Reportaje - Sencillez ante todo: la complejidad del software bajo control
El software no solo se ha hecho más complejo, sino que ahora está en todas partes: en el coche, en el contador del consumo eléctrico y en la central donde se genera la energía, en aviones, trenes, bancos y hospitales. Hace posible el funcionamiento de sistemas críticos en los que un solo error puede tener consecuencias desastrosas. El elevado riesgo de que se produzcan fallos como consecuencia de la creciente complejidad del software no es el único problema; la complejidad también encarece los costes. De hecho, llevar a cabo pruebas de software para la detección de errores supone actualmente en torno a la mitad del presupuesto de producción y hasta el 70 % de los gastos posteriores al lanzamiento. La raíz de este problema es que los procesos de ingeniería de software tradicionales no están diseñados debidamente para gestionar la ingente complejidad y diversidad de los sistemas de software actuales. «Fíjese, por ejemplo, en un coche moderno. Integra cientos de elementos de software que sirven desde para controlar la calidad del sonido hasta para activar el control de crucero. A medida que se incorporan más y más elementos y funciones en estos sistemas, los ingenieros advierten de que la complejidad está escapando a su control y les preocupa no ser capaces de ofrecer las garantías de calidad que se exigen», explica Alexander Romanovsky, profesor de informática en la Universidad de Newcastle, en el Reino Unido. «Y esta complejidad se encuentra en todas partes y en todas las cosas: los fabricantes de automóviles, trenes, aviones, etc. dedican buena parte de su tiempo y recursos, hasta la mitad incluso, al desarrollo de software: en última instancia, todos los sectores industriales producen software.» La pregunta es: ¿serían estos sectores capaces de hallar una forma mejor de producir software, en especial para sistemas críticos? Los investigadores que participaron en el proyecto «Industrial deployment of advanced system engineering methods for high productivity and dependability» (Deploy), financiado con 12,4 millones de euros por la Comisión Europea y coordinado por el profesor. Romanovsky, creen que sí. Su propuesta se basa en métodos de la ingeniería formal que, gracias en buena medida a los esfuerzos realizados por los integrantes del equipo, están comenzando a ganar aceptación entre las empresas y los ingenieros como una forma más eficiente y práctica de desarrollar sistemas de software complejos. Los procesos de Deploy ya se han utilizado para desarrollar software de seguridad crítico para líneas de metro y trenes lanzadera de aeropuertos. A diferencia de los enfoques tradicionales de la ingeniería de software, los métodos formales están fundamentados en modelos y análisis matemáticos y permiten el razonamiento en múltiples niveles de abstracción para posibilitar un flujo de ingeniería sistemático desde la especificación de los requisitos hasta la implantación, las pruebas y el despliegue, pasando por el modelado de arquitecturas y el diseño detallado. Para este proyecto, el equipo continuó la evolución de «Event-B», un método formal para el modelado y análisis de sistemas desarrollado por primera vez en el marco del proyecto «Rigorous open development environment for complex systems» (Rodin), financiado con fondos comunitarios, y respaldado por «Rodin tools», un entorno de desarrollo integrado. Animar a los ingenieros a pensar de forma diferente «Para los ingenieros, se trata de un cambio muy trascendental. Por lo general, cuando emprenden un proyecto, están acostumbrados a comenzar a desarrollar el software, añadir elementos, ampliarlo, y después realizar gran parte del trabajo más difícil: la implantación, verificación, pruebas, etc., al final. La ingeniería formal invierte ese proceso: la parte difícil es la inicial, ya que se comienza resumiendo los requisitos del sistema y se continúa con un proceso de desarrollo riguroso, lógico y matemático», explica el profesor Romanovsky. La ventaja es que los errores se detectan al comienzo de la fase de desarrollo y este método riguroso y lógico permite ceñir la complejidad a límites predefinidos; todo ello reduce la necesidad de que se lleven a cabo pruebas en las etapas finales. En última instancia, esta metodología produce sistemas más robustos y fiables, y posiblemente con un coste mucho menor que si se utilizaran los métodos de ingeniería tradicionales. Aparentemente, podría tratarse de una situación beneficiosa en todos los sentidos, pero entraña una importante dificultad: los ingenieros no suelen ser matemáticos. «Los métodos de la ingeniería formal requieren un conocimiento matemático que la mayoría de los ingenieros acostumbrados a emplear los enfoques tradicionales no poseen, y dado que el proceso es tan distinto, también se necesita un cambio de mentalidad. Por otra parte, no resulta sencillo convencer a una empresa que lleva diez o treinta años desarrollando software de una determinada manera de que lo haga de otra forma», señala el profesor Romanovsky. El proyecto Deploy, probablemente el mayor despliegue de ingeniería de software formal jamás realizado a nivel industrial, ha logrado avances muy importantes de cara a superar estos obstáculos. Por ejemplo, durante la colaboración con el socio del proyecto SAP, el equipo implantó procesos formales de forma transparente para que los ingenieros pudieran seguir utilizando lenguajes de programación específicos de su ámbito a la hora de desarrollar software de empresa crítico, que después se traducían automáticamente a Event-B con la supervisión de especialistas en ingeniería formal. En Siemens, cuyos ingenieros ya contaban con una amplia experiencia en modelado formal, se ha utilizado Event-B para desarrollar software que se emplea actualmente en las redes de metro de Barcelona y París, así como en otros lugares para el control ferroviario y de sistemas de señalización. Con Bosch, se utilizó este método para desarrollar sistemas de control de crucero y de arranque-parada para automóviles. Y con Space Systems Finland, otro socio del proyecto, el proceso se ha utilizado para desarrollar componentes de la sonda espacial BepiColombo de la Agencia Espacial Europea para sistemas de control de altitud y órbita. Mientras, el socio francés Systerel utiliza Event-B en una serie de sistemas ferroviarios y aeroespaciales. Los investigadores del proyecto Deploy han creado dos empresas derivadas del mismo, Rodin Tools y Formal Mind, para comercializar las herramientas y ampliar el despliegue. También se han implicado en un proyecto complementario financiado con fondos titulado «Advanced design and verification environment for cyber-physical system engineering» (Advance). El despliegue con éxito y el uso continuo de los métodos de la ingeniería formal en las empresas participantes en el proyecto constituyen un ejemplo claro que podrán seguir otras compañías en su búsqueda de nuevas formas de gestionar la complejidad. «Sin duda alguna, estamos dando a la industria materia de reflexión acerca de los métodos de ingeniería actuales y de las ventajas de adoptar un enfoque formal en determinadas circunstancias», afirma el profesor Romanovsky. Las herramientas así como la extensa información sobre Event-B y el apoyo que prestan los socios del proyecto Deploy también podrían ayudar a convencer a los ingenieros a emprender proyectos de ingeniería formal. «A largo plazo, los sistemas de software no dejarán de ganar en complejidad; tal y como hemos demostrado, la ingeniería formal es un modo de hacer frente a ese problema», concluye el profesor Romanovsky. La investigación de Deploy fue subvencionada por el Séptimo Programa Marco (7PM) de la Unión Europea. Enlace al proyecto en CORDIS: - el 7PM en CORDIS - ficha informativa de Deploy en CORDIS Enlace a la página web del proyecto: - web de «Industrial deployment of advanced system engineering methods for high productivity and dependability» Otros enlaces: - página web de la Comisión Europea sobre la Agenda Digital