Ingeniería de requisitos en el desarrollo de hardware

Seamos sinceros: muy pocas personas se entusiasman con los requisitos. Sin embargo, todos los equipos de hardware han sentido el costo de unos requisitos poco claros: retrabajos que aparecen tarde o una versión construida que no cumple realmente con lo que pidieron las partes interesadas. 

La ingeniería de requisitos (RE) es la disciplina que sigue un proceso estructurado para definir, documentar y gestionar requisitos, de modo que el producto final resuelva el problema correcto. Cuando se aplica bien, detecta errores de forma temprana, mantiene al equipo alineado y da a todos la confianza de que lo que se entrega es lo que realmente se acordó construir.

Sin embargo, el término suele generar confusión porque tiene sus raíces tanto en la ingeniería de software como en la ingeniería de sistemas de productos de hardware. 

En este artículo, obtendrás una definición clara de la ingeniería de requisitos y de su papel en el desarrollo de productos de hardware. Cubrimos tanto una visión teórica general como un marco práctico de cómo se aplica en un proyecto de hardware, con ejemplos del mundo real y una lista de los errores más comunes, además de cómo evitarlos.

Conclusiones clave

• La ingeniería de requisitos ayuda a los equipos de hardware a convertir la intención de diseño en requisitos claros y a mantener a todos en el equipo alineados.
• Los requisitos guían el proyecto desde la planificación y el diseño iniciales hasta las pruebas, los cambios y la documentación final.
• Un buen proceso de requisitos ayuda a los equipos de desarrollo a detectar problemas con anticipación, evitar rediseños costosos y garantizar que el producto final cumpla con lo acordado.

¿Qué es la ingeniería de requisitos?

La ingeniería de requisitos es un enfoque sistemático y disciplinado para definir, documentar y gestionar requisitos durante el desarrollo de productos de hardware.

Ayuda a los equipos a comprender el problema que debe resolverse, aclarar y analizar las necesidades de las partes interesadas, resolver conflictos y compensaciones, documentar lo que debe lograr el producto y mantener esa comprensión actualizada a medida que el producto evoluciona.

En la práctica, los requisitos crean un entendimiento compartido entre las partes interesadas y los equipos de ingeniería sobre qué se está construyendo, por qué se está construyendo y cómo sabrá el equipo si el producto final cumple con la intención de diseño.

Beneficios de la ingeniería de requisitos

Cuando la RE se realiza correctamente, ayuda a prevenir malentendidos y errores costosos, mantiene al equipo alineado y contribuye a asegurar que el producto final cumpla con sus requisitos.

Los principales beneficios de la RE incluyen:

• Visión compartida: mantiene a las partes interesadas, los gerentes y los equipos de ingeniería alineados en torno a un mismo entendimiento de lo que se está construyendo.
• Alcance claro: deja claro qué forma parte del proyecto y qué no, lo que ayuda a evitar incorporaciones no controladas conocidas como scope creep.
• Reduce errores costosos: ayuda a encontrar problemas en los requisitos desde el principio, antes de que se conviertan en costosos retrabajos de diseño, nuevos prototipos o pruebas repetidas.
• Mejora la planificación y la programación: brinda a los equipos una visión más clara de lo que debe construirse, lo que facilita estimar el trabajo y crear cronogramas realistas.
• Mejora la calidad del producto: ayuda a asegurar que el producto final haga lo acordado y cumpla con los estándares de calidad requeridos.

Evolución de la disciplina de ingeniería de requisitos

La ingeniería de requisitos tiene raíces tanto en la ingeniería de sistemas como en la ingeniería de software. Estas dos líneas de origen se desarrollaron en contextos de ingeniería diferentes, por lo que el término todavía puede tener un alcance ligeramente distinto según la fuente.

En el contexto de la ingeniería de software, el enfoque se centra principalmente en los requisitos de desarrollo de software: qué debe hacer el software, cómo debe comportarse y qué atributos de calidad debe cumplir. Los ingenieros de software piensan en requisitos funcionales y no funcionales documentados como historias de usuario, casos de uso y criterios de aceptación. En el contexto de la ingeniería de sistemas, el alcance es más amplio. Los requisitos se refieren al sistema completo, incluido el hardware, el software, las personas, los procesos, las interfaces, las condiciones de operación y otras características del sistema. Los ingenieros de sistemas hablan de requisitos de nivel de sistema asignados a hardware, mecánica, electricidad, firmware y factores de seguridad, registrados como declaraciones formales de requisitos y matrices de trazabilidad de requisitos.

En el desarrollo de hardware, la RE reúne ambas perspectivas. Combina el rigor y el alcance multidisciplinario de la ingeniería de sistemas necesarios para abordar los costos de la lista de materiales (BOM), las restricciones térmicas y las limitaciones de fabricación, con la trazabilidad del ciclo de vida utilizada en la ingeniería de software para mantener los requisitos verificables y conectados a lo largo del desarrollo.

Disciplinas relacionadas con la ingeniería de requisitos

La ingeniería de requisitos está estrechamente relacionada con otras disciplinas del desarrollo de productos, especialmente la ingeniería de sistemas y la gestión de producto.

Ingeniería de sistemas

La ingeniería de sistemas considera un producto como un sistema completo. Un ingeniero de sistemas se asegura de que las distintas partes, como hardware, software, componentes mecánicos y pruebas, funcionen correctamente en conjunto y no entren en conflicto.

Esto está estrechamente relacionado con la RE porque los requisitos dan a todos estos equipos una referencia común de lo que el producto debe lograr.

Si te gustan las analogías, imagina construir una casa. Distintos especialistas trabajan en los cimientos, la electricidad, la fontanería y la calefacción, pero alguien todavía tiene que asegurarse de que todas esas partes realmente encajen en una sola estructura completa. La ingeniería de sistemas cumple exactamente ese papel en el desarrollo de productos.

Gestión de producto

La gestión de producto ayuda a decidir qué construir y por qué. Los gerentes de producto hablan con los clientes, estudian el mercado, analizan a la competencia y trabajan con el negocio para decidir qué problemas vale la pena resolver y qué funciones son más importantes.

Esto también está relacionado con la RE porque esas necesidades del cliente de alto nivel y esos objetivos de negocio se convierten en el punto de partida para definir los requisitos del producto.

Fases del proceso de ingeniería de requisitos

El proceso de RE puede organizarse de diferentes maneras según el área de aplicación, las personas involucradas y la organización. En algunos proyectos, las actividades ocurren principalmente una después de otra, mientras que en otros se repiten y se revisitan a medida que el equipo aprende más.

Como se describe en un artículo publicado en la revista Requirements Engineering, un enfoque común de los libros de texto divide el proceso de RE en cuatro actividades principales (fases):

• Elicitación de requisitos: recopilación de requisitos de las partes interesadas y de otras fuentes para comprender qué debe hacer el sistema y en qué condiciones debe operar.
• Análisis y especificación de requisitos: revisión de lo recopilado, resolución de información poco clara o conflictiva, y transformación de ello en requisitos claros que el equipo de ingeniería pueda utilizar.
• Validación de requisitos: verificación de que los requisitos sean correctos, completos y describan lo que el sistema pretende lograr.
• Gestión de requisitos: seguimiento de los requisitos y de sus cambios a lo largo del tiempo, incluido por qué cambiaron y qué otros requisitos, trabajos de diseño o pruebas pueden verse afectados.

Quiénes participan en el proceso

En el marco de RE participan varios roles clave, que trabajan juntos para definir qué debe hacer un producto:

• Responsable de requisitos: el ingeniero que toma necesidades vagas de las partes interesadas, hace las preguntas correctas y las convierte en un conjunto de requisitos que el equipo de ingeniería realmente puede usar para el desarrollo del producto. A menudo se trata de un ingeniero de sistemas, un ingeniero líder o alguien con una responsabilidad similar.
• Liderazgo técnico de producto: las personas que se comunican con la parte interesada o de negocio, comprenden sus necesidades y luego convierten esa solicitud en un objetivo de producto claro. Esto puede incluir gerentes de producto, gerentes de programa o roles similares.
• Ingeniero de implementación: el ingeniero que utiliza esos requisitos definidos para diseñar y construir su parte del producto. Esto puede incluir ingenieros de electrónica, mecánica, software o firmware.
• Responsable de verificación: la persona que decide cómo se probarán los requisitos y se asegura de que se completen las revisiones y pruebas necesarias. Esto puede incluir ingenieros de verificación, ingenieros de pruebas o ingenieros de QA.

Marco práctico de ingeniería de requisitos para el desarrollo de hardware

Aunque las cuatro actividades anteriores definen el núcleo del proceso de RE, los equipos de hardware necesitan una forma práctica de aplicarlas a lo largo de un proyecto.

A continuación se presenta una visión práctica del marco de ingeniería de requisitos para el desarrollo de hardware, que muestra cómo encajan los requisitos en cada etapa.

Inicio del proyecto: capturar la intención

Al comienzo de un proyecto, los líderes técnicos suelen recibir entradas vagas, como solicitudes de clientes, solicitudes de propuesta (RFP), objetivos de negocio o restricciones de costo, tamaño o cronograma. Por ejemplo, un cliente podría pedir un dispositivo más pequeño que admita un caso de uso específico.

Junto con el Responsable de requisitos, los líderes técnicos aclaran qué se necesita y convierten esas entradas en requisitos de alto nivel que describen lo que el producto debe lograr.

Ingeniería de requisitos: definir requisitos

Los requisitos de alto nivel de la fase de inicio del proyecto siguen siendo demasiado amplios para un diseño detallado. En esta fase, el Responsable de requisitos define el sistema general, lo divide en partes y subsistemas, y convierte esos requisitos de alto nivel en requisitos más específicos para cada parte.

También verifica que los requisitos no entren en conflicto, que no falte nada importante y que cada uno sea claro y verificable. El resultado es un conjunto acordado de requisitos que el equipo de ingeniería puede usar como punto de partida para el diseño del producto.

Implementación: desarrollar diseños

Los ingenieros de implementación utilizan los requisitos acordados para diseñar y construir su parte del producto, ya sea creando un esquemático, modelando una pieza 3D o escribiendo software o firmware. A medida que el diseño evoluciona, vinculan cada requisito con la característica de diseño que lo satisface. Estos vínculos crean la trazabilidad del proyecto y ayudan al Responsable de requisitos a ver cómo se han implementado los requisitos.

Verificación y validación: probar y verificar

Los requisitos también definen qué comprobar durante las revisiones y las pruebas. El ingeniero de verificación define cómo se comprobará cada requisito y trabaja con los ingenieros de implementación para realizar las revisiones, mediciones o pruebas necesarias, y registra los resultados. Esto conecta lo que el producto debía lograr con la evidencia que muestra si realmente lo logró.

Gestión de cambios: revisar e iterar

Los requisitos y los diseños del producto a menudo cambian durante el desarrollo. Un requisito puede resultar imposible de cumplir, un componente puede dejar de estar disponible en el mercado o puede aparecer una nueva restricción. Cuando esto sucede, el Responsable de requisitos registra qué cambió, por qué cambió y qué requisitos, partes del diseño o pruebas se ven afectados.

Documentación y entrega: entregar el proyecto

Al final del proyecto, el Responsable de Requisitos trabaja con el Ingeniero de Verificación y el resto del equipo para cerrar los requisitos, las revisiones de diseño y las actividades de verificación. La documentación final debe proporcionar un registro trazable de lo que se requería, lo que se construyó y cómo se verificó. Los clientes, fabricantes, auditores o equipos que continúen trabajando en el producto necesitarán esta información más adelante.

Ejemplos de Ingeniería de Requisitos

Ingeniería de Requisitos en Dispositivos Médicos

La Ingeniería de Requisitos se utiliza en productos médicos y de tecnología asistencial. Los requisitos acompañan al producto durante todo el desarrollo. Los equipos convierten las necesidades de las partes interesadas en requisitos de sistema estructurados, los mantienen conectados a medida que cambian las especificaciones y los utilizan para planificar la verificación y documentar los resultados de las pruebas.

Los dispositivos médicos añaden una capa regulatoria. Los equipos dedican más esfuerzo a la trazabilidad, la verificación y la documentación y el papeleo. Esto facilita la aprobación regulatoria conforme a marcos como FDA 21 CFR Part 820 en EE. UU. e ISO 13485:2016 en la UE y otros mercados.

El protector bucal HitIQ es un ejemplo de wearable médico en el que las necesidades de seguridad determinan cada especificación técnica. Descubra cómo se hace en la historia completa de éxito del cliente.

Ingeniería de Requisitos en Electrónica de Consumo e Industrial

El proceso central de ingeniería de requisitos es similar en la electrónica de consumo y la electrónica industrial, pero los productos se desarrollan en condiciones diferentes. Los productos de consumo, como los dispositivos para hogares inteligentes o los wearables, se venden en grandes volúmenes y se lanzan rápidamente. Los productos industriales, como los controladores lógicos programables (PLC) o los variadores de motor, deben funcionar durante años en condiciones exigentes.

En ambos casos, los equipos documentan lo que el producto debe hacer, vinculan cada requisito al diseño, actualizan los requisitos cuando algo cambia y realizan pruebas en función de ellos.

Lo que cambia es dónde ponen los equipos el esfuerzo adicional. En la electrónica de consumo, ese esfuerzo se centra en seguir el ritmo de los cambios rápidos, porque un requisito mal interpretado puede significar rediseñar la placa. En la electrónica industrial, se centra en la verificación, porque el producto debe probarse para una larga vida útil y condiciones severas antes de salir al mercado.

Para desarrollar hardware fiable que cumpla con las normativas de seguridad, es clave mantener conectados los requisitos y los cambios de diseño. Lea cómo MakeSafe Tools gestiona esto en la historia completa de éxito.

Cómo Evitar los Errores Comunes en Ingeniería de Requisitos

La ingeniería de requisitos conlleva algunos desafíos habituales. Saber qué puede salir mal facilita detectar los problemas a tiempo y evitarlos durante el desarrollo de productos de hardware.

A continuación se presentan algunos de los errores más comunes a los que debe prestar atención y cómo evitarlos:

Herramientas de Software para la Ingeniería de Requisitos

Gestionar un conjunto pequeño de requisitos es relativamente sencillo. A medida que un proyecto crece, mantener todo organizado y actualizado requiere más esfuerzo. En ese momento, la manera en que se gestionan los requisitos empieza a importar más.

En la práctica, los equipos suelen trabajar con uno de estos enfoques:

• Hojas de cálculo y documentos: Son familiares y fáciles para empezar, lo que las hace útiles en proyectos más pequeños. Sin embargo, a medida que el proyecto crece, requieren más trabajo manual para mantenerse.
• Herramientas dedicadas de Gestión de Requisitos (RM): Proporcionan más estructura y control a medida que los proyectos se vuelven más complejos. La contrapartida es que algunas herramientas también incorporan más proceso del que un equipo pequeño puede necesitar.

El objetivo es utilizar suficiente estructura para el proyecto sin hacer que la gestión de requisitos sea más complicada de lo necesario.

Para equipos pequeños de hardware que ya han superado las hojas de cálculo pero no necesitan un flujo de trabajo RM empresarial grande, Requirements Portal es una opción práctica a considerar. Está diseñado para ofrecer a los equipos pequeños una forma más estructurada de gestionar requisitos sin la carga operativa de un sistema empresarial tradicional.

Conclusión y Próximos Pasos

En este punto, debería tener una comprensión clara de los principales conceptos de la ingeniería de requisitos y de cómo se aplican en la práctica.

Si desea seguir aprendiendo sobre ingeniería de requisitos, estos recursos son un buen punto de partida:

• ISO/IEC/IEEE 29148:2018 proporciona la norma internacional para procesos y prácticas de ingeniería de requisitos. Ofrece orientación adicional sobre cómo deben redactarse, estructurarse, documentarse y gestionarse los requisitos.
• NASA Systems Engineering Handbook ofrece orientación práctica sobre cómo se crean, redactan, revisan y utilizan los requisitos durante el desarrollo de sistemas.
• Guide to the Systems Engineering Body of Knowledge (SEBoK) explica cómo encajan los requisitos en el proceso más amplio de ingeniería de sistemas y cómo se desarrollan conjuntamente las distintas partes de un sistema.
• La revista Requirements Engineering publica investigaciones, ejemplos del sector y distintos enfoques sobre ingeniería de requisitos con mayor profundidad.

Si está listo para pasar de la teoría a la práctica, pruebe Requirements Portal y comience hoy mismo a trabajar con requisitos estructurados en un proyecto real de hardware, gratis y sin necesidad de configuración.

Preguntas Frecuentes

¿Por Qué es Importante la Ingeniería de Requisitos?

La ingeniería de requisitos es importante porque ayuda al equipo a construir el producto correcto al comprender claramente las necesidades de las partes interesadas antes de que el diseño y el desarrollo avancen demasiado.

¿Cuál es el Rol de un Ingeniero de Requisitos?

Un ingeniero de requisitos convierte las necesidades de las partes interesadas en requisitos claros que el equipo de ingeniería puede utilizar y mantiene esos requisitos organizados a medida que el proyecto cambia. Actúa como puente entre los clientes y los equipos de desarrollo. 

¿Cuál es la Diferencia Entre Ingeniería de Requisitos y Gestión de Requisitos?

La ingeniería de requisitos es todo el proceso de descubrir, comprender y documentar lo que un sistema necesita hacer en primer lugar. La gestión de requisitos es la parte específica de ese trabajo que mantiene esos requisitos organizados y realiza el seguimiento de cualquier cambio una vez que han sido redactados.