Fehlerbehebung in Tabellenkalkulationsprogrammen

Tabellenkalkulationsprogramme (Spreadsheets) sind das erfolgreichste Beispiel für das Prinzip des "End-User-Programming". Spreadsheets, z.B. entwickelt auf Basis von MS Excel, werden heutzutage fast überall in Unternehmen für eine Vielzahl von Aufgaben eingesetzt. Studien zeigen, dass über 80% der untersuchten Unternehmen Spreadsheets für das Finanzreporting einsetzen. Zusätzlich setzen Firmen oft Dutzende oder gar hunderte Spreadsheets ein, welche oft umfangreich und komplex sein können und hunderte oder tausende Formeln umfassen. Obwohl häufig geschäftskritische Entscheidungen von Spreadsheets abhängen, kann vielfach ein vollkommenes Fehlen von Qualitätssicherungsmaßnahmen für diese Anwendungen beobachtet werden. Wenig überraschend enthalten Spreadsheets oft verschiedene Arten von Fehlern, zumal sie ja von Nicht-Programmieren entwickelt werden. In manchen Untersuchungen wurde zumindest ein Fehler in jedem einzelnen Spreadsheet gefunden. Baut man jedoch Geschäftsentscheidungen auf solche Spreadsheets auf, so geht dies möglicherweise mit einem hohen finanziellen Risiko einher, wie z.B. von der European Spreadsheet Risk Interest Group berichtet. In den letzten Jahrzehnten wurde von Forschung und Industrie eine Vielzahl von Methoden, Techniken und Werkzeugen zur Qualitätssicherung von traditionellen Software-Artefakten entwickelt. Erst kürzlich hingegen ist das Interesse an derartigen Methoden für Spreadsheets angestiegen, was zu einer ersten Menge von Lösungsvorschlägen geführt hat, welche von prozessbezogenen Maßnahmen, über Visualisierungstechniken bis hin zu speziellen Test- und Debugging-Methoden für Spreadsheets reichen. In diesem Projekt steht die Debugging-Phase im Entwicklungszyklus für Spreadsheets im Mittelpunkt. Unser Ziel ist die Bereitstellung von Werkzeugen für den Spreadsheet-Entwickler, die ihm dabei helfen, die möglichen Ursachen für Probleme im Spreadsheet zu lokalisieren. Diese Ursachen werden Diagnosen genannt und stellen eine Teilmenge von Spreadsheet-Formeln dar, die geändert werden müssten, um das gewünschte Programmverhalten zu erreichen. Im Speziellen wollen wir systematisch untersuchen, inwiefern bestehende Debugging-Ansätze für Spreadsheet Debugging angewandt, erweitert oder kombiniert werden können. Aufbauend auf diesen technischen Innovationen wollen wir zudem ein Klassifikationssystem entwickeln, welches uns zu verstehen hilft, welche Techniken für spezielle Typen von Programmen besonders gut geeignet sind. Wir planen desweiteren die Durchführung von Benutzerstudien, durch welche wir ein besseres Verständnis davon bekommen wollen, in welcher Form und in welchem Ausmaß die Teilnehmer von den bereitgestellten Debugging-Werkzeugen profitieren und wie die Benutzerinteraktions- mechanismen für ein intelligentes Debugging-System für Endbenutzer gestaltet werden sollen.

Kalkulationstabellen (Spreadsheets) sind ein weitverbreitetes Werkzeug in unserer IT- unterstützen Gesellschaft. Obwohl sie oft als Grundlage für weitreichende Entscheidungen verwendet werden, sind Tabellen nicht immer fehlerfrei. Eine wachsende Sammlung von Tatsachenberichten, in denen Fehler in Spreadsheets großen wirtschaftlichen Schaden verursacht haben, untermauert diesen Umstand. Das DEOS Projekt nahm dies zum Anlass um Methoden zu entwickeln, die einem Benutzer ermöglichen, Fehlverhalten in Spreadsheets festzustellen, und die Ursachen dieser Probleme aufzuspüren. Wir beschäftigten uns dabei mit der Frage wie man die Fehlersuche in Spreadsheets möglichst einfach gestalten kann, um somit Benutzer zu motivieren und bei der Benützung diese Funktionen zu unterstützen. Wir entwickelten dabei eine Methode um Tabellen in kleinere Teilbereiche aufzuteilen, die daraufhin vom Benutzer individuell begutachtet werden können. In einer Benutzerstudie in Klagenfurt erwies sich diese Herangehensweise als zugänglicher und effektiver als gebräuchliche Methoden zur Fehlersuche. Wir gingen weiters den Ursachen häufiger Fehlerquellen in bestimmten Anwendungsfällen von Spreadsheets auf die Spur. Wir untersuchten hierbei eine Sammlung von E-Mail- Konversationen, die der Entwicklung bestimmter Tabellen zuzuordnen sind, und notierten dabei die Typen und Lage bekannter Fehler. Dies resultierte in der ersten, frei zugänglichen Sammlung von Spreadsheets für welche auch akkurate Fehlerinformationen vorliegen. Solche Datensätze sind wichtig für weiterführende Forschungsarbeiten. So nutzten wir diese und ähnliche Sammlungen um Modelle zur automatischen Vorhersage von Formelfehlern mithilfe von maschinellem Lernen zu erzeugen. Eine erste Publikation hierzu wurde mit dem ACM SIGSOFT Distinguished Paper Award ausgezeichnet. Zuletzt untersuchten wir strukturelle Eigenschaften von Kalkulationstabellen und entwickelten darauf aufbauend Methoden zum Auffinden und Anzeigen auffälliger Strukturen. Ein entwickeltes Hilfsprogramm bietet Benutzern grafisch aufbereitete Informationen über mögliche Probleme. Das Programm ist, zusammen mit unseren weiteren Forschungsergebnissenauf derInternetseite des DEOS-Projektesunter www.spreadsheets.ist.tugraz.at zugänglich. In Folge der Projektarbeit stärkte das DEOS-Projekt das Kompetenzzentrum Österreich, und förderte die internationale Kooperation durch Vernetzung von Wissenschaftlern aus Österreich und Deutschland. Darüber hinausgehend hat unsere Arbeit auch den Aufbau einer internationalen Gemeinde von Spreadsheet-Experten unterstützt, welche unabhängig daran arbeitet, Spreadsheets einfacher und zuverlässiger für jedermann zu machen.