反復的かつ漸進的な開発

反復的かつ増分的な開発とは、開発のための反復的な設計(または反復的な方法) と増分的なビルド モデルの両方を組み合わせたものです。

この用語の使用はソフトウェア開発で始まり、長年にわたり、反復と増分という2つの用語の組み合わせが、大規模な開発作業に対して広く提案されてきました^[1]。たとえば、1985年のDOD-STD-2167 ^[2] では、(セクション4.1.2で)「ソフトウェア開発中は、ソフトウェア開発サイクルの複数の反復が同時に進行する場合があります。」および「このプロセスは、「進化的獲得」または「増分構築」アプローチとして説明できます。」と述べています。ソフトウェアでは、反復と増分の関係は、全体的なソフトウェア開発プロセスによって決定されます。

この方法の基本的な考え方は、システムを繰り返しサイクル（反復的）で、一度に小さな部分（増分的）に開発することで、ソフトウェア開発者がシステムの以前の部分またはバージョンの開発中に学んだことを活用できるようにすることです。学習はシステムの開発と使用の両方から得られます。プロセスの重要なステップは、ソフトウェア要件のサブセットの単純な実装から始まり、進化するバージョンを反復的に強化して、完全なシステムを実装します。各反復で、設計変更が行われ、新しい機能が追加されます。^[3]

手順自体は、初期化ステップ、反復ステップ、およびプロジェクト コントロール リストで構成されます。初期化ステップでは、システムの基本バージョンを作成します。この初期実装の目標は、ユーザーが反応できる製品を作成することです。問題の主要な側面のサンプルを提供し、理解しやすく実装しやすいシンプルなソリューションを提供する必要があります。反復プロセスをガイドするために、実行する必要があるすべてのタスクの記録を含むプロジェクト コントロール リストが作成されます。これには、実装する新しい機能や、既存のソリューションの再設計領域などの項目が含まれます。コントロール リストは、分析フェーズの結果として継続的に改訂されます。

反復には再設計と実装が含まれますが、これは単純でわかりやすく、モジュール化されている必要があります。再設計は、その段階で、またはプロジェクト管理リストに追加される将来のタスクとしてサポートされます。^{[説明が必要]}設計の詳細レベルは、反復アプローチによって指示されるわけではありません。軽量の反復プロジェクトでは、コードがシステムのドキュメントの主要なソースとなる場合がありますが、重要な反復プロジェクトでは、正式なソフトウェア設計ドキュメントが使用される場合があります。反復の分析は、ユーザーからのフィードバックと、使用可能なプログラム分析機能に基づいています。構造、モジュール性、使いやすさ、信頼性、効率、および目標達成の分析が含まれます。プロジェクト管理リストは、分析結果に照らして変更されます。

増分開発では、システム機能が増分（部分）に分割されます。各増分では、要件から展開まで、分野横断的な作業を通じて機能の一部が提供されます。統合プロセスでは、増分/反復を開始、詳細化、構築、移行の各フェーズにグループ化します。

• 開始では、プロジェクトの範囲、要件 (機能的および非機能的)、およびリスクを高レベルで特定しますが、作業を見積もることができるほど十分に詳細に特定します。
• 詳細化により、主要なリスクを軽減し、非機能要件を満たす実用的なアーキテクチャが実現します。
• 構築では、機能要件の分析、設計、実装、テストから生成された本番環境対応のコードを使用して、アーキテクチャを段階的に埋めていきます。
• 移行により、システムが実稼働運用環境に導入されます。

各フェーズは 1 つ以上の反復に分割できますが、通常は機能ではなく時間で区切られます。アーキテクトとアナリストは、開発者やテスターよりも 1 つ先の反復で作業し、作業成果物のバックログをいっぱいに保ちます。

初期の使用例の多くは、クレイグ・ラーマンとビクター・バシリの論文「反復的かつ漸進的な開発：簡潔な歴史」^[4]に掲載されており、最も初期の例の1つはNASAの1960年代のマーキュリー計画である。

マーキュリーのエンジニアの一部は後にIBM内に新しい部門を設立し、「IIDの大きな成功のもう一つの初期の顕著な例は、NASAのスペースシャトルソフトウェアのまさに中核である主要な航空電子工学ソフトウェアシステムであり、1977年から1980年にかけて構築されました。チームは、1回の反復あたり平均約8週間、31か月にわたって17回の反復でIIDを適用しました。ウォーターフォールライフサイクルを避けた理由は、シャトルプログラムの要件がソフトウェア開発プロセス中に変更されたためです。」^[4]

米国国防総省などの一部の組織は、MIL-STD-498から始まる「進化的取得と IID を明確に推奨する」反復的な方法論を好みます。

2000 年に発表された DoD 指令 5000.2 では、IID が明確に推奨されていました。

完全な機能を実現するには、進化型とシングル ステップ [ウォーターフォール] の 2 つのアプローチがあります。進化型アプローチが推奨されます。… [この] アプローチでは、ユーザーに提供される最終的な機能は、機能の増分が増加する 2 つ以上のブロックに分割されます...ソフトウェア開発は、以前の開発から学んだことを基にソフトウェア バージョンを継続的に拡張する反復的なスパイラル開発プロセスに従います。段階的に行うこともできます。

DoDI 5000.02 の最近の改訂では、「スパイラル開発」には言及されなくなりましたが、ソフトウェア集約型開発/調達プログラムのベースラインとして一般的なアプローチが推奨されています。^[5]さらに、米国国際開発庁(USAID) も、プログラミング サイクルに反復的かつ漸進的な開発アプローチを採用し、国際開発プロジェクトを設計、監視、評価、学習、適応させています。プロジェクト管理アプローチでは、プログラミングを反復して適応させるために、コラボレーション、学習、適応戦略を組み込むことに重点が置かれています。^[6]

ソフトウェア開発プロジェクトの失敗の主な原因はモデルの選択であるため、慎重に行う必要があります。^{[曖昧] [7]}

たとえば、ウォーターフォール開発パラダイムでは、各分野のプロジェクト全体の成果物を 1 つのステップで完了してから、次のステップで次の分野に進みます。ビジネス価値は一度にすべて提供され、プロジェクトの最後にのみ提供されますが、反復的なアプローチではバックトラック^{[明確化が必要]}が可能です。2 つのアプローチを比較すると、いくつかのパターンが浮かび上がります。^{[引用が必要]}

• ユーザーの関与: ウォーターフォール モデルでは、ユーザーはモデルの 2 つの段階、つまり要件と受け入れテスト、および場合によってはユーザー教育資料の作成に関与します。一方、増分モデルでは、クライアントはすべての段階に関与します。
• 可変性: ソフトウェアは、ライフサイクルのビルド段階が完了した後にのみ、ユーザー受け入れテストのためにユーザーに配信されます。一方、すべての増分はユーザーに配信され、ユーザーの承認を得た後、開発者は次のモジュールに進むことができます。
• 人的資源: インクリメンタル モデルでは、ウォーターフォール モデルと比較して、必要なスタッフ数が少なくなる可能性があります。
• 時間制限: 運用可能な製品は数か月後に納品されますが、増分モデルでは製品は数週間以内にユーザーに提供されます。
• プロジェクト規模: ウォーターフォール モデルは小規模プロジェクトには適していませんが、増分モデルは小規模プロジェクトだけでなく大規模プロジェクトにも適しています。

ソフトウェアの実装と分析を推進するガイドラインには次のものが含まれます。^{[引用が必要]}

• 変更の設計、コーディング、テストで問題が発生した場合、再設計または再コーディングが必要であることを示します。
• 変更は、分離され、簡単に見つけられるモジュールに簡単に収まる必要があります。そうでない場合は、再設計が必要になる可能性があります。
• テーブルの変更は特に簡単に行える必要があります。テーブルの変更が迅速かつ簡単に行えない場合は、再設計が必要になります。
• 反復が進むにつれて、修正はより容易になるはずです。そうでない場合は、設計上の欠陥やパッチの急増などの基本的な問題があります。
• 通常、パッチは 1 回または 2 回の反復でのみ存在を許可する必要があります。実装フェーズでの再設計を避けるためにパッチが必要になる場合があります。
• 既存の実装は、プロジェクト目標にどの程度適合しているかを判断するために頻繁に分析する必要があります。
• 部分的な実装の分析を支援するために、プログラム分析機能が利用可能な場合は常に使用する必要があります。
• 現在の実装に欠陥があるかどうか、ユーザーの反応を募り、分析する必要があります。

反復的および増分的開発という用語はソフトウェア業界で始まりましたが、多くのハードウェアおよび組み込みソフトウェア 開発の取り組みでは、反復的および増分的手法が使用されています。

この例は多くの業界で見受けられます。最近、この考え方の変化によって大きな影響を受けているセクターの 1 つが宇宙打ち上げ産業です。宇宙打ち上げを追求する民間企業の設立によってもたらされた、より迅速で広範な技術革新によって、大きな新しい競争力が生まれています。SpaceX ^[8]やRocket Lab ^[9]などのこれらの企業は、過去 10 年間で商業軌道打ち上げサービスを提供していますが、これは 10 年前にはわずか 6 か国しか提供していませんでした^{[10] 。技術開発アプローチ、価格設定、サービス提供における新しい革新 (2016 年以降に登場した}、以前に飛行した (再利用可能な) ブースター ステージで宇宙に飛行する機能を含む) により、宇宙へのアクセスを得るための価格がさらに低下しています。^{[11] [8]}

SpaceXは、反復設計手法を宇宙産業に導入する取り組みを明確にしており、宇宙船、打ち上げロケット、電子機器、航空電子機器、運用飛行ハードウェアの操作にこの技術を使用しています。^[12]

業界が変化し始めると、他の打ち上げ競争企業も政府機関との長期的な開発慣行を変え始めています。たとえば、米国の大手打ち上げサービスプロバイダーである ユナイテッド・ローンチ・アライアンス（ULA）は、2015年に10年にわたる打ち上げ事業の再編プロジェクトを開始しました。反復的かつ漸進的なアプローチを使用して、今後10年間で部分的に再利用でき、コストが大幅に削減された打ち上げシステムを実現し、 2つの打ち上げロケットを1つに減らします。^[13]

• Alistair Cockburn 博士 (2008 年 5 月)。「増分開発と反復開発の両方の使用」(PDF) 。STSC CrossTalk。21 ( 5)。USAFソフトウェア技術サポート センター: 27–30。ISSN 2160-1593。2012年5 月 26 日に オリジナル(PDF)からアーカイブ。2011年 7 月 20 日に取得。
• Craig Larman 、Victor R. Basili (2003 年 6 月)。「反復的および漸進的開発: 簡単な歴史」 ( PDF)。IEEE Computer。36 ( 6 )。IEEE Computer Society: 47–56。doi : 10.1109 /MC.2003.1204375。ISSN 0018-9162。S2CID 9240477。2009年 1 月 10 日に取得 。