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Computer »WIR STEHEN IM TREIBSAND«

Computer werden immer schneller, billiger und kleiner. Doch der Nutzen ist zweifelhaft: Die Software hält nicht Schritt mit der Entwicklung. 75 Prozent aller komplexen Programmsysteme funktionieren nicht wie geplant. Die Anlaufprobleme auf dem Riesenflughafen von Denver sind ein Beispiel für die Software-Krise.
aus DER SPIEGEL 4/1995

Vom rundum verglasten Flughafen-Tower ist gen Westen die Bergkette der Rocky Mountains zu sehen. Davor duckt sich die Skyline der Halbmillionenstadt Denver (US-Staat Colorado).

Zu Füßen des 100 Meter hohen Turms erstreckt sich, auf einem Gebiet von den doppelten Ausmaßen der Wolkenkratzerinsel Manhattan, der flächengrößte Flughafen der Welt: der Denver International Airport (DIA).

Termingerecht, wenn auch doppelt so teuer wie geplant, war das dreieinhalb Milliarden Dollar teure Superbauwerk fertig geworden. Die Eröffnungsparty sollte am 31. Oktober 1993 steigen und hätte dem DIA mehrere Eintragungen im Rekordbuch der zivilen Luftfahrt gesichert.

Auf insgesamt fünf Landebahnen (der Bau einer sechsten ist geplant) sollten stündlich bis zu 99 Flugzeuge auch unter _(* Bei einem Test der computergesteuerten ) _(Gepäckbeförderungsanlage. ) widrigsten Wetterbedingungen starten und landen - alle 40 Sekunden eines. Auf die Beförderung von 6000 Passagieren pro Stunde sind die computergesteuerten U-Bahnzüge ausgelegt, die zwischen den drei Terminals und dem Hauptgebäude verkehren. 32 Millionen Fluggäste sollten im ersten Betriebsjahr von Denver aus in alle Welt befördert werden und aus allen Himmelsrichtungen einschweben.

Daraus wurde nichts. Friedhofsruhe herrscht im lichtdurchfluteten, von einem teflonbeschichteten Glasfaserdach bedeckten Hauptterminal, dessen 34 Spitzen an eine Beduinenzeltstadt erinnern. Die 12 000 für Fluggäste vorgesehenen Parkplätze stehen leer, und an den 84 Passagierbrücken der drei kilometerlangen Terminals hat bis heute kein Passagierjet angedockt.

Nur im Untergrund des DIA wird hektisch gearbeitet - und das nun schon seit Jahren. Ingenieure und Facharbeiter mühen sich, die Gepäckbeförderungsanlage in Gang zu bringen, deren mangelnde Funktionstüchtigkeit bislang die Inbetriebnahme des Superflughafens verhindert hat.

Volle 35 Kilometer umfaßt das Schienensystem der Transportanlage. 4000 »Telecars« können auf diesem Wegenetz pro Minute bis zu 1000 Gepäckstücke zwischen Abfertigungsschaltern, Gates und Ausgabekarussells in der Rekordzeit von jeweils maximal neun Minuten befördern.

Rund 100 Computer, 5000 optische Sensoren, 400 Funkempfänger und 56 Strichcode-Lesegeräte sollen die bis zu 30 Stundenkilometer schnellen Telecars, die bei der Be- und Entladung nur eben kurz abgebremst werden, über Weichen und Kreuzungen der Schienenanlage steuern. So sieht es der Plan der amerikanischen Firma BAE vor, die das 193 Millionen Dollar teure System installiert hat.

Ein beräderter Riese unter der Erde - doch dieser »Gulliver wird von Liliputanern bewegungsunfähig gehalten«, wie letzten Monat das Magazin Spektrum der Wissenschaft resümierte. Ursache des Riesenflops seien »Fehler in der Software, die das automatische Verteilersystem steuern soll«.

Eine Million Dollar Verlust pro Tag beschert der High-Tech-Krüppel im DIA-Untergrund seit 15 Monaten dem Airport-Betreiber - vermutlich das zur Zeit folgenschwerste Beispiel für eine Schwachstelle der rasch wachsenden Computerindustrie: Was in Denver und anderswo versagt, sind Entwicklung und Einsatz von Software.

Die Programme, von denen jedes aus einer Vielzahl von Einzelanweisungen (Programmzeilen, »lines of code") besteht, steuern die Operationen großer Computer und kleiner elektronischer Bausteine. Nur wenn jede einzelne Zeile fehlerlos geschrieben wurde, ist der reibungslose Ablauf gesichert.

Solange es sich um überschaubare Programme mit einigen tausend Zeilen handelt, wie zur Steuerung eines Automotors (30 000 Zeilen), lassen sich Fehler verhältnismäßig leicht erkennen und korrigieren.

Bei komplexen, ineinandergreifenden Software-Systemen hingegen, wie sie bei dem Transportnetz im Denver Airport eingesetzt wurden, wird ein Mangel deutlich, den die Software-Experten schon lange erkannt, aber nie richtig ausgeräumt haben:

Es gibt zu wenige standardisierte und fehlerfreie Programmteile, die austauschbar und wiederverwendbar sind. Zumeist stehen die Programmierer neuer Systeme vor der Situation, »das Rad jedesmal neu erfinden zu müssen«, wie es der amerikanische Software-Experte Brad Cox von der George Mason University in Fairfax (Virginia) formulierte.

In der Anfangszeit der industriellen Computerisierung »wußten wir, was wir bauen wollten, aber wir konnten es nicht«, sagt der britische Informatiker Cliff Jones von der Universität in Manchester. »Heute stehen wir im Treibsand.«

Mit der rasanten Entwicklung der Computertechnik, die zur Herstellung schneller, billiger und kleiner Computer führte, hat die Software-Produktion nicht Schritt halten können. Derzeit *___kostet ein durchschnittliches ____Software-Entwicklungsprojekt zumeist 50 Prozent mehr ____als veranschlagt, *___wird ein Drittel aller umfangreichen Programme vor der ____Fertigstellung abgebrochen, *___funktionieren 75 Prozent aller komplexen ____Software-Systeme nicht wie geplant oder werden gar ____nicht erst eingesetzt.

Besonders augenfällig wird die Software-Krise, wenn an bestehende Programme neue Anforderungen gestellt werden. Dies geschieht häufig beim Zusammenschluß von Unternehmen, deren unterschiedliche Software-Systeme zusammenwirken sollen oder deren Manager von den existierenden Programmen neue Informationen abfordern.

Schwierig wird es auch, wenn maßgeschneiderte Software-Pakete - beispielsweise geänderte Steuergesetze oder geänderte militärische Zielplanungen - in alte Strukturen eingeklinkt werden sollen.

Das Hauptproblem besteht in solchen Fällen darin, daß die neuen Programmteile, wenn überhaupt, nur sehr schwer darauf getestet werden können, ob sie einerseits in sich fehlerfrei und andererseits mit den bestehenden Programmen einwandfrei kompatibel sind.

Nach einer Studie des Massachusetts Institute of Technology in Cambridge (US-Staat Massachusetts) stehen jedem Dollar für die Entwicklungskosten einer neuen Software neun Dollar gegenüber, die aufgewendet werden müssen, um das neue Programm in die bestehende Software einzugliedern.

So versuchte die US-Fluggesellschaft American Airlines (AA), ihr Flugreservierungssystem »Sabre«, das sie in den siebziger Jahren für zwei Milliarden Dollar hatte entwickeln lassen, durch eine zusätzliche Angebotspalette zu erweitern. AA-Kunden sollten beim Ticketkauf gleichzeitig auch Mietwagen und Hotelzimmer bestellen können. Der Rundumservice klappte selten, 1992 zog die Gesellschaft nach einer Reihe verlorener Schadensersatzprozesse das Angebot zurück und schrieb die Software-Entwicklungskosten in Höhe von 165 Millionen Dollar als Verlust ab.

Ähnliche Erfahrungen machte die amerikanische Luftfahrtbehörde FAA. Sie beschloß vor nunmehr elf Jahren, ihre veraltete Flugsicherung durch das »Advanced Automation System« zu ersetzen. Das ehrgeizige Projekt, das mehr als eine Million Programmzeilen umfaßte, wurde im Juni letzten Jahres zurückgestutzt. »Im Durchschnitt mußte jede entwickelte Programmzeile einmal neu geschrieben werden.« Die Folge war ein Flugsicherungssystem, das mit 144 Millionen Dollar Entwicklungskosten knapp doppelt so teuer geriet wie kalkuliert und weit davon entfernt war, fehlerlos zu funktionieren.

Programmierfehler können gewaltig ins Geld gehen. Der US-Telefongesellschaft Bell Atlantic bescherte ein Software-Blackout ein Minus von mehr als einer Milliarde Dollar. Und als der Zentralrechner der Bank of New York eines Abends ein Bilanzminus in Milliardenhöhe auswies, nahm die Bank über Nacht einen Milliardenkredit bei der US-Zentralbank in Anspruch. Die fälligen Zinsen beliefen sich auf fünf Millionen Dollar - Folge eines Software-Fehlers.

»Solche Debakel würden zur Regel«, glaubt der amerikanische Wissenschaftsautor Wayt Gibbs, »wenn das Programmieren sich nicht zu einer Ingenieursdisziplin entwickelte, die fest in Mathematik und Naturwissenschaften verwurzelt ist.«

Nur auf diese Weise, so Gibbs, lasse sich das derzeit herrschende Chaos vieler Entwicklungsprozesse ordnen und die Fehlerhäufigkeit beim Programmieren zurückschrauben. Tatsächlich sind nur wenige Software-Entwicklungsteams in der Lage, weitgehend fehlerfreie, verläßliche Programme zu schreiben, die den Erwartungen der Auftraggeber entsprechen.

Zu dieser Auffassung gelangte eine vom US-Verteidigungsministerium finanzierte Denkfabrik, deren Mitarbeiter 261 Programmierteams beurteilten. 75 Prozent der getesteten Teams erhielten mit »chaotisch« die schlechteste Note: »Sie verwenden keinen formalisierten Prozeß, verfolgen nicht kritisch, was sie tun, und haben keine Möglichkeit festzustellen, ob sie noch auf dem richtigen Weg sind«, heißt es im Zeugniskommentar.

Als Klassenbeste benannten die Prüfer zwei Gruppen, die mit dem Prädikat »vorbildlich« bedacht wurden: die Programmierer, die der US-Konzern Motorola im indischen Bangalore beschäftigt, und die Experten der US-Firma Loral, die für die Software des Space Shuttle verantwortlich sind.

Dem Ziel einer perfekten Software haben sich die Shuttle-Programmierer inzwischen so weit genähert, daß sie sogar die möglichen Fehler einer neuen Software-Version voraussagen können. »Wir korrigieren nicht nur den Fehler«, sagt Loral-Projektleiter Tom Peterson, »sondern suchen auch die Lücke im Testprozeß, durch die er schlüpfen konnte.«

Solche Akribie ist den meisten Programmierern fremd. 90 Prozent von ihnen, so das Ergebnis einer einschlägigen Studie, notieren nicht einmal die Anzahl der gefundenen Fehler - und nur die wenigsten finden alle ihre Fehler.

Angesichts solchen Schlendrians fordert der amerikanische Software-Berater Bill Curtis seine programmierenden Landsleute auf, ihren Arbeitsstil zu revidieren. »Mit Zimmerleuten«, meint Curtis, könne man nun einmal »keine Wolkenkratzer bauen«. Y

Wenige Programmierer können fehlerfreie Programme schreiben

* Bei einem Test der computergesteuerten Gepäckbeförderungsanlage.

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