Scrum im Embedded Systems Development

Inhaltsverzeichnis

Die 4. industrielle Revolution – Herausforderung für das Projektmanagement

Agilität als Antwort auf Vernetzung und Komplexität

Embedded Systems

Projektmanagement
Klassische Methoden
Agile Methoden des Projektmanagements

Scrum als agile Projektmanagement Methode
Elemente von Scrum – Rollen, Artefakte, Besprechungen
Rollen
Artefakte
Besprechungen
Der Scrum Prozess
Scrum und Anforderungen an die Entwicklung von Embedded Systems

Scrum im Embedded Systems Development

Ausblick

Literaturverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Die 4. industrielle Revolution – Herausforderung für das Projektmanagement

Industrie 4.0; Internet of Things, Smarte Produkte, Digitalisierung – sie alle basieren auf der rasanten Entwicklung der Informationstechnologie seit den 1960er Jahren – der sogenannten 3. industriellen Revolution: „Diese Revolution wurde getrieben durch die Elektronik und später die Informations- und Kommunikationstechnologie...“¹. Im Rahmen der 3. industriellen Revolution haben eingebettete Systeme Einzug in Maschinen und Produkte gehalten. Typische Beispiele eingebetteter Systeme – im Folgenden als Embedded Systems bezeichnet – sind Steuergeräte in Kraftfahrzeugen, Steuerungen von Industrieanlagen aber auch Haushaltsgeräten oder auch Messanlagen für Luftverschmutzung. Industrie 4.0 als Synonym für die 4. industrielle Revolution entsteht durch die Vernetzung von Systemen: „Industrie 4.0 steht für eine schnellere, effiziente und flexible Fabrik...Technische Grundlage hierfür bilden intelligente und vernetzte Systeme.“² Porter und Heppelmann stellen im Harvard Business Manager fest: „Was wir momentan erleben, ist der möglicherweise tiefgreifendste Wandel im Fertigungssektor seit der zweiten industriellen Revolution vor mehr als 100 Jahren“³. Über den rein industriellen Charakter hinaus ermöglicht die Vernetzung von Systemen und die Nutzung der in diesen Systemen entstehenden Daten neue Geschäftsmodelle.

Aus dem Zusammenspiel von eingebetteten Systemen, von Daten und neuen Geschäftsmodellen entsteht die Digitalisierung: „Digitalisierung bezeichnet den Wandel zu neuartigen, häufig disruptiven Geschäftsmodellen mittels Informations- und Kommunikationstechnik“⁴. Gleichzeitig steigt mit der Anzahl neuer Geschäftsmodelle und der Vernetzung von immer mehr Systemen auch die Komplexität – was vor allem vor dem Hintergrund des Einsatzes von sicherheitsrelevanten Systemen die Entwicklung von Embedded Systems vor große Herausforderungen stellt. Höhere Komplexität, höhere Relevanz für die Sicherheit der Nutzer, schnellere Time-to-Market zur Sicherung des Geschäftserfolgs – hier stellt sich die Frage wie die Entwicklung von Embedded Systems im Umfeld der Digitalisierung – deren Basis sie selber sind – zu geschehen hat. Welche Auswirkungen hat dies auf das Projektmanagement? Sind agile Methoden aus der Softwareentwicklung geeignet, diesen Anforderungen gerecht zu werden? Am Beispiel von Scrum soll dies im Folgenden untersucht werden.

Agilität als Antwort auf Vernetzung und Komplexität

Sowohl Gross⁵ wie auch Hanschke bezeichnen Digitalisierung als „Game Changer“: „Die Digitalisierung ändert die Spielregeln. Volatile Märkte, steigende Bedeutung von Wertschöpfungsnetzwerken, neue Wettbewerber und gleichzeitig Fachkräftemangel erfordern ein Umdenken.“⁶ Als Konsequenz aus der Digitalisierung verändern sich die Anforderungen und Herausforderungen an Unternehmen und Personen: „Das Akronym „VUKA“ steht für die Wörter Volatilität, Unsicherheit, Komplexität und Ambivalenz, also für die Auswirkung der verschiedenen Elemente und gegenseitigen Einflüsse im „Big Picture“ der digitalen Transformation“⁷ Wie also diesen Herausforderungen begegnen? Lang und Scherber stellen fest: „Agiles Vorgehen gibt neue Ansatzpunkte, auf Veränderungen zu reagieren und mit der Unsicherheit umzugehen.“⁸ Sie nehmen auch Bezug auf den Ursprung des agilen Vorgehens in der IT: „Agilität, oder das was wir heute darunter verstehen, entstand Ende der 1990er-Jahre als Reaktion und Gegenbewegung zu klassischen Planungsmethoden wie etwa dem Wasserfallmodell. Damals nahm die Bedeutung von IT zu.“⁹ Agilität wird als Antwort auf die Herausforderungen durch die Digitalisierung gesehen und definiert als „...Fähigkeit eines Unternehmens, sich kontinuierlich entlang von Nutzerbedürfnissen an seine komplexen, turbulenten und unsichere Umwelt anzupassen...“¹⁰.

Die Konsequenz einer von den Akronymen VUKA dominierten Umwelt ist eine verstärkte Tendenz zur Entscheidung unter Unsicherheit. Hierbei gilt es, verschiedene Ausprägungsmerkmale von Unsicherheit zu erfassen, um die passenden Kriterien für Entscheidungen bei Unsicherheit – ergo fehlender Transparenz oder fehlendes Wissen – erfolgreich zu identifizieren. Im technologischen Umfeld wird diese Einteilung häufig mithilfe der Stacey Matrix vorgenommen:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Stacey Matrix (Goll, Hommel: Mit Scrum zum gewünschten System, S. 3)

Der Grad der Unklarheit und Unschärfe bestimmt den Zustand (einfach, kompliziert, komplex oder chaotisch – außer Kontrolle) und damit die einzusetzende Entscheidungsstrategie. Je unklarer und unschärfer, umso mehr eignen sich empirische Ansätze, um fehlendes Wissen durch Erfahrungswissen zu substituieren: „Ein empirischer[1] Entwicklungsprozess, der sich fortlaufend an die gemessenen Veränderungen anpasst, also ein adaptiver Entwicklungsprozess, eignet sich besonders gut, wenn man sich zu Beginn eines Projekts in einem weitgehend unbekannten Gelände mit unklaren Forderungen und einer unklaren Lösungstechnologie, also im komplexen Bereich der Stacey-Matrix, befindet.“¹¹

Empirismus – ergo Nutzung von Erfahrungswissen als Basis von Entscheidungen - beruht auf drei Voraussetzungen¹²:

- Transparenz – Verfügbarkeit und Sichtbarkeit von Informationen
- Überprüfung – Hinterfragen der eigenen Vorgehensweise (Generierung neuen Wissens)
- Anpassung – Anpassung der eigenen Vorgehensweise bei im Rahmen der Überprüfung ermittelten Abweichungen

Die letzten beiden Punkte werden häufig als „Inspect and Adapt“ zusammengefasst. Zusammengenommen ist ein auf Empirismus und seinen Voraussetzungen beruhender Entwicklungsprozess die Befähigung, Entscheidungen unter Unsicherheit zu schaffen und gegebenenfalls anzupassen. Dies wiederum ist oben als Agilität definiert (vgl. Lang, Scherber: Auf dem Weg zum agilen Unternehmen, S. 10).

Embedded Systems

Embedded Systems sind„...datenverarbeitende Systeme, die in übergeordnete Systeme eingeordnet sind“¹³. Innerhalb dieser übergeordneten Systeme führen Embedded Systems bestimmte Aufgaben aus, sie sind zweckbezogen entwickelt: „An embedded system is a computerized systems that is purpose-built for its application“¹⁴. Konkrete Beispiele für Embedded Systems sind beispielsweise Assistenzsysteme in Fahrzeugen (vom ABS über die Rückfahrassistenten) und Flugzeugen, Selbstbedienungskassen im Einrichtungshaus, Steuerungen von Küchengeräten und ganz alltäglich das Smartphone mit seinen Embedded Funktionen – man denke hier nur an die GPS Navigation.

Embedded Systems lassen sich in unterschiedliche Systemkategorien einteilen und stellen dadurch unterschiedliche Anforderungen an ihre Entwicklung:“...

– eingebettete Systeme, die Steuerungs- und Regelungsaufgaben wahrnehmen und keine offenen Bedienungs-Schnittstellen zum Benutzer haben...
– Geräte, die von der Fachfrau bzw. dem Fachmann bedient werden...
– Datenendgeräte, die von der Fachfrau bzw. dem Fachmann bedient werden...
– Selbstbedienungsgeräte, die von Laien benutzt werden...
– Mobile, tragbare Geräte für die private und geschäftliche Nutzung mit und ohne drahtlose Verbindung zu einer Basistation...“¹⁵

Mikroprozessoren stellen die Basis von Embedded Systems dar und entfalten ihr Potential vor allem durch die Kombination mit Sensoren und Aktoren und zunehmend mit der gegenseitigen Vernetzung der Systeme sowie der Auswertung der durch die Nutzung von Embedded Systems gewonnenen Daten. Durch die technologische Entwicklung dieser Produkte und ihrer Verfügbarkeit entstehen immer mehr neue Anwendungsfälle: „Das Spektrum potenzieller Dienstleistungen, die durch intelligente, vernetzte Produkte möglich werden, ist schier endlos.“¹⁶

Durch ihre vielfältigen Anwendungsgebiete und Kombinationsmöglichkeiten stellen Embedded System eine besondere Herausforderung für Entwickler dar: „Embedded Systems are special, offering special challenges to developers.“¹⁷ Diese besonderen Anforderungen sind unter anderem:“...

- Echtzeitverhalten, Verarbeitungsgeschwindigkeit,
- Wartbarkeit,
- Wiederverwendbarkeit und Skalierbarkeit (…),
- verteilte Implementierung (verteilte Systeme),
- Erweiterter Temperaturbereich (z.B. bei militärischen Geräten),
- manipulationssicher, sicher gegen Vandalismus (z.B. bei Selbstbedienungsgeräten)“¹⁸

Diesen besonderen Herausforderungen und Anforderungen, sowohl an die funktionalen wie auch nicht-funktionalen Anteile eines Embedded Systems sind bei der Entwicklung unter anderem durch die Wahl eines geeigneten Projektmanagements zu berücksichtigen.

Projektmanagement

Sind komplexere Aufgaben unter Einbeziehung unterschiedlicher Personen oder Abteilungen zu realisieren, bietet es sich an, diese Aufgabe im Rahmen von Projekten durchzuführen.Ein Projekt ist gemäß DIN 69901 definiert als „ein Vorhaben, das im wesentlichen durch die Einmaligkeit der Bedingungen in ihrer Gesamtheit gekennzeichnet ist, wie z.B.

- Zielvorgabe
- zeitliche, finanzielle, personelle und andere Begrenzungen,
- Abgrenzung gegenüber anderen Vorhaben
- projektspezifische Organisation“¹⁹

Ein Projekt bedarf zur erfolgreichen Durchführung einer Steuerung. Diese wird durch das Projektmanagement gewährleistet, wobei Projektmanagement gemäß DIN 69901 „...die Gesamtheit von Führungsaufgaben, -organisation, -techniken und – mittel für die Abwicklung eines Projekts...“²⁰ darstellt. Während die Führungsaufgabe eher in den Bereich von Personalführung fällt, haben sich unter den Begriffen der Projektorganisation, Projekttechniken und Projektmittel im Laufe der Zeit unterschiedliche Projektmanagementmethoden herausgebildet. In der Softwareentwicklung sind das Wasserfallmodell, das Spiralmodel und das V-Modell als gesamtheitliche Methoden einzuordnen, da sie Organisation, Techniken und Mittel zu einer Methode zusammenfassen. Die Critical Path Method als Beispiel ist dem Bereich der Projekttechnik zuzuordnen und kann in verschiedenen Projektmanagementmethoden genutzt werden.

In jüngerer Zeit ist mit den Begriffen der „klassischen“ und der „agilen“ Methoden eine weitere Differenzierung aufgetreten, die dem Aufkommen von unter dem Eindruck der Forderung nach Agilität entstandenen neuen Projektmanagementmethoden geschuldet ist.

Klassische Methoden

Mit dem Entstehen agiler Methoden wurde früher entstandene Projektmanagementmethoden als „klassische Methoden“ kategorisiert. Zu den klassischen Methoden zählen das Wasserfallmodell, das Spiralmodel und auch das V-Modell. Für die sogenannten klassischen Methoden: „Der gesamte Entwicklungsprozess ist in Phasen mit bestimmten Zielsetzungen aufgeteilt.“²¹ Die Entwicklung findet – mit Rückkopplungsschleifen – in verschiedenen Phasen statt. Erst mit definiertem Abschluss einer Phase wird die nächste Phase gestartet – in der unten stehenden Abbildung also mit Durchlauf einer Verifizierungsschleife der vorangegangenen Phase.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Wasserfallmodell (Quelle: https://www.ionos.de/digitalguide/websites/web-entwicklung/wasserfallmodell/ zuletzt aufgerufen am 19.10.2019)

Auch Spiral- und V-Modell nutzen Phasen im Projekt, um zu einem funktionsfähigen Produkt zu gelangen. Die Entwicklung von Funktionalität und Architektur eines Systems findet vollständig in den jeweiligen Phasen statt – vom Lastenheft bis zum betriebsfertigen Produkt. Der Entwicklungsprozess findet in sequentiellen Blöcken statt und das Ergebnis des jeweiligen Blocks ist durch das Lastenheft definiert. Das ausgelieferte Produkt entspricht somit einer im Lastenheft vor Projektstart definierten Leistung.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3: Spiralmodell (Quelle: http://www.enzyklopaedie-der-wirtschaftsinformatik.de/lexikon/is-management/Systementwicklung/Vorgehensmodell/Spiralmodell, zuletzt aufgerufen am 19.10.2019)

Agile Methoden des Projektmanagements

Um Projekte in einem von den oben diskutierten VUKA-Faktoren beeinflussten Umfeld erfolgreich realisieren zu können, sind entsprechende Planungsmethoden zu entwickeln und einzusetzen: „Gebraucht wird eine adaptive Projektdurchführung, die fehlendes Wissen kompensiert und sich der jeweiligen Situation anpasst“²². In der Softwareentwicklung wurde bereits in den 1990er Jahren erkannt, dass neue Ansätze zum Projektmanagement benötigt wurden. Mit dem 1994 veröffentlichten CHAOS-Report, der die Fehlerquote von mehr als 8.000 Projekten untersuchte, wurde offenbar, dass nur 16% aller Projekte ohne Mängel und zu den geplanten Kosten und in der geplanten Zeit fertig wurden²³.

[...]

¹ Bauernhansl, ten Hompel, Vogel-Heuser: Industrie 4.0 in Produktion, Automatisierung und Logistik, S. 7

² Hanschke: Digitalisierung und Industrie 4.0, S. 3

³ Porter, Heppelmann in Harvard Business Manager – Edition 3/2018 Digitalisierung, S. 6

⁴ Hanschke: Digitalisierung und Industrie 4.0, S. 3

⁵ Gross: Digital Leader Gamebook, S. 25

⁶ Hanschke: Digitalisierung und Industrie 4.0, S. 51

⁷ Gross: Digital Leader Gamebook, S. 59

⁸ Lang, Scherber: Auf dem Weg zum agilen Unternehmen, S. 25

⁹ Lang, Scherber: Auf dem Weg zum agilen Unternehmen, S. 22

¹⁰ Lang, Scherber: Auf dem Weg zum agilen Unternehmen, S. 11

¹¹ Goll, Hommel: Mit Scrum zum gewünschten System, S. 5

¹² Dräther, Koschek, Sahling: Scrum – kurz & gut, S. 14 ff

¹³ Lange, Martin, Schweizer: Eingebettete Systeme, 2.Auflage, S. 1

¹⁴ White: Making Embedded Systems, S. 1

¹⁵ Lange, Martin, Schweizer: Eingebettete Systeme, 2. Auflage, S. 3

¹⁶ Porter, Heppelmann in Harvard Business Manager – Edition 3/2018 Digitalisierung, S. 11

¹⁷ White: Making Embedded Systems, S. 2

¹⁸ Lange, Martin, Schweizer: Eingebettete Systeme, 2. Auflage, S. 121

¹⁹ Schelle: Projekte zum Erfolg führen, S. 11

²⁰ Schelle: Projekte zum Erfolg führen, S. 11

²¹ Lange, Martin, Schweizer: Eingebettete Systeme, 2. Auflage, S. 129

²² Goll, Hommel: Mit Scrum zum gewünschten System, S. 2

²³ Dräther, Koschek, Sahling: Scrum – kurz & gut, S. 16