SOFTWARE QUALITY ENGINEERING EIN LEITFADEN FÜR BESSERE SOFTWARE-QUALITÄT

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1 ernest WALLMÜLLER 3. Auflage SOFTWARE QUALITY ENGINEERING EIN LEITFADEN FÜR BESSERE SOFTWARE-QUALITÄT EXTRA: Mit kostenlosem E-Book Basiert auf den standardisierten Wissenssammlungen für Software-Qualität von ASQ und JSQC Ideal für die Vorbereitung auf die CSQund QAMP-Zertifizierung

2 Inhalt Geleitwort... IX Vorwort... XI 1 Die Herausforderung Software-Qualität Grundlagen Fundamentale Konzepte der Software-Qualität Qualitätsphilosophien und -konzepte Was ist Software-Qualität? Modelle zur Charakterisierung von Software-Qualität...11 Expertenbox: SAP Quality Index ein System zur Messung von Softwarequalit ät in der Praxis...15 Expertenbox: Funktionale Sicherheit eine Herausforderung Standards, Normen und Modelle Expertenbox: Überblick Best-Practice-Modelle und Standards Qualitätsmanagement von Software Nutzen, Wert und Kosten der Software-Qualität Führungsfähigkeiten und -werkzeuge in Sachen Qualität Ethisches Verhalten, professionelles Training und Entwicklung von QM-Fachexperten Ethische Grundregeln Expertenbox: Ethische Aspekte im Software Quality Engineering Professionelle QM-Ausbildung und QM-Entwicklung von Mitarbeitern im Software- und IT-Bereich Expertenbox: Die Zertifizierung von Personen und ihren Fähigkeiten Ein Erfahrungsbericht und Zukunftsaussichten Expertenbox: American Society for Quality s Certified Software Quality Engineer Expertenbox: Guide to the Software Quality Body of Knowledge (SQuBOK) Organisationsweites Qualitätsmanagement mit System und Prozessen Integrierte Managementsysteme und Governance Aufbauorganisation eines Managementsystems...79

3 VI Inhalt 3.3 Ablauforganisation eines Managementsystems Berichtswesen Aufbau- und Einführungsmaßnahmen für Managementsysteme Die Normenreihe ISO 900x...92 Expertenbox: Der Software Quality Engineer und das Managementsystem des Unternehmens Lifecycle-Modelle, Prozesssysteme und Requirements Engineering als Basis für die Entwicklung Expertenbox: Qualität durch Prozessmanagement Prozessmanagement mit Qualität Typen von Vorgehensmodellen Expertenbox: QMS, EFQM und CMMI Wie passt das zusammen? Requirements Engineering Qualitätsmanagement auf Projektebene, im Betrieb und in der Wartung QM auf Projektebene Voraussetzungen und Grundlagen Allgemeines, phasenübergreifendes Qualitätsmanagement auf Projektebene Projektphasenspezifisches Software-QM Ein Prozess für das Software-Qualitätsmanagement QM im Betrieb von Systemen bzw. Applikationen bzw. im Service Management Expertenbox: Qualität und Kundenzufriedenheit durch IT-Service-Management Qualitätsmanagement in der Wartung und Pflege von Produkten und Systemen Reduzierung der Wartungskosten Sicherung der Wartbarkeit Organisation der Wartungsaktivitäten Bedeutung des Qualitätsmanagements für die Wartung Messung und Analyse damit Qualität kein Blindflug wird! Grundlagen von Messungen Bedeutung des Messens Warum messen wir? Software-Metrie Psychologie des Messens und Umgang mit Fehlern Klassifikation von Maßen Der Prozess des zielorientierten Messens Messen nach der Goal-Question-Metric-Methode (GQM) Das detaillierte Vorgehen Expertenbox: Messdaten erfassen, sammeln (Sampling) und Integrität der Daten Vorteile des GQM-Ansatzes Verbessern mit Messungen Erweiterungen und Anpassung des GQM-Ansatzes...228

4 Inhalt Expertenbox: GQM + Strategies : Messbasierte Ausrichtung von Software- und IT-Strategien an Geschäftszielen Messwerkzeuge und Hilfsmittel Zusammenfassung Messen mit GQM Normen und Standards für das Messen PSM Practical Software and Systems Measurement Expertenbox: Practical Software Measurement: A Status Update Die Norm ISO ISO ( ) Der CMMI-Prozessbereich Messung und Analyse Messen mit ISO und Automotive SPICE MAN Analysemethoden und Hilfsmittel der Analyse Verifikation & Validation Statische Prüfungen Audits Reviews Expertenbox: Populäre Irrtümer und Fehleinschätzungen in der Reviewtechnik Statische Analyse mit Software-Werkzeugen Korrektheitsbeweise (mathematische Programmverifikation) Symbolische Programmausführung Dynamische Prüfungen Testen Aufgaben und Methodik des Testens Organisation und Management des Testprozesses Evaluierung und Verbesserung des Testprozesses Expertenbox: Modellbasiertes Testen Agiles Testen und testgetriebene Entwicklung Konfigurationsmanagement Grundlagen Basisaufgaben des Konfigurationsmanagements Infrastruktur und Ressourcen des Konfigurationsmanagements Die KM-Gruppe Hilfsmittel und Werkzeuge Usability Engineering und Qualität von interaktiven Benutzerschnittstellen Usability Engineering Normen und Standards User Interface Design (UID) Expertenbox: Fortschritte im Usability Engineering Inhalt VII

5 VIII Inhalt 9 Trends Warum Wissensarbeit Qualität steigert Mit Prozessen und Qualität Komplexität beherrschen und steuern IT-Governance, Risk und Compliance Quo Vadis IT-Qualität? Qualität und Innovation eine Symbiose für nachhaltigen Erfolg Die Zukunft des Qualitätsmanagers: Der Effizienz- und Wirksamkeitscoach ein Managementberater? Glossar Literatur Register

6 1 Die Herausforderung Software-Qualität Zahlreiche Unternehmen in Branchen wie Automotive, Elektro-, Elektronik- und Systemgeschäft, die oft eine stark diversifizierte Angebotspalette besitzen, sind auf die Kernkompetenz Software-Erstellung und -Pflege für komplexe, integrierte bzw. eingebettete Systeme angewiesen. Namhafte Beispiele dafür finden sich im Bereich Energie mit Kraftwerken und Energieübertragungssystemen, im Bereich Industrie mit Industrieanlagen und Prozesssteuerungssystemen, im Bereich Kommunikation mit Vermittlungssystemen und Mobiltelefonen, im Bereich Verkehrswesen mit Stellwerken für Bahnhöfe, im Bereich Automobilelektronik mit diversen Steuergeräten, im Bereich Gesundheitswesen mit medizinischer Bildgebung und Bestrahlungssystemen. Aber auch Dienstleister wie Banken und Versicherungen sowie andere Wirtschaftsunternehmen sind enorm von der Fähigkeit abhängig, mächtige IT-Applikationen zu bauen oder auszuwählen, zu integrieren bzw. anzupassen, zu betreiben und zu pflegen. Aufgrund der Natur ihrer Produkte waren viele dieser Geschäftsgebiete bisher sehr stark auf Hardware oder Elektrotechnik ausgerichtet. Die Software ist und wird jedoch ein immer wichtigerer, oft sogar der beherrschende Faktor für den Produkterfolg. Dieser Trend schreitet rasch voran. Man muss sich etwa vor Augen halten, dass diese Unternehmen mehr als 50 % ihres Umsatzes mit softwaremäßigen Produkten, Systemen oder Anlagen erwirtschaften, Tausende Mitarbeiter in der IT bzw. Software-Entwicklung beschäftigt sind und viele Projekte ungeheuer groß sind und weltumspannend durchgeführt werden. Software, ihre Erstellung sowie ihre Wartung ist eine Schlüsselkompetenz des 21. Jahrhunderts in vielen Unternehmen zur Bewältigung der Geschäftsherausforderungen im Hinblick auf Flexibilität, Time-to-Market und die Fähigkeit, Innovationen kontinuierlich hervorzubringen bei niedrigen Kosten und gleichzeitiger Wahrung einer exzellenten Qualität. Das Beispiel Funktionale Sicherheit ist eine ganz wichtige Zielsetzung und Herausforderung für jeden Hersteller und jeden Importeur eines technischen Produkts, das Elektrik, Elektronik oder Software enthält. Technologien, die funktionale Sicherheit bieten, finden sich in immer mehr Produkten unseres Alltags. Funktionale Sicherheit ist ein Qualitätsmerkmal, das jeder heute von einem Produkt wie z. B. einem Auto erwartet und das über Produktsicherheitsgesetze auch staatlich eingefordert wird. Fehlende funktionale Sicherheit stellt meist ein nicht hinnehmbares, existenzielles Risiko für den Hersteller dar. Das Dreieck der Einflussfaktoren Mensch Prozess Technologie für die System- und Software-Entwicklung ist zwar seit Langem wohl bekannt, doch hat die Berücksichtigung menschlicher und organisatorischer Aspekte, wie z. B. die Motivation Einzelner zur guten Zusammenarbeit in einem Team, das mit moderner Technologie nach einem wohl definierten Entwicklungs- und Geschäftsprozess arbeitet, die Fähigkeit und der Wille ausreichend und

7 2 1 Die Herausforderung Software-Qualität verständlich zu kommunizieren bzw. organisatorische Änderungen zu planen, zu führen und auch erfolgreich umzusetzen, in den letzten Jahren verstärkt an Bedeutung gewonnen. Aber auch ethisches Verhalten von Entwicklungsteams und Management spielt eine immer größere Rolle in Software-Organisationen. Festzuhalten gilt es dabei, dass die Schulung und Ausbildung von Mitarbeitern im Umgang mit ethischen Konfliktsituationen ebenso wichtig ist wie die Information über gesetzliche und unternehmensinterne Regelungen und Bestimmungen. In vielen Geschäftsgebieten besteht ein Trend zum Einsatz agiler, inkrementeller Prozesse, zur Anwendung von Frameworks oder zu modellbasierter Entwicklung. Erfolgreich eingeführt, bewirken diese Ansätze eine Verkürzung der Gesamtentwicklungsdauer sowie kürzere Release-Zyklen. Nachhaltige Verbesserungen, aber auch Innovationen brauchen klare Konzepte und eine starke, konsequente Umsetzung. Für die in der Software-Entwicklung tätigen Fach- und Führungskräfte besteht somit die Herausforderung, ihre Organisation, ihre Systeme und Prozesse regelmäßig auf den Prüfstand zu stellen, Schwachstellen zu erkennen und geeignete Innovationen und Verbesserungsmaßnahmen abzuleiten und umzusetzen, um international, aber auch national wettbewerbsfähig zu bleiben und ihre Kunden auf Dauer zufriedenzustellen. Ziele des Buches Mit diesem Buch, das als Fortsetzung der erfolgreichen Bücher Software-Qualitätssicherung in der Praxis (1990), Ganzheitliches Qualitätsmanagement in der Informationsverarbeitung (1995) und Software-Qualitätsmanagement in der Praxis (2001) zu verstehen ist, möchte der Autor auf die heutige Situation in Sachen Software-Qualität die adäquaten Fragen stellen und Antworten geben, die am Ende des ersten Jahrzehnts des 3. Jahrtausends nach über 40 Jahren Informatik und intensivem Einsatz von Software-Systemen in unserer Wirtschafts- und Freizeitwelt zu diskutieren sind. Zum ersten Mal gibt es explizite standardisierte Wissenssammlungen (BoK, body of knowledge) für Software-Qualität von der amerikanischen Gesellschaft für Qualität (ASQ) und der japanischen Gesellschaft für Qualitätswesen (JSQC) bzw. des japanischen Bundes der Wissenschaftler und Ingenieure (JUSE). Beide Wissenssammlungen bilden die Basis dieses Buches. Die expliziten Ziele, die dieses Buch verfolgt, sind: Formalisieren und Strukturieren des impliziten Wissens über Software-Qualität, Basis schaffen für adäquate Fort- und Ausbildungsmaßnahmen, Bekanntmachen von Prinzipien, Methoden und Techniken in Sachen Software-Qualität sowie Organisationen befähigen, ihre Produkt- und Prozessqualität zu sichern bzw. zu verbessern. Darüber hinaus werden im letzten Abschnitt Trends und Entwicklungsrichtungen aufgezeigt, die weitere Einflussmöglichkeiten auf das Entstehen und die Absicherung von Software-Qualität haben können.

8 1 Die Herausforderung Software-Qualität Der interessierte Leser des Buches 1 Die Herausforderung Software-Qualität 3 Unsere Leserschaft ist vielschichtig. Der Autor wendet sich an alle Leser, die nach einem nachvollziehbaren und verständlichen Weg suchen, um ihre Software- bzw. IT-Organisation für den Wettbewerb zu stärken und deren Qualitätsfähigkeit bzw. Reife zu steigern. Im Einzelnen zählen zu dem Leserkreis Manager von Software bzw. IT-Organisationen, Behörden und Unternehmen, Geschäftsführer, Abteilungsleiter und Vorgesetzte, die eine nachhaltige Strategie zur Verbesserung der Software-Qualität ihrer Produkte und Dienstleistungen suchen. Angesprochen sind natürlich auch Qualitätsmanager, Beauftragte für Qualität und Prozesse, System- bzw. Software-Ingenieure, Designer, Programmierer und nicht zuletzt Tester und Verantwortliche für das Konfigurationsmanagement. Da Software und ihre Entwicklung in vielen Studienrichtungen zu einem wichtigen Thema geworden sind, zählen zu den Lesern auch Studenten und Dozenten an den Fachhochschulen und Universitäten. Sie werden im Laufe ihrer Tätigkeit unweigerlich auf das Thema Software-Qualität und dessen Engineering stoßen. Zum Aufbau des Buches In Kapitel 2 diskutieren wir fundamentale Prinzipien und Konzepte, die zur Entstehung von qualitativ hochwertiger Software führen. Dazu gehören auch ethische und rechtliche Aspekte, die im Zuge der Compliance-Diskussion in IT-lastigen Unternehmen immer mehr an Bedeutung gewinnen. Der Einsatz von Standards, Good- bzw. Best-Practice-Modellen, Führungs-, Organisations-, Kommunikations- und Teamfähigkeiten runden dieses Grundlagenkapitel ab. In Kapitel 3 werden die Themen Qualitätsmanagementsystem, Auditwesen, Prozesse und deren Verbesserungsansätze vorgestellt. Ausgehend von heute in der Praxis verwendeten Prozessmodellen diskutieren wir deren Bewertungs- und Verbesserungsansätze, wie z. B. ISO 15504, Automotive SPICE und CMMI. Kapitel 4 präsentiert konkrete QM-Verfahren auf Projektebene, im Betrieb von Applikationen und in der Wartung. Kapitel 5 widmet sich der Messung und Analyse von Produkten, Prozessen und Projekten. Es wird anhand von Beispielen gezeigt, wie Organisationen mittels eines Messplans ihre Messungen durchführen und welche Messmethoden dabei zum Einsatz kommen. In Kapitel 6 wird die klassische inhaltliche Qualitätssicherung der Produktqualität durch heutige Verifikations- und Validationsmaßnahmen beschrieben. Schwerpunkte dabei bilden Review- und Testverfahren. Kapitel 7 widmet sich dem Ordnunghalten und der Integritätssicherstellung im Software-Entwicklungsgeschehen. Dabei wird das Bilden und Verändern von Konfigurationen, Baselines und Releases sowie die geeignete Infrastruktur in den Mittelpunkt gestellt. Kapitel 8 zeigt aktuelle Trends im Qualitätsmanagement auf. Dabei werden die Themen Wissensmanagement, Komplexitätsbeherrschung, IT-Governance, Innovationsmanagement und die neue Rolle eines Chief Efficiency and Effectiveness Manager diskutiert. Konkrete Hilfsmittel stehen unter zur Verfügung.

9 4 1 Die Herausforderung Software-Qualität Dank Dieses Buch bereichern die Expertenmeinungen von Jens Heidrich, Jürg Münch, Adam Trendowicz, Christian Baumgartner, David Card, Cheryl Jones, Wolfgang Daschner, Taz Daughtrey, Josef Dold, Gerhard Fessler, Gregor Gedlicka, Max Hermann, Günther Limböck, Angelika Mittelmann, Yasuko Okazaki, Erwin Petry, Marco Pfendsack, Matthias Rauterberg, Peter Rösler, Ina Schieferdecker, Michael Steinhöfel und Siegfried Zopf. Mein besonderer Dank gilt den Korrekturlesern Max Hermann, Walter Wintersteiger, Wolfgang Daschner und Michael Steinhöfel. Für die umsichtige und zeitaufwändige Text- und Bildgestaltung sowie die Prüfung der deutschen Schreibweise danke ich meiner Frau Agathe.