SOFTWARE QUALITY ENGINEERING EIN LEITFADEN FÜR BESSERE SOFTWARE-QUALITÄT

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1 ernest WALLMÜLLER SOFTWARE QUALITY ENGINEERING EIN LEITFADEN FÜR BESSERE SOFTWARE-QUALITÄT 3. Auflage 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 Wallmüller Software Quality Engineering vbleiben Sie einfach auf dem Laufenden: Sofort anmelden und Monat für Monat die neuesten Infos und Updates erhalten.

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4 III Ernest Wallmüller Software Quality Engineering Ein Leitfaden für bessere Software-Qualität 3. Auflage

5 IV Dr. Ernest Wallmüller, Zürich, München, Wien Qualität & Informatik Alle in diesem Buch enthaltenen Informationen, Verfahren und Darstellungen wurden nach bestem Wissen zusammengestellt und mit Sorgfalt getestet. Dennoch sind Fehler nicht ganz auszuschließen. Aus diesem Grund sind die im vorliegenden Buch enthaltenen Informationen mit keiner Verpflichtung oder Garantie irgendeiner Art verbunden. Autor und Verlag übernehmen infolgedessen keine juristische Verantwortung und werden keine daraus folgende oder sonstige Haftung übernehmen, die auf irgendeine Art aus der Benutzung dieser Informationen oder Teilen davon entsteht. Ebenso übernehmen Autor und Verlag keine Gewähr dafür, dass beschriebene Verfahren usw. frei von Schutzrechten Dritter sind. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Waren - be zeich nungen usw. in diesem Buch berechtigt deshalb auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek: Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Alle Rechte, auch die der Übersetzung, des Nachdruckes und der Vervielfältigung des Buches, oder Teilen daraus, vorbehalten. Kein Teil des Werkes darf ohne schriftliche Genehmigung des Verlages in irgendeiner Form (Fotokopie, Mikrofilm oder ein anderes Verfahren) auch nicht für Zwecke der Unterrichtsgestaltung reproduziert oder unter Verwendung elektronischer Systeme verarbeitet, vervielfältigt oder verbreitet werden Carl Hanser Verlag München, Lektorat: Margarete Metzger Herstellung: Irene Weilhart Copy editing: Manfred Sommer, München Umschlagdesign: Marc Müller-Bremer, München Umschlagrealisation: Stephan Rönigk Datenbelichtung, Druck und Bindung: Kösel, Krugzell Ausstattung patentrechtlich geschützt. Kösel FD 351, Patent-Nr Printed in Germany print-isbn: e-book-isbn:

6 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

7 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

8 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

9 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

10 Geleitwort Software ist zu einem wichtigen Wirtschaftsfaktor geworden, und die Softwareindustrie ist eine aus unserem Wirtschaftleben nicht mehr wegzudenkende Wachstumsbranche. Softwareprodukte werden immer häufiger zentrale Bestandteile komplexer Systeme, die technische oder betriebswirtschaftliche Prozesse steuern oder unterstützen. Aber auch im täglichen Leben werden wir immer stärker meist unbemerkt abhängig von funktionierender Software. In einzelnen Bereichen, wie z. B. der Flugsicherung oder der Energietechnik, kann Sicherheit und Leben vom richtigen Funktionieren der dort eingesetzten Software abhängen. Die Funktionsfähigkeit und Zuverlässigkeit von Software ist Voraussetzung für die Funktionsfähigkeit des Gesamtsystems, dessen Bestandteil sie ist. Die rasante Entwicklung auf dem Gebiet der Informations- und Kommunikationstechnik führte im Bereich der Softwareentwicklung aber zu solchen Schwierigkeiten, dass man bereits vor mehr als 40 Jahren den Begriff Softwarekrise prägte. Das heißt zwar nicht, dass die Hardware stets fehlerfrei ist, die Praxis zeigt jedoch, dass der Grund für die Schwierigkeiten, die oft auftreten, wenn man computerunterstützte Systeme einsetzen will, meist in einer mängelbehafteten Software zu suchen ist. Es ist leicht nachzuweisen, dass Softwareprodukte fast immer eine geringere Qualität aufweisen als andere technische Produkte. Daher erhebt sich die Frage nach den Ursachen der oft miserablen Qualität von Software. Software ist in Bezug auf die Konstruktion komplexer als vielleicht jedes andere vom Menschen errichtete Gebilde. Die Vergrößerung der Funktionalität eines Softwaresystems ist keine Wiederholung der gleichen Elemente in größerem Maßstab, sondern immer eine Vergrößerung der Anzahl unterschiedlicher Elemente. In den meisten Fällen ist die Beziehung zwischen den Elementen äußerst vielschichtig. Die Komplexität des Gesamtsystems steigt daher bei Erweiterungen viel stärker als linear. Die Komplexität ist eine unvermeidbare Eigenschaft von Software. Zu ihrer Meisterung reicht der gesunde Hausverstand nicht aus. Nur wer über ausreichende theoretische, technische und organisatorische Kenntnisse auf dem Gebiet der Softwaretechnik verfügt, ist in der Lage, die Probleme der Softwareentwicklung zu meistern. Eine der Hauptursachen für die mangelnde Qualität von Softwareprodukten besteht darin, dass die in der Praxis eingesetzten Methoden und Techniken zur Konstruktion von Software oft hinter dem Stand der Technik, d. h. den wissenschaftlichen Erkenntnissen auf diesem Gebiet, hinterherhinken. Die Methodenkenntnisse der am Softwareentwicklungsprozess Beteiligten sind selten auf dem aktuellen Stand, weil nicht zuletzt als Folge des Einsatzes unfachmännischer Techniken der Entwicklungs- und Wartungsaufwand unnötig hoch ist und dadurch kaum Zeit bleibt für eine entsprechende Nach- und Umrüstausbildung der Softwareentwickler. Statt saubere, fundierte Konstruktionsprinzipien zur Meisterung der Kom-

11 X Geleitwort plexität und zur Qualitätssicherung anzuwenden, blicken Softwareentwickler oft mit Stolz auf ihre komplizierten Gebilde. Je undurchschaubarer das Ganze wird, desto wertvoller erachten sie es. Was nicht selten dazu führt, dass nur die Autoren und nach geraumer Zeit oft nicht einmal sie selbst den eigenen Code noch verstehen. Eine der wichtigsten Maßnahmen zur Herstellung von Qualitätsprodukten, nämlich die Institutionalisierung des Qualitätsmanagements, fehlt bei vielen Softwareproduzenten gänzlich. Beobachtet man den Herstellungsprozess von Produkten, die sowohl aus Hardware- als auch aus Softwarekomponenten bestehen, z. B. im Maschinen- und Anlagenbau, fällt häufig auf, dass die Hardwareteile des Systems den üblichen Qualitätskontrollen und Sicherungsmaßnahmen unterzogen werden, während die Softwarekomponenten lediglich auf ihre Funktionsfähigkeit getestet werden. Qualitätsmängel, die das Design und die Struktur betreffen und sich später bei Änderungen und Erweiterungen katastrophal auswirken können, bleiben meist unerkannt. Dies sind nur einige der Ursachen für die schlechte Qualität von Softwareprodukten und Systemen, in denen Software ein wesentlicher Bestandteil ist. Die Liste ließe sich durchaus verlängern. Weil die Informations- und Kommunikationstechnologie und damit die Softwaretechnik eine Schlüsseltechnologie für unsere hochtechnisierte Gesellschaft darstellen, kann und darf man sich mit dem unbefriedigenden Qualitätsniveau von Software nicht abfinden. Im Gegenteil man muss alles daran setzen, diesen Zustand zu verbessern. Ein Handbuch bzw. Leitfaden zur Erzielung einer besseren Softwarequalität ist daher naturgemäß ein willkommener Beitrag. o. Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. Gustav Pomberger Institut für Wirtschaftsinformatik, Software Engineering, Johannes Kepler Universität Linz

12 Vorwort Zahlreiche Ausbildungen im Bereich Qualitätssicherung und Qualitätsmanagement im IT- Umfeld sind in den letzten 15 Jahren entstanden und kontinuierlich besser geworden. Die Anzahl der Ausbildungen und die Anzahl von zertifiziertem Qualitätspersonal sind stark gestiegen. Vor allem in den Bereichen des Testengineering, Testmanagement, Quality System Management und Auditing wurden europaweit und sogar weltweit anerkannte Standardausbildungen geschaffen. Mehrere Lücken in der Ausbildung wurden aber noch nicht geschlossen etwa die Anforderungen an einen Qualitätsmanager in einem IT-Projekt. Die bis vor wenigen Jahren umfassendste Wissenssammlung war diesbezüglich die des Software Quality Engineering Body of Knowledge der amerikanischen Gesellschaft für Qualität (ASQ). Am vierten Weltkongress über Software-Qualität im September 2008 in Bethesda, Maryland USA, stellte die japanische IBM-Projektleiterin Yasuko Okazaki den japanischen Guide to the Software Quality Body of Knowledge (SQuBOK) vor. Diese Wissenssammlung über Software Quality Management wurde in einer Zusammenarbeit von der Union of Japanese Scientists and Engineers (JUSE), der Japanese Society for Quality Control (JSQC) sowie einem Konglomerat aus japanischen Universitäten und Unternehmen (bspw. Fujitsu, Hitachi, IBM, NEC, NTT Data, Omron, Panasonic, Unisys u. a.) erstellt. Die Breite und Tiefe der japanischen Wissenssammlung ist beeindruckend und geht weiter als die des Software Quality Engineering Body of Knowledge der amerikanischen Gesellschaft für Qualität (ASQ). Die europäische Gesellschaft für Qualität (EOQ) hat weder dem amerikanischen noch dem neuen japanischen Body of Knowledge etwas entgegenzustellen. Im Rahmen eines Projektes zur Ergänzung von Ausbildungspfaden für IT-Qualitätsmanagement mit Ansätzen des IT Quality Engineering wurde zusammen mit dem Autor dieses Buches in einem großen Schweizer Finanzinstitut eine Analyse der beiden Wissenssammlungen durchgeführt und mit anderen Bodies of Knowledges benachbarter Disziplinen etwa dem PMBoK [URL:PMBOK], dem BABOK vom internationalen Institut für Business Analysis (IIB) [URL:IIBA] oder dem SWE- BOK [URL:SWEBOK] verglichen, um ein Konzept für eine komponentenbasierte Ausbildungslandkarte zu erhalten. Die Ergebnisse wurden im Januar 2009 bei den Austrian Quality Days in Wien vorgestellt [Stei09]. Dieses Buch hat unter anderem zum Ziel, das amerikanische und japanische Software Quality Engineering Body of Knowledge weiten Kreisen in Europa bekannt zu machen. Michael K. Steinhöfel-Córdova Head of Quality Management, SIX Telekurs Ltd., Zürich