Technical Debt Identifikation und Bewertung in mechatronischen Systemen anhand von Indikatoren, Mustern und Metriken - TDebituM

• Antragstellerin: Professorin Dr.-Ing. Birgit Vogel-Heuser
• Fachliche Zuordnung: Softwaretechnik und Programmiersprachen ; Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik
• Förderung: Förderung von 2021 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 451267453

• Erstellungsjahr: 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Technische Entscheidungen, die kurzfristigen Nutzen erbringen, sich aber langfristig als nachteilig und kostspielig erweisen, werden oft getroffen, weil ihre Tragweite, ihre Auswirkungen und die Maßnahmen zu ihrer Behebung nicht eingeschätzt oder unterschätzt werden. Dieses Phänomen wird in Softwaresystemen als Technical Debt (TD) bezeichnet. In mechatronischen Produkten und Produktionssystemen ist jedoch nicht nur die Software von TD betroffen, sondern auch die Mechanik und die Elektrotechnik. In diesem bisher wenig erforschten Bereich wurden im Projekt TDebituM zunächst TD-Vorfälle in der Mechatronik identifiziert und hinsichtlich ihrer Kritikalität und Auswirkungen bewertet. Die TD-Vorfälle und deren Eigenschaften wurden über verschiedene Organisationen und Fachdisziplinen hinweg mit Instrumenten wie der Goal-Question-Metric, semi-strukturierten Interviews und manueller Kodierung detailliert untersucht. Innerhalb von 80 Experteninterviews in 24 Unternehmen wurden 186 TD-Vorfälle ermittelt, bestehend aus 507 spezifischen TD-Elementen. Es konnten zentrale TD-Typen in der Mechatronik, darunter Requirements TD, Process TD, Infrastructure TD, Design TD, Documentation TD und Test TD, sowie die damit verbundenen individuellen Herausforderungen identifiziert werden. In einer weiteren Studie mit 15 Experten1 aus neun Unternehmen wurde zudem die Auftrittshäufigkeit und die Auswirkung von TD mittels eines Online-Fragebogen untersucht. Diese Gegenüberstellung zeigte eine signifikante Diskrepanz zwischen der Auftrittshäufigkeit und der Auswirkung und identifizierte gleichzeitig die TD-Typen – Requirements TD, Variants TD, Architectural TD und Infrastructrual TD – als jene mit der höchsten Auswirkung innerhalb der mechatronischen Domänen. Darüber hinaus wurden Beziehungen, Kausalitäten und Mustern zwischen den TD-Eigenschaften durch Hypothesentests und sequenzielle Musteranalysen untersucht. Dies führte zur Anpassung des Dagstuhl 16162 TD- Metamodells und stellt einen neuen Ansatz zur Analyse kausaler TD-Eigenschaften vor. Um die TD- Ausbreitung im System zu analysieren, wurden geeignete Metriken entwickelt, die auf alle TD-Typen anwendbar sind. Des Weiteren wurde iterativ eine prototypische Visualisierungs- und Interaktionsplattform erstellt. Damit konnte mit TDebituM der Stand der Technik in der TD-Forschung zu Softwaresystemen um TD-Eigenschaften in der Mechatronik, im Engineering sowie in den weiteren Phasen des Lebenszyklus erweitert werden.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Auswirkung und Folgen Technischer Schuld in mechatronischen Systemen und daraus resultierende Anforderungen. Automation 2021, 705-712. VDI Verlag.
  Bi, F.; Vogel-Heuser, B. & Dettmering, H.
  
• Frequency and Impact of Technical Debt Characteristics in Companies Producing Mechatronic Products. 2021 IEEE/ACM International Conference on Technical Debt (TechDebt), 26-35. IEEE.
  Bi, Fandi; Vogel-Heuser, Birgit & Xu, Litong
  
• Characteristics, Causes, and Consequences of Technical Debt in the Automation Domain. SSRN Electronic Journal.
  Bi, Fandi; Vogel-Heuser, Birgit; Huang, Ziyi & Ocker, Felix
  
• "Workshop (accepted): Tracking Down Lazy Compromises in Interdisciplinary Engineering (Technical Debt)". In: IFAC World Congress, 2023.
  B. Vogel-Heuser, F. Bi, A. Kraft & B. Vojanec
  
• Managing Technical Debt in Automation: Best Practices and Cross-Life-Cycle Strategies. 2023 IEEE 21st International Conference on Industrial Informatics (INDIN), 1-8. IEEE.
  Bi, Fandi; Vogel-Heuser, Birgit; Huang, Ziyi; Land, Kathrin & Ocker, Felix
  
• Technical Debt Contagiousness Metrics for Measurement and Prioritization in Mechatronics. 2023 ACM/IEEE International Conference on Technical Debt (TechDebt), 42-51. IEEE.
  Bi, Fandi; Vogel-Heuser, Birgit; Du, Fengmin; Hanich, Nils & Cho, Ennuri
  
• Towards an Interdisciplinary Technical Debt Interaction and Visualization Tool. 2023 IEEE 6th International Conference on Industrial Cyber-Physical Systems (ICPS), 1-8. IEEE.
  Bi, Fandi; Vogel-Heuser, Birgit & Sapera, Edgar Benet