Prozessreife-Modelle der Softwareentwicklung. Kapitel-Inhalt. Reifegradmodelle

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1 Prozessreife-Modelle der Softwareentwicklung 1 Reifegradmodelle 2 -Inhalt Process-Assessment Prozessorientiertes Qualitätsmanagement Prozessmodelle Capability Maturity Model Prozess-Reife Reifegrade Definition des Capability Maturity Model () und Capability Maturity Model Integration (I) Die Bootstrap-Methode SPICE und ISO IEC Ergebnisse von Assessments Techniken alleine lösen Probleme nicht Software-Techniken müssen sich in den Entwicklungsprozess einfügen. Mitarbeiter müssen Techniken akzeptieren und beherrschen Es ist eine Verschiebung des Interessenschwerpunktes von Verfahren und Techniken hin zum Entwicklungsprozess notwendig. Nicht die Tätigkeiten werden den Techniken angepasst, sondern es werden Techniken ausgewählt, die zu den Aufgaben und Problemen des Prozesses passen. Ein beherrschter, funktionierender Entwicklungsprozess bildet das Fundament zur erfolgreichen Einführung geeigneter neuer Techniken. Voraussetzung für eine gezielte Optimierung des Entwicklungsprozesses ist eine genaue Kenntnis seiner Stärken und Schwächen. Dies ermöglicht es, Ansatzpunkte für Verbesserungsaktivitäten zu identifizieren und den Verbesserungsaufwand an den richtigen Stellen zu investieren. Aus diesem Grund wurden Modelle zur Messung, Bewertung und Verbesserung der Qualität von Prozessen, sog. Reifegradmodelle, entwickelt.

2 Prozessorientiertes Qualitätsmanagement 3 Prozess-Modelle 4 Idee Konzept Programm Qualitätsziele Entwicklung Konstruktion Planung Qualitätsforderungen Fertigung Durchführung Leistung Qualitätsmanagementsystem Prozess-Qualität Merkmale des prozessorientierten Qualitätsmanagement Vorgehensmodell professionelles Projektmanagement Nutzung von Entwicklungsmethoden Konfigurationsmanagement revisionssichere Änderungsverwaltung Grundannahmen beim Prozessmodell Der Entwicklungsprozess bestimmt die Eigenschaften und die Qualität des Produkts. Die Qualität des Entwicklungsprozesses kann definiert, gemessen und verbessert werden. Produkt Erzeugnis Ergebnis Produkt-Qualität Ausgangspunkt: Initiative des US-DoD zur Bewertung und Qualifikation von Software-Produzenten Assessment-Verfahren wurden zunächst in den USA (SEI, Carnegie Mellon University), später auch in Europa und Kanada entwickelt. Der Schwerpunkt verschiebt sich von Bewertungsverfahren hin zu Verbesserungsverfahren. Verschiedene Firmen wie Motorola, Siemens haben Assessment-Verfahren aufgegriffen und für interne Anwendung modifiziert / weiterentwickelt. Einige Assessment-Verfahren sind: - Software Technology Diagnostics (STD): Kurzassessment von Comptia für kleine Unternehmen (5-40 Mitarbeiter, Dauer 2-3 Tage). - Capability Maturity Model () des SEI - Systems Engineering Capability Maturiy Model z.b. für Anlagenprojektierungen etc. - Healthcheck-Verfahren: Kurzassessment zur Aufwandsminimierung (z.b. bei British Telecom) - Trillium, Verfahren bei Bell Canada für Telkommunikationsanwendungen, basierend auf SEI-, Querverweise auf ISO 9001 und Malcolm Baldrige Award. - Bootstrap: Verfahren, das im Rahmen des ESPRIT- Projektes entwickelt wurde. Eignung für mittlere Projekte. SEI-Assessment und Trillium eher für große Projekte geeignet

3 Vom Maturity Model zum Capability Maturity Model (I) 5 Prozess-Reife 6 Reifemodell (maturity model) 1986: Auftrag des US-Verteidigungsministeriums (DoD) an Software Engineering Institute (SEI) der Carnegie Mellon University, Pittsburg and die Mitre Corporation 1987: Veröffentlichung einer Rahmenbeschreibung 1989: Humphrey: "Managing the Software Process" 1992: SEI entwickelt das Maturiy Model zum Capabilty Maturity Model () weiter. 2000: Capability Maturity Model Integration (I) 2003: läuft Ende 2003 aus 2006: I Version 1.2 Capability Maturity Model () disziplinierter Prozeß initial standardisierter, konsistenter Prozeß 1 repeatable vorhersagbarer Prozeß 2 defined kontinuierlich verbesserter Prozeß 3 managed 4 optimizing Modell einer kontinuierlichen Prozessverbesserung. Stufenstruktur geht auf die Prinzipien der Produktqualität von Walter Shewart, W.Edward Deming, Joseph Juran, Philip Crosby zurück. 5 Unreife Software-Organisationen: improvisieren, reagieren planlos; bewältigen Krisen (Feuerwehr, Land unter); überziehen Zeiten und Budgets; halten erzwungene Termine nur auf Kosten der Funktionalität und Qualität; verfügen über keine eingeführten Methoden der Qualitätsbewertung oder Problemlösung; Vorhersagen zur Produktqualität sind schwierig; Reviews oder Tests werden aus Termingründen meist gekürzt oder gestrichen. Reife Software-Organisationen: beherrschen die Entwicklung und Wartung von Software unternehmensweit; Führungskräfte sind in der Lage, den Mitarbeitern den Softwareprozess detailliert zu vermitteln; es existiert ein Projekt-Controlling; Prozesse sind definiert, konsistent und aktuell; Einführung von Prozessverbesserungen geschieht über Pilotversuche und Kosten-Nutzen-Analysen. Aufgaben und Verantwortungen sind klar definiert. Manager überwachen die Qualität von Produkten und Prozessen. Zeitpläne, Budgets basieren auf Referenzdaten. Kosten, Zeitpläne, Funktionalität, Qualität werden geplant und eingehalten.

4 Reife-Grade 7 I stufenförmige Darstellung 8

5 Erwartete Verbesserungen bei Zunahme der Reife 9 Definition des Capabiltiy Maturity Model 10 Häufigkeit Häufigkeit Häufigkeit Häufigkeit Häufigkeit Stufe 1 Ziel Zeit, Kosten, Restfehler,... Stufe 2 Ziel Zeit, Kosten, Restfehler,... Stufe 3 Ziel Zeit, Kosten, Restfehler,... Stufe 4 Ziel Zeit, Kosten, Restfehler,... Stufe 5 Ziel Zeit, Kosten, Restfehler,... Zeitpläne, Kostenziele, Fehlerdichten werden bei Organisationen der Stufe 1 typischerweise überschritten. Pläne, die auf den Leistungen früherer Projekte basieren, werden bei Organisationen der Stufe 2 häufiger eingehalten. Definierte Prozesse verbessern die Leistung bei Organisationen der Stufe 3. Auf der Grundlage eines quantitativen Verständnisses von Prozeß und Produkt verbessert sich die Leistung bei Organisationen der Stufe 4 weiter. Die Leistung von Organisationen der Stufe 5 wird fortlaufend weiter gesteigert. Software-Prozess Aktivitäten, Methoden, Verfahren, Transformationen, die Mitarbeiter zur Entwicklung und Wartung von Software und den zugehörigen Produkten (Projektplänen, Entwurfsdokumenten, Quellcode, Testfällen, Benutzerhandbüchern etc.) anwenden. Capability Maturity Model () Beschreibung bewährter Methoden u. Verfahren in Schlüsselbereichen des Softwareentwicklungsprozesses zur Verbesserung der Entwicklung und Wartung von Software. Ermittlung der aktuellen Prozessreife. Aufzeigen kritischer Bereiche, wo Prozessverbesserungen erforderlich sind. In den USA liegen umfangreiche Erfahrungen seitens Industrie und Regierung mit zahlreichen Assessments von Softwareunternehmen vor. Die drei Komponenten des sind: Software-Prozessbewertung (software process assessment); Software-Qualitätsfähigkeitsbewertung (software capability evalutation); Reife-Fragebogen (capability questionnaire).

6 Software-Prozessbewertungen Software-Fähigkeitsbewertungen 11 -Prozessbewertung und -Fähigkeitsbewertung 12 Prozessbewertungen (process assessments) Ermittlung des Istzustands des Software-Prozesses eines Unternehmens; Festlegung von Prioritäten zur Prozessverbesserung; Untersuchung durch ein Assessment-Team auf der Grundlage strukturierter Interviews; Verwendung des Assessment-Fragebogens. Fähigkeitsbewertungen (capability evalutations) Ermittlung von Risiken eines Projektes oder Vertrages zur Entwicklung von Software; hohe Qualitätsanforderungen an die zu entwikkelnde Software; Einhaltung eines Zeitplans und Budgets; Anwendung bei Ausschreibungen, Risikobewertungen bei der Auswahl von Vertragspartnern; Leistungskontrolle und Überwachung von beauftragten Unternehmen (mit denen bereits ein Vertragsverhältnis besteht). ist allgemeiner Referenzrahmen zur Durchführung von Software-Prozessbewertungen. Obwohl die beiden beschriebenen Methoden (Prozess- u. Fähigkeitsbewertung) hinsichtlich der Zielsetzung differieren, verwenden beide das zur Ermittlung der Prozessreife. Team- Auswahl Reife- Fragebogen Umsetzung des in Fragen Analyse der Antworten Besuch des Unternehmens Interviews und Reviews von Dokumenten Befunde auf der Grundlage des Key Process Area (KPA) Profile Gruppe von Fachleuten, die in den Konzepten des und den Methoden der Begutachtung und der Bewertung geschult sind. Das Team ist meist gemischt aus externen und internen Mitarbeitern. Repräsentanten des Unternehmens füllen den Reifefragebogen und weitere Unterlagen aus. Das Assement-Team führt eine Analyse der Antworten durch. Schlüssel-Prozessbereiche (key process areas) und Schlüsselpraktiken (key practices) leiten das Team bei der Fragestellung und der Durchsicht von Unterlagen. Abweichungen werden dokumentiert. Die Liste der Befunde identifiziert Stärken und Schwächen des Software-Prozesses der begutachteten Organisation. Bei einem Software-Prozess- Assessment (software process assessment) sind diese Befunde Grundlage für Empfehlungen zur Prozessverbesserung. Bei einer Software-Fähigkeitsbewertung (software capability evaluation) fließen die Ergebnisse in die Risikoanalyse des (potentiellen) Auftraggebers ein. Das Schlüssel-Prozessbereich-Profil zeigt, in welchen Bereichen die Organisation die Ziele erreicht hat und wo nicht.

7 Prozessverbesserungen 13 I 14 I Capability Maturity Model Integration I ist die neue Version des Software Capablity Maturity Model. I ersetzt und integriert verschiedene Qualitätsmodelle für unterschiedliche Entwicklungsdisziplinen (Software-Entwicklung, System-Entwicklung) Das modulare Konzept ermöglicht die Integration weiterer Entwicklungsdisziplinen (z.b. Hardware- Entwicklung) Anwendung des Qualitätsmodells in übergreifende Disziplinen (z.b. Entwicklung von Chips, ASICs mit Software). Maturity Levels Assessment zur Ermittlung des Reifegrades Stärken- und Schwächen-Profil: Identifikation von Themenbereichen, die für gezielte Verbesserung in Frage kommen, z.b Test, Anforderungsdefinition, Vergleich mit Inhalten des, Beachtung weiterer Einflussfaktoren u. Priorisierung (gesetzte Ziele) Ableitung eines Maßnahmenkatalogs der Prozessverbesserungen Ergebnis: höhere Prozessqualität, bessere Produktqualität und höhere Produktivität etc. Aufwändiges Verfahren: mehre Jahre für 1 Stufe! Training SW Product Engineering Peer Reviews Effektive Testtechniken Reviews von Testplänen, Testprozeduren und Testfällen Key Process Areas Key Practices Key Activities Planung und Dokumentation

8 Die Bootstrap-Methode Grundlagen 15 Die Bootstrap-Methode Ziele und Komponenten des Assessment 16 ESPRIT-Projekt Bootstrap Versuch der Anpassung des an die Bedürfnisse der europäischen Software-Industrie. Konsortium aus Industrieunternehmen und Forschungsinstituten verschiedener Länder (Finnland, Belgien, Österreich, Italien, Deutschland). Grundlagen der Bootstrap-Methode SEI-Fragebogen des ; Zusatzfragen aus der ISO 9000-Normenserie; Prozessmodell der ESA (ESA-PSS 005). Durch ISO und ESA-Einbindung werden neben technologischen Aspekten auch die Dimensionen Entwicklungsmethode, Organisation u. Management erfasst. Das SEI-Modell enthält keine vergleichbaren Richtlinien, da es auf dem DoD-Standard DoD 2167A zur Entwicklung von Software für militärische Anwendungen basiert. Projektziele Verbreitung zeitgemäßer Technologien des Software-Engineering in Europa (European Software Initiative: ESSI); Verfeinerung des durch detailliertere Fähigkeitsprofile und Reifestufen (Quartile); 2 Fähigkeitsprofile: 1) Organisation 2) Projekt; Bewertungsergebnisse kompatibel zum. Ziele eines Prozess-Assessments Ermittlung und Darstellung analytischer Qualitätsprofile der Softwareunternehmen (SPU: Softwareproduzierende Einheit). Das Profil beschreibt die bewerteten Fähigkeitsmerkmale zur Feststellung der Stärken und Schwächen der SPU und ihrer Projekte. Erstellung eines Planes der kurz- und langfristig einzuleitenden Verbesserungsmaßnahmen. Umsetzung des Aktionsplanes in Form mehrerer Miniprojekte zur Implementierung der Verbesserungsmaßnahmen. Komponenten des Bootstrap-Assessments Unterlagen zur Beschreibung des Vorgehens beim Assessment. Fragebogen und Auswertungsalgorithmus zur Ermittlung der Reife und Fähigkeit. Richtlinien zur Prozessverbesserung (Standards zur Erstellung eines Aktionsplans). Richtlinien zur Ausbildung der Begutachter. Datenbank mit Vergleichswerten durchgeführter Assessments (Reife- und Fähigkeitsstufen). In dieser Datenbank sind auch Unternehmen erfasst, die Beratungsleistungen anbieten.

9 Bootstrap Assessment Vorgehensweise 17 Bootstrap-Methode Eigenschaften 18 Ablauf des Verfahrens in drei Schitten Vorbereitung: Dem Management werden Hintergründe und Philosophie der Methode erläutert. Planung: Auswahl der zu begutachtenden SPU u. der Projekte mit Vertretern des Unternehmens. Begutachtung (On-site assessment) nach den Bootstrap-Richtlinien. Ein wesentlicher Teil des Assessments besteht im Erfassen von Daten. Hierzu gibt es zwei Fragebogen 1) zur Erhebung von Daten über die SPU selbst; 2) zur Erhebung von Daten über die Projekte. Es gibt drei Kategorien von Fragen: Fragen über die Organisation (O); Fragen über Methoden und Fachkenntnisse (M); Fragen über eingesetzte Technologien und deren Transfer (T). Es gibt fünf Kategorien von Antworten: nicht vorhanden (absent); schwach ausgeprägt (weak); stark ausgeprägt (extensive); nicht anwendbar (non-applicable). Beim SEI-Verfahren gibt es nur die Antwortmöglichkeiten ja und nein. Keine Selbstbegutachtung: Bootstrap-Verfahren ist dem Vorgehen des SEI sehr ähnlich. Begutachtungen dürfen jedoch nur von externen Firmen durchgeführt werden. Kompatiblität: Bootstrap liefert eine mit dem kompatible Reifestufe, wobei zusätzlich noch Viertelstufen (Quartile) angegeben werden. Fähigkeitsprofil der Bootstrap-Methode: Anzeige von Stärken u. Schwächen einer SPU oder eines Projekts. Reifestufen für Fähigkeitsfaktoren: man sieht auf einen Blick, welche Faktoren das Reifeniveau am stärksten drücken. Bootstrap-Algorithmus: Ermittlung der Reifestufen aufgrund von 21 Fähigkeitsfaktoren. Fragen der Organisation (O) und Methode (M) werden (wie beim SEI) mit Stufen 1 bis 5 bewertet. Fragen der Technologie (T) mit den Stufen (A) niedrig und (B) hoch. Fähigkeitsprofile absolut und relativ: Das relative Histogramm zeigt Abschneiden der bewerteten SPU im Vergleich zum Mittelwert aller bisher untersuchten SPUs desselben Anwendungsbereichs.

10 SPICE - Grundlagen SPICE Software Process Improvement & Capability Determination 19 SPICE - Ergebnisse 20 SPICE: kein weiteres Assessment-Verfahren: Die divergierende Entwicklung unterschiedlicher Verfahren sollte vielmehr gestoppt werden. SPICE ist ein internationales Projekt: Ziel ist die Schaffung einer übergeordneten Struktur, die es erlaubt, unterschiedliche Verfahren zu integrieren. Ausgangspunkt waren 2 Studien: 1. UK-ImproveIT-Studie und 2. ISO-Studie The needs and requirements for a software process assessment standard Definition einer einheitlichen Assessmentmethode ist schwierig, da die Anforderungen sehr verschieden und sogar widersprüchlich sind. Anforderungen sind: Abdecken einer weiten Spanne von Organisationsgrößen und Anwendungsbereichen schnelle Durchführbarkeit und geringer Aufwand Anwendbarkeit auf Projekte und Organisationen Existenz eines Referenzmodells Erzeugung von Prozessprofilen Vergleichbarkeit der Ergebnisse Einfache Verständlichkeit und Anwendbarkeit Keine implizite Voraussetzung bestimmter Modelle Unterstützung internationaler Qualitätsstandards In SPICE fließen z.b. folgende Methoden ein Bootstrap (Esprit, Europa) (SEI, USA) Trillium (Bell, Canada) STD (Comptia, UK) SAM (Britsh Telecom, UK). Ergebnis: Norm ISO/IEC (2004) Teile 1-5 Bewertung von Software-Prozessen Schwerpunkt von SPICE: Prozess-Assessments und Self-Assessments, d.h. nicht die Zertifizierung 6 Reifegrade: 0: initial; 1: performed; 2: managed; 3: defined; 4: controlled; 5: optimizing Process Area Process Untergliederung nach Prozessbereichen 1:m -Relation Baseline Practices Guide Practice (Base and Generic) Capability Level Common Feature Untergliederung nach Reifegradaspekten

11 Prozess-Assessments: Vorteile 21 Prozess-Assessments: Nachteile 22 Identifikation der kritischen Schwächen des Entwicklungsprozesses Gruppierung in Schlüsselpraktiken, die einzelnen Reifegraden zugeordnet sind Indentifikation von einigen wenigen Prozessen, die auf der jeweiligen Stufe im Mittelpunkt stehen Implizite Annahme, dass andere Prozesse mitwachsen Stärken-Schwächen-Profil: identifiziert Themenbereiche wie Testen oder Anforderungsanalyse, für die für eine gezielte Verbesserung wichtig sind Maßnahmenkatalog: aus Stärken-Schwächen- Profil zusammen mit dem Regelwerk I und Zielen abgeleitet, beschreibt Maßnahmen zur Prozessverbesserung wie höhere Produktivität kürzere Entwicklungszeit bessere Qualität geringere Kosten Nutzen wesentlich größer als die Kosten Evaluierung des gegenwärtigen Prozesszustandes lässt Vergleiche mit anderen Organisationen zu durchschnittliche Übergangszeiten zwischen einzelnen Stufen betragen ca. 1-2 Jahre 1->2: 23 Monate 2->3: 22 Monate 3->4: 28 Monate 4->5: 17 Monate I ist eine US-Norm (stark von amerikanischen Gegebenheiten geprägt) Kein garantierter Zusammenhang zwischen hohem Reifegrad und erfolgreicher Software- Produktion Stark technik-orientiert, weniger personalbezogen Für die Stufen 4 und 5 existieren nur wenige gesicherte Erkenntnisse Zusammenhang zwischen Fragenkatalog und nicht immer sichtbar Assementergebnisse relativ unpräzise, Ableitung von konkreten Verbesserungen problematisch Identische Prozessbereiche können je nach Reifegrad andere Gestalt annehmen Oft hindern eine Organisation nur wenige Fragen an der nächsten Reifestufe Wichtige Kerngebiete fehlen, z.b. Risikomanagement An den Probelembereichen wird ständig geforscht und das Verfahren wird weiterentwickelt

12 ISO/IEC Software Engineering- Normen und ISO Das obenstehende Modell zeigt den Zusammenhang zwischen ISO/IEC Software Engineering Standards und der ISO 9001:2000

13 Ergebnisse von - und Bootstrap-Begutachtungen 25 Verteilung der Reifegrade über verschiedene Zeiträume 26 Reife-Stufe Das SEI hat 1989 eine Untersuchung in den USA durchgeführt. In 3 von 4 Unternehmen herrscht Chaos. Die Zahl der Unternehmen auf Stufen 2 und 3 ist klein, wobei es sich hier um die absolute Elite der US-Industrie handelt. Q4 Q3 Q2 Q1 Q4 Q3 Q2 Q1 Q4 Q3 Q2 Q1 Q4 Q3 Q2 Q1 Q4 Q3 Q2 Q1 Ebene des Anzahl der Firmen (%) Reife-Stufen von 49 Projekten und 23 softwarproduzierenden Einheiten (SPU) europäischer Firmen, die von 1991 bis 1993 begutachtet wurden. Q1 bis Q4 stellen jeweils die Quartile dar. Projekt-Reife SPU-Reife Verteilung in % ,0 20,0 40,0 60,0 80, SEI ,8 39,9 23,8 6,0 5,5 SEI ,2 34,2 17,2 4,0 1,4 Humphrey et al ,0 22,0 4,0 0,0 0,0 SEI : Carnegie Mellon University:734 Organisationen SEI : Carnegie Mellon University:1158 Organisationen Sehr hohes Verbesserungspotential erkennbar. Mehrzahl der Organisationen im obersten Viertel der jeweiligen Reifegradstufe. Mit relativ kleinen Modifikationen ist Verbesserung in nächste Stufe möglich Ergebnisse zeigen den Trend zur Verbesserung des Reifegrades

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