Softwaretechnik

Die Softwaretechnik bzw. Softwaretechnologie oder das Software Engineering (SE), beschäftigt sich mit der Herstellung oder Entwicklung von Software, der Organisation und Modellierung der zugehörigen Datenstrukturen und dem Betrieb von Softwaresystemen. Eine Definition von Helmut Balzert beschreibt das Gebiet als

„Zielorientierte Bereitstellung und systematische Verwendung von Prinzipien, Methoden und Werkzeugen für die arbeitsteilige, ingenieurmäßige Entwicklung und Anwendung von umfangreichen Softwaresystemen.“

– Lit.: Balzert, S. 36

Softwaretechnik umfasst eine Vielzahl von Teilgebieten, die in ihrer Gesamtheit die Softwareentwicklung begleiten. Wichtig ist auch die experimentelle Untersuchung von Softwaretechnik, um ihren praktischen Nutzen zu messen und zu verbessern. Zur Beschreibung des „Standes der Technik“ des Fachgebiets gibt es verschiedene Ansätze, unter anderem den Guide to the Software Engineering Body of Knowledge (SWEBOK) der IEEE Computer Society.

Die IT-Disziplin Softwaretechnik wird im Sprachgebrauch und als Synonym mit „Softwareentwicklung“ bezeichnet; im sprachlich engeren Sinn steht „Softwareentwicklung“ jedoch für die Tätigkeiten, die innerhalb der Disziplin Softwaretechnik ausgeführt werden.

In erweitertem Sinn versteht man unter Softwaretechnik – neben dem Entwickeln – auch das Betreiben von Software unter Nutzung der Informationstechnik und/oder die technischen Geräte und die Systemsoftware, die dazu oder zur Softwareentwicklung verwendet werden.

Teilgebiete

Aufgrund des hohen Aufwandes zur Erstellung und Wartung komplexer Software erfolgt die Entwicklung durch Softwareentwickler anhand eines strukturierten (Projekt-)Planes. Dieser Plan (das Vorgehensmodell) unterteilt den Entwicklungsprozess in überschaubare, zeitlich und inhaltlich begrenzte Phasen. Die Software wird somit Schritt für Schritt fertiggestellt. Die Phasen sind während des ganzen Entwicklungsprozesses eng miteinander verzahnt. In der Praxis werden auch Verfahren eingesetzt, welche die Mehrstufigkeit von Systemanalyse, Systemdesign/Konzept und anschließender Implementierung und Testen aufgeben, beispielsweise unter Prototyping, Agile Softwareentwicklung.

Die Softwaretechnik beinhaltet den gesamten Prozess von der Identifizierung des Bedarfs bis hin zur Inbetriebnahme einer konkreten IT-Lösung, zum Teil auch darüber hinaus. Hauptgegenstand ist die Bereitstellung und Einführung einer Anwendungssoftware, teilweise zzgl. der benötigten Hardware und Netzwerke.

Die zu implementierende Software kann entweder eine Individualsoftware oder eine Kombination und Konfiguration von Standardsoftware sein.

Projekte werden oftmals von oder mit externen Dienstleistungsunternehmen, häufig aber auch als Eigenentwicklung geleistet. Dementsprechend vielfältig, auch abhängig von der Projektart, sind auch die Vorgehensweisen bei der Projektentwicklung: Von einer sehr strukturierten Herangehensweise, siehe Wasserfallmodell, über verschiedene Mischformen bis hin zu sehr flexiblen, offenen Methoden wie der Agilen Softwareentwicklung. Entsprechend wird auch zwischen Top-Down- und Bottom-Up-Ansätzen unterschieden.

Im Folgenden werden einige wichtige Aspekte und typische Stufen/Phasen der Projektentwicklung beschrieben, die in der Praxis mehr oder weniger ausgeprägt zum Tragen kommen.

Die Phasen und ihre Aufgabenstellungen sind in der folgenden Tabelle aufgeführt:

Kernprozesse 1. Planung Anforderungserhebung Lastenheft (Anforderungsdefinition) Pflichtenheft (Mit technischen Ansätzen verfeinertes Lastenheft) Aufwandsschätzung (z. B. mittels Function-Point-Verfahren oder COCOMO) Vorgehensmodell 2. Analyse Auswertung Mock-up Prozessanalyse / Prozessmodell Systemanalyse Strukturierte Analyse (SA) Objektorientierte Analyse (OOA) 3. Entwurf Softwarearchitektur Strukturiertes Design (SD) Objektorientiertes Design (OOD) Fundamental Modeling Concepts (FMC) 4. Programmierung Normierte Programmierung Strukturierte Programmierung Objektorientierte Programmierung (OOP) Funktionale Programmierung 5. Validierung und Verifikation Modultests (Low-Level-Test) Integrationstests (Low-Level-Test) Systemtests (High-Level-Test) Akzeptanztests (High-Level-Test)

Unterstützungsprozesse 6. Anforderungsmanagement 7. Projektmanagement Risikomanagement Projektplanung Projektverfolgung und -steuerung Management von Lieferantenvereinbarungen 8. Qualitätsmanagement Capability Maturity Model SPICE (Software Process Improvement and Capability Determination) Incident Management Problem-Management Softwaremetrik (Messung von Softwareeigenschaften) statische Analyse (Berechnung von Schwachstellen) Software-Ergonomie 9. Konfigurationsmanagement Versionsverwaltung Änderungsmanagement / Veränderungsmanagement Releasemanagement Application-Management (ITIL) 10. Softwareeinführung 11. Dokumentation Technische Dokumentation Softwaredokumentation Systemdokumentation (Weiterentwicklung und Fehlerbehebung) Betriebsdokumentation (Betreiber/Service) Bedienungsanleitung (Anwender) Geschäftsprozesse (Konzeption der Weiterentwicklung) Verfahrensdokumentation (Beschreibung rechtlich relevanter Softwareprozesse)

Die oben genannten Teilschritte der Softwareentwicklung werden nicht zwangsläufig bei jedem Projekt komplett durchlaufen. Vielmehr werden einzelne Prozesse spezifisch für die jeweilige Anforderung gewählt. Dies ist aus Sicht der Kosten- und Verwaltungsreduzierung notwendig.

Projektmanagement

Der gesamte Prozess einer Projektentwicklung unterliegt meist einem mehr oder weniger stark ausgeprägten Projektmanagement. Im Falle der Realisierung durch einen IT-Dienstleister wird meist sowohl auf Auftraggeber- als auch auf Auftragnehmer-Seite ein jeweils eigenständiges Projektmanagement betrieben. Um Konflikte zwischen den beiden Projektleitern aufzulösen, wird dem übergeordnet oftmals noch ein aus dem Management von Auftraggeber und Auftragnehmer zusammengesetztes Kontrollgremium (Lenkungsausschuss) eingesetzt.

Typischerweise wird für größere Projekte auch ein größerer Projektmanagement-Aufwand betrieben, während mittlere oder kleinere Projekte häufig „nebenbei“ abgewickelt werden.

Oft werden externe IT-Berater zur Ergänzung und Unterstützung der an der Projektabwicklung beteiligten Personen herangezogen.

Qualitätsmanagement

Das Qualitätsmanagement innerhalb des Projekts wird als Teilbereich des Projektmanagements verstanden. Es umfasst die Teilgebiete:

• Qualitätsplanung, das heißt Identifizierung der für das Projekt relevanten Qualitätskriterien und der Methoden, mit denen sie erfüllt werden können.
• Qualitätssicherung, das heißt regelmäßige und regelgerechte Bewertung der Projektleistung, damit das Projekt die Qualitätsstandards erfüllt.
• Qualitätslenkung, das heißt Überwachen der Projektergebnisse, um festzustellen, ob die Qualitätsstandards erfüllt werden, und um die Ursachen unzureichender Leistungen zu beseitigen.

Das Qualitätsmanagement im Projekt muss sowohl die Leistung des Projekts als auch die Qualität des Projektprodukts ansprechen. Modernes Qualitätsmanagement und modernes Produktmanagement ergänzen sich. Beide Disziplinen erkennen die Bedeutung von

• Kundenzufriedenheit
• Prävention geht vor Überprüfung
• Managementverantwortung

an. Qualitätsverbesserungsprogramme, die von der Trägerorganisation durchgeführt werden, beispielsweise nach TQM oder nach ISO 9000, können integriert werden, um die Qualität des Projekts und die des Produkts zu verbessern.

Magisches Dreieck

Wie generell im Projektmanagement ist dem permanenten Zielkonflikt zwischen Qualität, Kosten und Zeit Rechnung zu tragen. Speziell in Softwareprojekten steht die Projektleitung häufig unter hohem Termindruck und ist einem besonders hohen Risiko ausgesetzt, die Qualität zu vernachlässigen.

Risikomanagement

Aufgrund der Komplexität von Informationssystemen sind „absolute“ Sicherheit oder Qualität nicht ökonomisch realisierbar. Daher werden zur Kategorisierung und Priorisierung häufig Methoden des Risikomanagements eingesetzt, um für das jeweilige Projekt ein adäquates Maß an Systemsicherheit und -qualität zu gewährleisten.

Aspekte des Risikomanagements sollten über den gesamten System-Lebenszyklus, also beginnend mit dem Konzept, über die Entwicklung oder Programmierung, Implementierung und Konfiguration und während des Betriebes bis hin zur Stilllegung des Systems berücksichtigt werden.

Anforderungserhebung

Im Zusammenhang mit der Projektentwicklung ist hier die Systemanalyse zur Projektvorbereitung gemeint. Gegenstand ist die inhaltliche Erfassung der Anforderungen durch Befragung künftiger Anwender, sowie die systematische Untersuchung weiterer sachlicher und technischer Anforderungen und Randbedingungen (Schnittstellen zu Drittsystemen, gesetzliche Anforderungen u. dgl.). Ergebnis ist meist ein Fachkonzept, oftmals auch ein Lastenheft.

Ein Pflichtenheft enthält sämtliche Funktionen und Anforderungen an ein Programm. Darin wird festgelegt, welche Funktionen verlangt sind und was diese genau tun. Anhand dieser Übersicht werden die grundlegenden technischen Entwurfsentscheidungen getroffen, und daraus wird die Systemarchitektur abgeleitet. Im Falle einer Beauftragung eines Dienstleistungsunternehmens ist das Pflichtenheft die vertragliche Grundlage für die vereinbarten Leistungen. Deshalb ist die Vollständigkeit und Richtigkeit der darin getroffenen Festlegungen und Anforderungen von besonderer Bedeutung für den Auftraggeber.

Systemdesign/technische Konzeption

Ein Systemanalytiker oder -designer, bei kleineren Projekten auch der Programmierer, legt anhand des Pflichtenhefts die Programmarchitektur fest. Soweit Standardsoftwareprodukte zum Einsatz kommen, erfolgt in dieser Phase auch eine Spezifikation der geplanten Produkteinbindung oder -anpassung. Für neu zu entwickelnde Software erfolgt der Entwurf des Datenmodells und der einzelnen Funktionen und Algorithmen oder der Objekt- und Klassenstruktur. Falls bereits vorhandene Software angepasst (adaptiert) werden muss, so wird in dieser Phase festgelegt, welche Veränderungen und Erweiterungen erforderlich sind. Das Ergebnis des Systemdesigns wird auch DV-Konzept genannt.

Implementierung

In der Implementierungsphase wird die zuvor konzipierte Anwendungslösung technisch realisiert, indem Softwareprodukte konfiguriert, vorhandene Software angepasst oder Programme/Programmteile vollständig neu erstellt werden.

Eine Neuerstellung von Software erfolgt meist durch Programmierung, d. h. die einzelnen Funktionen, Objekte, Klassen usw. werden in einer Programmiersprache mit Hilfe einer integrierten Entwicklungsumgebung codiert.

Softwaretest

Die Software wird im Softwaretest in zweierlei Hinsicht getestet, zum einen

• technisch, d. h. auf eine korrekte Umsetzung des DV-Konzepts und auf Programmfehler, und zum anderen
• inhaltlich, d. h. auf Vollständigkeit bezüglich des Pflichtenhefts und Eignung für den vorgesehenen Zweck.

Während der Systemtest eine alleinige Angelegenheit des Auftragnehmers ist, erfolgt der Verfahrenstest meist in Zusammenarbeit mit den Endanwendern des Auftraggebers.

Es gilt in der Softwareentwicklung als normal, dass Programme fehlerhaft sind. Gelegentlich müssen sogar ganze Teile vollständig neu umgesetzt, also neu programmiert werden. Da in komplexeren Applikationen nicht mit Sicherheit ausgeschlossen werden kann, dass geänderte Programmteile nicht etwa andere Programmfunktionen beeinflussen können (Nebeneffekte), sollte nach der Fehlerbeseitigung ein erneuter vollständiger Test des Gesamtsystems erfolgen. Bis zur endgültigen Freigabe der Software sind meist mehrere Test- und Fehlerbeseitigungszyklen (iteratives Vorgehen) erforderlich.

Softwareeinführung

Die fertiggestellte Software nebst eventuell erforderlicher Standardsoftwareprodukte, Hardware u. Ä. wird sodann im Zuge der Installation auf den Computersystemen des Auftraggebers oder des Betreibers (eines Application Service Providers) aufgespielt und betriebsbereit gemacht. Hierbei wird oftmals zwischen parallelen „Produktiv“-, „Test“-, „Schulungs“- und „Entwicklungs“-Installationen unterschieden.

Je nach technischer Plattform erfolgt die Installation auf Zentralrechnern (Server) oder auf den Arbeitsplatzrechnern oder beides. Bei Datenbankanwendungen erfolgt ggf. noch ein Tuning der Datenbank. In einigen Fällen erfolgt noch eine Migration aus älteren Anwendungslösungen.

Bei größeren Projekten erfolgt oftmals zunächst nur eine Installation auf einem Testsystem oder bei wenigen Pilot-Anwendern. Die nachfolgende Ausweitung (Installation und Inbetriebnahme) auf weitere Standorte nennt man Rollout.

Wesentlicher Teil des Projekts ist die Einführungsunterstützung, insbesondere in Form von Schulung oder Einweisung der Endanwender, Power-User und Administratoren.

Es gibt sehr unterschiedliche Schulungskonzepte. Eine größere Anzahl von Benutzern wird oftmals über sogenannte „Multiplikatoren“ geschult. Multiplikatoren sind Anwender, die wiederum weitere Anwender schulen. Dieses Verfahren nennt man auch Train the Trainers. Zunehmend erfolgt die Anwenderschulung auch über das Internet mit entsprechenden Trainingsanwendungen.

Wartung/Pflege

Nach der Inbetriebnahme einer Softwarelösung ist eine kontinuierliche Weiterbetreuung erforderlich und üblich. Diese umfasst sowohl eine Unterstützung der Anwender z. B. per Hotline im laufenden Betrieb als auch Erweiterungen der Software bei Bedarf. Bei externer Softwareerstellung / Projektabwicklung wird beides in einem Support-Vertrag geregelt.

Dabei wird zwischen einem First-level-Support und einem Second-level-Support unterschieden. Der First-level Support (auch Helpdesk) ist erste Anlaufstelle für alle eingehenden Unterstützungsfragen und nimmt alle Problemmeldungen entgegen. Er leitet aber nur schwerwiegende Probleme an den Second-level-Support, bei Standardsoftware z. B. beim Produkthersteller, weiter.

Die laufende Anpassung der Software an sich ändernde Anforderungen oder Umgebungsbedingungen, z. B. an neue Versionen verwendeter Standardsoftware, wird als „Softwarepflege“ bezeichnet. Größere Veränderungen werden über eigene Wartungsprojekte bearbeitet, kleinere Anpassungen häufig als Wartungsaufgaben mit einfacheren Prozessregeln. Das Management des nachträglichen Einbringens von Änderungen in ein laufendes System nennt man Veränderungsmanagement.

Während bis zum Anfang des Jahrtausends von einer strikten Trennung zwischen Softwareentwicklung und -wartung ausgegangen wurde, verschwindet diese Grenze zunehmend. Allgemein wird noch von Software-Evolution gesprochen.

Methoden zur Softwareentwicklung

Die gängigsten Workflow-Methoden sind:

Wasserfall (oder traditionell). Bei der Wasserfall-Methode sieht der Entwicklungsprozess wie ein Strom aus, der die einzelnen Phasen nacheinander durchläuft. Jede Phase muss abgeschlossen sein, bevor die nächste Phase beginnen kann.

Lean IT. Lean ist die Anwendung der Prinzipien von Lean Manufacturing (oder Schlanke Produktion) und Lean Services bei der Entwicklung und Verwaltung von IT-Produkten. Obwohl Lean eine großartige Philosophie ist, bietet sie keine besondere Methodik an. Daher kann es nur als Ergänzung zum Wasserfallmodell oder zu einigen der agilen Modelle betrachtet werden.

Agile. Agile Methoden sind eine Alternative zu Waterfall oder traditioneller sequenzieller Entwicklung. Es handelt sich um eine zeitorientierte Philosophie, die es ermöglicht, ein Projekt inkrementell zu erstellen und in kleine Stücke zu unterteilen.

Es gibt keine genauen Phasen; die Zeit wird in Sprints eingeteilt. Ein Sprint ist eine Zeitspanne, die für bestimmte Aufgaben vorgesehen ist. Der Wert der Aufgaben sollte von einem Kunden definiert werden, der tief in den Webentwicklungsprozess eines neuen Produkts involviert ist.

Wie Lean ist auch Agile keine Methodik, sondern eher ein Ansatz oder sogar eine Philosophie.

Scrum. Scrum ist eine agile Entwicklungsmethodik, die auf der Agile-Philosophie basiert. Dabei entscheidet das Team, wie eine Aufgabe umgesetzt werden soll, die Dokumentation und das Schreiben von Spezifikationen entfallen.

Das Scrum-Team wird von einem Scrum Master und einem Product Owner (PO) betreut. Der Scrum Master ist eine Art Coach, der das Entwicklungsteam unterstützt. Der PO ist ein Vertreter der Kundenseite, der die Vision des Kunden widerspiegelt und die Prioritäten auf der "Wunschliste" der Aufgaben setzt. Auch hier wird die Zeit in Sprints eingeteilt. Sobald ein Sprint vorbei ist, muss das Team ein marktreifes Produkt präsentieren.

Kanban. Die Hauptidee von Kanban ist die Visualisierung von Arbeitsabläufen. Es besteht darin, eine (physische) Tafel (Kanban-Tafel) zu erstellen, auf welcher der Fortschritt visuell markieren werden kann. Eine Kanban-Tafel kann von mehreren Teams oder Einzelpersonen gemeinsam genutzt werden. Es ist Scrum ziemlich ähnlich.

Literatur

• Helmut Balzert: Lehrbuch der Software-Technik. Bd. 1. Software-Entwicklung. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg 1996, 1998, 2001, ISBN 3-8274-0480-0.
• Thomas Grechenig, Mario Bernhart, Roland Breiteneder, Karin Kappel: Softwaretechnik. Mit Fallbeispielen aus realen Entwicklungsprojekten. Pearson Studium, Hallbergmoos 2010, ISBN 978-3-86894-007-7. 
• Jochen Ludewig, Horst Lichter: Software Engineering. Grundlagen, Menschen, Prozesse, Techniken. 3. Auflage. dpunkt, Heidelberg 2013, ISBN 978-3-86490-092-1. 
• Gustav Pomberger, Wolfgang Pree: Software Engineering. Architektur-Design und Prozessorientierung. 3. Auflage. Hanser, München 2004, ISBN 3-446-22429-7. 
• Ian Sommerville: Software Engineering. 9. Auflage. Pearson, Hallbergmoos 2012, ISBN 978-3-86894-099-2. 
• Joachim Goll: Entwurfsprinzipien und Konstruktionskonzepte der Softwaretechnik: Strategien für schwach gekoppelte, korrekte und stabile Software. 2., aktualis. Aufl., Springer Vieweg, Wiesbaden [2019], ISBN 978-3-658-25974-7.

Weblinks

Wikibooks: Softwaretechnik – Lern- und Lehrmaterialien

• Einführung in die Softwaretechnologie