Vorgehensmodelle in der
Softwareentwicklung
Wasserfallmodell, V-Modell, Spiralmodell
Theorie und Praxis …
Quelle: memecenter.com
Vorgehensmodelle in der Softwareentwicklung
- Wasserfall-Modell
- V-Modell
- Spiral-Modell
Der “Oldie”: Das Wasserfall-Modell
Skógafoss in Island
Quelle: GettyImages / dertour.de
Das Wasserfall-Modell grafisch
Quelle: it-lernapp.de
Wasserfall-Modell: Phasenbeschreibung
| Phase |
|---|
| 1. Anforderungs- analyse |
| 2. Entwurf |
| 3. Implementierung |
| 4. Test |
| 5. Einführung |
| 6. Wartung |
| Beschreibung |
|---|
| Anforderungen sammeln |
| Systemarchitektur festlegen |
| Programmierung |
| Qualitätssicherung |
| Deployment beim Kunden |
| Fehlerbehebung, Update |
| Ergebnis |
|---|
| Lastenheft |
| Pflichtenheft, Architektur |
| Quellcode |
| Testberichte |
| Produktivsystem |
| Patches, neue Versionen |
Wasserfall-Modell: Geschichte, Einsatz
- Bereits 1956 von Herbert D. Benington beschrieben
- Vortrag 1983 neu aufgelegt
- Beschreibung 1970 von Winston W. Royce
(ohne Bezeichnung Wasserfall) - Begriff “Wasserfallmodell” später von Barry Boehm geprägt
- Geeignet für Projekte mit stabilen, klar definierten Anforderungen und regulatorischen Vorgaben
- Beispiele: Medizintechnik, Pharmazie, Maschinenbau
Wasserfall-Modell: Vorteile
- Phasen klar abgegrenzt
- Einfache Möglichkeiten der Planung und Kontrolle
- Kosten und Umfang klar abschätzbar
- ACHTUNG: Wenn Anforderungen stabil bleiben!
Gescheitertes Wasserfall-Projekt: FBI
- Geheimdienst FBI: United States Federal Bureau of Investigation
- Projekt: Virtual Case File (VCF), 2000 - 2005,
sollte völlig veraltetes Fallmanagement-System ersetzen - Kosten: ca. 170 Millionen US-Dollar
- Ergebnis: Projekt abgebrochen, nicht nutzbar
Gründe
- Wiederholte Veränderungen und Erweiterungen der Anforderungen
- Versuch einer plötzlichen, vollständigen Systemumschaltung ohne Übergangsphase
- Zu starres Projektmanagement; mangelhafte Kommunikation
- Klassisches Wasserfall-Problem!
Wasserfall-Modell: Nachteile
- Klare Abgrenzung der Phasen in komplexen Projekten oft unrealistisch
- Fehler werden oft erst am Ende erkannt
- Geringe Flexibilität durch strikten Ablauf
Wasserfall-Modell: Frage
Was sind die Phasen des klassischen Wasserfallmodells in der Softwareentwicklung?
A Sprint Planning, Daily Standup, Sprint Review und Retrospektive - iterativ in Zyklen
B Inception, Elaboration, Construction, Transition - inkrementell mit Meilensteinen
C Analyse, Design, Implementierung, Test, Wartung - sequentiell ohne Rücksprünge
D Idee, Prototyp, Markteinführung und Skalierung - phasenweise mit Feedback-Schleifen
Richtig ist C.
Wasserfallmodell: Lineare Phasen; jede abgeschlossen, bevor nächste beginnt.
Vorteile: Klare Struktur, Dokumentation.
Nachteile: Unflexibel bei Änderungen, Fehler spät erkannt. Heute oft durch agile Methoden ersetzt.
Das V-Modell
Quelle: alphaprogression.com
Das V-Modell grafisch
Das V-Modell erweitert das Wasserfall-Modell um eine Teststrategie:
Jeder Entwicklungsphase steht eine Testphase gegenüber.
Testphase:
Validierung Verifikation
Quelle: iapm.net
V-Modell: Geschichte, Einsatz
- Vorgeschlagen von Barry Boehm 1979
- Erweiterung des Wasserfall-Modells
- Verwendung auch bei der Entwicklung
mechatronischer Systeme
- Geeignet für sicherheitskritische Systeme mit klaren, stabilen Anforderungen, hohem Dokumentationsbedarf und verpflichtenden Prüf- und Abnahmeprozessen
- Beispiele: Zugleitsystem, medizinisches Diagnosesystem
V-Modell: Vorteile
- Klare Struktur, definierter Ablauf
- Klare Zuordnung von Anforderungen und Tests
- Gute Fehlererkennung durch Testphasen
- Gute Nachvollziehbarkeit und Dokumentation
Problematisches V-Modell: Bundeswehr
- HERKULES-Projekt zur Standardisierung und Modernisierung der IT
- Laufzeit 2006 - 2016; Kosten: über 7 Milliarden Euro
- Ergebnis: Systeme z. T. nicht nutzbar; z. T. technisch korrekt, aber sinnlos;
z. T. vor der Abnahme schon veraltet - Projekt umgebaut, neu verhandelt; als “teilweise erfolgreich” deklariert
Gründe
- Starre Anforderungen: tausende Seiten, während sich IT-Landschaft schnell veränderte (Smartphones, Cloud, Cyber-Bedrohungen)
- Späte Tests; Probleme erst am Ende sichtbar
- Dokumentationslast: “Papier statt Produkt”
- Geringe Flexibilität; V-Modell schwierig bei riesigen Projekten
V-Modell: Nachteile
- Hoher Aufwand für Dokumentation
- Hohe Abhängigkeit von Testaktivitäten
- Geringe Flexibilität durch fest vorgegebene Phasen
- Annahme: Alle Anforderungen von Anfang an vollständig und korrekt erfasst
In der Praxis oft nicht der Fall! - Mehr Flexibilität durch wiederholte Durchläufe
(“Mini-Vs”)? Enorm aufwändig
V-Modell: Frage
Im V-Modell steht jeder Entwicklungsphase auf der linken Seite eine entsprechende Testphase auf der rechten Seite gegenüber. Welche Testphase korrespondiert mit der Phase Architektur?
A Abnahmetest
B Komponententest
C Integrationstest
D Systemtest
Richtig ist C.
Der Architektur ist der Integrationstest zugeordnet.
Arbeiten die Module zusammen?
Funktioniert der Datenaustausch zwischen den Komponenten?
Verifikation vs. Validierung
| Begriff |
|---|
| Verifikation |
| Validierung |
| Frage |
|---|
| Bauen wir das Produkt richtig? |
| Bauen wir das richtige Produkt? |
| Beispiel |
|---|
| Code-Review, Unit-Test |
| Abnahmetest mit Kunde |
Das Spiral-Modell
Rekonstruierter Riesen-Ammonit
Quelle: bio-schmidhol.ch
Spiral-Modell: Grundidee
1986 von Barry Boehm beschrieben
Iterativ-inkrementelles Modell
- Iterativ: Produkt wird in mehreren Durchläufen verbessert
- Inkrementell: Produkt wird in Teilen (=Inkrementen) geliefert
Spiral-Modell: Phasenbeschreibung
Kombination aus iterativem Vorgehen und Risiko-Analyse
| Schritt |
|---|
| 1. Ziele festlegen |
| 2. Risiken analysieren |
| 3. Entwicklung |
| 4. Bewertung |
| Beschreibung |
|---|
| Was soll diese Iteration erreichen? |
| Welche Risiken gibt es? Prototypen bauen |
| Implementierung dieser Iteration inkl. Tests |
| Review mit Stakeholdern Planung nächste Iteration |
Spiral-Modell grafisch
Quelle: simpleclub.com / eigene Bearbeitung
Spiral-Modell: Vorteile
- Gute Kontrolle über Kosten, Ressourcen, Qualität,
v. a. durch zentralen Stellenwert der Risikoanalyse - Gute Abstimmung zwischen Design und technischen Anforderungen
- Frühe, fortlaufende Einbindung von Auftraggebern und Anwendern
- Geeignet für neuartige technische Umgebungen,
wenn Erfahrungswerte fehlen;
Projekte mit hohen technischen Risiken; unklare Anforderungen; wenn Prototypen benötigt werden - Beispiele: Autonomes Fahrassistenzsystem;
Satelliten-Kommunikationssoftware
Gescheitertes Softwareprojekt:
US-Luftfahrtbehörde
- US-Luftfahrtbehörde FAA (Federal Aviation Administration) wollte
AAS = Advanced Automation System entwickeln - Laufzeit 1981 - 1994; Kosten > 2,6 Milliarden US-Dollar
- Ergebnis: Abbruch; stattdessen inkrementell gesteuerte Teilprojekte
Gründe
- Nicht als Spiralmodell konzipiert, aber z. T. so gehandhabt
- Ständige Änderungen an Anforderungen: Endlosschleife (Loop of Death)
- Meilensteine ignoriert, Tests aufgeschoben
- Unrealistische Verfügbarkeit (< 3s Ausfallzeit/Jahr);
Risikomanagement hätte das früh entschärfen müssen
Spiral-Modell: Nachteile
- Hoher Management-Aufwand
- Viele Entscheidungen erforderlich -> Verzögerungen
- Setzt Wissen über Risikoanalyse und Risikomanagement voraus;
in der Praxis oft begrenzt! - Ungeeignet für kleinere Projekte mit geringem Risiko
Spiral-Modell:
Problematische Darstellung (1)
- Wo beginnt die Spirale?
- Welcher Schritt ist der zweite?
- Wo endet die Spirale?
Spiral-Modell:
Problematische Darstellung (2)
- In welcher Reihenfolge sind die Quadranten angeordnet?
- Was ist die erste, zweite und dritte Phase zu Beginn (innen)?
- In welcher Richtung verläuft die Spirale
(-> Uhr)?
Vergleich der drei Modelle
| Modell |
|---|
| Wasserfall |
| V-Modell |
| Spiralmodell |
| Geeignet für? |
|---|
| Stabile Anforderungen |
| Sicherheitskritische Systeme |
| Große, risikoreiche Projekte |
| Flexibilität |
|---|
| Gering |
| Gering |
| Mittel |
| Risiko |
|---|
| Hoch bei Änderungen |
| Mittel (frühe Tests) |
| Gering (Risikoanalyse) |
Gruppenarbeit
Vergleichen Sie die Vorgehensmodelle
Wasserfallmodell, V-Modell, Spiralmodell.
Nennen Sie für jedes Modell:
- 2 Vorteile
- 2 Nachteile und
- ein geeignetes Projektszenario.
V-Modell, detaillierter
Planung und Spezifikation Implementierung Verifizierung, Validierung
Quelle: johner-institut.de
Spiral-Modell, detaillierter
Quelle: scnsoft.de
Ausblick
Oft mehr Flexibilität benötigt: Agile Methoden
- Scrum
- Kanban
- Extreme Programming (XP)
Iterativ, inkrementell, in kurzen Zyklen
Viel Eigenverantwortung für die Teams
Frage zu Wasserfallmodell (1)
In welcher Situation ist das Wasserfallmodell gegenüber agilem Vorgehen besonders geeignet?
A Bei innovativen Projekten mit häufig wechselnden Anforderungen und hoher Unsicherheit
B Bei Projekten mit stabilen, klar definierten Anforderungen und regulatorischen Vorgaben
C Bei Start-up-Projekten, die keine feste Deadline und kein fixes Budget haben
D Bei Projekten mit hoher Unsicherheit und noch nicht klar definierten Zielen
Richtig ist B.
Das Wasserfallmodell eignet sich besonders für Projekte mit stabilen Anforderungen, z. B. in regulierten Branchen (Medizintechnik, Luftfahrt). Dort müssen alle Anforderungen vorab dokumentiert und genehmigt werden. Bei häufig wechselnden Anforderungen sind agile Methoden besser geeignet.
Frage zu Wasserfallmodell (2)
Welcher grundlegende Unterschied besteht zwischen dem Wasserfallmodell und agilen Vorgehensweisen?
A Agile Methoden erfordern keinerlei Dokumentation, das Wasserfallmodell hingegen schon
B Das Wasserfallmodell ist grundsätzlich schneller als agile Methoden
C Das Wasserfallmodell wird nur für kleine Projekte eingesetzt, agile nur für große
D Das Wasserfallmodell durchläuft die Phasen sequenziell und linear, während agile Methoden iterativ und inkrementell in kurzen Zyklen arbeiten
Richtig ist D. Hohe Prüfungswahrscheinlichkeit!
Wasserfallmodell: Phasen (Anforderungen, Entwurf, Implementierung, Test, Betrieb) werden strikt nacheinander durchlaufen. Rückschritte aufwändig. Agile Methoden arbeiten in kurzen Iterationen (z. B. Sprints), liefern regelmäßig lauffähige Software-Inkremente. Dadurch frühes Feedback und flexible Anpassungen an geänderte Anforderungen.
Frage V-Modell vs. Wasserfallmodell
Worin liegt der Vorteil des V-Modells gegenüber dem Wasserfallmodell?
Zu jeder Entwicklungsphase wird gleichzeitig der passende Testfall definiert — Fehler werden systematischer und früher erkannt.
Es ist in Behörden und regulierten Branchen verbreitet.
Vielen Dank!
Viel Erfolg bei allem!
