C4S: Koordinationszentrierte Konsistenzunterstützung

Dieses Forschungsvorhaben adressiert die Änderungsauswirkungsanalyse im Rahmen der Entwicklung von komplexer, sicherheitskritischer Software (z.B., Luftverkehrskontrollsysteme). Solche Systeme haben typischerweise einen langen Lebenszyklus, benötigen unterschiedlichstes Expertenwissen (über reine Software-Entwickler hinausgehend) während der gesamten Projektdauer und unterliegt zahlreichen Änderungen im Rahmen von Wartung und Verbesserung. Unter solchen Bedingungen muss eine angemessene Änderungsauswirkungsanalyse mehr berücksichtigen als nur welche Softwareartefakte betroffen sind. Die erfolgreiche Änderungsumsetzung erfordert detaillierte Erkenntnisse, welche Ingenieure zu beteiligen sind und warum, wie diese Ingenieure koordiniert werden sollten, am besten kommunizieren, und wie diese Ingenieure Änderungen korrekt propagieren. Die grundlegende Forschungsfrage beschäftigt sich damit herauszufinden was eine effiziente und effektive Möglichkeit ist, Ingenieure währendder Änderungsauswirkungsanalyse und Artifaktkonsistenzbewahrung zu unterstützen. Vorgegebene Prozesse sind zumeist nicht ausreichend detailliert um direkt umgesetzt werden zu können. Dieses Forschungsvorhaben untersucht daher Methoden und Techniken um die eigentlichen, der Softwareentwicklung zugrunde liegenden Beziehungen zwischen Ingenieuren, Artefakten und Aufgaben herauszufinden. Die Beobachtung von detaillierter Kommunikation, Koordination und gemeinsamer Arbeitsausführung zwischen den Ingenieuren ermöglicht es eine ganzheitliche Sicht auf den Grossteil der Softwarentwicklungsvorgänge in einem Projekt zu bekommen. Diese Sicht dient als Grundlage für die umfangreiche Unterstützung der Änderungsauswirkungsanalyse und Konsistenzerhaltung.Speziell fokusiert dieses Forschungsvorhaben auf (i) über die Kernentwicklungsaktivitäten hinausgehend automatisches Erkennen von komplexen Abhängigkeiten und in folgedessen Aufrechterhaltung von Artifaktkonsistenz; (ii) Erlernen von Koordinationswissen durch Analyse welche Koordinationsstrukturen öfters auftreten, wie und wie eng zusammengearbeitet wird und welches Expertenwissen beteiligt war. So kann auf wichtige Eigenschaften wie Dauer, Qualität und Ressourcennutzung der unterschiedlichen Entwicklungsaktivitäten geschlossen werden was unabdingbar für die Planung der Änderungsumsetzung ist; sowie (iii) Koordinationsberatung in Form von Handlungsempfehlungen im Rahmen einer konkreten Änderungsumsetzung auf Basis des zuvor gelernten Koordinationswissens. Zentrale Herausforderung in diesem Projekt ist der Umgang mit unvollständigen, fehlerhaften und ungenauen Informationen.

In Softwareentwicklungsprojekten ist ein erheblicher Entwicklungsaufwand darauf ausgerichtet, das Produkt zu verbessern: Fehler werden behoben, neue Funktionen werden eingeführt oder das Produkt wird flexibler, sicherer oder effizienter gemacht. Jeder Versuch, das Softwareprodukt zu ändern, kann Nebenwirkungen auf einen nicht unmittelbar beteiligten Teil der Software haben, welche evaluiert werden müssen. Für eine Änderung kann es erforderlich sein, dass eine andere Person auch einen anderen Teil der Software ändern muss. Die Analyse der Auswirkungen von Änderungen erfolgt daher in zwei Formen: Was muss sich wahrscheinlich ändern (welcher Quellcode oder anderes Artefakt) und wer wird die Änderung vornehmen (bzw. wer muss sich miteinander abstimmen, um eine Änderung korrekt umzusetzen). Die Unterstützung der Änderungsauswirkungsanalyse betrifft somit die involvierten Artefakte und die involvierten Entwickler. In diesem Projekt wurde daher die Frage gestellt, wie diese beiden Aspekte gemeinsam angegangen werden können. Eine effektive Umsetzung von Softwareänderungen erfordert beides. In diesem Projekt wurden schlussendlich Techniken, Modelle und Prototypen entwickelt, mit denen verborgene Abhängigkeiten zwischen technischen Artefakten identifiziert werden können (nicht nur Abhängigkeiten zwischen Quellcode, sondern auch zu Anforderungen, Architekturmodellen, Testfällen und in Variabilitätsmodellen). Der neuartige Aspekt dieser Techniken ist, dass sie nicht erfordern das man a priori bestimmt, wo die Abhängigkeiten liegen und was genau wann getan werden muss, sondern dass diese Techniken beobachten, was die Ingenieure tun, und dann identifizieren, wer miteinander sprechen muss, und wann Artefakte bereit sind sodass der nächste Entwickler seine Arbeit beginnen kann. Die Arbeit in diesem Projekt wurde mit Open-Source-Softwareprojekten sowie industrieller Software aus einem sicherheitskritischen Bereich evaluiert. Die erzielten Ergebnisse haben auch gezeigt, welchen potentiellen Nutzen dieser Ansatz in anderen Bereichen außerhalb von Softwaresystemen wie etwa der Entwicklung hardwarezentrierter Produkte erzielen kann: beispielsweise für die Entwicklung von vernetzten Maschinen in der produzierenden Industrie.