Boden unter den Füssen

Transkript

1 Qualitätsmodelle im Software Engineering: Boden unter den Füssen Der Einsatz von Qualitätsmodellen im Software Engineering vereinheitlicht die verschiedenen Vorstellungen über die Software-Qualität. Qualität wird konkretisiert, sie ist definierbar und planbar. Alle Beteiligten können von einer vergleichbaren Basis aus kommunizieren: Keine Entwicklung «auf Zuruf», sondern ein systematisches Vorgehen. Von Ernest Wallmüller Qualitätsmodelle bieten differenzierte und den Erfordernissen von Software-Produkten angepasste Möglichkeiten zur Spezifikation von Qualitätsanforderungen, die auch die Anforderungen an den Prozess berücksichtigen wurde mit der ISO 9126 ein Standard für Software-Produktmerkmale definiert und verabschiedet (Grafik 1). Damit liegt ein standardisiertes Merkmalsmodell für Software- Produkte vor, das gleichzeitig einen Ansatz für deren Bewertung und Interpretation möglich gemacht hat. Mehr Handlungssicherheit Mit Hilfe eines Qualitätsmodells wird der allgemeine Qualitätsbegriff durch Ableiten von Unterbegriffen operationalisiert. Die einzelnen Unterbegriffe werden durch Festlegen von Indikatoren, das sind entweder Produkt- oder Prozesskenngrössen, mess- und bewertbar gemacht. Für jedes Projekt und Produkt wird eine spezifische Menge von Eigenschaften, Merkmalen und Qualitätskenngrössen («metrics») festgelegt, wobei deren Anzahl stark variieren kann. Beispielsweise wird man bei einem Produkt mit hohen Wartungsanforderungen den Merkmalen Modularität der Software- Architektur, Lesbarkeit und des Codes besondere Bedeutung schenken. Diese Merkmale können mit der Effizienz des ausführbaren Codes in inverser Beziehung stehen, das heisst ein Programm mit klarem modularen Aufbau und verständlichem Code kann in der Ausführung langsamer sein als eine unstrukturierte, komplexe Lösung. Wir sehen daraus, dass es Zielkonflikte 10 MQ Management undqualität Ausgabe 09/2002

2 bei der Definition verschiedener Merkmale geben kann. In vielen Projekten werden im Grossen und Ganzen nur funktionelle Anforderungen, Performance-Anforderungen und Anforderungen an die Benutzerschnittstelle spezifiziert. Anforderungen hinsichtlich der Wartbarkeit, der Portabilität oder ähnlicher Eigenschaften werden meistens vergessen oder ignoriert. Der Grund dafür liegt darin, dass die Verantwortlichen keine geeigneten Hilfsmittel besitzen. Qualitätsmodelle und Qualitätskenngrössen bieten die Chance, diese Anforderungen zu spezifizieren. Kunden mit im Boot Die Anwendung dieser Modelle muss auch vom Kunden und Auftraggeber unterstützt werden und im Projekt verankert sein. Aus Benutzerperspektive interessante Merkmale und Kenngrössen sind beispielsweise: Merkmale nach ISO 9126 Funktionalität Richtigkeit, Angemessenheit, Interoperabilität, Ordnungsmässigkeit, Sicherheit Zuverlässigkeit Reife, Fehlertoleranz, Wiederherstellbarkeit Benutzbarkeit, Erlernbarkeit, Bedienbarkeit Effizienz Zeitverhalten, Verbrauchsverhalten (Betriebsmittel) Analysierbarkeit, Modifizierbarkeit, Stabilität, Prüfbarkeit Anpassbarkeit, Installierbarkeit, Konformität, Austauschbarkeit Grafik 1 Zuverlässigkeit Anzahl Programmfehler/ELOC Anzahl Dokumentenfehler/ Seitenanzahl usw. Anzahl Probleme/Monat der Benutzung Prozent Benutzer ohne Probleme Trends Die Software-Entwicklung ist einem stetigen Wandel unterworfen. Die Idealvorstellung, sie rein ingenieurwissenschaftlich zu verstehen und zu betreiben, muss revidiert werden. Den Phänomenen Projekt und Projektmanagement als kritische Erfolgsfaktoren für das IT- und Software-Geschäft muss mehr Aufmerksamkeit geschenkt werden. Diejenigen Software-Organisationen, die in ihrer Kultur Werte wie Offenheit, kritisches Hinterfragen und Lernen verankert haben, sind am besten geeignet, sich an zukünftige Herausforderungen der Software-Welt gut anpassen zu können. Der Trend geht klar in Richtung integrierte Managementsysteme und Business Excellence. Die Bewertung der Software-Organisation nach Excellence-Kriterien wie jene des EFQM-Modelles oder nach spezifischen Kriterien für Software-Prozesse, zum Beispiel nach dem Capability Maturity Model /CMM, Bootstrap oder ISO wird an Bedeutung zunehmen. Einflussfaktoren wie Motivation der Mitarbeiter, der permanente Kunden- und Prozessfokus sowie ein klares und gelebtes Commitment der Geschäftsleitung zu Prozess- und Qualitätsmanagement werden zu wichtigen Führungsprinzipien. Prozessverbesserung ist auf allen Stufen einer Software-Organisation ein Thema. Manager werden wegen des potenziellen Geschäftsnutzens interessiert sein, Projektleiter und Auftraggeber wegen der besseren Transparenz des Projekt- und Produktfortschritts. Endbenutzer werden wegen des besseren Umgangs mit Anforderungen und der Erreichung ihrer (Qualitäts-)Ziele an Verbesserungsmassnahmen Gefallen finden. Software-Qualitätsmanagment in der Praxis. Software-Qualität durch Führung und Verbesserung von Software-Prozessen, von Ernest Wallmüller, 2., völlig überarbeitete Auflage, Carl Hanser Verlag München Wien 2001, 472 Seiten, Hardcover, Webseite zum Buch ( CHF 86., ISBN Wartbarkeit Durchschnittliche Dauer der Servicefälle Durchschnittliche Zeitdauer für Verfügbarkeit einer Korrektur Prozent richtige Korrekturen Beispiele für einfache Kenngrössen aus Entwicklerperspektive, die sich direkt ermitteln lassen, sind die maximale Anzahl der Anweisungen eines Moduls, die Schachtelungstiefe von Kontrollstrukturen oder der prozentuelle Anteil der Kommentaranweisungen eines Moduls. Diese Qualitätskenngrössen eignen sich dazu, die eines Moduls abzuschätzen oder zu bewerten. Vielfacher Nutzen Qualitätsmodelle helfen auch die Prozessqualität zu verbessern. Typische Prozessprobleme sind beispielsweise unzureichende Projektplanung und -steuerung, Unterschätzung der Entwicklungskosten am Anfang des Projekts oder zu späte Auslieferung des Produkts. Durch die Wahl geeigneter Kenngrössen für spezifische Prozessfaktoren, wie beispielsweise die Projektplanung und -führung, oder durch standardisiertes Vorgehen im Projekt lassen sich auch Produktbzw. Prozessprobleme rascher in den Griff bekommen. Für die Einhaltung der Projektplanung (Merkmal «Termintreue») können wir zum Beispiel folgende Messgrösse einführen: verschobene Meilensteine/Anzahl der Meilensteine pro Monat und Projekt. Qualitätsmodelle können uns helfen, die Zusammenhänge zwischen den einzelnen Eigenschaften besser zu verstehen und aufzuzeigen. Ernest Wallmüller, Doktorat der Informatik, Dr. techn., an der J. Kepler Universität Linz (A); Oberassistent an der ETH Zürich; Habilitation in Wirtschaftsinformatik, Univ.-Doz.; SQS-Auditor; TQM-Assessor; Buchautor, seit 1997 Geschäftsführer von Qualität & Informatik. Qualität & Informatik (Schweiz), Haslernstrasse 14, 8954 Geroldswil, Tel , Fax , wallmueller@itq.ch Ausgabe 09/2002 MQ Management undqualität 11

3 Eigenschaften für Benutzer Nutzbarkeit Grafik 2 Funktionalität Verhalten Zeitbedarf Eigenschaften für Betreiber Nutzbarkeit Grafik 3 Verhalten Sicherheit Wartbarkeit Wir kennen drei Klassen von Beziehungen zwischen Eigenschaften: indifferent, konkurrierend und verstärkend. Zwei Qualitätseigenschaften sind indifferent, wenn es keine sichtbare Wechselwirkung zwischen diesen Eigenschaften gibt. Beispielsweise sind die Portabilität und die Korrektheit indifferent. Korrektheit Genauigkeit Umfangsbedarf Störungsverhalten Datensicherheit Funktionssicherheit Erweiterbarkeit Hardware Software Funktionsabdeckung Funktionszuverlässigkeit Einheitlichkeit Robustheit Weiternutzbarkeit Ausführungsbedarf Zeitbedarf Zwei Eigenschaften sind konkurrierend, wenn eine Verbesserung der einen Eigenschaft die Verschlechterung der anderen nach sich zieht. Beispielsweise führt eine Erhöhung der Zuverlässigkeit in der Regel zu einer Verschlechterung der Performance. Zwei Eigenschaften verstärken sich, wenn die Erhöhung der Qualität einer Eigenschaft die Erhöhung der Qualität der anderen nach sich zieht. Beispielswiese sind Korrektheit und Zuverlässigkeit zwei sich verstärkende Eigenschaften. Frühwarnsystem Qualitätsmodelle sind auch ein sehr gutes Hilfsmittel, um Qualitätsprüfungen zu unterstützen. Durch ein aussagekräftiges Netz von Qualitätskenngrössen über alle Phasen und abgestimmt auf die Besonderheiten des Projekts ist es auch unabhängigem Personal möglich, Fehlentwicklungen und Mängel im Entwicklungsprozess oder in Zwischen- und Endprodukten rechtzeitig zu entdecken. Qualitätsmodelle können somit als Frühwarnsystem für die Produktverantwortlichen verwendet werden. Damit werden Schwachstellen im Entwicklungsprozess rechtzeitig aufgezeigt, und geeignete konstruktive Hilfsmittel können zum Einsatz gebracht werden. Unterschiedliche Sichtweisen Ein für die Qualitätsplanung und -beurteilung wichtiger Aspekt sind Qualitätssichten. Qualität ist ja nichts Absolutes, sondern etwas Relatives und beruht immer auf den vorgegebenen Anforderungen. Diese sind sehr stark von der Person abhängig, die sie erstellt. Verschiedene Personenkreise, die mit der Entwicklung eines Software-Produkts zu tun haben, haben natürlich verschiedene Qualitätssichten. Unter Qualitätssicht wird eine Menge von untereinander in Beziehung stehenden Qualitätseigenschaften bezeichnet, die zur Planung und Beurteilung der Qualität für die Personengruppe relevant sind: In den Grafiken 2 bis 5 sind die relevanten Eigenschaften aus Sicht der Benutzer, Betreiber, Designer und Programmierer dargestellt (nach Dissmann/Zurwehn): Benutzer Die erste Gruppe sind die Benutzer eines Software-Produkts. Unter Benutzer eines Software-Produkts verstehen wir Personen oder technische Systeme, die die Leistung des Software-Systems in Anspruch nehmen. Qualitätsanforderungen dieser Gruppe betreffen in der Regel die Schnittstellen des Produkts (Benutzerschnittstellen, Systemschnittstelle) und sind betriebsbezogen. Betreiber Die zweite Kategorie von Personen mit eigener Qualitätssicht sind die Betreiber eines Software-Produkts. Unter Betreiber verstehen wir Institutionen, die Software-Produkte in ihrem Einflussbereich anbieten. Sie stellen das Produkt den Benutzern zur Verfügung, organisieren die Nutzung, legen den Lifecycle fest oder beeinflussen ihn. Die Anforderungen dieser Gruppe an das Produkt sind in der Regel einsatzorientiert und betreffen die Zukunft des Produkts. Designer Designer legen die technische Struktur des Produkts als Kombination von Komponenten sowie die Aufgaben der Komponenten fest. Die Qualitätsziele dieser Personengruppe betreffen in der Regel die Strukturierung der Architektur, zielen auf die Befriedigung von Benutzer- und Betreiberanforderungen ab und gehen in Richtung Entwicklung oder Weiterentwicklung des Produkts. Programmierer Die vierte Personengruppe sind die Programmierer. Sie realisieren die Komponenten des Systems entsprechend den festgelegten Aufgaben in Form von Programmen und Modulen. Ihre Qualitätsziele betreffen in der Regel die Programmstruktur im 12 MQ Management undqualität Ausgabe 09/2002

4 Kleinen, den Programmierstil und die einzelnen Algorithmen. Spezifische Interessen Die verschiedenen Qualitätssichten sind entscheidend für die Planung des Qualitätsniveaus eines Produkts und für ein besseres Verständnis des Entwicklungsprozesses. Es ist ratsam, zwischen einer Kunden-, Projektmanager- und Entwicklersicht zu unterscheiden. Die Kundensicht wird einerseits dadurch bestimmt, inwieweit das gelieferte Produkt die operationellen Einsatzbedingungen und den versprochenen Nutzen erfüllt. Andererseits interessiert den Kunden, inwieweit durch Kosten, Termine und technische Risiken die Qualität und die Anwendung des Produkts beeinflusst wird. Die Sicht des Projektmanagers bezieht sich einerseits auf die Erfüllung der getroffenen Übereinkünfte hinsichtlich Kosten und Termine und andererseits auf das Erreichen eines akzeptablen Qualitätsniveaus, das mit anderen Produkten des Benutzers vergleichbar ist. Die Entwickler und insbesondere der Projektleiter sehen aus ihrer Warte einerseits die Vollständigkeit und Beherrschbarkeit des Entwicklungsprozesses im Vordergrund ihrer Qualitätsbetrachtungen. Andererseits ist die Erfüllung der spezifizierten Anforderungen oder deren Nachweis ein wesentliches Qualitätsziel dieser Gruppe. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass durch eine Berücksichtigung der verschiedenen Sichten die Anwendbarkeit eines Qualitätsmodell erleichtert und vereinfacht wird. Instrumente für das Qualitätsmanagement Die zentralen Anliegen des Qualitätsmanagements, wie Planung, Lenkung, Prüfung und Qualitätsverbesserung können ernsthaft nur durch quantitative Kenngrössen gelöst werden. Qualitätsmodelle bieten dazu die geeignete Grundlage (Grafik 6). Eigenschaften für Designer Grafik 4 Testbarkeit Eigenschaften für Programmierer Grafik 5 Implementierung Testbarkeit Strukturiertheit Pragmatisches Vorgehen Welche Möglichkeiten gibt es, wenn kein ausgereiftes Qualitätsmodell zur Verfügung steht und trotzdem ernsthaft Qualitätsplanung und -bewertung betrieben werden sollen? Wir schlagen dazu eine systematische Vorgehensweise vor, die folgende Regeln berücksichtigt: Identifiziere und charakterisiere die Besonderheiten des Software-Produkts. Bestimme die wichtigen Qualitätseigenschaften (maximal 3) über den Nutzen (QFD). Definiere dazupassende Prozessund Produktmerkmale. Definiere zu den einzelnen Merkmalen Qualitätskenngrössen (Metriken), die sich leicht ermitteln lassen. Ordne die Kenngrössen nach den Phasen, in denen sie erstmals gemessen und ermittelt werden können. Definiere Mess- und Bewertungsmethoden und erstelle Checklisten zur Bewertung von nicht quantifizierbaren Merkmalen. Bestimme den Zeitpunkt der Messung und der Bewertung. Selektiere oder entwickle einfache Werkzeuge, die das Messen und Bewerten erleichtern. Versuche Grenzwerte und Sollwerte für die Qualitätskenngrössen vorzugeben. Diskutiere Massnahmen, um diese Grenz- und Sollwerte zu erreichen. Ermittle die Werte der Kenngrössen. Analysiere die ermittelten Werte der Kenngrössen und vergleiche sie mit den definierten Grenz- und Sollwerten. Die grafische Darstellung der ermittelten Werte zusammen mit den Grenz- und Sollwerten fördert die Akzeptanz der Qualitätsplanung. Sind Abweichungen zu den vorgegebenen Grenz- und Sollwerten vorhanden, leite Korrekturmassnahmen ein und überprüfe diese. Die Voraussetzung für die Erstellung und den Einsatz von Qualitätsmodellen ist ein stabiler Software-Prozess mit einem geordneten Projektmanagement. Unabhängigkeit Abgeschlossenheit Wiederverwendbarkeit Allgemeingültigkeit Anpassbarkeit Entwicklungsfähigkeit Erweiterbarkeit Umgebungsabhängigkeit SW- Abhängigkeit HW- Abhängigkeit Einheitlichkeit Ordnungstreue Dokumentierbarkeit Selbsterklärbarkeit Für ein Projekt werden die drei wichtigsten Qualitätseigenschaften ausgewählt. Danach werden für sie quantitative Qualitätsziele festgelegt. Das setzt voraus, dass entsprechende Merkmale zu den Eigenschaften existieren und diese auch messbar sind. Anschliessend werden die entsprechenden Qualitätsmassnahmen ausgewählt, um die Qualitätsziele auch zu erreichen. Diese Massnahmen umfassen den Einsatz von Methoden, Ausgabe 09/2002 MQ Management undqualität 13

5 Werkzeugen und Hilfsmitteln. Die Qualitätslenkung besteht nun in der praxisgerechten Anwendung dieser Massnahmen. Zu im Qualitätsplan definierten Zeitpunkten werden Zwischenbewertungen in Form von Qualitätsprüfungen an Phasenendprodukten durchgeführt. Sie zeigen uns, in welchem Ausmass die Qualitätsziele in jeder Phase erreicht worden sind. Gleichzeitig dienen sie zum Auslösen von Korrekturmassnahmen, um die angestrebten Qualitätsziele zu erreichen. Das Grundkonzept dabei ist, durch systematisches Vorgehen und praxisnahe Hilfsmittel des Software Engineering ausgehend von einer Sollqualität zu einer tolerierbaren Istqualität zu gelangen. Qualitätsmodelle sind eben nur Modelle. Um wirksam zu werden, müssen sie immer den gegebenen Umständen in den einzelnen Projekten bzw. Entwicklungsprozessen an- Qualitätsmanagement mit einem Qualitätsmodell Erstellung Zwischen-/ Endprodukte Grafik 6 Q-Forderungen Auswahl und Gewichtung der Q-Eigenschaften Q-Ziele (Soll) Umsetzung der Präzise, quantitative Q-Eigenschaften in Beschreibung der messbare Q-Merkmale Merkmale Q-Massnahmen Auswahl der Methoden, Werkzeuge und Hilfsmittel Q-Lenkung Anwendung der Instrumente Q-Prüfung Abnahme/Freigabe der Zwischen- und Endprodukte gepasst werden. Trotz vieler noch nicht gelöster Probleme sind Qualitätsmodelle ein sinnvolles Instrumentarium. Sie helfen die Qualität Q- Plan Spezifikation der Anforderungen Aktualisierung und Detaillierung je Phase von Prozessen und Produkten besser zu verstehen, zu beherrschen und zu verbessern. MQ Anzeige 14 MQ Management undqualität Ausgabe 01/2002