el esfuerzo técnico para desarrollar y verificar una serie de soluciones equilibradas del sistema a nivel producto y proceso, de forma integrada a lo largo de su ciclo de vida, de forma que se satisfagan las necesidades del cliente. La Ingeniería de Sistemas abarca: Desarrollo, fabricación, verificación, despliegue, operaciones, soporte, desactivación y formación del usuario en los productos y procesos del sistema. Gestión de la configuración del Sistema. Traslado de la definición del sistema en estructuras desglosadas de trabajo. Desarrollo de la información para la toma de decisiones de gestión. “ Por otro lado, el INCOSE la define como: “Un enfoque interdisciplinar cuyo objetivo es posibilitar la realización de Sistemas con éxito. Se centra en definir las necesidades del cliente y la funcionalidad requerida de forma temprana en el ciclo de desarrollo del proyecto, documentando los requisitos, sintetizando el diseño y validando el sistema, mientras se considera el problema al completo. La Ingeniería de Sistemas integra todas las disciplinas y especialidades en un esfuerzo de equipo, formando un proceso de desarrollo estructurado para llevar a cabo el proyecto desde su concepción hasta su producción y puesta en servicio. La Ingeniería de Sistemas considera las necesidades del negocio como las necesidades técnicas de los clientes, con el objetivo de proveer un producto de calidad que cumpla con necesidades del usuario”. La definición de Kossiakof & Sweet (Systems Engineering Principles and Practices, 2003) dice que: “La función de la Ingeniería de Sistemas es guiar la ingeniería de sistemas complejos.La Ingeniería de Sistemas está enfocada en el sistema como un todo y hace énfasis en la operación total. Mira al Sistema desde fuera, es decir, a su interacción con otros sistemas y a su entorno, así como desde dentro.” Podríamos seguir añadiendo decenas de definiciones procedentes de fuentes distintas, teniendo todas ellas en común la palabra Sistema y el objetivo de la IS de dirigir el esfuerzo de desarrollo del mismo a lo largo de todo su ciclo de vida. TRABAJO FIN DE MÁSTER 5 2 METODOLOGÍA DE INGENIERÍA DE SISTEMAS La IS se centra en el Ciclo de Vida del sistema al completo, y lo tiene en consideración a lo largo de todos los procesos de toma las decisiones. El Ciclo de Vida comienza con la detección de la necesidad de un sistema por parte del usuario y termina con la retirada de servicio del mismo, aunque no hay un acuerdo universalmente aceptado acerca de cuantas fases y etapas tiene. Existen muchos modelos de ciclo de vida. En este documento se presenta el de la MIL- STD-499B (Department of Defense, 1993) y Blanchard & Fabricky (Systems Engineering and Analysis, 1998), representado en la Ilustración 1, seleccionado por su sencillez y por la clara delimitación entre las 2 grandes fases en que divide el ciclo: Fase de Adquisición: Comienza con el establecimiento de la necesidad por parte de un grupo de usuarios y termina con la construcción o producción del sistema. Esta fase se compone de 4 etapas principalmente: o Diseño Conceptual o Diseño Preliminar o Diseño de Detalle y Desarrollo o Construcción y/o Producción Fase de Utilización: Comienza con la puesta en servicio del sistema y concluye con la retirada del mismo. Coincide con la etapa de uso operacional del sistema y el soporte/mantenimiento del mismo. Ilustración 1: Esquema del Ciclo de Vida de un Sistema La línea entre la fase de adquisición y la fase de uso es clara y nos permite analizar la aplicación de IS en ambas fases por separado a través de un proceso cíclico de Análisis, Síntesis y Evaluación como el de la Ilustración 2, recurrente en todas sus etapas. Como parte de la función de evaluación, debe realizarse una revisión de cada una de ellas tras su finalización. TRABAJO FIN DE MÁSTER 6 Ilustración 2: Proceso de Análisis, Síntesis y Evaluación. A lo largo de ambas fases, se llevan a cabo actividades de Test y Evaluación (T&E4) que involucran tanto al cliente como al contratista (principal y secundarios), de manera que el sistema es chequeado de forma continua a lo largo de todo su ciclo de vida, lo que asegura progresivamente que este es desarrollado conforme a los requisitos de cliente. Las fases de adquisición y de uso, todas sus etapas y las actividades de T&E serán explicadas en detalle en las secciones 2.1, 2.2 y 2.3 (Faulconbridge & Ryan, 2005). Para mayor claridad, en la Ilustración 3 se muestra un esquema del proceso. Obviamente no existe una única solución válida para todos los proyectos, por lo que la aplicación de esta metodología a distintos sistemas puede requerir de cierto grado de personalización del procedimiento para adaptarlo a las características individuales de cada caso. En las primeras etapas de un proyecto es dónde la IS tiene mayor potencial, ya que aproximadamente el 75% del coste del proyecto queda determinado en las etapas iniciales de diseño del ciclo de vida, lo que se pone de manifiesto en la Ilustración 4. Cuanto más se tarde en descubrir y corregir los problemas mayor será el impacto negativo en el proyecto, por ello el mayor esfuerzo o inversión de análisis debe realizarse en estas primeras etapas. La implementación exitosa de los procedimientos y métodos de IS en un proyecto tiene múltiples beneficios a lo largo del Ciclo de Vida de un sistema, entre los que podemos destacar los siguientes: Ahorro económico durante toda la vida del sistema. Aunque implementar la IS supone un coste adicional en el proyecto, sobre todo en las actividades tempranas del diseño y desarrollo, si el procedimiento es aplicado correctamente el ahorro resultante a lo largo de todo el Ciclo de Vida compensa sobradamente esta inversión inicial en recursos e infraestructura. Reducción del calendario global hasta la puesta en servicio del sistema. La IS se encarga de que los requisitos de usuario se reflejen fielmente en el diseño del sistema, minimizando el coste, en dinero y en retraso del proyecto, de cambios en los requisitos en etapas posteriores del ciclo de vida. Si fuera necesario hacer cambios en el diseño estos se detectarían en etapas tempranas. Debido a su riguroso procedimiento, la IS permite alcanzar un nivel de madurez del diseño elevado mucho antes. SÍNTESIS ANÁLISIS EVALUACIÓN TRABAJO FIN DE MÁSTER 7 Reducción significativa de los riesgos técnicos asociados al desarrollo del producto. Los riesgos técnicos son identificados al principio y monitorizados a lo largo del proceso usando un sistema de medida de rendimiento, revisiones de diseño y auditorías. La IS posibilita que todos y cada uno de los requisitos puedan ser trazados en todo momento aguas abajo hasta el diseño, y viceversa, garantizándose de esta forma que cualquier cambio en los mismos (o en su interpretación) es repercutida en las correspondientes modificaciones del producto, así como que cualquier modificación del diseño no se traducirá en incompatibilidades con los requisitos. Ilustración 3: Fases, Etapas y Actividades del Ciclo de Vida de un Sistema Diseño conceptual Identificación de requisitos Análisis de viabilidad Análisis de requisitos del sistema Síntesis a nivel de sistema Revisión del diseño del sistema Diseño preliminar Análisis de requisitos de subsistemas Distribución de los requisitos Identificación / diseño de interfaces Síntesis a nivel de subsistema Revisiones del diseño preliminar Diseño de detalle y desarrollo Diseño de detalle de subsistemas y componentes Integración de subsistemas y componentes Desarrollo de prototipos Revisiones del diseño de detalle Construcción/ Producción FASE DE ADQUISICIÓN Linea Base Funcional Linea Base Distribuida Linea Base de Producto T & E FASE DE USO Utilización del sistema Posibles modificaciones Mantenimiento del sistema TRABAJO FIN DE MÁSTER 8 Ilustración 4: Impacto de la IS en el ciclo de vida de un sistema (GDELS, 2012) 2.1 Fase de Adquisición La fase de adquisición comprende 4 etapas principales: Diseño Conceptual, Diseño Preliminar, Diseño de Detalle y Desarrollo y finalmente la Construcción y/o Producción de sistema. 2.1.1 Diseño Conceptual El Diseño Conceptual es un esfuerzo inicial de la IS centrado en conseguir un paquete de requisitos de usuario claramente definidos a nivel de sistema. En la práctica la definición de los requisitos funcionales del sistema suele ser pobre e incompleta, ya que los clientes a menudo describen sus necesidades de forma ambigua para protegerse de cambios y necesidades que les puedan ir surgiendo durante el desarrollo del proyecto. El Diseño Conceptual tiene como objetivo evitar esta ambigüedad y establece una Línea Base Funcional. El proceso sería el siguiente: Identificación de requisitos: Se trata de tener una idea completamente clara de lo que se pretende conseguir con el sistema antes de desarrollarlo. El resultado será un Documento de Requisitos de Sistema, documento de trabajo que permitirá al ingeniero de sistemas desarrollar la Especificación de Sistema. El ingeniero de sistemas debe asegurar la trazabilidad de cada requisito hasta la Especificación, asegurándose así que todos y cada uno de ellos hayan sido contemplados. También debe asegurarse la trazabilidad en sentido contrario, es decir, que cada decisión de diseño indicada en la Especificación corresponde al menos con un requisito, TRABAJO FINDE MÁSTER 9 asegurándose así que en la especificación no haya nada que no haya sido formalmente solicitado por el cliente. El Documento de Requisitos de Sistema es el primer documento crítico del proceso de IS que captura las necesidades del cliente/usuario, dejando completamente definida la aplicación o misión del sistema. El primer paso para elaborar el documento es la identificación de los recursos humanos involucrados en el proyecto, desde los usuarios eventuales, operadores y personal de mantenimiento hasta los ingenieros de sistemas y diseñadores, así como el personal de pruebas. En paralelo también deben identifican las restricciones del proyecto y de la empresa, así como las restricciones o limitaciones externas. A continuación es necesario definir las necesidades a cubrir, metas y objetivos a satisfacer, los escenarios operacionales (casos de usos o modos de operación) y las medidas de efectividad o métricas que valoran el grado de satisfacción del cliente con el producto. El siguiente paso consiste en definir os límites del sistema, definiendo las restricciones de diseño (por ejemplo el uso de ciertas tecnologías o herramientas), los interfaces existentes (presentes y futuros) y el alcance del suministro. Esta última parte es especialmente importante para los jefes de proyectos, que deben conocer de antemano qué debe incluir el sistema a diseñar y qué queda excluido del mismo. Finalmente, se confirma la estructura del documento seleccionada, teniendo en cuenta las referencias que proporcionan una guía en este aspecto (ANSI5 & AIAA6, 1992), y el documento se distribuye y aprueba por todas las partes interesadas. Análisis de viabilidad: Cuando los requisitos han sido identificados y articulados de forma satisfactoria, deben determinarse las alternativas para cumplir con las necesidades que estos representan. Dichas alternativas deben ser consideradas en términos de recursos disponibles como dinero, tiempo, personal y materiales. En la elaboración del Documento de Requisitos de Sistema ya debió ser incluido parte de este estudio de alternativas, al realizar la identificación de las restricciones del proyecto y de la empresa. Un correcto análisis de viabilidad implica la identificación de alternativas o soluciones a nivel de sistema, confirmando para cada una de ellas qué requisitos se cumplen y cuáles no se cumplen. Además, es necesario evaluar el potencial de cada alternativa en términos de viabilidad, rendimiento, efectividad, riesgo técnico y del proyecto y otras medidas del rendimiento, recomendando la mejor de las posibles soluciones. Análisis de requisitos del sistema: Este análisis comienza estableciendo un marco para los requisitos ó Estructura de Desglose de Requisitos, sobre la que se agrupan los distintos requisitos funcionales, como por ejemplo: Requisitos Medioambientales, Físicos, de Funcionamiento, de Interfaces, de Calidad y de Mantenimiento (entre otros). Estos requisitos son llamados requisitos funcionales, ya que definen las distintas funciones que el sistema necesita desarrollar. Por ejemplo, los requisitos de Entorno pueden ser la presión, temperatura, humedad, etc; los TRABAJO FIN DE MÁSTER 10 requisitos Físicos el tamaño, volumen, masa, forma, materiales, etc.; los requisitos de Funcionamiento las funciones, modos de operación, características hardware y software, etc. Una vez que las funciones han sido identificadas, es necesario definir los requisitos de prestaciones del sistema o parámetros de comportamiento de cada uno de los distintos requisitos funcionales. Es decir, una vez que se ha determinado qué debe hacer el sistema, ahora debe definirse cómo de bien debe hacerlo. Por ejemplo, para la temperatura definir el rango tolerado, para la masa el peso máximo, y para las funciones las horas de operación cada día y los días de operación cada año. A continuación, la definición de requisitos funcionales y de prestaciones se completa con la definición de los requisitos de verificación, que determinan cómo se va a testear el sistema. Es decir, una vez que se ha determinado qué debe hacer el sistema y cómo debe hacerlo, ahora debe definirse cómo va comprobarse. En ocasiones el cliente impone sus propios métodos de comprobación en el contrato. Los requisitos establecidos por el cliente suelen ser de alto nivel, es decir, se centran en las necesidades a nivel de sistema y suelen ser más cualitativos que cuantitativos. Es por esto que es necesario identificar también, mediante un análisis funcional, los llamados requisitos derivados, es decir, los requisitos que no son establecidos directamente por el cliente sino que son el resultado de que estos fluyan desde los niveles superiores aguas abajo. Un ejemplo sencillo de esto sería un requisito en el que nos indicasen que el sistema “avión de pasajeros”, que tenemos que diseñar y construir, debe proporcionar confort de primera clase. Los requisitos derivados serían, entre otros, establecer el espacio mínimo para poder estirar las piernas, las dimensiones de los asientos, los sistemas de entretenimiento a bordo, los baños disponibles y el servicio de catering. Para cada uno de los requisitos comentados anteriormente, es preciso detallar por qué son necesarios y en qué nos basamos para ello, de forma que se deje registro del histórico del fundamento de nuestras decisiones. La validación de requisitos del Diseño Conceptual no se realiza de golpe sino de forma progresiva por lotes, clasificándolos conforme a un nivel de prioridad (requisitos mandatorios, importantes y deseables) y definiendo las Medidas de las Prestaciones Técnicas (Technical Performance Measures, TPM7), es decir, el margen dentro del cual su valor puede ser considerado como aceptable. Este concepto no es nuevo y se asemeja a las técnicas de gestión de proyectos para el seguimiento de costes y de la planificación (IEEE.Std1220, 2005). Una vez identificados, validados y clasificados todos los requisitos se desarrolla el borrador de la Especificación Funcional del Sistema (que constituirá la Línea Base Funcional). Otro documento resultante de esta etapa es la Declaración de los Trabajos, documento contractual que limita el alcance de los trabajos a realizar de forma conjunta con el TRABAJO FIN DE MÁSTER 11 Documento de Requisitos de Sistema y que establece las consideraciones adicionales que no están recogidas en la Estructura de Desglose de Requisitos (marco de la futura Especificación de Sistema). Es decir, no sólo indica los elementos o subsistemas físicos necesarios para producir el Sistema, sino el resto de consideraciones y actividades del proceso de IS en relación a la gestión del esfuerzo del diseño y desarrollo del Sistema, como los entregables de documentación (asociados habitualmente con hitos de pago), las revisiones técnicas y auditorías a llevar a cabo, la gestión de la configuración y las actividades de T&E, entre otras cosas. También debe incluir la definición del soporte logístico a proporcionar (mantenimientos, repuestos, etc.) y las responsabilidades organizativas de todos los implicados (contratista y cliente) a través de todas las etapas del Ciclo de Vida del Sistema. La elaboración de este documento es parte de la gestión del jefe de proyecto. Síntesis a nivel de sistema: Se trata de establecer una configuración física inicial representativa de la forma final que tomará el sistema. En este punto el diseño aún no es lo suficientemente maduro, asumiéndose por tanto que dicha configuración no es la definitiva y que esta sufrirá cambios significativos a lo largo del resto del diseño. El primer paso es identificar soluciones potenciales para la arquitectura del sistema y recopilar información de cada una de las mismas, en términos de procesos, costes a lo largo de todo el ciclo de vida, aseguramientode la calidad, pruebas, mantenimiento, soporte logístico integrado, etc., de manera que sea posible evaluarlas e identificar las discrepancias. Tras dicha evaluación, se seleccionará la solución preferida, actualizándose el borrador que teníamos de la Especificación de Sistema. Este documento es quizá el más importante de todos los de IS, ya que es la referencia para todas las demás especificaciones subordinadas producidas posteriormente. Revisión de diseño del sistema: Esta revisión consiste en chequear el Diseño Conceptual con respecto a los requisitos de la Especificación de Sistema. Antes de llevarla a cabo, es necesario prepararla convenientemente, confirmando los criterios de entrada/salida, preparando la documentación a revisar y estableciendo una agenda. El resultado de dicha revisión debe ser la confirmación de la solución a nivel de sistema, mediante la Evaluación de la propuesta de diseño a nivel de sistema, la aprobación de la Especificación de Sistema, y el establecimiento de la Línea Base Funcional inicial, a partir de la cual se desarrollará el resto del diseño. Al finalizar deben acordarse acciones respecto a temas que puedan quedar pendientes durante la revisión. Dichas acciones se llevarán a cabo en paralelo al Diseño Preliminar y su ejecución será chequeada en revisiones o auditorias posteriores. TRABAJO FIN DE MÁSTER 12 2.1.2 Diseño Preliminar Tras establecer el Diseño Conceptual, la siguiente etapa del ciclo es el Diseño Preliminar. En esta etapa, el equipo de trabajo puede ser distinto del equipo que elaboró el Diseño Conceptual, ya que aquí el papel del cliente cambia, evitando involucrarse en las decisiones. La responsabilidad del resultado recae, por contrato, en el contratista principal. El punto de partida es la Línea Base Funcional, configuración física inicial establecida en el Diseño Conceptual. El objetivo es establecer una Línea Base Distribuida, dónde los requisitos funcionales a nivel de sistema son agrupados de forma lógica en los distintos subsistemas que lo componen. El proceso sería el siguiente: Análisis de requisitos de subsistemas: A partir de la Especificación de Sistema y las TPMs obtenidas en el Diseño Conceptual, se sigue un proceso parecido al análisis de requisitos de sistema, explicado anteriormente, pero ahora a nivel de subsistema, identificando análogamente los requisitos funcionales, de prestaciones de verificación y requisitos derivados, dejando registro de la justificación de las decisiones. Distribución de los requisitos: Es el proceso de agrupar o combinar los requisitos en subdivisiones lógicas que representen una arquitectura física preliminar de los subsistemas, basada en la configuración física del sistema que ya se estableció en el Diseño Conceptual. Para ello primero deben determinarse los subsistemas y/o componentes mayores, a cada uno de los que denominaremos Elemento de Configuración o Configuration Item (CI8), el cual será gestionado de forma individual en el Diseño Preliminar y seleccionado en base a la complejidad, criticidad, riesgo y coste asociados a su diseño, así como al desarrollo y suministro y elementos en común con otros subsistemas. Continuando con el ejemplo de sistema “avión de pasajeros”, comentado anteriormente, una arquitectura física preliminar típica podría estaría desglosada en los siguientes subsistemas o CIs: Tren de Aterrizaje, Alas & Fuselaje, Sistema de Combustible, Sistema Hidráulico, Mandos de Vuelo, Motor, Aviónica e Interior. Una vez definidos los CIs, los requisitos deben ser distribuidos de forma que se relacionen los requisitos funcionales con la estructura física de los CIs, habitualmente a través de una Matriz de Trazabilidad o de Distribución, en la que la Estructura de Desglose de Requisitos se muestra en el lateral izquierdo de la matriz, en vertical, y la estructura de Elementos de Configuración se muestra en el extremo superior de la matriz, en horizontal. Para el sistema “avión de pasajeros” se incluye un ejemplo de la matriz en la Tabla 1. TRABAJO FIN DE MÁSTER 13 Tabla 1: Matriz de Trazabilidad - Ejemplo “avión de pasajeros” A partir de dicha matriz y del documento de Declaración de los Trabajos definido en el Diseño Conceptual, se desarrollará la Estructura de Desglose de los Trabajos, en la que se incluyen no sólo los paquetes físicos de elementos y subsistemas a suministrar, entre los deben que incluirse todos los CIs, sino los paquetes de actividades o trabajos necesarios para su desarrollo, producción y test, entre otras cosas. Para cada CI debe elaborarse una Especificación Técnica, cuya forma dependerá de la alternativa seleccionada para la producción del elemento en cuestión. Para el caso de los elementos a producir mediante un desarrollo interno, en esta etapa deben comenzar a elaborarse los borradores de las correspondientes Especificaciones de Desarrollo. Por otra parte, para los elementos comerciales se elaborarán Especificaciones de Producto. Identificación/diseño de interfaces: En la selección y definición de los CIs que componen el sistema deben identificarse los interfaces entre ellos (físicos, eléctricos, electrónicos, hidráulicos/neumáticos, software, Tren de Aterrizaje Alas & Fuselaje Sistema de Combustible Sistema Hidráulico Mandos de Vuelo Motor Aviónica Interior Funcional Largo de la pista X X X Asientos X Entretenimiento a bordo X Instalaciones X Catering X Repostaje X Economía de combustible X X X Carga/descarga X Velocidad de crucero X X Grabación X Configuración Equipo de seguridad X Salidas de emergencia X Interface Ayudas a la navegación X Ayudas despegue/aterrizaje X Sistemas de comunicaciones X Físico Peso del avión X X X X X X X X Espacio para las piernas X Dimensiones de asientos X Espacio equipaje de mano X Nº de pasajeros X X Medioambiente Superficie de la pista X Calidad Mantenimiento operacional X X X X X X X X Personal necesario X X Restricciones Nº de motores X X TRABAJO FIN DE MÁSTER 14 etc.), elaborándose habitualmente un Documento de Control de Interfaces para cada uno de ellos. Esta parte del Diseño Preliminar es crítica, ya que no solo garantiza el éxito en la integración de los distintos subsistemas sino que, además, impone limitaciones y requisitos adicionales en el diseño de cada CI individualmente. Síntesis a nivel de subsistema. Para cada subsistema partimos de la revisión de su Especificación Técnica y de su Documento de Control de Interfaces para investigar las alternativas disponibles para su desarrollo y producción, es decir, para definir si se usarán Commercials-Off-the-Shelf (COTS9 o MOTS10, estos últimos específicos para aplicaciones militares), COTS modificados o elementos de desarrollo. Para la selección de los distintos subsistemas es importante recordar que lo fundamental es asegurar unas prestaciones óptimas para el sistema completo frente a las prestaciones de cada subsistema o componente individual. Esto conlleva hacer un buen uso del espacio de diseño y adoptar soluciones de compromiso. Revisiones del diseño preliminar: Para sistemas complejos y/o de gran tamaño, lo habitual es establecer una revisión para cada CI. Se trata de una revisión formal cuyo objetivo es asegurar que el Diseño Preliminar es adecuado antes de pasar al Diseño de Detalle. Antes de llevarla a cabo, es necesario prepararla convenientemente, confirmando los criterios de entrada/salida, preparando la documentación a revisar y estableciendo una agenda. Dicha documentación consiste en los borradores de las Especificaciones de Desarrollo y en los Documentos de Control de Interfaces. Durante estas revisiones debe confirmarse la arquitectura de los CIs, así como sus Especificaciones de Desarrollo y los Documentos de Control de Interfaces. A continuación debe confirmarsela completa trazabilidad entre los requisitos de la Línea Base Funcional del Diseño Conceptual y la arquitectura física resultado del Diseño Preliminar y viceversa, esto último para asegurar que no hay requisitos innecesarios ocultos entre los necesarios. El resultado será el establecimiento de la Línea Base Distribuida, a partir de la cual se desarrollará el resto del diseño. Al finalizar la revisión deben acordarse acciones respecto a temas que puedan quedar pendientes, como desviaciones respecto a los requisitos que deban corregidas y cuya ejecución será chequeada en revisiones o auditorias posteriores. 2.1.3 Diseño de Detalle y Desarrollo El Diseño de Detalle y Desarrollo continúa el esfuerzo de IS desde los resultados de las fases anteriores de diseño, es decir, parte de la Línea Base Funcional y la Especificación de Sistema del Diseño Conceptual, así como de la Línea Base Distribuida y del conjunto de Especificaciones de Desarrollo de los CIs del Diseño Preliminar. TRABAJO FIN DE MÁSTER 15 Diseño de detalle e integración de los elementos del sistema: Llegados a este punto ya pueden definirse los requisitos detallados para unidades, montajes y componentes, así como los requisitos detallados para sus interfaces, imprescindible para una buena integración de todos los componentes entre sí. De esta forma, dichos componentes podrán ser comprados (COTS), comprados y modificados (COTS modificados) o construidos (desarrollados). Para los elementos comerciales será necesario definir las correspondientes Especificaciones de Producto. Durante esta etapa deben llevarse a cabo actividades y tests de integración de los distintos subsistemas entre sí dentro de las actividades de Test y Evaluación (T&E). Dichas actividades serán explicadas con más detalle en la sección 2.3. Desarrollo de prototipos: En esta etapa es habitual el desarrollo y producción de prototipos del sistema completo o al menos de modelos reducidos para probar funcionalidades concretas. Sobre dichos prototipos y modelos también se llevarán a cabo actividades de T&E que verificarán el diseño. Para asegurar la optimización de dichas actividades, sumamente caras y grandes consumidoras de recursos, es habitual que el cliente requiera, de forma contractual, un chequeo previo o Revisión de la Preparación para los Tests en la que debe revisarse el Plan Maestro de T&E, los resultados formales e informales de las pruebas previas que ya hayan sido realizadas, la documentación de soporte (como manuales y especificaciones) y el listado exhaustivo de repuestos, equipamiento e instalaciones necesarias, para que todo esté preparado y disponible antes de comenzar con las pruebas. Revisiones del diseño de detalle: A lo largo del Diseño de Detalle se organizan un gran número de revisiones informales de seguimiento de la evolución del diseño. Al terminar este, se lleva a cabo la Revisión Crítica de Diseño, es decir, la revisión formal final antes de pasar a la Fase de Producción. Al igual que sucedía con la Revisión del Diseño Preliminar, para sistemas complejos y/o de gran tamaño, lo habitual es establecer una revisión para cada CI. Las Revisiones Críticas de Diseño evalúan el Diseño de Detalle mediante la revisión de las Especificaciones de Producto, los Documentos de Control de Interfaces, los planos generados y el progreso de las TPMs, en especial de aquellas que se resaltaron en las revisiones de Diseño Preliminar como problemas potenciales, así como la rectificación de las discrepancias levantadas durante las Revisiones de Diseño Preliminar. Para asegurar la preparación para la producción/construcción, también deben revisarse el Plan de Producción y del Plan de Aseguramiento de la Calidad. Respecto al Plan de Producción deben chequearse como mínimo los recursos necesarios (instalaciones, personal, formación requerida), las consideraciones de ingeniería de TRABAJO FIN DE MÁSTER 16 producción (planificación, métodos de fabricación y procesos así como utillaje especial), los materiales y compras (lead times largos), la gestión (control de procesos, de la producción y seguimiento de subcontratistas) y la logística (requisitos especiales de empaquetado, almacenamiento y tratamiento). Finalmente, debe determinarse la compatibilidad del diseño, referido a la compatibilidad de los CIs con otros aspectos del sistema, como por ejemplo las instalaciones. Si la Revisión Crítica termina satisfactoriamente, el conjunto de las especificaciones de definición de los componentes del sistema establece la Línea Base de Producto, lo que supone la congelación del diseño. 2.1.4 Construcción/Producción La construcción o producción del sistema es la etapa final de la Fase de Adquisición, en la que el sistema será producido según la Línea Base de Producto obtenida en la etapa de Diseño de Detalle y Desarrollo, y dónde de nuevo se llevarán a cabo actividades de T&E para asegurar que la configuración final del mismo cumple con el propósito para el que fue concebido. Asimismo, durante esta etapa es imprescindible llevar a cabo actividades de gestión de la configuración, entre las que se incluyen auditorías de control de configuración, para comprobar que efectivamente el sistema se produce acorde a la Línea Base de Producto. Algunos proyectos están dirigidos a producir un único sistema, como la construcción de un centro comercial o de un buque, mientras que en otras ocasiones, el objetivo es la producción de múltiples copias del sistema e incluso la producción a gran escala. En este segundo caso, el primer sistema producido lo será como prototipo, soportando la verificación del diseño y la validación del usuario. Lógicamente, el proceso de producción de los sistemas en los que sólo va a producirse una unidad difiere totalmente de los sistemas de producción múltiple. Los requisitos de producción deben ser considerados en etapas tempranas de la Fase de Adquisición para asegurar que los riesgos relacionados son identificados y dirigidos lo antes posible. Para ello, los ingenieros de producción deben trabajar en equipo con los ingenieros de diseño desde las primeras actividades para asegurar que el diseño es fabricable, de manera que todos los aspectos relacionados con la fabricación sean tenidos en cuenta en el diseño y monitorizados a lo largo del mismo. De hecho, como ya se comentó anteriormente, el Plan de Producción debe ser elaborado antes de llegar a la etapa de producción, durante el Diseño de Detalle y Desarrollo, y aprobado en la Revisión Crítica de Diseño. Sin embargo, aún siguiendo escrupulosamente el procedimiento durante el diseño, es muy probable que durante la etapa de producción se haga evidente, incluso antes de terminar, que el sistema no va a cumplir con todos los requisitos especificados en las Líneas Base. Para cubrir esta posibilidad, desde la gestión de la configuración se debe considerar un sistema de gestión de modificaciones, desviaciones y concesiones, que contemple tanto cambios de TRABAJO FIN DE MÁSTER 17 diseño como cambios en los requisitos. Habitualmente, estas modificaciones deben ser aprobadas por el cliente. 2.2 Fase de Uso Una vez que el sistema ha pasado todos los tests y auditorías de validación está listo para su entrada en servicio, es decir, para su fase de uso. Las actividades mayores que se realizar durante esta fase la utilización operativa del sistema, posibles modificaciones y mantenimiento. Las actividades de IS continúan aquí, dando soporte a las posibles modificaciones del sistema para rectificar los déficits de funcionamiento y/o rendimiento que pueda presentar, normalmente debido a: Defectos detectados a posteriori de la entrega del sistema al cliente. Los fallos de funcionamiento no detectados en la fase de adquisición son detectados a posteriori, cuando el sistema se sitúaen su verdadero entorno operacional y se prueba su propósito. Para la detección, análisis y establecimiento de acciones correctivas se usa el sistema FRACAS11 (Failure Reporting Analysis and Corrective Action System), cuyo procedimiento, según la (MIL-STD-2155, 1985), consiste en un ciclo continuo como el representado en la Ilustración 5. Ilustración 5: Esquema de un Sistema FRACAS DETECCIÓN DEL FALLO O INCIDENCIA PROPUESTAS DE ACCIONES (SOBRE EL PRODUCTO, PROCESO, ETC.) ANALISIS DE CAUSAS DEL PROBLEMA IMPLEMENTACIÓN DE LAS ACCIONES CIERRE DE LA INCIDENCIA BD FRACAS ACCESO USUARIOS TESTEO Y OPERACIÓN DEL SISTEMA RECOLECCION DE DATOS SOLUCION OPTIMA? EVALUACIÓN DE LAS PROPUESTAS SI NO APERTURA EN EL SISTEMA TRABAJO FIN DE MÁSTER 18 La diferencia fundamental entre un sistema de mantenimiento y el sistema FRACAS es que el primero rectifica el fallo y el segundo rectifica la causa del fallo. Cambios en los requisitos operativos del sistema, normalmente los cambios en los requisitos se deben a cambios en el entorno de trabajo del sistema (limitaciones externas). Cambios necesarios para facilitar y/o mejorar el mantenimiento del sistema. Modificaciones enfocadas a aumentar las prestaciones y/o fiabilidad del sistema, normalmente debidos a la obsolescencia de la tecnología utilizada o el efecto último modelo. La gestión de la configuración debe seguir aplicándose cuando existen modificaciones, de forma que se asegure en todo momento que el sistema está bien documentado, ya que las diferencias entre la configuración física real del sistema y su documentación implican una operación y mantenimiento difícil y potencialmente peligroso. Esto se pone de manifiesto claramente en sistemas repetitivos debido a la producción en serie de una flota (aviones, barcos, tanques, etc.), donde las diferencias entre los distintos sistemas suelen ser pequeñas y asociadas a unas efectividades. En este tipo de sistemas las modificaciones no gestionadas/documentadas impactan muy negativamente en su operación, mantenimiento y seguridad. Al finalizar la Fase de Uso del sistema este es retirado de servicio, lo que completaría su ciclo de vida. Durante el diseño también es necesario tener en cuenta esta última actividad, ya que hay que tener ciertas consideraciones en lo que concierne a la retirada de ciertos materiales, ya que habitualmente esta pueda ser cara y/o difícil, como por ejemplo en los casos de material radiactivo, criptográfico o material de construcción, como por ejemplo asbestos. A menudo el fin del ciclo de vida de un sistema marca el comienzo del ciclo de vida de otro sistema al establecerse una nueva necesidad. 2.3 Actividades de Test en el Ciclo de Vida La función de T&E es llevada a cabo a lo largo de todo el ciclo de vida del sistema e involucra tanto al cliente como al contratista. La idea es testear y evaluar el sistema de forma progresiva a lo largo de las fases de adquisición y uso, para evitar modificaciones de diseño costosas en tiempo y dinero si estas deben ser implementadas al final del ciclo, de manera que pueden ser consideradas como una medida de mitigación de riesgos. El objetivo del proceso completo de IS es producir un sistema que pueda ser verificado contra la documentación producida durante el diseño del sistema y validado contra las necesidades, metas y objetivos que iniciaron el desarrollo del sistema en primer lugar. Estos dos conceptos a menudo son combinados en lo que se denomina Verificación y Validación, lo TRABAJO FIN DE MÁSTER 19 que asegura no sólo que hemos construido un sistema correctamente sino que hemos construido el sistema correcto. Hay 3 categorías principales en las actividades de T&E: T&E de Desarrollo, actividades llevadas a cabo durante la Fase de Adquisición. T&E de Aceptación, actividades llevadas a cabo para la aceptación formal del sistema por parte del cliente. Es el límite entre la Fase de Adquisición y la Fase de Uso. T&E Operacional, actividades llevadas a cabo durante la Fase de Uso tras la aceptación formal del sistema por el cliente. Realizada por el personal de operación y bajo condiciones realistas. El Plan Maestro de T&E es un documento requerido por contrato, preparado por el contratista y aprobado por el cliente. Dicho plan debe describir el sistema e incluir un programa detallado para las distintas actividades de T&E a desarrollar en cada etapa del proyecto, dónde se especifiquen las responsabilidades de cada parte de la organización involucrada en las mismas, así como los recursos necesarios para llevarlas a cabo (personal, equipamiento, materiales, repuestos, simuladores, modelos, etc.) y la planificación de estos en el tiempo. El resto de documentos relevantes para el plan de T&E deben ser incluidos al menos como apéndices, como por ejemplo los procedimientos a utilizar. TRABAJO FIN DE MÁSTER 20 3 INVESTIGACIÓN DEL IMPACTO DE LA IS EN LOS PROYECTOS En ocasiones es bastante difícil poder demostrar dentro de una organización el beneficio o valor añadido que aporta la práctica de la IS de forma que se justifiquen sus costes. En este sentido, esta metodología puede considerarse una especie de medicina preventiva, ya que a priori es complicado conocer de forma precisa cuantos problemas ha evitado ni hasta qué punto ha mejorado los resultados del proyecto. En este capítulo se pretende plasmar el impacto de la IS sobre los proyectos mediante la medida de distintos indicadores de los resultados de un proyecto: coste, tiempo, calidad del sistema resultante y éxito. Para ello, se han analizado 8 estudios llevados a cabo por diferentes entidades encontrados tras una revisión de la literatura sobre la aplicación de la IS en proyectos reales. En la Tabla 2 se resume la información relevante de cada uno de dichos estudios. Son diferentes análisis de proyectos realizados por entidades en los que se han tomado datos y realizado medidas. Todos ellos son estudios cuantitativos, salvo el estudio 3 en el que se ha realizado una encuesta. Para cada uno de ellos se especifica qué parte de la IS se ha aplicado en los proyectos analizados. El estudio 1, realizado por la NASA a finales de los años 80, se basa en una muestra de 32 grandes proyectos llevados a cabo entre los años 70 y 80 por dicha organización (Gruhl, 1992). A lo largo del mismo se recopilaron datos de costes durante las etapas de definición de cada uno de los sistemas, correspondientes al diseño conceptual, diseño preliminar y diseño de detalle y desarrollo de la metodología de IS. El estudio 2 fue llevado a cabo a principios del siglo XXI por la división de productos comerciales de IBM (Barker, 2003), al implementar la metodología de IS en sus desarrollos de software comercial. Durante dicha implementación se realizó el seguimiento de la efectividad del cambio en una muestra de 8 proyectos, aplicando IS en cinco de ellos a lo largo de la fase de adquisición de los sistemas y midiendo costes en todos ellos. El estudio 3 es una encuesta de la NASA e INCOSE en el que se pretende analizar el beneficio obtenido con la implementación de IS en proyectos complejos (Kludze, 2004) a lo largo del ciclo de vida de cada uno según la percepción de empleados de ambas organizaciones. Dichos empleados estaban involucrados directamente en la gestión y desarrollo de los sistemas resultantes (personal con perfil de jefe de proyecto, ingeniero de sistemas o similar), obteniéndose resultados en cuanto a costes, tiempo y calidad de los proyectos. TRABAJO FIN DE MÁSTER 21 Tabla 2: Información relevante de cada estudio analizado El estudio 4, realizado en los años 90, fue realizado por la empresa aeronáutica Boeing. En él se llevó a cabo un análisis del impacto de la implementación de la metodología de IS en el tiempoy la calidad para tres proyectos de sistemas similares que iban a producirse de forma simultánea (Frantz, 1995). Los proyectos consistían en el desarrollo y fabricación de sistemas de sujeción de grandes partes de aviones durante su proceso de producción, todos ellos de coste, características y prestaciones análogas a priori. La única diferencia significativa entre los tres proyectos era el grado de implementación de IS a lo largo de la fase de adquisición de los proyectos, el cual variaba desde prácticamente nulo en uno de ellos hasta un grado medio y alto respectivamente en los otros dos. En estos últimos se aplicó IS a lo largo de toda la fase de adquisición de los mismos, es decir, tanto durante las etapas de diseño y desarrollo como durante la etapa de fabricación y pruebas. La diferencia entre los distintos grados de implementación de IS en cada proyecto del estudio 4 se puede apreciar en la Tabla 3, en la que se especifica cómo se llevaron a cabo ciertas actividades concretas del desarrollo de los proyectos en las que los procedimientos del diseño tradicional difieren completamente de los de IS, como pueden ser, por ejemplo, la gestión de requisitos o el enfoque de las pruebas. Ref. Entidad Fecha/ Década Tamaño Muestra Tipo/s de Proyecto/s Parte de la IS Aplicada 1 Gruhl, 1992 NASA Finales de los años 80 32 proyectos estudiados Grandes proyectos de la NASA desarrollados entre los años 70 y 80 Etapas de definición 2 Barker, 2003 IBM Principios del siglo XXI (en torno al 2000) 8 proyectos estudiados Proyectos de desarrollos Software de IBM Fase de adquisición 3 Kludze, 2004 NASA/INCOSE Principios del siglo XXI (en torno al 2000) 379 participantes en la encuesta Todas 4 Frantz, 1995 BOEING Años 90 3 proyectos estudiados Sistemas de sujeción de grandes partes de aviones durante su fabricación Fase de adquisición 5 Honour, 2004 SECOE 2001 44 proyectos estudiados Todas 6 Honour, 2006 & 2010 Univ. del Sur de Australia 2004 a Actualidad 48 proyectos estudiados hasta 2010 Todas 7 Ancona, 1990 MIT Finales de los años 80 45 proyectos estudiados Proyectos de desarrollo de productos tecnológicos Todas 8 Miller, 2000 MIT Finales de los años 90 60 proyectos estudiados Grandes proyectos desarrollados entre los años 80 y 90 Todas TRABAJO FIN DE MÁSTER 22 Tabla 3: Grados de IS del estudio de Boeing (adaptación de Frantz, 1995) El estudio 5, realizado por el SECOE, Centro de Excelencia en IS del INCOSE, comenzó en 2001, llevando a cabo un proyecto de investigación para intentar cuantificar el beneficio aportado por la IS a lo largo del ciclo de vida de un proyecto. Hasta el momento de la publicación se analizaron datos de costes, tiempos y éxito de 25 proyectos reales (Honour, 2004), añadiéndose posteriormente al estudio los resultados de 19 proyectos más. El autor del estudio 5 continúa su trabajo justo después de la publicación del mismo mediante el estudio 6 (Honour, 2006 & 2010) a través de la Universidad del Sur de Australia, investigación que aún sigue abierta y en proceso, ofreciendo a las empresas que quieran participar en ella un estándar de comparación para su negocio. En el documento publicado con los resultados obtenidos hasta la fecha (Honour, 2010), el autor mantiene la información de los 44 proyectos del estudio 5 y le añade datos de 48 proyectos más, de forma que el tamaño de la muestra va siendo más significativo cada vez, en total 92 proyectos analizados, incluyendo además datos del indicador calidad, no analizados en el estudio 5. También incluye la medida Grado casi nulo Grado medio Grado alto Nivel de experiencia en gestión de sistemas por IS Bajo Gestión de subcontratistas Revisiones periódicas de diseño Acceso y soporte disciplinas de gestión de sistemas Bajo acceso Gran acceso pero poca atención Gran acceso y gran atención Enfoque de la gestión de requisitos Requisitos simbólicos Enfoque de diseño Buenas especificaciones de HW y SW Adherencia a la especificación funcional Se siguen las especificaciones a lo largo del desarrollo y fabricación. Estas son actualizadas a medida que el diseño madura Revisiones de diseño Revisiones semanales por equipos Revisiones formales internas. Poca atención a los inputs externos Revisiones formales internas. Atención moderada a los inputs externos Enfoque para las pruebas de integración Definidas tras el diseño Enfoque para las pruebas de aceptación Tests definidos en el plan general de pruebas Tests basados en los criterios de aceptación de la especificación de requisitos y en la especificación funcional Bajo a Medio Ingenieros de sistemas full-time en los subcontratistas mayores Requisitos integrados, detallados y completos desarrollados por todos los actores implicados. Sesiones de trabajo intensivas hasta llegar a un 95% de consenso entre todas las partes Especificaciones funcionales dirigidas vía requisitos. HW y SW, procesos e interfaces totalmente incluidos en ellas No se siguen las especificaciones durante el desarrollo y fabricación. Estas son actualizadas por requerimiento del diseño Definidas temprano en el ciclo de vida y dirigidas por la especificación funcional TRABAJO FIN DE MÁSTER 23 de la correlación existente entre los 4 indicadores del proyecto (coste, tiempo, calidad y éxito) para las 8 categorías o actividades concretas de IS que se indican en la Tabla 4. Tabla 4: Actividades de IS analizadas en estudio 6 (adaptación de Honour, 2010) El estudio 7, realizado por el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT12), fue llevado a cabo a finales de los años 80 e investiga la gestión del tiempo en proyectos de ingeniería (Ancona & Caldwell, 1990). Se recopilaron datos de 45 equipos de desarrollo de productos tecnológicos, identificando las múltiples tareas realizadas por sus miembros a lo largo de la fase de adquisición de los proyectos y midiendo el tiempo dedicado a cada una de ellas. También se midió el éxito de cada proyecto, entendido este como el nivel de calidad y comercialización del producto. El estudio 8, también llevado a cabo por el MIT a finales de los años 90, investiga la gestión estratégica de grandes proyectos de ingeniería (Miller, 2000). El estudio recopila datos de una muestra de 60 grandes proyectos de ingeniería de diversas áreas realizados desde los años 80 hasta el momento del estudio. Dichos datos relacionaban el tipo de gestión llevada a cabo en cada proyecto con el éxito del mismo, entendido este como los resultados obtenidos a nivel de coste, tiempo y cumplimiento de los objetivos marcados a su inicio. DESCRIPCIÓN MD Definición del Propósito del Sistema Identificación y análisis de requisitos de sistema. (Actividad típica del diseño conceptual) RE Ingeniería de Requisitos Identificación y análisis de requisitos de subsistemas y componentes. (Actividad típica del diseño preliminar) SA Arquitectura del Sistema Sintetizar el diseño de un sistema a través de la arquitectura de sus componentes y su integración. (Forma parte del diseño de detalle, desarrollo) SI Implementación del Sistema Esfuerzo de soporte a la creación del primer prototipo. (Forma parte del diseño de detalle, desarrollo) VV Verificación y Validación Verificación del sistema físico contra sus requisitos y validación del mismo contra su propósito u objetivo. (Actividades de Test) TA Análisis Técnico Análisis multidisciplinar depropiedades del sistema en desarrollo, orientado a predecir las prestaciones del sistema y dar soporte en la toma de decisiones de compromiso. (Forma parte del diseño preliminar) SM Gestión del Alcance Gestión del alcance del suministro, tanto con los suministradores como con los clientes, así como de las relaciones contractuales con ambos. (Se prolonga a lo largo de todo el ciclo de vida) TM Gestión Técnica/Dirección Esfuerzo de guiar y coordinar al personal hacia el éxito del proyecto. Abarca tareas de planificación del programa, gestión técnica, gestión de equipos, gestión del riesgo y gestión de la configuración (entre otras). (Se prolonga a lo largo de todo el ciclo de vida) A C TI V ID A D D E IS TRABAJO FIN DE MÁSTER 24 En la en la Tabla 5 se recogen los indicadores investigados por cada estudio. En las secciones a continuación se analizan los resultados obtenidos para dichos indicadores. Tabla 5: Indicadores investigados por cada estudio analizado 3.1 Impacto de la IS en los Costes Según se indica en la Tabla 5, en los estudios 1, 2, 3, 5 y 6 se obtuvieron resultados para el indicador coste. En el estudio 1, realizado por la NASA (Gruhl, 1992), se compara el sobrecoste total del proyecto frente a la inversión durante la definición del sistema (periodo en el que se llevan a cabo las etapas de diseño conceptual, diseño preliminar y diseño de detalle y desarrollo de IS). En la Ilustración 6 se muestran los datos respecto a este indicador para cada uno de los 32 proyectos de dicho estudio, representándose el porcentaje del sobrecoste incurrido a lo largo del proyecto (Program Overrun) frente al porcentaje invertido en la definición de los sistemas (Definition Percent of Total Estimate), ambos porcentajes calculados sobre el presupuesto objetivo total (Target + Definition$). Dicho presupuesto objetivo total se divide en una parte fija, consistente en el presupuesto objetivo para todo el proyecto excepto las etapas de definición (Target), mas una parte variable consistente en la cantidad invertida en la definición (Definition$). Como puede observarse en la gráfica, cuanto mayor era el gasto en las etapas de definición del proyecto, menor era el sobrecoste incurrido a lo largo del proyecto completo. Además, se pueden extraer las siguientes observaciones: En gran parte de los proyectos, el sobrecoste incurrido a lo largo del proyecto era mayor del 40% del coste total. En la mayoría de los proyectos, la inversión en la definición del sistema era menor del 10% del coste total. El mínimo de la curva de aproximación del sobrecoste está en torno al 15% de inversión en la definición. Sin embargo, el coste de definición de los proyectos no se corresponde exactamente con el coste de IS en dicho periodo, aunque sí se puede considerar como una buena aproximación, COSTE TIEMPO CALIDAD ÉXITO 1 X 2 X 3 X X X 4 X X 5 X X X 6 X X X X 7 X 8 X INDICADORES ES TU D IO S TRABAJO FIN DE MÁSTER 25 tal y como se indica en la Ilustración 7, en la que se muestra el esfuerzo de desarrollo (Development Effort) a lo largo del tiempo para un proyecto tipo de la NASA, comparándose el esfuerzo total a lo largo del mismo (Total Project Effort), con la parte o fracción de dicho esfuerzo invertido en la aplicación de IS (Systems Engineering Effort). Como puede observarse, gran parte del esfuerzo del proyecto en la definición del sistema se corresponde con el esfuerzo de aplicación de IS en dicho periodo, y por lo tanto con la inversión en esta. Por lo tanto, podemos extrapolar que el nivel óptimo de inversión en las correspondientes etapas de IS (diseño conceptual, diseño preliminar y diseño de detalle y desarrollo de IS) que minimiza el sobrecoste podría estar también próximo al 15% del presupuesto total o al menos en un entorno cercano a este valor. Ilustración 6: Sobrecoste vs Inversión en la Definición del Sistema (Gruhl, 1992) Ilustración 7: Diferencia Esfuerzo de Desarrollo - Esfuerzo en IS (Gruhl, 1992) En el estudio 2, de IBM (Barker, 2003), se recurrió a métricas de productividad que calculan el coste relativo de los sistemas respecto a su tamaño, dividiendo el coste absoluto de cada proyecto entre el número de puntos función del sistema en cuestión (ya utilizadas en IBM previamente al estudio), lo que permitía poder comparar entre sí los costes de sistemas TRABAJO FIN DE MÁSTER 26 distintos. El método de los puntos función fue definido por Allan Albrecht, de IBM, para valorar el tamaño de proyectos de desarrollo de software, midiendo a través de dichos puntos la funcionalidad puesta al servicio del usuario del sistema, independientemente de la tecnología utilizada para ello (A.J.Albrecht, 1979). Este método representa hoy día una métrica habitual en muchas empresas de desarrollo software. Los resultados de este estudio indican que el uso de procesos de IS mejoran la productividad de los proyectos en combinación con una adecuada gestión de proyectos y procesos de test, ya que las métricas indicaban que el ahorro medio en el coste de los proyectos en los que se invirtió en IS fue de un 30% respecto a aquellos en los que no se aplicó esta metodología. Los resultados en cuanto a coste del estudio 3, encuesta de la NASA y el INCOSE (Kludze, 2004), se muestran en la Ilustración 8, donde se observa el porcentaje de participantes frente al porcentaje del presupuesto total de sus proyectos más recientes invertido en tareas de IS. Ilustración 8: Presupuesto invertido en IS (Dr. Ave K. Kludze, 2004) Como puede observarse, el resultado obtenido a priori es bimodal, aunque posteriormente se determinó que los resultados podían haberse visto sesgados por la interpretación de “proyectos más recientes” por parte de los participantes, de forma que estos incluyeran sólo datos de los proyectos recientes en los que hubieran implementado IS a alto nivel, es decir, proyectos en los que la inversión en IS era siempre alta, en lugar de incluir datos de todos sus proyectos recientes con implementación de IS tanto a alto como a bajo nivel. Conforme a lo anterior, si se eliminan los datos en los que el porcentaje invertido es > 16%, se obtiene que para la mayoría de los participantes (74% de la NASA y el 79% del INCOSE) el porcentaje del presupuesto total de sus proyectos destinado a IS era menor del 6%. Asimismo, la encuesta reveló que más de la mitad de los participantes (> 60%) dijo haber notado reducción en el coste de los proyectos tras la aplicación de IS, aunque la mayoría no era capaz de determinar el porcentaje de disminución. Además, la mayoría de los participantes (76% de la NASA y 84% del INCOSE) indicaba que la relación Coste-Beneficio de la IS en los proyectos era buena o excelente, es decir, consideraban rentable la aplicación de la metodología desde el punto de vista económico. TRABAJO FIN DE MÁSTER 27 Por otro lado, en la Ilustración 9 se muestran los resultados del estudio 5 del SECOE (Honour, 2004) para los primeros 25 proyectos de la muestra, representándose el ratio entre el coste real o incurrido para los proyectos de la muestra (Actual Cost) y el coste planificado para los mismos (Planned Cost), medido hasta la entrega del primer artículo sin incluir los costes de producción, frente al esfuerzo invertido en IS (SE Effort) a lo largo de todo el ciclo de vida, calculado este esfuerzo como el producto entre la calidad de la IS aplicada (SE Quality) y el ratio entre el coste invertido en IS (SE Cost) y el coste real o incurrido (Actual Cost).Ilustración 9: Coste Incurrido/Coste Planificado vs Esfuerzo en IS (Honour, 2004) Teniendo en cuenta la curva de regresión por mínimos cuadrados, se observa que a medida que aumenta el esfuerzo invertido en IS disminuye la desviación del coste incurrido respecto al coste planificado hasta llegar a un punto óptimo, en torno al 15% de esfuerzo invertido en IS, a partir del cual seguir invirtiendo en IS no aporta beneficio económico a los proyectos. En la Ilustración 10, se muestran resultados publicados para el estudio 6 (Honour, 2006 & 2010), continuación del trabajo del estudio 5. Esta gráfica representa los mismos parámetros de la Ilustración 9 (puntos rojos) e incorpora tanto los datos de los 44 proyectos de la muestra del estudio 5 (puntos rojos) como los datos nuevos del estudio 6 obtenidos hasta el momento de la publicación (puntos azules). La línea continua negra representa la curva de regresión por mínimos cuadrados de los puntos representados. TRABAJO FIN DE MÁSTER 28 Ilustración 10: Coste Incurrido/Coste Planificado vs Esfuerzo en IS (Honour, 2010) Mediante el estudio 6 se reafirman los resultados obtenidos anteriormente en el estudio 5, es decir, claramente existe un punto óptimo que minimiza el sobrecoste incurrido. Dicho punto se encuentra en torno al 15% de inversión en IS respecto al coste completo del proyecto. A partir de dicho punto, seguir invirtiendo solo supone un extracoste sin beneficios. Este estudio también proporciona información respecto a la relación existente entre las 8 actividades de IS de la Tabla 4 y los costes de los proyectos. Para cada una de ellas compara el ratio entre el coste real de los proyectos de la muestra con el coste planificado para los mismos (hasta la entrega del primer artículo sin incluir los costes de producción), frente al esfuerzo invertido en esa actividad concreta de IS, calculado este esfuerzo como el producto entre la calidad de esa actividad de IS y el ratio entre el coste invertido en esa actividad de IS y el coste real de los proyectos. El resultado es una evidente aunque débil correlación entre las actividades de IS y el nivel de cumplimiento en costes, excepto para la actividad de definición del propósito del sistema en la que la correlación es prácticamente inexistente. Esto se justifica con el hecho de que casi todos los proyectos comienzan con esta actividad ya desarrollada fuera de la organización, por lo que el esfuerzo invertido en ella es casi nulo. Para los programas de mayor éxito, el punto óptimo de inversión que minimiza el sobrecoste del proyecto para cada una de las actividades analizadas se indica en la Tabla 6. Tabla 6: Inversión óptima en IS del estudio 6 (adaptación de Honour, 2010) ACTIVIDAD ÓPTIMO Definición del Propósito del Sistema 1% Ingeniería de Requisitos 2.5% Arquitectura del Sistema 2.5% Implementación del Sistema 3% Verificación y Validación 4% Análisis Técnico 4% Gestión del Alcance 1% Gestión Técnica/Dirección 7% TRABAJO FIN DE MÁSTER 29 3.2 Impacto de la IS en el Tiempo Según la Tabla 5 los estudios 3, 4, 5 y 6 presentan resultados para el indicador tiempo en proyectos dónde se aplica IS. Los datos del estudio 3, encuesta de la NASA y el INCOSE (Kludze, 2004), respecto al indicador tiempo arrojan como resultado que casi la mitad de los participantes (48%) afirmaba que la IS acortaba el calendario total de sus proyectos. Los tiempos medidos para cada proyecto del estudio 4 de Boeing (Frantz, 1995) se resumen en la Tabla 7, en la que se ha añadido una última fila donde se indica la complejidad relativa de los sistemas entre sí, ya que aunque a priori los tres tenían las mismas características, es decir, las mismas prestaciones, finalmente en los dos sistemas de grado medio y alto de IS se implementaron funcionalidades extra, como consecuencia de las oportunidades de mejora detectadas gracias a esta metodología. Esto último se comenta con detalle en la sección 3.3 Impacto de la IS en la Calidad. Tabla 7: Datos de tiempos del estudio de Boeing (adaptación de Frantz, 1995) Los resultados extraídos de los datos anteriores son los siguientes: El tiempo necesario para la gestión de requisitos del sistema con un nivel alto de IS (durante las etapas de diseño conceptual y preliminar) fue un 60% menor que en el sistema con un nivel bajo de IS. El tiempo necesario para el diseño y producción del sistema con un nivel alto de IS (etapas de diseño de detalle y desarrollo y etapa de producción) fue un 62% menor que en el sistema con un nivel bajo de IS. Los sistemas con un grado medio y alto de IS se desarrollaron y fabricaron (fase de adquisición completa) en menos de la mitad de tiempo que el sistema con un grado casi nulo de IS. En general, los tiempos de las distintas etapas de cada proyecto, desde su inicio hasta la puesta en servicio del sistema resultante, fueron menores en los dos casos en los que se aplicó IS respecto del proyecto en el que no se aplicó (grado prácticamente nulo). Es necesario recalcar que estos resultados más favorables se consiguieron incluso siendo estos sistemas más complejos, tal y como se ha comentado anteriormente. Sistema 1 Sistema 2 Sistema 3 Grado de implementación de IS Bajo (casi nulo) Medio Alto Duración de la gestión de requisitos (en semanas) 25 10 10 Duración del diseño y producción (en semanas) 52 30 20 Duración total desde el inicio hasta la puesta en servicio del sistema (en semanas) 104 48 36 Complejidad relativa de los sistemas resultantes Baja Alta Alta TRABAJO FIN DE MÁSTER 30 Los datos obtenidos para los primeros 25 proyectos del estudio 5 del SECOE (Honour, 2004) respecto al indicador tiempo se muestran en la Ilustración 11, representándose el ratio entre el tiempo real invertido en los proyectos de la muestra (Actual Schedule), medido hasta la entrega del primer artículo, y el tiempo planificado para los mismos (Planned Schedule) frente al esfuerzo invertido en IS (SE Effort), calculado como el producto entre la calidad de la IS aplicada (SE Quality) y el ratio entre el coste invertido en IS (SE Cost) y el coste total incurrido (Actual Cost), medido hasta la entrega del primer artículo. Ilustración 11: Tiempo Real/Tiempo Planificado vs Esfuerzo en IS (Honour, 2004) A partir de la curva de regresión por mínimos cuadrados, se observa que, a medida que aumenta el esfuerzo invertido en IS, disminuye la desviación del tiempo real invertido respecto al tiempo planificado hasta llegar a un punto óptimo, en torno al 15% de esfuerzo invertido en IS, a partir del cual seguir invirtiendo en IS no aporta beneficio en tiempo a los proyectos. En la Ilustración 12, se muestran resultados publicados para el estudio 6 (Honour, 2006 & 2010) posterior. Esta gráfica representa los mismos parámetros y mantiene los mismos datos que la Ilustración 11 (puntos rojos) junto a los datos nuevos datos (puntos azules). Igual que para los costes, se reafirman los resultados obtenidos anteriormente en el estudio 5, es decir, claramente existe un punto óptimo que minimiza la duración del proyecto para un 15% de esfuerzo invertido en IS, a partir del cual aumentar la inversión sólo supone alargar el dicha duración de forma innecesaria. TRABAJO FIN DE MÁSTER 31 Ilustración 12: Tiempo Real/Tiempo Planificado vs Esfuerzo en IS (Honour, 2010) El estudio 6 también proporciona información respecto a la relación existente entre las 8 actividades de IS de la Tabla 4 y el tiempo de ejecución de los proyectos. Para cada una de ellas compara el ratio entre el tiempo real invertido en los proyectos de la muestra (hasta la entrega del primer artículo) y el tiempo planificado para los mismos, frente al esfuerzo invertido en esa actividad concreta de IS, calculado este esfuerzo como el producto entre la calidad de esa actividad de IS y el ratio
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