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生産技術革新第2章 ―ソフトウェア開発現場のビッグデータ活用―

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生産技術革新第2章 ―ソフトウェア開発現場のビッグデータ活用―
生産技術革新第2章
―ソフトウェア開発現場のビッグデータ活用―
2014年10月16日
株式会社NTTデータ
技術開発本部 ソフトウェア工学推進センタ
吉田 英嗣
Copyright © 2014 NTT DATA Corporation
Copyright
© 2014©NTT
DATA
Corporation
Copyright
2013
NTT
DATA WAVE Corporation
2
1980年代、自動車業界でも紙による設計、
試作品による試験を重ねるのが一般的であった。
1980年代
設計
図面の詳細化
出典: 「日経ものづくり」2005年7月号
Copyright
© 2014©NTT
DATA
Corporation
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2013
NTT
DATA WAVE Corporation
試作
試
作
試
作
試
作
試
作
約30ヵ月
3
コンピュータを最大限に活かす「デジタル生産システム」
によって、新車開発の大幅なスピードアップを実現
2000年代
設計
試作
図面の詳細化
試
作
試 試 試
作 作 作
デジタルプロトタイプ
化
出典: 「日経ものづくり」2005年7月号
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DATA
Corporation
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2013
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約10ヵ月
4
ITの3大要素技術の進化
Copyright
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DATA
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2013
NTT
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5
ITの3大要素技術の進化
1.4GHz
233MHz
13GHz 18GHz
9.0GHz (相当) (相当)
4.4GHz(相当)
3.2GHz(相当)
3TB
4TB
2TB
1TB 1.5TB
FTTH
160GB
(1Gbps)
CPU
12GB
ストレージ
ネットワーク
2.1GB
FTTH
FTTH
(200Mbps)
(100Mbps)
ADSL
ADSL
(24Mbps)
(1.5Mbps)
ISDN
(64Kbps)
2000年
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2013
NTT
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2005年
2010年
1995〜2012年
での変化
6
クラウド化する世界
コンピュータ資源が
湯水のように使える時代へ
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DATA WAVE Corporation
7
劇的なIT進化は
ソフトウェアの生産技術を革新する
生産技術の主眼の変化
計算機リソース
の有効活用
開発の
生産性向上
いかに限られた計算機リソース
を有効活用するかを課題とした
生産技術
いかに開発者の生産性を
向上させるかを課題とした
生産技術
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8
NTTデータが考えるソフトウェア生産技術革新
コンピュータパワーを最大限に活かして…
開発自動化
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開発資産の活用
9
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10
ソフトウェア開発の大規模化・短期化
企業が保有するソフトウェア総規模の推移(米国)
フ
ァ 1,500
ン
ク
シ
ョ
ン 1,000
ポ
イ
ン
ト 500
概
数
(
千
0
F
P
)
総規模は15年で
約7倍に増加
1990
1995
2000
ソフトウェア開発工期の推移(米国)
30
開
発
工 20
期
(
歴
開発期間は
月 10
約3/4に短期化
)
2005
※全分野ソフトウェアの平均FP概数(国防総省を除く)
0
~1996
~2005
※10000FP規模プロジェクトの平均工期
企業が保有するソフトウェアは激増、
開発期間は短期化している
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Capers Jones著「ソフトウェア開発の定量化手法第2版/第3版(共立出版)」掲載データよりグラフ作成
11
開発にコンピュータパワーを活用する
現行解析の自動化
設計の自動化
コーディング
の自動化
テストの自動化
レガシーコードからの
正確な仕様解析
設計段階での
整合性自動検証
ソースコードの
自動生成
テスト設計・コードの
自動生成と自動実行
プロジェクト管理
の自動化
ライブラリ管理
の自動化
運用管理の自動化
システム基盤構築
の自動化
プロジェクト管理情報の
集計・可視化
ビルドやテスト環境
へのリリース自動化
運用保守プロセス
の自動化
基盤システムの
自動インストール・設定
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12
開発にコンピュータパワーを活用する
NTTデータ
取り組み
現行解析の自動化
設計の自動化
コーディング
の自動化
テストの自動化
TERASOLUNA
レガシーコードからの
正確な仕様解析
Reengineering
TERASOLUNA
設計段階での
整合性自動検証
DS
TERASOLUNA
ソースコードの
自動生成
IDE/ViSC
TERASOLUNA
テスト設計・コードの
自動生成と自動実行
RACTES
プロジェクト管理
の自動化
ライブラリ管理
の自動化
運用管理の自動化
システム基盤構築
の自動化
プロジェクト管理情報の
PMWB
集計・可視化
ビルドやテスト環境
SDWB
へのリリース自動化
運用保守プロセス
ITSM-WB
の自動化
基盤システムの
PRORIZE等
自動インストール・設定
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13
TERASOLUNA
―NTTデータの開発自動化ソリューション
現
行
コシ
ー
ドス
テ
ム
要件定義
設計
製造
①現行システム
の自動解析
②品質チェック
の自動化
③コード
の自動生成
TERASOLUNA
Reengineering
TERASOLUNA
DS
TERASOLUNA IDE
TERASOLUNA ViSC
復元した
設計情報
テスト
テスト
短縮
新
コシ
ース
ドテ
ム
高品質の
設計情報
ソフトウェア開発の一貫した自動化により、
「高品質」を保った「高速開発」を実現
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14
①現行システムの自動解析
―TERASOLUNA Reengineering
現行システム
ソースコード
COBOL、PL/I、
JCL、Java対応
資産整理
プ
ロ
グ
ラ
ム
解
析
「処理」の理解
データ編集仕様抽出
不要・不稼動資産分析
資産構造分析
「機能、仕様」の理解
業務処理ロジック抽出
個別業務ルール抽出
コードから、機能や仕様を解析し、設計情報を自動復元。
スピーディに現行システムの仕様を把握
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15
②設計品質チェックの自動化
―TERASOLUNA DS
設計情報リポジトリ
機能定義書
画面定義書
業務ロジック
設
計
情
報
の
コ
ミ
ッ
ト
・全文検索結果
・不整合箇所レポート 等
設計書
設計書
設計書
Source Operation
設計書
Operation
Source Manual
Operation
設計書
Source
Operation
Internal codes
設計書
Manual
設計書
Source
codes
Internal
Operation
Manual
External
設計書
Internal
Source
codes
Manual
design
Operation
External design
codes
Internal
Source
Manual
design
Source
design
codes
Manual
design
design
codes
codes
情
報
構成管理 出
力
不整合箇所の自動検出
・
入
力
×
○
支
画面定義書
援
業務ロジック
○
○ 機能定義書○
・・・
設計情報間の整合性を自動チェック
形式レビューにかかる人的作業を削減、後工程でのバグを防止
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2013
NTT
DATA WAVE Corporation
16
③コード自動生成
―TERASOLUNA ViSC
ツールの
カスタマイズ
設計情報入力
ソースコードを100%自動生成
Visio
Excel
プロジェクトの
固有性に
最適化
適
用
Microsoft Visio
Microsoft Excel
フォーマットで作成
導入準備
設計
自
動
生
成
完全同期
レビュー用
設計書
ソース
コード
製造・単体試験
業務ロジックの設計情報から設計書とコードを自動生成
製造(実装)・単体試験を大幅に短縮
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2013
NTT
DATA WAVE Corporation
17
開発自動化による生産性・品質向上
―TERASOLUNA ViSCの適用効果
工期 (設計~結合試験)
受入試験バグ件数
短縮
非適用
TERASOLUNA ViSC
18プロジェクト平均
適用プロジェクト
約1/7
非適用
18プロジェクト平均
TERASOLUNA ViSC
適用プロジェクト
「高生産性」と「高品質」を両立した開発を実現
出典)社内調査よりグラフ化
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2013
NTT
DATA WAVE Corporation
18
開発自動化の適用状況
―開発自動化の適用が急速に拡大している
NTTデータにおける開発自動化ツール普及率※1
100
割
合
% 50
普及展開の開始から
3年で約2倍に拡大
年度
0
2011
出典)社内調査よりグラフ化
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2013
NTT
DATA WAVE Corporation
2012
2013
2014
※開発案件のうち、TERASOLUNAを適用可能なJava開発案件に対する、TERASOLUNA開発自動化ツールの適用割合を示す
19
開発にコンピュータパワーを活用する
多様な自動化技術が登場し、
開発環境を大きく進化させている
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2013
NTT
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20
• IT進化はソフトウェア生産技術の進化につながる
• 多様な自動化技術が登場し利用可能になっている
• 開発自動化はもはや当たり前になってきた
自動化の普及は何をもたらすか?
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2013
NTT
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21
NTTデータが考えるソフトウェア生産技術革新
コンピュータパワーを最大限に活かして…
開発自動化
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2013
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開発資産の活用
22
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NTT
DATA WAVE Corporation
23
開発のIT化が開発情報のデジタル化を促進
コンピュータパワーが
不足する時代
紙で管理
コンピュータパワーが
充足した時代
電子ファイルで管理
コンピュータ処理可能な
状態で管理
開発環境のIT化・開発ツールの普及により、
開発情報の多くがコンピュータ処理可能なデジタル情報に
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24
蓄積される開発資産
年間1000プロジェクトにおよぶ開発資産の蓄積
(NTTデータ)
KS
開
発
コ
ー
ド
量
(
)
7年間で約300Mstep以上
出典)社内調査よりグラフ化
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25
開発資産はプログラムだけ?…ではない
大規模金融サービスの開発例※
設計・テストドキュメント、DBデータ・・・
設計書
約20,000ページ
プログラム
約3,000,000行
試験項目数
約20,000,000件
データベース
約3,000テーブル
電子メール
約100,000件
故障処
理票
・・・
・・・
故障処
理票
故障処
理票
バグレポート
約24,000件
課題項目数
約2,000件
・・・
電子メール、バグレポート、課題管理票・・・
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※実際にはシステムの内容などにより異なります。
26
成熟化するデータ分析技術
統計解析
データマイニング
テキストマイニング
機械学習
ソーシャルネットワーク分析
ソースコード解析
大量データ処理基盤
多種・大量のデータを処理(取得、蓄積、分析)するための
技術やツールが成熟しつつある
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27
膨大に蓄積された
開発データ
×
コンピュータパワー
(データ分析技術)
生産技術革新第2章
ソフトウェア開発現場における
(ビッグ)データ活用
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28
ソフトウェアリポジトリマイニング
(MSR: Mining Software Repositories)
ソースコード解析
SVN/Git
BTS
ITS
CIツール
メール
統計解析
データマイニング
テキストマイニング
GitHub
 評価・予測
 可視化
 ノウハウ抽出
・・・
機械学習
・・・
ソフトウェアリポジトリ
開発支援
データ分析技術
蓄積された開発データから知見を見出し、開発支援につなげる
開発において蓄積されるデータ
BTS: Bug Tracking System, ITS: Issue Tracking System, CI: Continuous Integration
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29
ソフトウェアリポジトリマイニング
(MSR: Mining Software Repositories)
たとえば…
 バグのパレートの法則:
『80%のバグは20%のソースコードにある』
 バグ修正の40%がデグレードする
 “Fridays are Risky, Tuesdays are not ;-)”
金曜コミットはバグリスクが高い!?
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30
ソフトウェア開発におけるビジネスインテリジェンス?
ソフトウェア開発において蓄積されたデータを
収集・蓄積・分析することで、
開発上の意思決定に役立てる手法・技術
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31
得られた知見をどう役立てるか?
膨大に蓄積された
開発データ
×
コンピュータパワー
(データ分析技術)
•現在・過去の実績データからプロジェクトのリスクや
問題兆候を評価・予測する
•既存の開発資産から知識を見える化し、開発者間で
共有・継承する
•大量の既存資産を解析・整理し、過去の資産の再利用
を容易にする
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32
研究開発事例
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DATA WAVE Corporation
33
研究
事例
実績データ分析による見積り予測
「見積り」=ソフトウェア開発における最重要課題
規模とタスクから見積ったけれど、本当にこれでいけるのだろうか?
これまで開発したことがない規模…
新しいお客様の業務が対象…
実績のない製品や技術の利用…
類似案件のデータがない
計画が妥当かどうか
わからない!!
有識者レビューの時間もない
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2013
NTT
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34
研究
事例
実績データ分析による見積り予測
NTTデータにおける年間1000プロジェクト超の実績データを
統計分析することで見積もり予測を行う
過去のプロジェクトの
実績データ
(規模・工数・生産性等)
×
統計分析
見積もり予測
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35
研究
事例
実績データ分析による見積り予測 ESTIMAN ER
規模、プロジェクト特性、要求品質・非機能要求、リスクなどをパラメータとして
入力することで、工数と工期を見積ることができるツールを開発
AP/基盤の工数・工期を予測し
リソース山積み表で比較
工数見積りツール
ESTIMANCER®
入力パラメータ
規模見積り結果
プロジェクト特性
要求品質・
非機能要求
リスク
要
員
数
統計分析
入力
出力
当社の過去
プロジェクト
実績データ
伏田享平他, 統合工数見積りツールESTIMANSERの開発, ソフトウェアエンジニアリングシンポジウム2014
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自プロジェクトの生産性計画値
製造
試験
設計
を類似案件と比較
工期
工
数
過小見積り防止
見積り説明力向上
規模
36
研究
事例
実績データ分析による見積り予測 ESTIMAN ER
見積モデルの特徴:2つの工数見積りモデルとリスクバッファ見積り
「アプリケーション開発」「システム基盤構築」の2つの工数見積りモデル(重回帰モデル)
リスクに基づく開発工数のバッファ予測モデル(モンテカルロシミュレーション)
アプリケーション開発工数見積りモデル
シ
ス
計テ
画
ム
化
要シ
件ス
定テ
義ム
AP外部
設計
基盤構築工数見積りモデル
AP内部
設計
システム基盤設計
AP製造
AP結合
テスト
システム基盤構築
シ
ス
テ
ム
テ
ス
ト
受
入シ
支ス
援テ
・ム
移
行
リスクバッファ見積りモデル
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37
研究
事例
実績データ分析による見積り予測 ESTIMAN ER
類似案件検証
(類似案件実績値も合わせて提示)
計画妥当性検証
(計画と予測の山積み表での比較)
過去の実績データをもとに経験を共有する
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38
研究
事例
バグモジュール予測
過去プロジェクトで蓄積されたコードメトリクス、変更履歴、
バグレポート等を統計分析・機械学習し、バグリスクの予測を行う。
過去プロジェクトの
開発データ
(コードメトリクス、変更履歴、
バグレポート等)
×
統計分析
/機械学習
バグモジュール予測
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39
研究
事例
バグモジュール予測
プロジェクトデータ
・・
・
・・
・
・・
・
レビュー/テスト
重点化モジュール判断
構成管理サーバ
・・・
故障処理
票
故障処理
票
故障処理
票
BTS(バグ情報)
バグ予測
モデル
バグ含有
・・・
可能性大
バグ含有
・・・
可能性大
・・・
・・・
・・・
・・・
・・・
バグ含有
・・・
可能性大
ファイルサーバ
バグ予測結果を品質判定・テスト工数割り当てなどに応用
・
・
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40
研究
事例
バグモジュール予測
―予測モデルの構築
各種メトリクス値とバグ実績から予測モデルを構築
(ロジスティック回帰分析、ランダムフォレスト等の適用)
学習データ
Java
Java
Java
Java
Java
Java
・・・
バグ実績
故障処理票
故障処理票
故障処理票
故障処理票
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モジュール
(ソースコード)
メトリクス
モジュール
(ソースコード)
予測対象データ
メトリクス
統
計
解
析
・
機
械
学
習
Java
Java
Java
Java
Java
Java
・・・
バグ予測
モデル
バグ予測値
41
研究
事例
バグモジュール予測
Java
チェンジメトリクス
変更回数
変更行数
バグフィックス回数
変更者
―活用メトリクス
コードメトリクス
ステップ数
McCabe複雑度
CKメトリクス
静的解析結果
SVN
SonarQubeダッシュボード
メトリクス計測ツールが充実し、容易に活用可能になっており、
また、開発環境の標準化により多様なメトリクスが取得可能になった。
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42
研究
事例
バグモジュール予測
バグモジュール予測の評価
―NTTデータの取り組み
応用研究:保守(AMO)リスク診断
71.4%
評
価
値
活
用
保守・運用リスク判断支援
過去の実績データをもとにリスクを定量化する
バグ判定閾値
※NTTデータのあるプロジェクトでの評価
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43
研究
事例
バグモジュール予測
―Google社の取り組み
Bug Prediction at Google
1
1 + 𝑒 −12𝑡𝑖+12
最近かつ高頻度でバグ修正されているコード
にバグがある可能性が高い
導出された予測モデル
Score=
1
𝑛
𝑖=0 1+𝑒 −12𝑡𝑖 +12
𝑡𝑖:修正時のタイムスタンプ。
コードの生成時間を0、現在を1とする。
⇒高いスコアのものはレビュアへWarning
http://google-engtools.blogspot.jp/2011/12/bug-prediction-at-google.html
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44
研究
事例
再利用の意思決定支援
NTTデータのある金融系システムの開発では…
Aシステム
ソフトウェア資産
• 既存資産を派生させながら新規システム
を開発(派生開発)
• 1600超の機能に関する資産が蓄積
Cシステム
Bシステム
ソフトウェア資産
ソフトウェア資産
機能追加
流用
大量の過去資産の理解が属人的
再利用設計に時間がかかる
Dシステム
ソフトウェア資産
Eシステム
ソフトウェア資産
機能追加
・・・
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45
研究
事例
再利用の意思決定支援
過去プロジェクトで蓄積されたソースコード、設計情報等をコード解析
/テキスト解析技術を利用し、再利用判断に役立つ情報を生成する
蓄積された開発資産
(ソースコード、設計情報等)
×
ソースコード解析
/テキスト解析
再利用の意思決定支援
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Copyright
2013
NTT
DATA WAVE Corporation
46
研究
事例
再利用の意思決定支援
NTTデータのある金融系システムの開発では…
Aシステム
ソフトウェア資産
• 既存資産を派生させながら新規システム
を開発(派生開発)
• 1600超の機能に関する資産が蓄積
Cシステム
Bシステム
ソフトウェア資産
ソフトウェア資産
機能追加
流用
大量の過去資産の理解が属人的
再利用設計に時間がかかる
Dシステム
ソフトウェア資産
Eシステム
ソフトウェア資産
機能追加
・・・
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2013
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DATA WAVE Corporation
47
研究
事例
再利用の意思決定支援
NTTデータのある金融系システムの開発では…
Aシステム
資産カタログの自動生成
ソフトウェア資産
Cシステム
Bシステム
ソフトウェア資産
ソフトウェア資産
機能追加
自動
生成
流用
Dシステム
ソフトウェア資産
・・・
Eシステム
ソフトウェア資産
機能追加
• プログラム・ドキュメントの類似性の定量化
• プログラム・ドキュメントの差分抽出
・・・
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48
研究
事例
再利用の意思決定支援
―資産カタログ
■自動生成した既存機能一覧(抜粋)
人間が俯瞰できないデータを可視化する
■自動生成した既存機能の仕様差分一覧(抜粋)
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2013
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49
研究
事例
その他の研究事例(1)
Microsoft Research Bing Code Search
“how to invoke exe”
さまざまなWeb技術情報を
もとに候補コード断片を提示
http://codesnippet.research.microsoft.com/
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50
研究
事例
その他の研究事例(2)
 開発者の活動履歴情報のソーシャルネットワーク分析
による知識共有支援[1]
 アイトラッキング情報を活用し、
ソースコード要約のための知見を抽出[2]
 生体センサのデータ(アイトラッキング、皮膚電気信号、
脳波)により、ソフトウェア開発におけるタスクの難易度
を予測[3]
[1] M.Ohira, et al. “Accelerating Cross-Project Knowledge Collaboration Using Collaborative Filtering and Social Networks,” MSR 2005
[2] P.Rodeghero, “Improving Automated Source Code Summarization via an Eye-Tracking Study of Programmers,” ICSE 2014
[3] T.Fritz, “Using Psycho-Physiological Measures to Assess Task Difficulty in Software Development”, ICSE 2014
Copyright
© 2014©NTT
DATA
Corporation
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膨大に蓄積された
開発データ
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コンピュータパワー
(データ分析技術)
生産技術革新第2章
ソフトウェア開発現場における
(ビッグ)データ活用
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• ソフトウェア開発データのビックデータ化が進み、
データ分析技術は成熟化している
• ソフトウェアインテリジェンスという新しい生産技
術の領域がある
• ソフトウェア開発の「考える活動」を支援できる
新しいソフトウェア生産技術が登場する可能性
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次なるソフトウェア生産技術革新へ
NTTデータでは、すでに開発自動化ソリューションが多くのプロジェクトに
適用され、開発期間の短縮化に成功しています。
自動化は着実に普及する一方、また自動化を進んだからこそ、
開発現場に蓄積されるデータは激増しています。
次の生産技術の革新は、そのような大量の開発データの活用にあります。
NTTデータでは、システム開発のより一層のスピードアップと品質向上に
向けて、次なるソフトウェア生産技術の革新に取り組み、
お客様が求めるシステムを迅速に提供することを目指していきます。
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関連書籍のご案内
•革新を続けるソフトウェア生産技術
• 日経BP社 刊
• NTTデータ 技術開発本部 著
• ISBNコード 978-4-8222-3484-3
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