Systematische Aufwandsschätzung für Software im Fahrzeug

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1 Systematische Aufwandsschätzung für Software im Fahrzeug sd&m AG software design & management Carl-Wery-Str München Telefon Member of Cap Gemini Ernst & Young Christian Kamm ProSTEP ivip Symposium 2006 Köln, 26. April 2006 sd&m AG, , Seite 1

2 Unternehmen sd&m AG software design & management Geschäftsfelder Entwicklung und Integration maßgeschneiderter Informationssysteme für unternehmenskritische Prozesse IT-Beratung mit Umsetzungskompetenz Hamburg Berlin Düsseldorf Köln/Bonn Frankfurt NSC Wrocław Kunden Namhafte Unternehmen und Organisationen, die durch Einsatz individueller Lösungen Wettbewerbsvorteile erlangen Kernkompetenz Zurich Stuttgart München Eckdaten 2005 Mitarbeiter: 1010 Umsatz: 141 Mio. Software-Engineering und Projektmanagement Forschung Aktionär sd&m AG, , Seite 2

3 sd&m in Automotive 280 Mitarbeiter in Automotive-Projekten: sd&m kennt die Branche DaimlerChrysler seit 1996 aktuell: 180 Mitarbeiter Automotive: 32% BMW seit 1997 aktuell: 80 Mitarbeiter Umsatz sd&m 2005 AUDI und VW seit 1999 aktuell: 20 Mitarbeiter sd&m AG, , Seite 3

4 Agenda Einordnung des Vortrags Überblick über gängige Schätzverfahren und Vorschlag Expertenklausur COCOMO II Zusammenfassung und Faustregeln Resumee sd&m AG, , Seite 4

5 Vortragsziel und Nutzen Vortragsziel und Nutzen für Sie als Zuhörer Vortragsziel Diese Fragen beantworten: Wie schätzt man den Entwicklungsaufwand für softwarebasierte Funktionen? Welche Schätzverfahren aus anderen Bereichen des Software-Engineerings gibt es, und in welchem Umfang lassen sich diese übertragen auf die Fahrzeug-IT? Welche Faktoren sind aufwandsrelevant? Welche Anforderungen an das Lastenheft ergeben sich daraus? Nutzen für Sie als OEM Aufwandsplausibilisierung Mehr Planungssicherheit in Fahrzeugprojekten Rückschlüsse auf die Lastenheftgestaltung Nutzen für Sie als Zulieferer Mehr Sicherheit in der Aufwandschätzung und Projektplanung Beitrag zum Risikomanagement sd&m AG, , Seite 5

6 Einordnung Einordnung Systematische Aufwandsschätzung als Beitrag zu einem reiferen Software-Entwicklungsprozess 1 Nach McKinsey/PTW-HAWK-Survey Produkt Organisation Innovationsmanagement Modulare E/E-Architektur Wissensbasierte Entwicklungsorganisation Strategisches Lieferantenmanagement Prozesse Reiferer Software- Entwicklungsprozess Elektronikspezifische Erprobung Fehlermanagement in der Entwicklung Fehlermanagement im Feld sd&m AG, , Seite 6

7 Agenda Einordnung des Vortrags Überblick über gängige Schätzverfahren und und Vorschlag Expertenklausur COCOMO II Zusammenfassung und Faustregeln Resumee sd&m AG, , Seite 7

8 Methoden zur Aufwandsschätzung im Überblick Methode Beschreibung Aufwand Knackpunkt Einzelschätzung Experte definiert Arbeitspakete und schätzt Aufwand gering Experte Mehrfachbefragung Mehrere Experten führen unabhängig und einmalig eine Einzelschätzung durch mittel Experten Delphi Strukturierte anonyme Mehrfachbefragung in mehreren Iterationen groß bis sehr groß Experten Expertenklausur Strukturierte, kollektive Mehrfachbefragung mit Gruppendynamik auf Basis einer Stückliste mittel Experten, Stückliste Prozentsatzmethode Über Phasen-Kennzahlen wird der Gesamtaufwand bestimmt gering Nur zur Plausibilisierung Vergleichsmethode Über ähnliche Projekte wird per Analogieschluss auf den Aufwand für das aktuelle Projekt geschlossen mittel Ähnliche Projekte Function Point 1. Unbewertete FP (~Größe der Software) 2. Bewertete FP (+/- 35%) mittel bis groß Erfahrungs-DB 3. Aufwandsermittlung auf Basis einer Erfahrungsdatenbank (Aufwand dafür: sehr groß!) COCOMO II 1. Sizing (SW-Größe in LOC) 2. Rating der Faktoren über Tabellen Sizing:mittel Rating:gering Sizing 3. Berechnung des Schätzintervalls

9 Zweigleisiges Schätzverfahren Vorschlag: Zweigleisiges Verfahren aus Expertenklausur und algorithmischer Schätzung mit COCOMO II 4 Konsolidierter Aufwand. 3 Absicherung durch COCOMO II. 2 Expertenklausur als tragende Säule des Verfahrens. 1 Aussagekräftiges Lastenheft als Grundlage. Mindestens funktionale Anforderungen beschrieben. sd&m AG, , Seite 9

10 Begriffsdefinition Bevor wir in die Details abtauchen - Was schätzen wir überhaupt? Wir schätzen den Entwicklungsaufwand in Bearbeitertagen. Schätzeinheiten: 1 Bearbeitermonat [BM] = 20 Bearbeitertage [BT] = 20*8 Stunden [h]. Nettoaufwand: Eigentlicher Aufwand für die Erstellung der Software = Produktive Leistung des Entwicklungsteams. Querschnittsaufwand: PM, PL, Chefdesign,Qualitätssicherung, Konfigurationsmanagement, Meetings, Technische Infrastruktur. Nebenaufwand: Einarbeitung, Reisezeit, Teamaufbau. Bruttoaufwand = Nettoaufwand + Querschnittsaufwand + Nebenaufwand. sd&m AG, , Seite 10

12 Expertenklausur Expertenklausur (1) Stückliste erstellen Stückliste erstellen Schätzung in der Gruppe Plausibilisieren Lastenheft Systemarchitektur Funktionale Anf. Nichtfunkt. Anf. Entwicklungsprozess Systemarchitektur liefert grobe Komponentenzerlegung. Entwicklungsprozess liefert Phasenergebnisse. Experte identifziert Aufwandsposten pro Phase und pro Komponente (hypotetische Konstruktion). Phasenübergreifende Aufwandsposten separat aufführen. Granularität der Aufwandsposten muss passen (<20 BT). Alle Aufwandsposten für Netto-, Querschnitts- und Nebenaufwand explizit aufführen. Kategorienbildung für Komponenten bei großen Systemen. Nur erfahrene Chefdesigner erstellen die Stückliste: Geschätzt wird nur, was in der Stückliste enthalten ist! Stückliste sd&m AG,,

13 Expertenklausur Expertenklausur (2) Schätzung in der Gruppe Stückliste Schätzung erstellen in der Gruppe Plausibilisieren Spielregeln erklären und Stückliste erläutern. Prämissen klären Implizite Annahmen aufdecken. Stückliste Moderationsmaterial Expertenteam Normierung der Randbedingungen Normierte Randbedingungen Eichung. Verdeckte Einzelschätzung pro Komponente. Offenlegung der Einzelwerte und Diskussion in der Gruppe. Einigung auf Gruppenwert, kein arithmetisches Mittel. Verhältnisse vor Absolutzahlen. Teilnehmerzahl: 2 bis 5 Experten + Moderator. Bruttoaufwand sd&m AG,,

14 Expertenklausur Expertenklausur (3) Plausibilisieren Stückliste Schätzung erstellen in der Gruppe Plausibilisieren Bruttoaufwand Phasenkennzahlen Ähnliche Projekte Prozentsatzmethode mit Phasenkennzahlen 30%-35% Spezifikation 10%-15% Konstruktion 35%- 40% Realisierung 15% - 20% Integration Vergleichsmethode COCOMO II siehe folgende Folien Konsolidierter Bruttoaufwand sd&m AG,,

15 Expertenklausur Expertenklausur - Zusammenfassung Definition der Stückliste erfordert einschlägige Projekterfahrung. Experten mit Know How für SW-Technik und Anwendung nötig. Einzel-Schätzwerte liegen oft weit auseinander (Faktor 2-3). Offene Diskussion der Ausreißer in der Gruppe deckt implizite Annahmen auf und führt zu abgestimmten Gruppenwerten. Gesamtaufwand für die Expertenklausur: 2 BT - 4 BT je nach Projekt Vorbereitung: 1 BT für Definition der Stückliste inkl. Formular. Durchführung: max. 4 h, max. 5-6 Teilnehmer. Nachbereitung: 0,5 BT Aufwandschätzung ist Aufgabe des Expertenteams. Angebotserstellung ist Aufgabe des Projektmanagers. sd&m AG, , Seite 15

17 COCOMO II COCOMO II Schätzung (1) Softwaregröße abschätzen Sizing: Softwaregröße abschätzen Rating: Aufwandsfaktoren 1 2 bestimmen 3 Rating: Prozessfaktoren bestimmen 4 Tool: Schätzintervall berechnen Lastenheft Systemarchitektur Funktionale Anf. 1. Möglichkeit: Abschätzung über Prototyp Prototyp ausmessen (LOC) Hochrechnung für 100% funktionalen Prototyp ~ 30% Aufschlag für Fehlerbehandlung im serienreifen Produktivcode 2. Möglichkeit: Unbewertete Function Points Grobe Heuristik mit Entscheidungstabellen ersetzt IFPUG-Zählregeln Funktionale Anforderungen + Datenbestände Anzahl unbewertete Function Points Ermitteln der LOC über Backfiring-Tabellen LOC sd&m AG,,

18 COCOMO II COCOMO II Schätzung (2) Aufwandsfaktoren bestimmen Sizing: Softwaregröße abschätzen Rating: Aufwandsfaktoren 1 2 bestimmen 3 Rating: Prozessfaktoren bestimmen 4 Tool: Schätzintervall berechnen Lastenheft Systemarchitektur Nichtfunkt. Anf. Bestimmen der 17 COCOMO-Aufwandsfaktoren mit Hilfe von Entscheidungstabellen: Produktfaktoren: Komplexität der Software, Zuverlässigkeit, Wiederverwendbarkeit, Ausführlichkeit der Dokumentation Personalfaktoren: Fähigkeit von Team und Key- Playern, Erfahrung mit Anwendungsdomäne und Programmiersprache, Kontinuität des Teams Plattformfaktoren: CPU- und Speicherrestriktionen, Volatilität der Plattform Projektfaktoren: Werkzeugunterstützung und verteiltes Arbeiten Die Aufwandsfaktoren wirken linear zur SW-Größe sd&m AG,, EM1 bis EM17

19 Faktor Sym bol Beschreibung Very Low Low Nominal High Very High Extra High RELY EM 1 Zuverlässigkeit: Dies ist das Maß des Umfanges zu dem die Software ihre beabsichtigte Funktion über einen Zeitraum erbringt. Wenn die Auswirkung eines Softwarefehlers nur leichte Unannehmlichkeiten bedeutet, ist RELY niedrig. Wenn ein Fehler ein menschliches Leben bedrohen würde, ist RELY sehr hoch. leichte Unannehmlich keiten leicht wieder herstellbare Datenverluste wieder herstellbare Datenverluste hohe finanzielle Verluste Lebensgefahr - DATA EM 2 Datenbankgröße: in Bytes/Programm Lines of Code. Je größer die zu testende Datenbank, desto aufwändiger sind die Testdaten und somit erhöht sich dann auch der Gesamtaufwand. - D/P < <= D/P < <= D/P < 1000 D/P > = CPLX EM 3 Komplexität der Anwendung: Gewichteter Mittelwert aus Bewertung der Kontrollfunktionen, Berechnungsfunktionen, hardwareabhängigen Funktionen, Datenmanagementfunktionen und Benutzerschnittstellenfunktionen. einfache, elementare Funktionen: Geradliniger Code mit wenigen nicht geschachtelte n strukturierten Programmele menten; Auswertung einfacher Ausdrücke; einfache Lese- und Schreibopera rtionen relativ einfache Auswertunge n: Übersichtlich e Schachtelung strukturierter Programmele mente; relativ einfache Ausdrücke evtl. mit einfachen math. Operationen; keine Kenntnis spez. Prozessor oder I/O Eigenschafte n (GET, PUT Ebene) erforderlich einfache Schachtelungen, math. Standardroutinen, Verwendung von Oberflächenbiblio theken: Kontrolle aufgeteilt zw. Modulen, Entscheidungsta bellen, Callbacks; Verwendung mathematischer und statistischer Standardroutinen, einfache Matrixund Vektoroperatione n; I/O- Verarbeitung einschl. Geräteauswahl, Statusprüfungen und Fehlerbehandlun g tiefe Schachtelung, Auswertung von Gleichungen, Erweiterung von Oberflächenbiblio theken: Tief geschachtelte strukturierte Programmelemen te mit vielen zusammengesetz ten Ausdrücken, Verarbeitung von Warteschlangen u. Stapeln; einfache numerische Analyse; I/O auf physischer Ebene (Seeks, Reads etc.), optimierte I/O-Überlappung; komplexe Umstrukturierung von Daten; Bau oder Erweiterung von Oberflächenelem entbibliotheken, einfache Sprachein-/ausgabe, Multimedia Rekursion, schwierigere numerische Gleichungen, Multimedia GUI: Rekursionen, Unterbrechungsb ehandlung mit festen Prioritäten, Prozesssynchron isation, komplexe Callbacks, hetrogene verteilte Verarbeitung harte Echtzeitanforderu ngen auf einem Prozessor; einfache Parallelisierung; Routinen für Unterbrechungsdi agnosen - bedingung - maskierung, Umgang mit Datenleitungen performanceinten sive Embeded Systems; Scheduling, Echtzeitanwendu ng, komplexe Multimediakommu nikation: Scheduling vieler Ressourcen mit sich dynamisch ändernden Prioritäten; Verarbeitung auf Mikrocodeebene, harte Echtzeitanwendu ngen; schwierige und unstrukturierte numerische Analyse, komplexe Parallelisierung; Gerätetiming abhänigge Codierung, Mikroprogrammier ung, performancekritisc he Embeded Systems; koplexes Multimedia, Virtual Reality

20 COCOMO II COCOMO II Schätzung (3) Prozessfaktoren bestimmen Sizing: Softwaregröße abschätzen Rating: Aufwandsfaktoren 1 2 bestimmen 3 Rating: Prozessfaktoren bestimmen 4 Tool: Schätzintervall berechnen Lastenheft Prozessanforderungen Bestimmen der 5 COCOMO-Prozessfaktoren mit Hilfe von Entscheidungstabellen Geläufigkeit der Entwicklung Mögliche Entwicklungsflexibilität Risiko- und Anforderungsmanagment (Architektur, Projekt) Kohäsion und Kooperation des Teams Reife des Entwicklungsprozesses Prozessfaktoren wirken schwach exponentiell zur SW-Größe SF1 bis SF5 sd&m AG,,

21 COCOMO II COCOMO II Schätzung (4) Schätzintervall berechnen Sizing: Softwaregröße abschätzen Rating: Aufwandsfaktoren 1 2 bestimmen 3 Rating: Prozessfaktoren bestimmen 4 Tool: Schätzintervall berechnen LOC EM1..EM17 SF1..SF5 Sizing und Rating Frei verfügbares Tool: USC-COCOMO LOC und Faktoren werden im Tool eingetragen Tool bietet grafische Benutzeroberfläche und implementiert folgende Formel zur Aufwandsberechnung : 0,91 + 0, 01 i = 1 A = C Size C = 2,94 (Kalibrierungskonstante) Size: SW-Größe in KLOC i = 1 SF i : Prozessfaktoren (Scaling Factors) EM i : Aufwandsfaktoren (Effort Multipliers) 5 SF i 17 EM i Schätzintervall [optimistic, pessimistic] sd&m AG,,

22 COCOMO II COCOMO II Schätzung Zusammenfassung SW-Sizing ist der Knackpunkt bei COCOMO II Prototyp ist hilfreich für die Abschätzung der Software-Größe Heuristisches FP-Verfahren mit Vorsicht zu genießen (empirische Datenbasis aus Business IT). Die Heuristik sollte für Software im Fahrzeug überprüft werden Aufbau einer Erfahrungsdatenbank für FP-Sizing COCOMO II hervorragend geeignet für Risikoanalyse und What-If Analysen. Gesamtaufwand für die COCOMO-Schätzung: ~ 1,5 BT Sizing: ~ 1 BT Rating: < 0,5 BT sd&m AG, , Seite 22

24 Zusammenfassung Zweigleisiges Schätzverfahren im Überblick Lastenheft Systemarchitektur Anwendungsarchitektur Technische Architektur Technische Infrastruktur Funktionale Anforderungen Funktionsbeschreibungen Fehlermöglichkeiten Variabilität Nichtfunktionale Anforderungen Zuverlässigkeit Wiederverwendbarkeit Performanz... Prozess-Anforderungen Entwicklungsprozess Testvorgehen Abnahmeverfahren Änderungsverfahren Anforderungen, Systemarchitektur, Prozess, Beistellungen, Annahmen, Abhängigkeiten Anforderungen, Architektur Prototyp Function Point Sizing LOC Annahmen zu Personal, Werkzeug, PM, Einigkeit der Stakeholder, etc. Expertenklausur Annahmen (analog Expertenklausur) COCOMO II Funktionale Anforderungen Konsolidiertes Schätzintervall RELY, DATA, CPLX, RUSE, TIME, STOR, FLEX, DOCU, PMAT sd&m AG, , Seite 24

25 Faustregeln Faustregeln zur Aufwandsschätzung COCOMO II COCOMO II COCOMO II, sd&m Faktor 2-3 für safetykritische Anwendungen Idealteam doppelt so produktiv wie Nominalteam Unsicherheitsfaktor 1,5 bei früher Schätzung auf Basis Lastenheft 50% Einsparung durch stabile Anforderungen und reifen Prozess im Vergl. zum Worst Case Team Max = COCOMO II COCOMO II sd&m Aufwand in BM Faktor 1,5 für wiederverwendbare Komponenten Dauer Opt = 2,5 Aufwand [ BM 0,35 ] Kennzahlen: Fachkonzept: 30%-35% IV-Konzept: 10%-15% Implementierung: 35%-40% Integration: 15%-20% Tom de Marco, sd&m COCOMO II Balzert, COCOMO II Durchschnittliche Produktivität (gesamt): ~ 350 LOC/BM sd&m AG,,

27 Resumee Resumee Gutes Lastenheft als solide Basis für Aufwandschätzung nötig Funktionale Anforderungen, Nichtfunktionale Anforderungen, Prozessanforderungen und grobe Systemarchitektur sollten im Lastenheft beschrieben sein. Systematische Aufwandschätzung für Software im Fahrzeug ist möglich Zwei genau definierte Verfahren bieten einen festen Rahmen dafür. Die Verfahren sind leicht erlernbar und übertragbar auf andere Projekte. Absicherung durch redundante Auslegung des Verfahrens. Aber: Expertenklausur nicht ersetzbar durch alleinige COCOMO II Schätzung. Und: Für beide Verfahren sind Kontextexperten nötig (Stückliste, Sizing). Aufwandsfaktoren für Software im Fahrzeug durch COCOMO II gut abgedeckt Die COCOMO II - Faktoren decken Business-IT und Fahrzeug-IT ab. Personalfaktoren und Prozessfaktoren sind in beiden Bereichen entscheidend Lieferant, Team und Projektmanagement erfolgskritisch Fahrzeugspezifisch: Produktfaktoren (Zuverlässigkeit, Wiederverwendung über Produktlinien hinweg, Echtzeit), Plattformfaktoren (fehlende Standards) sd&m AG, , Seite 27

28 Schlusswort, Trend Fahrzeug-IT und Business-IT wachsen zusammen Lassen sie uns gemeinsam die neuen Herausforderungen meistern! E/E IT Existierendes Know How Software im Fahrzeug Neues Know How Mechatronik Mechanik Elektronik Elektrik Software- Engineering Software- Entwicklungsprozesse Eine deutliche Steigerung des Reifegrads der Software- Entwicklungsprozesse ist dafür Voraussetzung Dr. J. Bortolazzi (EP/EKB), Vector Kongress 2002 sd&m AG, , Seite 28