QM-SYSTEME. Brückenschlag tut Not, damit die Welten der Software-, Mechanik- und Elektronikentwicklung zusammenwachsen. QZ Jahrgang 51 (2006) 4

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1 2006 Carl Hanser Verlag, München Nicht zur Verwendung in Intranet- und Internet-Angeboten sowie elektronischen Verteilern 30 Brückenschlag tut Not, damit die Welten der Software-, Mechanik- und Elektronikentwicklung zusammenwachsen Carl Hanser Verlag, München

2 31 Foto: Susanne Senz INTEGRATION DER SOFTWAREENTWICKLUNG IN BESTEHENDE PROZESSSTRUKTUR Brücken zwischen Welten Zunehmend werden in der Automobilindustrie Funktionen von elektronischen Steuergeräten durch Software realisiert. Bei steigender Komplexität und wachsenden Entwicklungsteams erfordert dies eine geeignete Vorgehensweise bei der Entwicklung. Der Brückenschlag zwischen Mechanik-, Elektronik- und Software-Entwicklung gelang einem Systemlieferanten mit Hilfe der ISO (SPiCE). Software in Steuergeräten ermöglicht es, komplexe Funktionalitäten zu bewältigen und gleichzeitig die Herstellungskosten und die Entwicklungszeit zu reduzieren. Die Nutzung dieser Vorteile erfordert die disziplinierte Bewältigung der großen Informationsmenge und die Synchronisation mit den Entwicklungszyklen der mechanischen und elektrischen Teile. Die Wehrle Autoelektronik GmbH mit Sitz in Waldshut-Liengen verbesserte mit Unterstützung der Beratungsgesellschaft SynSpace GmbH, Basel und Freiburg, ihre Softwareentwicklungsprozesse und entwickelte ein Vorgehensmodell, das diese Ziele erreicht. Die Hardware- und die Mechanik-Entwicklung sind bei Wehrle, das mit 20 Mitarbeitern Steuergeräte und Sensoren entwickelt und herstellt, eingespielte Abläufe. Das Qualitätsmanagement ist nach ISO/TS zertifiziert, konstruktive Maßnahmen werden unter Berücksichtigung der Richtlinie APQP getroffen. Von der APQP wurde auch die Einteilung der Projekte in die in der Automobilindustrie üblichen Projektphasen übernommen. Die Softwareentwicklung als ergänzender Zweig war zunächst nicht vollständig in diese Abläufe integriert. Für diese Disziplin gelten andere Abläufe, u. a. sind zusätzliche Qualitätssicherungsmaßnahmen erforderlich, da wegen der Komplexität der Software eine Erkennung und Beseitigung von Fehlern nur durch nachgeschaltete Erprobung nicht ausreicht. Letztlich führte diese Erkenntnis zur Überarbeitung der Prozesse. Hinzu kam, dass die Kunden von Wehrle forderten, dass das Unternehmen die Anforderungen der ISO (SPi- CE) erfüllen möge. Darüber hinaus lag dem Unternehmen grundsätzlich daran, seine Fähigkeiten weiter zu verbessern, um die Kundenzufriedenheit zu gewährleisten, und insbesondere, um zukünftig auch komplexere Produkte anbieten zu können. Besonders im sicherheitskritischen Bereich sind geregelte und beherrschte Entwicklungsprozesse unerlässlich, um die hohen Anforderungen an die Qualität der Produkte zu gewährleisten. Druck von innen und außen QZ Qualität und Zuverlässigkeit Basisarbeiten Konstruktionsprozesse Anforderungen, Design, Konstruktion und Projektmanagement Verifikation und Integration Softwaretest, Integration, Systemintegration und Qualitätssicherung Konfigurationsmanagement Thomas Gaetje, Waldshut-Tiengen; Joachim von Linde, Basel; Michael Flötotto, Freiburg Bild 1. Aufteilung der Prozesse und Themenschwerpunkte Aufbauend auf den Ergebnissen eines Software-Assessments durch einen Kunden wurde in einer ersten Analyse der aktuelle Verbesserungsbedarf festgestellt. Entwickler, Projektmanager, Abteilungsleitung und Berater analysierten die Projektabläufe und üblichen Vorgehensweisen, stellten verwendete Vorlagen und Richtlinien zusammen und ermittelten bewährte Praktiken. Auf Basis dieser Analyse wurde das Verbesserungsprojekt geplant. Arbeitspakete wurden geschnürt und Aufwand und Dauer abgeschätzt, so dass das Budget für den internen wie für den Beratungsaufwand geplant und zeitnah gesteuert werden konnte. Regelmäßige Statusberichte ermöglichten Fortschrittsverfolgung und Abgleich der Zielsetzung. Die Einbindung der Geschäftsleitung gab dem Projekt die notwendige Aufmerksamkeit. Die Verbesserungsmaßnahmen wurden in drei Themenschwerpunkte Anpassung der Prozess-Ziele Beschreibung der Prozess-Arbeitsergebnisse Erstellung von vorgegliederten Dokumenten Prozessbeschreibung

3 32 aufgeteilt (Bild 1). Diesen wurden drei so genannte Aktionsteams zugeordnet, jedes gebildet aus drei bis vier Entwicklern und einem Berater. Unvermeidliche Doppelbesetzungen in den Teams sowohl bei den Entwicklern als auch bei den Beratern stellten dabei kein Problem dar. Dieses Vorgehen ermöglichte die aktive Mitarbeit der Entwickler, der Projektleiter und des Abteilungsleiters, ohne die laufende Projektarbeit zu behindern. In gemeinsamen Treffen der drei Teams wurden die individuellen Ergebnisse vorgestellt und diskutiert. Erarbeitete Vorschläge wurden richtiggestellt, Verständnisprobleme durch die Einigung auf ein gemeinsames Vokabular gelöst. Dieses Vokabular wurde in einem Glossar festgehalten, so dass es allen beteiligten Mitarbeitern zur Verfügung stand. Darüber hinaus bildet es eine sehr gute Basis für die Zusammenarbeit mit den anderen Disziplinen (Elektronik, Mechanik). Das erste gemeinsame Ziel war die Erstellung eines Prozess- und Phasenmodells, das gleichzeitig die Anforderungen Projekt-Phasen ENG.1.1: System-Anforderungsanalyse und -Entwurf ENG.1.2: SW-Anforderungsanalyse ENG.1.3: SW-Entwurf ENG.1.4: SW-Konstruktion ENG.1.5: SW-Integration ENG.1.6: SW-Test ENG.1.7: Systemintegration und -test Lieferungen Meilensteine Angebot Konzept Design Angebot A- Freigabe Angebot Projekt KickOff Freigabe A- des VDA, des APQP und natürlich auch der ISO erfüllt. Diese Forderung ist deshalb wichtig, weil Wehrle für Kunden mit unterschiedlichen Anforderungen an das Vorgehen arbeitet. Diese müssen erfüllt werden, ohne dass für jeden einzelnen ein eigenes Modell geschaffen wird. Welten wachsen zusammen Als Basis dienten die zehn ausgewählten SPiCE-Prozesse, d. h. die Engineering- Prozesse, Projektmanagement und die unterstützenden Prozesse Qualitätssicherung und Konfigurationsmanagement. Nach den Anforderungen von SPiCE und den Bedürfnissen von Wehrle wurden die Software- und Systementwicklungsprozesse gestaltet und in das Phasenmodell eingebunden (Bild 2). Bei Bedarf können in das entstandene Gerüst weitere Prozesse eingearbeitet werden. Die Ergebnisse der Projektphasen sind die für den Automotive-Bereich typischen lieferungen. Meilensteine der Projektphasen sind mit diesen liefe- B1- Freigabe B- Bn- Freigabe Bn- C1- Qualifizierung Bild 2. Prozess- und Phasenmodell. Die Blöcke in den Pfeilen zeigen den Aufwand je Iteration für die einzelnen Prozesse: je stärker ein Prozess gefordert ist, umso höher der Balken Freigabe C1- Cn- Freigabe Cn- D- rungen festgelegt, Meilensteine am Ende der Phasen jeweils durch eine Freigabe des s charakterisiert. So sind das Phasenmodell mit den Kundenanforderungen und der Projektablauf synchronisiert. Das Vorgehen ist iterativ, die Ergebnisse zerfallen somit in Prozess- und Phasenergebnisse (Bild 2). Die Prozessergebnisse dokumentieren die Erfüllung der Prozessanforderungen, die je nach Prozess erst zum Ende des Projektes vollständig sind. Die Phasenergebnisse dokumentieren den Fortschritt des Projektes. Sie werden in einer oder mehreren Iterationen erreicht. Die Prozesse werden im Prozesshandbuch mit Prozesszweck, Aktivitäten, verantwortlichen und mitwirkenden Rollen, Artefakten (Eingangs- und Ausgangs-Ergebnisse) sowie Qualitätssicherungsmaßnahmen und gegebenenfalls anzuwendenden Methoden dokumentiert. Die Liste der Ergebnisse kann als Checkliste bei der Durchführung des Prozesses verwendet werden. Für die Ergebnisdokumente wurden die bereits existierenden Vorlagen ergänzt und im Layout vereinheitlicht. Freigabe D- Launch Serienteile Projekt-Abschluss Wichtige Prozess- Ergebnisse Pflichtenheft (SY) Abnahmekriterien (SY) Verifikationskriterien (SY) Systemarchitektur Pflichtenheft (SW ) Abnahmekriterien (SW) Verifikationskriterien (SW) Systemarchitektur SW-Design Testfälle SW-Units (getestet) Testfälle Testergebnisse Integrationsplan SW-Aggregate (getestet) Testfälle und -ergebnisse Testbericht SW-System (getestet) Testfälle und -ergebnisse Testbericht System (freigegeben) Testfälle und -ergebnisse Testbericht SY = System SW = Software QZ Qualität und Zuverlässigkeit Carl Hanser Verlag, München

4 Autoren Dipl.-Ing. (FH) Thomas Gaetje, geb. 1968, ist Qualitätsmanagementbeauftragter der Wehrle Autoelektronik GmbH, Waldshut-Tiengen, und hat die Aufgabe, ein integriertes Managementsystem zu implementieren und zu optimieren. Dr. Joachim von Linde, geb. 1957, befasst sich als Berater bei der Synspace AG, Basel, mit der Gestaltung und Verbesserung von Software-Entwicklungsprozessen. Er ist zertifizierter SPiCE-Assessor. Dipl.-Inform. Michael Flötotto, geb. 1951, ist als Berater bei der SynSpace GmbH, Freiburg, im Bereich der Bewertung, Gestaltung, Einführung und Verbesserung von Software-Entwicklungsprozessen aktiv. Er ist zertifizierter Bootstrapund SPiCE-Assessor. Kontakt Joachim von Linde T 00 41/ jvl@synspace.com Thomas Gaetje T / thomas.gaetje@wehrle-p.de QZ Durch das Zusammenführen von Informationen konnte die Zahl der Vorlagen deutlich reduziert werden. Im nächsten Schritt müssen die drei Disziplinen Elektronik, Mechanik und Softwareentwicklung zusammengebracht werden. Hier gilt es festzulegen, welche Entwicklungsergebnisse aus jeder Disziplin an den Synchronisationspunkten vorliegen müssen, um eine möglichst hohe Stabilität der Anforderungen und der Rahmenbedingungen der Entwicklung zu gewährleisten sowie die weitere parallele Bearbeitung in den Disziplinen zu ermöglichen. Eine besondere Herausforderung sind hier die unterschiedlichen Laufzeiten zur Erreichung der Entwicklungsergebnisse, wobei zusätzlich noch die Anforderungen aus der Produktion berücksichtigt werden müssen (Bild 3). Wiederum werden die Prozessergebnisse iterativ erarbeitet. Ablaufzeiten, Anzahl der Iterationen und Ergebnisse werden den Disziplinen als Erfahrungswert zurückgegeben. Die Integration der Prozesse in die Projektorganisation hilft den Projektleitern, sie in ihrer Planung zu berücksich- KURZINFO Richtlinien und Normen für den Brückenschlag APQP Der Advanced Product Quality Planning and Control Plan (APQP) ist die Richtlinie der Fahrzeughersteller Chrysler, Ford und General Motors, die von den Zulieferern umzusetzen ist. Diese Richtlinie hat trotz ihres Alters noch immer volle Gültigkeit und auch ihre Berechtigung. Sie beinhaltet allgemeine Richtlinien zur Vorbereitung von Plänen und Checklisten, um sicherzustellen, dass die Vorausplanung der Produktqualität tatsächlich von dem Zulieferer ausgeführt wird. ISO/TS Ziel der Technischen Spezifikation ISO/TS ist die Harmonisierung aller Managementsysteme, die in der Automobilindustrie umzusetzen sind. Dazu gehören neben VDA, APQP und QS-9000 auch Normen wie die ISO für Umweltmanagement. Zweck ist die Entwicklung eines Qualitätsmanagementsystems, das ständige Verbesserung vorsieht, unter Betonung von Fehlervermeidung und von Verringerung von Streuung und Verschwendung in der Lieferkette. VDA Der Verband der Automobilindustrie (VDA) hat in seinen Richtlinien das grundsätzliche Vorgehen für Entwicklung und Serie festgelegt. Diese Vorgaben sind verbindlich für alle in der Branche tätigen Unternehmen und helfen so bei der Zusammenarbeit auf gleicher Basis. Hierdurch wird die Synchronisation der Abläufe verschiedener Unternehmen ermöglicht. ISO TR Der Technical Report ISO TR (auch Software Process Improvement and Capability determination, SPiCE) ist eine Richtlinie zur Bewertung und Verbesserung von Software-Prozessen. Sie enthält ein Assessment-Modell, Richtlinien zur Durchführung von Assessments und ein Prozess-Referenzmodell. Derzeit wird sie mit einigen Änderungen zur Norm weiterentwickelt. Einige Teile sind bereits als Norm veröffentlicht, andere stehen kurz vor der Veröffenlichung. Mittlerweile wurde von der Automotive SIG (Special Interest Group der SPiCE User Group) die speziell an die Automobilindustrie angepasste Automotive SPiCE verabschiedet. Für den Kernbereich des Prozessmodells bei Wehrle wurden gemäß der Empfehlung der Automotive HIS zehn Prozesse aus der ISO TR ausgewählt: Konstruktionsprozesse: Systemanforderungsanalyse und -entwurf, Softwareanforderungsanalyse, Softwareentwurf, Softwarekonstruktion, Softwareintegration, Softwaretest, Systemintegration und -test (ENG.1.1 bis ENG.1.7), Unterstützende Prozesse: Konfigurationsmanagement, Qualitätssicherung (SUP.2 bzw. SUP.3) Management-Prozesse: Projektmanagement (MAN.2). Letztere 3 Prozesse sind Voraussetzung, um den Capability Level 2 in den Konstruktionsprozessen zu erreichen. Für das Projekt bei Wehrle wurde die damals gültige Version ISO TR (SPiCE) verwendet. 33

5 34 QZ Qualität und Zuverlässigkeit tigen und ihre Projektpläne entsprechend zuzuschneiden. Damit wird trotz der kundenspezifischen Besonderheiten der Projekte eine weitgehende Standardisierung des Projektablaufs erreicht. Für die Pilotierung wurden Entwicklungsprojekte in unterschiedlichen Entwicklungsständen ausgewählt, so dass verschiedene Prozesse gleichzeitig pilotiert werden konnten. Nach der Analyse und Vervollständigung der Arbeitsergebnisse wurden die Prozesse und die Belegung der Rollen geplant. Die Prozessaktivitäten und die jeweilige Anzahl der Iterationen wurden gemeinsam in den Projektteams festgelegt. Bei der Umsetzung wurden die Teams durch die Berater im Prozessablauf und bei Auswahl und Anwendung von Methoden der Softwareentwicklung unterstützt, damit deren Wissen in die Organisation einfließen konnte. Vorgehen und Ergebnisse der Pilotierung wurden regelmäßig einem gemeinsamen Review aller Entwickler unterzogen. Diese Reviews dienten sowohl zur Verbreitung der Erfahrungen als auch zur Beurteilung der Tauglichkeit neuer Dokumente und Methoden und deren effektivem Einsatz. Dieses Vorgehen hat sich heute zur Verbreitung der Erfahrung und zum schnelleren Lernen in der Organisation etabliert. Außerdem kann hier bei Abweichungen entschieden werden, ob Änderungen am generellen Vorgehen notwendig sind oder es sich nur um ein spezifisches Vorgehen für ein Projekt handelt. Schwierigkeiten und Erfolge Die Verbreitung der Vorgehensweise in weitere Unternehmenszweige war der letzte Schritt zur Etablierung des Modells. Heute wird nicht nur in der Produktentwicklung Software eingesetzt. Auch für die Fertigung (etwa in der Bandende-Prüfung) und für die Qualifizierung ist die Unterstützung durch Software Stand der Technik. Damit diese Software für den Einsatz geeignet ist, werden bei deren Entwicklung die gleichen Vorgehensweisen angewandt. Bei der Erarbeitung und Einführung der Prozesse ergaben sich für das Projekt einige Probleme, die zu lösen, Widerstände, die zu überwinden waren. Das häufig unterschiedliche Verständnis der Begrifflichkeiten aus der ISO wurde durch die Einführung des Glossars behoben. Hier werden die Begriffe im Sprachgebrauch des Unternehmens erläutert und bei Bedarf um weitere Hinweise ergänzt. Die Begriffe sind so beschrieben, dass sie neuen Mitarbeitern durch ergänzende Informationen bei der Einarbeitung helfen und auch fremdsprachigen Mitarbeitern verständlich sind. Zu Beginn wurde wie in anderen Unternehmen auch eine Überfrach- Angebot Konzept Design Qualifizierung Launch Entwicklungsergebnisse in Disziplin und Prozess Entwicklungsergebnisse in Meilenstein und stand Angebotsunterlagen Funktionsmuster Cn- Erstmuster Bild 3. Synchronisation der Disziplinen über die Projektphasen Carl Hanser Verlag, München

6 35 tung der Entwicklung durch die Dokumentation befürchtet. Diese Befürchtung konnte durch die beschriebene Vorgehensweise weitgehend ausgeräumt werden. Es wurde besonders darauf geachtet, dass möglichst wenige Inhalte in mehreren Dokumenten wiederholt werden müssen. Dies hat auch den Vorteil, dass Informationen nicht widersprüchlich sein können. Der befürchtete Identitätsverlust durch die Bearbeitung eines Projektes mit mehreren Mitarbeitern trat nicht auf. Die Arbeit im Team ermöglicht die sinnvolle Ergänzung des Wissens anderer und erlaubt die Diskussion über die Lösung im Projekt. Ähnlich sind die Erfahrungen zum potenziellen Verlust der Freiheiten bei der Programmentwicklung. Die Standardisierung ermöglicht eine leichtere Einarbeitung in fremde Projekte und den Transfer von Lösungen. Hier wurde auch der Grundstein für die Modularisierung der Software gelegt, durch die der Entwicklungsaufwand reduziert werden konnte. Es bestand die Befürchtung, durch die neuen Prozesse Flexibilität bei der Entwicklung zu verlieren und länger für die Umsetzung von Änderungen der Kundenanforderungen zu benötigen. Tatsächlich lässt sich ohne geregeltes Vorgehen eine Änderung sehr schnell, gleichsam nebenbei in einen Softwarestand einfügen. Allerdings geraten dann meistens die später notwendigen Korrekturen aus dem Blick. Vor allem aber ist es sinnvoller und weniger riskant, Änderungen mit einem geregelten Verfahren zu bearbeiten und den daraus ggf. resultierenden Mehraufwand zu akzeptieren. Nur so lassen sich wirklich alle Aspekte berücksichtigen und man gelangt sicher an das geplante Ziel. Zuverlässige Ergebnisse, motivierte Mitarbeiter Diese und weitere Hindernisse konnten also aus dem Weg geräumt werden. Dies führte in nachfolgenden Projekten zu einer zunehmend höheren Akzeptanz. Die Softwareentwickler haben zunehmend Vertrauen zu ihrem Modell gewonnen, weil sie es selbst erarbeitet haben und nun kontinuierlich in Regelmeetings verbessern. Und natürlich trug die positive Resonanz bei den Kunden das Ihrige zur Verbesserung der Akzeptanz bei. Das gesamte Projekt erstreckte sich über ein Jahr. Intern wandten die Entwickler etwa fünf Prozent der Arbeitszeit für das Projekt auf. Geleitet wurde es von einem Projektmanager mit etwa zwanzig Prozent seiner Arbeitszeit. Darüber hinaus beanspruchte das Projekt rund dreihundert Beratertage. Alle bisher durchgeführten Assessments durch Kunden sind zufriedenstellend gelaufen und die Vorgehensweise ist akzeptiert worden. Die Diskussion über Methoden und Erstellungsstrategien wird bis heute fortgeführt, wodurch die Erfahrungen der Entwickler ausgetauscht werden und dadurch das Wissen intern verbreitet wird. Das Vorstellen neuer Ansätze und eigener Lösungskonzepte motivieren die Mitarbeiter zur Optimierung ihrer eigenen Leistung. Die Erprobungen verlaufen heute im Gesamtprojekt deutlich harmonischer. Sowohl die Prüfumfänge im eigenen Haus als auch die Umfänge mit und bei dem Kunden sind abgestimmt, wodurch die Zuverlässigkeit der Ergebnisse gestiegen ist :24:41 Uhr CARB Serie_ indd 1