Heutzutage setzen immer mehr Unternehmen bei der Entwicklung, Vermarktung, Produktion und Pflege ihres Produktportfolios auf Modularisierung. Durch eine modulare Produktarchitektur lässt sich die Anzahl individuell notwendiger Komponenten verringern und mehr Flexibilität und Agilität bei der Produktentwicklung erreichen. Durch die verbesserte Organisation wird zudem die Komplexität im Unternehmen reduziert und dadurch erhebliche Kosten und Zeit gespart.
Was Unternehmen bei ihrer Modularisierungsstrategie jedoch häufig vergessen, ist, dass diese neben der Hardware auch die Software der Produkte umfassen muss. Im Zeitalter von Digitalisierung und Industrie 4.0 gibt es kaum noch Produkte, die ohne Software auskommen, und in den meisten Bereichen nimmt der Anteil von Software immer weiter zu. Bei der Modularisierung sollte deshalb die Software von Anfang an miteinbezogen werden, damit die angestrebten Verbesserungen wie schnellere Produktentwicklungszeiten und eine vereinfachte Pflege des Produktportfolios ganzheitlich realisiert werden können.
Um erfolgreich eine modulare Softwarearchitektur aufzubauen, müssen Unternehmen jedoch verstehen, wie Modularisierung im Softwarebereich funktioniert. In diesem Blog-Artikel geben wir Ihnen einen breiten Überblick über das Thema und beantworten die wichtigsten Fragen:
- Was bedeutet Software-Modularisierung?
- Was sind die Probleme bei monolithischen Softwarearchitekturen?
- Wie funktioniert die Modularisierung von Software?
- Was sind die Vorteile einer modularen Softwarearchitektur?
- Was ist beim Aufbau einer modularen Softwarearchitektur zu beachten?
Was bedeutet Software-Modularisierung?
Modularisierung beschreibt einen Prozess, bei dem die verschiedenen Elemente eines Systems oder Produkts zu Modulen gruppiert werden. Bei Modulen handelt es sich um austauschbare Funktionsbausteine, die über standardisierte Schnittstellen verbunden sind. Dadurch sind sie voneinander unabhängig und können auf der Basis von festgelegten Konfigurationsregeln zu unterschiedlichen Produktvarianten zusammengesetzt werden.
Konfigurationsregeln, Schnittstellen und Module sind in einem modularen Baukastensystem organisiert, in dem die verschiedenen Module über den Lebenszyklus gepflegt werden. Der Vorteil hierbei besteht darin, dass die Komplexität und die Anzahl der notwendigen individuellen Komponenten reduziert und gleichzeitig die Variantenvielfalt zum Kunden optimiert werden kann.
Leseempfehlung: Einen detaillierten Einblick in die finanziellen Vorteile von modularen Systemen bietet Ihnen unser Blog-Artikel “Kosten senken, Umsatz steigern: Die finanziellen Potenziale der Modularisierung”.
Obwohl Modularisierung häufig primär mit Hardwareprodukten assoziiert wird, findet sie auch im Softwarebereich Anwendung. Heutzutage gibt es fast kein Produkt mehr, das neben der Hardware nicht auch Software benötigt. Wird die Hardware modularisiert, muss dies auch für die Software geschehen.
Software zu modularisieren bedeutet, sie in ein System von Softwaremodulen zu gliedern, die den Prinzipien der Modularität folgen. Das bedeutet, dass jeder Komponente eine bestimmte Funktion zugeordnet wird und jedes Modul von den anderen möglichst unabhängig ist. Im Unterschied zu einer monolithischen Software, bei der alle Funktionen und Features in einem einzigen großen System mit einem zentralen Quellcode gebündelt sind, werden die einzelnen Features und Funktionen bei einer modularen Softwarearchitektur auf die verschiedenen Softwaremodule aufgeteilt.
Eine bestimmte Form der Modularisierung von Software sind sogenannte Micro-Services, die verstärkt von Unternehmen wie Netflix oder Amazon eingesetzt werden, um flexible, agile und einfach skalierbare Lösungen für umfangreiche Software-Produkte zu ermöglichen. Die Grafik zeigt den Vergleich zwischen einer modularen Micro-Service-Architektur und einer monolithischen Softwarearchitektur (Quelle: Amazon Web Services).
Das Ziel einer modularen Software besteht darin, ein System unabhängiger Module zu schaffen, die miteinander kombiniert und zu verschiedenen Softwarekonfigurationen für verschiedene (Hardware-)Produkte zusammengesetzt werden können.
Was sind die Probleme bei monolithischen Softwarearchitekturen?
Viele Unternehmen, deren Fokus auf Hardware liegt, haben im Laufe der Jahre eine wachsende Anzahl verschiedener Softwarearchitekturen entwickelt - meist ein neues Softwaresystem für jede neue Produktgeneration. Im heutigen Zeitalter sehen sich diese Unternehmen mit mehreren Problemen konfrontiert, die durch die Vielzahl der Softwaremonolithen, die sie pflegen und verwalten müssen, verursacht werden.
Wenn ein neues Produkt auf den Markt gebracht werden soll, wird die dafür notwendige Software größtenteils neu entwickelt, da die existierenden monolithischen Softwarearchitekturen über vielfältige interne Abhängigkeiten verfügen, sodass sich der existierende Quellcode nur schwer für neue Anwendungen wiederverwenden lässt. Das bedeutet, dass alle Komponenten der Software sequentiell entwickelt und aufeinander abgestimmt werden müssen, bevor die Software als Ganzes getestet werden kann.
Durch den hohen Testaufwand steigen die Kosten, und jeder Fehler, der auftritt und behoben werden muss, verzögert die Veröffentlichung des neuen Produkts. Vor allem in stark umkämpften Märkten kann das schnell zu einem gravierenden Wettbewerbsnachteil werden. Da Produktlebenszyklen heutzutage immer kürzer werden und die Kundenerwartungen kontinuierlich steigen, müssen Unternehmen immer schneller neue und bessere Produkte liefern. Mit monolithischen Softwaresystemen ist diese Aufgabe kaum zu bewältigen. Entwicklerteams sind zunehmend damit beschäftigt, die verschiedenen Architekturen existierender Produkte zu verwalten und mit Updates zu versorgen, und es bleibt nur wenig Zeit für Neuentwicklungen. Ganz zu schweigen von der Schwierigkeit, zusätzliche Softwareentwickler einzustellen.
Änderungen und Verbesserungen sind bei einer monolithischen Softwarearchitektur ebenfalls zeitaufwendiger und kostenintensiver, weil sich selbst kleine Änderungen an einzelnen Komponenten auf das gesamte System auswirken können. Treten Fehler auf, dauert es lange, diese zu beheben, was zu Unzufriedenheit bei den Kunden führt. Die starke Bindung monolithischer Software an die Hardwarekonfiguration, für die sie entwickelt wurde, ist ein weiterer Aspekt, der die Wiederverwendung in neuen Produkten erschwert.
Wie funktioniert die Modularisierung von Software?
Im digitalen Zeitalter, in dem Software immer wichtiger wird und Produktlebenszyklen immer kürzer werden, wird es für Unternehmen mit monolithischen Softwarearchitekturen immer schwerer, mit der Konkurrenz Schritt zu halten. Unternehmen müssen deshalb ihre Softwarearchitekturen anpassen. Den Schlüssel dazu liefert Modularisierung. Wie genau funktioniert also Modularisierung für Software?
Vorgehensweise bei der Software-Modularisierung
Egal, ob man Modularisierung für Hardware oder Software betrachtet, der Kerngedanke der Modularisierung bleibt derselbe. Es geht darum, ein Produkt beziehungsweise eine Software in strategische Module zu gliedern, die in ihrer Gesamtheit ein modulares System darstellen, das die Wiederverwendung der Komponenten in verschiedenen Produkten erlaubt. Beim Aufbau einer modularen Softwarearchitektur kann man sich an den folgenden Leitfragen orientieren:
- Welche Softwarefunktionen werden benötigt, um die bestehenden Kundenanforderungen zu bedienen?
- Wie granular muss / kann bei der Gliederung der Software in einzelne Komponenten vorgegangen werden?
- Wie interagieren die einzelnen Komponenten, und wo müssen Schnittstellen geschaffen werden?
- Welche Komponenten können in Modulen zusammengefasst werden?
Die zentralen Schritte sind in der folgenden Grafik dargestellt.
Leseempfehlung: Eine detaillierte Anleitung, wie Sie Ihre modulare Produktarchitektur für Ihre Hard- und Software definieren, finden Sie in unserem Blog-Beitrag “Digitalisierung und Industrie 4.0 – Mit modularer Maschinensoftware”.
Einen Sonderfall der Software-Modularisierung stellt das sogenannte Refactoring dar. Refactoring beschreibt das Restrukturieren von vorhandenem Softwarecode, um dessen Struktur zu verbessern und die Wartung zu vereinfachen. Eine solche Restrukturierung erweist sich in vielen Fällen als vorteilhafter als den Code für eine neue Softwareversion für ein neues Produkt von Grund auf neu zu schreiben.
Leseempfehlung: Mehr zu den Vorteilen und Herausforderungen von Refactoring lesen Sie in unserem Beitrag “Softwarearchitektur: Codebase modularisieren statt neu schreiben“.
Eigenschaften von Softwaremodulen
Als Softwaremodule bezeichnet man die einzelnen Komponenten einer modularen Softwarearchitektur. Die Module erfüllen jeweils eine spezifische Funktion und sind voneinander unabhängig. Dies ermöglicht Veränderungen einzelner Funktionen und Module ohne Auswirkungen auf andere Teile der Software.
Die Prinzipien der Funktionsbindung und der Entkopplung sind zwei wichtige Eigenschaften von Softwaremodulen. Daneben müssen Softwaremodule aber noch eine weitere Voraussetzung erfüllen, um ein funktionsfähiges modulares System zu ergeben. Um zu gewährleisten, dass die einzelnen Softwaremodule flexibel kombiniert werden können, müssen sie über standardisierte Schnittstellen verfügen. Diese Schnittstellen können systemintern für die Kombination mit anderen Modulen als auch extern für die Kopplung mit anderen Systemen genutzt werden.
Die Standardisierung der Schnittstellen bildet die Grundlage für zwei weitere wichtige Eigenschaften von Softwaremodulen. Zum einen garantiert sie die Kombinierbarkeit der einzelnen Komponenten. Zum anderen ermöglicht sie die Wiederverwendung von Modulen in verschiedenen Produkten und Systemen (Prinzip der Kommunalität). Die verschiedenen Eigenschaften sind in der nachfolgenden Übersicht noch einmal zusammengestellt.
Leseempfehlung: Der Definition passender Softwaremodule kommt bei der Entwicklung einer modularen Softwarearchitektur eine wichtige Rolle zu. Einen detaillierten Überblick über die notwendigen Eigenschaften von Modulen im Softwarebereich bietet Ihnen unser Beitrag “ Strategische Modularität für Ihre Softwarearchitektur ”
Organisation der Entwicklerteams für die Modularisierung der Software
Neben der strategischen Vorgehensweise besteht die größte Herausforderung bei der Modularisierung von Software in der organisatorischen Umsetzung. Wie können die verfügbaren Entwickler eingeteilt werden, um möglichst zeit- und kosteneffektiv die über die Jahre hinweg aufgebauten Softwaremonolithen in eine modulare Softwarearchitektur zu überführen? Wie muss diese Architektur gestaltet sein, damit sie nicht nur die bestehenden Produkte weiterhin bedient, sondern auch die Basis für die Software neuer Produkte liefern kann?
Die Herausforderung für Unternehmen ist folgende: Während des Aufbaus der neuen modularen Softwarearchitektur müssen die alten Systeme weiterhin gepflegt und gewartet werden, weil die neue Plattform noch keinen Umsatz bringt und Kunden bei ausbleibenden Updates und Bugfixes schnell unzufrieden werden. Die Vorgehensweise, einfach alle verfügbaren Entwickler von den alten Systemen abzuziehen, um in kürzester Zeit ein neues System zu entwickeln, ist, wenn auch in der Theorie kostengünstig, praktisch nicht möglich.
Parallel an beiden Architekturen zu arbeiten (Erhalt und Pflege der alten Softwareplattform und Aufbau der neuen modularen Softwarearchitektur) ist aufgrund der knappen personellen Ressourcen nicht machbar.
Auch bei dem häufig von Unternehmen gewählten Mittelweg (internes Entwicklerteam aufteilen in Gruppe A zur Entwicklung der neuen modularen Softwarearchitektur und Gruppe B zur Pflege und Wartung des alten Systems, gegebenenfalls unter Zuhilfenahme externer Ressourcen) kann es Probleme geben, und der Zeitraum, über den zwei Systeme bedient werden müssen, verlängert sich erheblich.
Die beste Vorgehensweise besteht darin, mit der Modularisierung des alten Systems zu beginnen. Dadurch wird es möglich, Patches und Erweiterungen nach erfolgreichem Aufbau der modularen Softwareplattform ohne Doppelarbeit sowohl in das alte als auch in das neue System einzufügen. Um der daraus resultierenden Verzögerung in der Entwicklung des modularen Softwaresystems entgegenzuwirken, sollten Unternehmen frühzeitig mit der Modularisierung der Software beginnen. Im besten Fall sollte dies noch vor der Modularisierung der Hardware erfolgen.
Leseempfehlung: Eine detaillierte Ausführung der Vor- und Nachteile der verschiedenen Vorgehensweisen finden Sie in unserem Beitrag “Von Hardware-First zu Software-First mit einer modularen Softwarearchitektur”.
Was sind die Vorteile einer modularen Softwarearchitektur?
Eine modulare Softwarearchitektur kann genau an den Stellen Verbesserungspotenziale aufzeigen, an denen es bei monolithischen Systemen Probleme gibt. Die wichtigsten Vorteile einer modularen Softwarearchitektur sind:
- Vereinfachte Wartung: Aktualisierungen und Änderungen betreffen nur einzelne Softwaremodule und können daher schneller und ohne Gefahr potenzieller Auswirkungen auf andere Softwarekomponenten durchgeführt werden.
- Schnelleres Implementieren neuer Features und Funktionen dank der Unabhängigkeit der Softwaremodule
- Wiederverwendbarkeit der Module verringert die Entwicklungszeiten für neue Softwareversionen und Releases
- Geringerer Testaufwand bis hin zu Testautomatisierung, was gleichzeitig eine Kostenersparnis mit sich bringt.
- Möglichkeit von Over-the-Air-Updates (kurz: OTA), um Softwareaktualisierungen und Updates auch für bereits ausgelieferte und installierte Systeme verfügbar zu machen, was zudem neue Geschäftsmöglichkeiten mit dem Verkauf von Upgrades und Funktionserweiterungen eröffnet.
- Eine Softwarearchitektur für mehrere Hardwareprodukte und -plattformen dank der mit Modularisierung erreichten Entkopplung von Hard- und Software, auch bekannt als Software Portability.
Leseempfehlung: Modularisierung macht es möglich, Softwaretests nicht nur auf Systemebene, sondern auch auf Modul- und Komponentenebene durchzuführen. Wie dadurch mehr Qualität und Effizienz in der Softwareentwicklung erreicht werden kann, erfahren Sie hier.
Strategie, KPIs, finanzieller Mehrwert - Tipps für den Aufbau einer modularen Softwarearchitektur
Bei der Modularisierung von Software gibt es mehrere Fallstricke. Daher kann es passieren, dass Unternehmen trotz eines guten Verständnisses von Modularisierung Fehler machen, die dazu führen, dass der Umstieg auf eine modulare Softwarearchitektur nicht den erhofften Nutzen bringt. Die folgenden Tipps helfen Ihnen, Ihre Software mit Erfolg zu modularisieren.
Gehen Sie strategisch vor
Egal, ob Sie Software oder Hardware modularisieren, Sie müssen strategisch vorgehen. Das bedeutet, dass die Definition der Module nach strategischen Kriterien erfolgen und jedes Modul einem unternehmensstrategischen Ziel zugeordnet sein sollte. Die in diesem Zusammenhang relevanten strategischen Ziele sind Kundennähe, Produktführerschaft und operative Exzellenz. Nur wenn die Strategie fest in der modularen Architektur verankert ist, lassen sich die Potenziale der Modularisierung vollständig realisieren.
Legen Sie frühzeitig passende KPIs fest
Ebenso wichtig wie ein strategisches Vorgehen ist eine effiziente Projektsteuerung und eine genaue Überwachung der erzielten Fortschritte. Um Modularisierung effektiv zu betreiben, bedarf es passender Kennzahlen oder Key Performance Indicators (KPIs), die Auskunft über den Projektfortschritt geben und zeigen, ob das Projekt erfolgreich ist. Mögliche KPIs sind der Anteil des Entwicklungsaufwandes, der für Bugfixing aufgebracht werden muss, sowie der Anteil der automatisierten Softwaretests. Um Verbesserungen oder Verschlechterungen zu erkennen, ist es empfehlenswert, die KPIs so früh wie möglich einzuführen.
Berechnen Sie den finanziellen Mehrwert der Modularisierung
Wie bei der Modularisierung von Hardware gilt es auch im Softwarebereich, die Modularisierungsstrategie abteilungsübergreifend zu verankern und alle Abteilungen inklusive der kompletten Führungsebene in das Projekt miteinzubeziehen. Dazu bedarf es der richtigen Governance sowie einer klaren Vorstellung davon, welchen finanziellen Mehrwert die Modularisierung der Software bietet. Mit einer konkreten Aufstellung der Einsparungen, die sich durch eine verbesserte modulare Softwarearchitektur erreichen lassen, ist es leichter, die Unterstützung aller Stakeholder zu sichern.
Leseempfehlung: Noch mehr Tipps, wie Sie ihre Softwarearchitektur erfolgreich verbessern, bietet Ihnen unser Best-Practice-Artikel für Hardware-Unternehmen.
Erfolgreiche Modularisierung umfasst sowohl Hardware als auch Software
Modularisierung erfolgreich zu betreiben, bedeutet, sowohl die Hardware- als auch die Softwarekomponenten der eigenen Produkte in ein modulares System zu überführen. Das reduziert nicht nur die Komplexität des Gesamtsystems, sondern führt auch zu kürzeren Entwicklungszeiten für Hardware und Software.
Auch wenn es bei der Implementierung einer modularen Softwarearchitektur Unterschiede zur Vorgehensweise bei der Hardware gibt, so basiert die Modularisierung von Software auf den gleichen Grundprinzipien, die auch für modulare Systeme im Bereich der Hardware gelten. Bei Modular Management setzen wir auf die Methode des Modular Function Deployment® (kurz: MFD). Eine konkrete Anleitung, wie Sie in nur fünf Schritten eine modulare Produktarchitektur erstellen, können Sie sich hier kostenlos herunterladen.
