! IT für Intralogistiksysteme 2014

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1 Vorlesung: IT für Intralogistiksysteme 2014 Kapitel 7: Ausfallsicherheit und Datensicherung - Softwaretechnik (Software-Engineering) Prof. Dr.-Ing. Frank Thomas Dr. Thomas + Partner GmbH & Co. KG, Karlsruhe Karlsruhe, den D

2 Ausfallsicherheit und Datensicherung (I) Bei jedem technischen System muss während des Betriebes mit Fehlfunktionen und Ausfällen gerechnet werden Eine 100%ige Verfügbarkeit kann nicht gewährleistet werden 2

3 Ausfallsicherheit und Datensicherung (II) Die Überlegungen hinsichtlich einer Risikoverminderung bewegen sich im Spannungsfeld Risiko - Aufwand - Nutzen 3

4 Spannungsfeld Risiko- Aufwand- Nutzen Ausfall- Risiko Aufwand Nutzen 4

5 Ursachen für Datenverluste und Systemstillstände Logische Fehler sind die häufigste Ausfallursache " Systemausfälle basieren immer seltener auf reinen Hardware-Problemen (diese machen gerade mal etwa 15% aus). " Der Anteil ungeplanter Stillstände aufgrund Software- und Anwenderfehler (logische Fehler) wird, unter anderem bedingt durch die steigende Komplexität, immer größer. Das betrifft rund 85% aller Systemausfälle 45% Software-Fehler Quelle Text: libelle.com 15% Hardware-Fehler 40% Anwender-Fehler Quelle Grafik: Gartner Group 5

6 Hardware-Ausrüstung Hardware-Ausrüstung * beeinflusst die Systemverfügbarkeit um etwa 15% durch die von ihm gelieferte Hardware Systemsoftware, Netzwerksoftware, Datenbank Wartung * bezogen auf UNIX- System 6

7 Konzept eines Clusters mit automatischer Fehlererkennung und -beseitigung Alle Rechner haben Zugriff auf alle Platten. Im Normalfall arbeitet jeder Rechner mit seinen Platten. Die Applikation wird in Pakete zerlegt: z.b. WE, BS (Bestandsführung), Nachschub, Kommissionierung, Leitstand, MFCS, WA. Komm. BS WA Leitstand MFCS BS Mehrfachsystem als Backup voll redundant. Alle Rechner überwachen sich durch sogenannte Herztöne (= Bitmuster). Fällt z.b. Rechner C aus, übernehmen die noch lebenden Rechner A,B und D die Pakete von Rechner C. Komm. MFCS 7

8 Vorteile durch die eingesetzte zukunftsorientierte Software-Architektur Mit Blick auf die Hardware Applikationssoftware ist paketiert ( Clusterbildung / Lastverteilung ) Parallelisierung steigert Performance Parallelisierung ermöglicht Fehlerbehandlung im laufenden Betrieb Eine höhere Softwarequalität durch ein besser durchdachtes Design Wiederverwendung, Adaptive Prozessbausteine, Plugins - der Code wird dadurch zuverlässiger und robuster Weniger neuer Code muss implementiert werden TWS Plattform hat hohen Reifegrad durch breiten Einsatz Weniger Wartungsfälle, weniger Wartungsaufwand 8 D

9 Neue Software - Belastungsprobe für Unternehmen 9

10 Untersuchung der Standish Group: 8380 SWE-Projekte 365 IT-Manager Ergebnisse: Probleme in SWE-Projekten 16,2 % der Projekte lagen innerhalb der geplanten Termine und des geplanten Budget und erfüllten alle spezifizierten Anforderungen 52,7 % wurden jenseits der geplanten Projektdauer und -kosten sowie mit unvollständigen Anforderungen beendet 31,1 % der Projekte wurden abgebrochen Ø aller Projekte: 222 % über geplante Projektdauer 52,7 % überstiegen die geplanten Kosten um 189 % Quelle: 10

11 Mangelnde Kommunikation Das Hauptproblem ist nicht in der Software zu suchen, sondern in den Köpfen der Beteiligten: Sprechen Auftraggeber und Entwickler die gleiche Sprache? Weiß der Anwender, was überhaupt möglich ist und in welchen Schritten? Haben die Entwickler alle Informationen? Fragt der Entwickler noch, wenn er unter Zeitdruck steht? Ergebnis: Dialoge finden nicht statt Individuell auf das Unternehmen zugeschnittene Funktionen fehlen 11

12 Mangelnde Kommunikation Warum scheitern SW-Entwicklungsprojekte? unvollständige Anforderungen 13,1 % Einbeziehung von Benutzern 12,4 % Erwartungen 9,9 % Change Requests 8,7 % in Summe: 44,1 % 44,1 % der Faktoren, die den Projekterfolgt beeinträchtigen, hängen direkt oder indirekt mit Anforderungen zusammen. Quellen: TÜV Rheinland / Berlin / Brandenburg Standish Group 12

13 Softwaretechnik (Software-Engineering) Da Software zu erstellen und zu warten aufwendig ist, erfolgt die Entwicklung anhand eines strukturierten zielorientierten Planes. Zielorientiert bedeutet die Berücksichtigung von überschaubaren, zeitlich und inhaltlich begrenzten Phasen, sowie Kosten und Qualität. Die Entwicklung von Software ist interdisziplinär. Es ist wichtig, schon früh alle beteiligte Nutzer Logistikplaner und Softwareentwickler als Team mit einzubeziehen. 13

14 software follows function Es ist wichtig, schon früh alle beteiligte Kunden / Nutzer... Logistik-Planer... und Softwareentwickler als Team mit einzubeziehen. Logistik-Planer Nutzer, Kunden SW-Entwickler siehe auch Kapitel 7 Die Implementierung der Warehouse Management Solutions erfolgt immer in interdisziplinären Teams aus Logistik-Experten und Software-Spezialisten. Die Zusammenarbeit dieses Teams mit dem Kunden sichert eine großmögliche Effizienz der Prozesse und eine maximale Akzeptanz. D

15 software follows function Planung Lastenheft: Anforderungsdefinitionen, Prozessziele Logistik-Planer Pflichtenheft - Definition und Beschreibung der Geschäftsprozesse von WE bis WA* - Layout-Planung und detaillierte Beschreibung der technischen Gewerke - Informationsbedarf im Prozess-Schritt - Informationsbedarf am Leitstand IT-Lastenheft: Einordnung in die Systemlandschaft Vorgehensmodell (Migrationsstufen) Zeitplanung Projektlaufzeit Nutzer, Kunden Aufwandsschätzung SW-Entwickler * best practice siehe auch Kapitel 7 15

16 Anforderungsanalyse Auswertung Prozess- und Datenfluss entlang der Geschäftsprozesse vom WE bis WA* Systemanalyse Strukturierte Analyse (SA) software follows function Objektorientierte Analyse (OOA) Entwicklungsprozess mit objektorientierten Werkzeugen Ziel: Lauffähiges Kundensystem Logistik-Planer Nutzer, Kunden Anwendungsdomäne mit ausgetesteten Software-Modulen* als Komponenten und projektspezifischen Plug-Ins SW-Entwickler * best practice siehe auch Kapitel 7 16

17 Entwicklungsprozess mit objektorientierten Werkzeugen Entwicklungsprozess mit objektorientierten Werkzeugen: Neu dabei ist: Man verlässt das Wasserfallprinzip Im iterativen Prozess nimmt man in jeder Phase Unvollständigkeiten bewusst in Kauf Die Rückkehr zu jeder Phase wird durch Werkzeuge (case tools) unterstützt, die eine permanente Konsistenzprüfung des Gesamtsystems zulassen 17

18 Entwicklungsprozess mit objektorientierten Werkzeugen - Phasen der Software-Entwicklung (II) Konstruktionsphase Implementierungsphase Modellierung Systemverhalten Modellierung Fachkonzept Architektur und Implementierungsentwurf Inbetriebnahmephase Einsatz und Wartung* *hier fließen Erkenntnisse aus der Praxis zurück in die Entwicklung 18

19 Tests - Schulung - Inbetriebnahme - Wartung Inbetriebnahmephase Software-Entwickler Einsatz und Wartung Inhouse-Tests / Schnittstellentest Inbetriebnahme / Schulung Produktionsbegleitung / Schulung Gewährleistung meistens 12 Monate Wartung Test-Team Schulungs-Team Schulungs-Team Wartungsteam Wartungsteam 19

20 Kostenfortpflanzung bei Fehlentscheidungen Projektabschnitte in der Softwareentwicklung: Analyse & Design Kosten pro Fehler Implementierung x 6 x 10 Kosten pro Fehler Pflege Kosten pro Fehler TÜV Rheinland / Berlin / Brandenburg Bosten Consulting 20

21 Begriffswirwarr 21

22 Begriffswirrwarr und die Folgen auf der Entscheiderebene Die Entscheider lassen sich von Hochglanzbroschüren und raffinierten Werbespots blenden und vergessen zu prüfen, ob die ausgewählte Software auch zu ihrem Unternehmen passt Eigentlich müssten die Entscheider dafür sorgen, dass die Fach- und IT-Abteilungen Projekte gemeinsam planen, budgetieren und durchführen 22

23 Begriffswirrwarr und die Folgen für die EDV-Entwicklung Die immer neuen Begriffe überdecken Entwicklungsdefizite Das führt zu extrem aufwendigen Lösungen Die Reaktion aus den Unternehmen ist der Ruf nach Spezialisten die diese Komplexität beherrschen Dabei wird komplex oft mit komplexer Software gleichgesetzt 23

24 Strategische IT-Ausrichtung in den Unternehmen (I) Ohne ständige, kritische Würdigung der weltweiten IT-Entwicklung (Halbwertszeit IT-Wissen: < 3 Jahre) ist eine strategische IT- Ausrichtung in den Unternehmen gefährlich Gewachsene IT-Strukturen werden zu schwer beherrschbaren Monolithen IT-Kostenstrukturen zeigen: # Wartung: durchschnittlich 75% # Für neue Lösungen: 25% 24

25 Strategische IT-Ausrichtung in den Unternehmen (II) Ein sogenannter Megatrend in der Branche: # Zukunftsvisionen sollen IT-Kosten reduzieren und flexibler gestalten und Budget für IT-Innovationen freimachen # Cloud Services, Virtualisierung, Utility Sourcing Angebote, Outsourcingoptionen,... Zukunftsvisionen: ja - aber die IT-Neuausrichtung ist eine primäre, interne Hausaufgabe. Die erste Aufgabe ist es eine Führungskraft mit dem Spirit zu finden: Mein Job besteht darin, Veränderungen möglich zu machen... 25

26 Strategische IT-Ausrichtung in den Unternehmen (III) Im Fokus bleibt immer der Kostendruck: # Durchführung von IT-Management Benchmarks # Interne Kundenzufriedenheit der Anforderer an ihre IT-Abteilung (oftmals beschämende Ergebnisse) # Die Ausgangslage, alles selbst entwickeln zu wollen, ist nicht zielführend (Schuster bleib bei Deinen Leisten) # Kooperative Zusammenarbeit zwischen IT-Bereich und strategischen Partnern # Wie wird ein zukünftiges IT-Management aufgestellt, damit es als Profit-Center agieren kann? 26

27 Strategische IT-Ausrichtung in den Unternehmen Projektorganisation Für jedes Produkt gibt es eine/einen Verantwortliche(n) Die da unten in der Hierarchie haben volle Verantwortung Die Geschäftsleitung ist hautnah informiert und akzeptiert Neuzugänge Frage: Wie lange kostet die Idee bis die Basistechnologien weitgehend beherrscht sind, und die Abbildung höherwertiger Prozesse abgeschlossen sind? 27

28 Strategische IT-Ausrichtung in den Unternehmen Weiterentwicklung in der IT In Zukunft werden IT-Ressourcen in modularer Form zur Verfügung stehen Ergebnis: Die Unternehmen können unter zahlreichen Optionen wählen Es werden Kombinationen aus internen und externen Lösungen entlang der Fähigkeiten und Angebote der externen Dienstleister optimiert werden müssen Nutzen: Sie stehen nicht vor einer Alles-oder-Nichts-Situation 28

29 Was macht einen externen Dienstleister zu einem strategischen Partner für des Unternehmen? (I) Der Partner muss die Branche verstehen, damit er auf die Bedürfnisse und Nöte der IT in den Unternehmen eingehen kann Er muss alternative Kostenmodelle entwickeln, die den Trend zu immer komplexeren, teuren Lizenzwartungs-Modellen entgegenwirkt Gefragt ist die Kompetenz des Partners in kritischen Phasen, wenn scheinbar harmlose Buisness-Entscheidungen auf die IT unterschätzt werden Bleibt der Partner bei seiner Entscheidung, kann ihm das Kopf und Kragen kosten Trotzdem muss er Stellung beziehen, denn tut er es nicht, ist die Strafe hinterher umso härter 29

30 Software-Technik In der Softwaretechnik sind unter anderem zwei Entwicklungen festzustellen: Komplexität der Software: Der Trend geht dahin, dass Software immer komplexer wird. Daraus folgt eine zunehmende Bedeutung der Softwarearchitektur. Eine gute Softwarearchitektur schafft Transparenz. Software muss sich an ständige Veränderungen anpassen: Neue Marktanforderungen oder Kundenwünsche müssen während oder nach der Entwicklungsphase ohne großen Aufwand umsetzbar sein (Entwicklungsprozess mit objektorientierten Werkzeugen). Es kann sonst ein Big Ball of Mud entstehen, eine gewucherte Software. Eine gute Software wirkt dem entgegen. siehe auch Kapitel 6 30 D

31 Komplexität beherrschen Hier hilft der Ansatz: 31

32 Komplexität beherrschen Für den Wandel der Logistik zu Logistik-Ketten und Logistik-Netzwerken bedeutet das: Die IT-Systemarchitektur in der Logistik ist die große Herausforderung dieses Jahrzehnts. Plant ein Unternehmen z. B. den Aufbau eines operativen SCM, muss das ganze intellektuelle Vermögen der beteiligten MA auf den Prüfstand Gefragt sind Ausbildungen in der Modellierung von prozessorientierten Geschäftsabläufen und Methoden des dafür angemessenen IT-Einsatzes 32

33 Erfolg verleiht Flügel Die Unternehmen haben aus den Fehlern der Vergangenheit gelernt. Es werden in Scheiben geschnittene Projekte realisiert. Die Entscheidungsträger bis hin zur Geschäftsleitung nehmen aktiv am Entstehungsprozess teil und bringen Ihre Erfahrungen ein (z. B. in regelmäßigem Review). Damit lassen sich Prozent der Kosten sparen. Der Projekterfolg steht und fällt mit der Kompetenz des beteiligten Projektteams und den sinnvoll gestellten Randbedingungen. 33

34 Komplexität beherrschen durch interdisziplinär besetzte Teams Die Informatik sorgt nicht für das Verständnis des Problems sondern gibt Methoden an, auf die dann jedoch die Ingenieure angewiesen sind, um ihre ablauftechnischen Probleme zu lösen Lösung: 34

35 IT-Projekte in der industriellen Softwareentwicklung Vorgaben: IT-Projekte sind überschaubar Das Team muss spätestens nach einem Jahr Vorzeigbares liefern Folge: Ein in Scheiben geschnittenes Projekt überfordert nicht die Geschäftsführung Die Entscheidungsträger sind bereit, ihre Überprüfungsfunktionen wahrzunehmen Zuständigkeiten werden genau definiert 35

36 Adaptive IT in der Intralogistik (Details in Kapitel 6) Adaptive IT schöpft Einsparpotentiale in der Intralogistik voll aus Anstatt eines großen Programms werden hier kleine Programmmodule auch Services genannt erstellt, und entlang der Prozesskette von WE bis zum WA wie in einem LEGO-Baukasten zu Prozessen zusammengebaut Details: siehe Kapitel 6 36

37 Adaptive IT - Abbildung von Geschäftsprozessen durch adaptive IT-Prozessbausteine siehe auch Kapitel 6 D 37

38 Softwaretechnik (Software-Engineering) Da Software zu erstellen und zu warten aufwendig ist, erfolgt die Entwicklung anhand eines strukturierten zielorientierten Planes. Zielorientiert bedeutet die Berücksichtigung von überschaubaren, zeitlich und inhaltlich begrenzten Phasen, sowie Kosten und Qualität. Die Entwicklung von Software ist interdisziplinär. Es ist wichtig, schon früh alle beteiligte Nutzer Logistikplaner und Softwareentwickler als Team mit einzubeziehen. 38

39 Planung Analyse Lastenheft (Anforderungsdefinitionen) Pflichtenheft (mit technischen Anforderungen, verfeinertes Lastenheft) Vorgehensmodell (Migrationsstufen) Zeitplanung Projektlaufzeit Aufwandsschätzung Anforderungsanalyse Auswertung Prozessanalyse entlang der Geschäftsprozesse vom WE bis WA Systemanalyse Strukturierte Analyse (SA) Objektorientierte Analyse (OOA) Softwaretechnik - Phasen der Software-Entwicklung Logistik-Planer SW-Entwickler Nutzer, Kunden 39

40 Entwicklungsprozess mit objektorientierten Werkzeugen Entwicklungsprozess mit objektorientierten Werkzeugen: Neu dabei ist: Man verlässt das Wasserfallprinzip Im iterativen Prozess nimmt man in jeder Phase Unvollständigkeiten bewusst in Kauf Die Rückkehr zu jeder Phase wird durch Werkzeuge (case tools) unterstützt, die eine permanente Konsistenzprüfung des Gesamtsystems zulassen 40

41 Entwicklungsprozess mit objektorientierten Werkzeugen - Phasen der Software-Entwicklung (II) Konstruktionsphase Implementierungsphase Modellierung Systemverhalten Modellierung Fachkonzept Architektur und Implementierungsentwurf Inbetriebnahmephase Einsatz und Wartung* *hier fließen Erkenntnisse aus der Praxis zurück in die Entwicklung 41

42 Tests - Schulung - Inbetriebnahme - Wartung Inbetriebnahmephase Software-Entwickler Einsatz und Wartung Inhouse-Tests / Schnittstellentest Inbetriebnahme / Schulung Produktionsbegleitung / Schulung Gewährleistung meistens 12 Monate Wartung Test-Team Schulungs-Team Schulungs-Team Wartungsteam Wartungsteam 42

43 Qualität der Software-Architektur Als Maß für die Qualität der Software-Architektur gelten: Mittelbares Maß: Performance, Sicherheit, Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit, Robustheit, Funktionsumfang, Benutzbarkeit. Unmittelbares Maß: Flexibilität, Testbarkeit, Integrierbarkeit, Wartbarkeit, Änderbarkeit, Portierbarkeit, Skalierbarkeit, Wiederverwendbarkeit. siehe auch Kapitel 6 43 D

44 Erfolg verleiht Flügel das Team macht etwas Spannendes etwas wofür Gehirnschmalz gebraucht wird wo Ideen zählen auf jeden kommt es persönlich an das Team verstärkt sich durch gute, hochmotivierte Mitarbeiter. "Wer will keinen Erfolg haben"? 44

45 Trennung nach Aspekten und Typisierung von Software In einem ersten Schritt wird die Software getrennt nach dem Aspekt: Technikbestimmter Software und Anwendungsbestimmter Software Lauffähiges Kundensystem Anwendungsdomäne Intralogistik Middleware Die Anwendungsdomäne bewältigt alle Problemfälle der Intralogistik. D 45

46 Middleware Die Middleware (Zwischenanwendung) bezeichnet eine anwendungsunabhängige Technologie, die in fachlicher Anwendungs- software und Betriebssystem / Datenbank / Hardware vermittelt. Sie bietet notwendige und hilfreiche Dienste für die Implementierung und Laufzeit von Anwendungssoftware. Sie ist aber nicht dem Bereich der Anwendungssoftware zuzuordnen. Das Modul Persistence hat die Aufgabe, die Verbindung zwischen Anwendung und relationaler Datenbank herzustellen. Middleware Laufzeitumgebung Persistence Fremdgewerks-Kommunikation Interprozess-kommunikation Event-Handling Dialoganbindung Fehler- und Ausnahmebehandlung MDA-Werkzeuge Utilities Logging / Tracing, XML Handling 46 D

47 Typisierung der WMS-Software / TWS Lauffähiges Kundensystem Anwendungsdomäne Projektspezifika Komponente Middleware Plugin Die Anwendungsdomäne bewältigt alle Aufgaben der Problemfelder innerhalb der Intralogistik. Sie strukturiert sich nach dem Grad der Wiederverwendbarkeit, Komponenten, TWS Plattform, Plugins und Profektspezifika. TWS - Platform Datenbank 47 D

48 Typisierung der WMS-Software / TWS Lauffähiges Kundensystem Anwendungsdomäne Projektspezifika Plugin Plugin (projektspezifisch) Plugin (projektübergreifend) Plugin (Standard) (projektübergreifend) Komponente Wareneingang Nachschub Kommissionierung Warenausgang MFCS Transportverwaltung Platzverwaltung Bestandsverwaltung Auftragsverwaltung Geräteverwaltung Middleware Laufzeitumgebung Persistence Fremdgewerks-Kommunikation Interprozess-Kommunikation Event-Handling Dialoganbindung Fehler- und Ausnahmebehandlung MDA-Werkzeuge Utilities Logging / Tracing, XML Handling TWS - Platform Bedeutung A Datenbank B: A verwendet B 48 D

49 Erfolg verleiht Flügel Die Entwicklung von Software ist interdisziplinär besetzt Softwarefehler und Anwendungsfehler werden minimiert Zielorientierter Plan wird eingehalten (Zeit, Kosten, Qualität) 49

50 Ursachen für Datenverluste und Systemstillstände Logische Fehler sind die häufigste Ausfallursache " Systemausfälle basieren immer seltener auf reinen Hardware-Problemen (diese machen gerade mal etwa 15% aus). " Der Anteil ungeplanter Stillstände aufgrund Software- und Anwenderfehler (logische Fehler) wird, unter anderem bedingt durch die steigende Komplexität, immer größer. Das betrifft rund 85% aller Systemausfälle 45% Software-Fehler Quelle Text: libelle.com 15% Hardware-Fehler 40% Anwender-Fehler Quelle Grafik: Gartner Group 50

51 Untersuchung der Standish Group: 8380 SWE-Projekte 365 IT-Manager Ergebnisse: Probleme in SWE-Projekten 16,2 % der Projekte lagen innerhalb der geplanten Termine und des geplanten Budget und erfüllten alle spezifizierten Anforderungen 52,7 % wurden jenseits der geplanten Projektdauer und -kosten sowie mit unvollständigen Anforderungen beendet 31,1 % der Projekte wurden abgebrochen Ø aller Projekte: 222 % über geplante Projektdauer 52,7 % überstiegen die geplanten Kosten um 189 % Quelle: 51