Die Durchführung von rigoroser und relevanter gestaltungsorientierter Forschung (engl. Design Science Research, DSR) gewinnt in der Wirtschaftsinformatik international an Akzeptanz und Bedeutung. Der vorliegende Beitrag verfolgt das Ziel, das Verständnis von DSR in der Wirtschaftsinformatik zu schärfen und DSR-Erfahrungen mit der Community zu teilen. Dafür wird ein Fallbeispiel, das ein umfangreiches, mit DSR durchgeführtes Forschungsprojekt zum Gegenstand hat, detailliert beschrieben und anschließend kritisch diskutiert.
vorgeschlagenen DSR-Leitsätze befolgt haben. Peffers et al. demonstrieren ebenfalls
rückwirkend für die vier möglichen Forschungseinstiegspunkte („problemzentriert“,
„zielstellungzentriert“, „entwurfs- und entwicklungszentriert“ sowie „initiiert durch
Auftraggeber/Kontext“) die Anwendung der DSR-Forschungsaktivitäten mithilfe eines
Fallbeispiels. Der Einsatz von Fallbeispielen1 veranschaulicht die Anwendung von DSR und
erhöht das DSR-Verständnis
Die von
Um das DSR-Verständnis weiter zu schärfen, präsentiert der vorliegende Beitrag daher
zunächst ein detailliertes DSR-Fallbeispiel, in dem ein abgeschlossenes
Forschungsprojekt präsentiert wird, welches den DSR-Prozess vollständig durchlaufen hat (Kapitel 2).
Die Struktur des Fallbeispiels orientiert sich an dem Vorgehen von
Das Forschungsprojekt „Computer-Aided Data Warehouse Engineering“ (CAWE) der
Technischen Universität Chemnitz hatte mit einer Laufzeit von 3 Jahren (August 2010 bis
Juli 2013) die Entwicklung eines modellgetriebenen Vorgehens zur Unterstützung des
Lebenszyklus von Business-Intelligence-Systemen (BI-Systemen) zum
Forschungsgegenstand. Ein wesentlicher Schwerpunkt der Forschungsarbeit lag in der Entwicklung eines
Software-Prototyps zur automatischen Erzeugung von Dokumentation für Extraktions-,
Transformations- und Ladeprozesse (ETL-Prozesse) innerhalb bestehender BI-Systeme
(Re-Dokumentation). Ausschlaggebend für die Entwicklung dieses Prototyps war eine zu
Projektbeginn durchgeführte Umfrage
Eine in 2011 von CAWE durchgeführte Umfrage unter 119 Unternehmen hat ergeben,
dass BI-Systeme gar nicht oder nur unzureichend dokumentiert werden
Ferner wurde gezeigt, dass die Dokumentation häufig nur einmalig in der Entwurfs- oder der Entwicklungsphase der Systeme erfolgt. Das Aufwand-Nutzen Verhältnis für die Erstellung von Dokumentation wurde von den befragten Unternehmen ungünstig bewertet. So schätzten lediglich 48% der Umfrageteilnehmer den durch Dokumentation gestifteten Nutzen höher ein als den dadurch verursachten Aufwand. Als Gründe dafür wurden z.B. (I) der hohe personelle Aufwand bei der Dokumentationserstellung, (II) die zu geringe Haltbarkeit (sinkende Aktualität vorhandener Dokumentation im Zeitverlauf) sowie (III) die fehlende strukturelle und inhaltliche Eignung der Dokumentation für unterschiedliche Nutzergruppen genannt.
Mit Hilfe der Literatur motivierte CAWE die Relevanz von ETL-Dokumentationen, in
dem es den möglichen Nutzen für verschiedene Adressatengruppen herleitete (Jacobi et
al., 2012). Da die ETL-Prozessmodellierung bis zu 80% der Entwicklungszeit in
DataWarehouse-Projekten in Anspruch nimmt
Entwickler erhalten Informationen über den aktuellen technischen Aufbau des Systems,
wodurch das Umsetzen von Änderungen und Erweiterungen erleichtert wird.
Unternehmen profitieren von stets aktueller Dokumentation durch Kosteneinsparungen,
die sich u.a. aus folgenden Punkten ergeben:
durch eine verbesserte Qualität und daraus resultierender gewonnener Zeit, die
bisher benötigt wurde, um mangelhaft dokumentierte Systeme zu verstehen
Im Zuge der Ausarbeitung der Problemstellung identifizierte CAWE folgende Punkte, die dafür verantwortlich sind, dass Unternehmen ETL-Prozesse nicht bzw. nur unzureichend dokumentieren: (I) zu hoher personeller Aufwand, (II) zu geringe Haltbarkeit und (III) fehlende strukturelle und inhaltliche Eignung für verschiedene Nutzergruppen. Aus diesen wurden die Zielstellungen abgeleitet, welche eine nutzenbringende Dokumentation zu erfüllen hat: (I)
kostengünstige Erstellung, (II) hochwertige Qualität und (III) nutzerspezifische Struktur und Inhalt.
Bei einer Analyse des Softwaremarktes wurde kein Werkzeug gefunden, das eine
umfassende Dokumentation von ETL-Prozessen unterstützt und dabei die genannten
Zielstellungen abdeckt (Jacobi et al., 2012). Daher verfolgte CAWE das Forschungsziel, einen
Software-Prototyp (im Sinne des DSR-Artefakttyps „Instanziierung“
Nachdem Gluchowski & Kurze (2010) bereits gezeigt haben, dass der Aufwand für die
Erstellung von Dokumentation für multidimensionale Datenstrukturen (Spezifika der
Datenhaltungskomponenten) durch den Einsatz von automatisierten
Dokumentationsprozessen um bis zu 75% gesenkt werden kann, wurde auf eine automatisierte Lösung zur
Erfüllung von Anforderung I des Forschungsziels gesetzt.
Anschließend blieb zu klären, durch welche Eigenschaften sich eine qualitativ
hochwertige Dokumentation (Anforderung II) auszeichnet. Nach
Eindeutigkeit: Eignung von Dokumenten zur unmissverständlichen Vermittlung von Information an jeden Leser.
Identifizierbarkeit: Eindeutige Ansprechbarkeit der Teile von Dokumenten, die Angaben zu einem abgegrenzten Sachverhalt geben, die den Leser interessieren. Normkonformität: Erfüllung der für die Erstellung von Dokumenten geltenden Vorschriften und Normen.
Verständlichkeit: Eignung von Dokumenten zur erfolgreichen Vermittlung der darin enthaltenen Informationen an einen sachkundigen Leser.
Vollständigkeit: Vorhandensein der für den Zweck der Dokumentation notwendigen und hinreichenden Informationen [hinreichende Informationen liegen dann vor, wenn ein Dokument so wenig Informationen wie möglich, aber dennoch alle zur Erfüllung des Dokumentzwecks nötigen Informationen beinhaltet; Anm. d. A.].
Widerspruchsfreiheit: Nichtvorhandensein von einander entgegenstehenden
Aussagen im Dokument.“
Um Anforderung III des Forschungsziels im Sinne einer geeigneten Präsentation des
Dokumentationsinhalts zu erfüllen, empfiehlt (
Die zu dokumentierenden ETL-Prozesse beinhalten bereits einen großen Teil der für die Erstellung einer Dokumentation nötigen Informationen in Form von Quelltext (Forward & Lethbridge, 2002). Für den Bereich Data Warehouse Engineering angepasste modellgetriebene Softwareentwicklungsansätze (Kurze, 2011; Mazón & Trujillo, 2008) beinhalten zudem – über die im Quelltext enthaltenen Informationen hinaus – weitere für die Erstellung von nutzerspezifischer Dokumentation erforderliche Informationen, die aus Metadaten über die verschiedenen Anwendungen gewonnen und in maschinenlesbaren Modellen abgelegt werden. Durch die automatisierte Erzeugung von ETL-Dokumentation direkt aus den vorliegenden Modellen werden bis auf Normkonformität alle Erstellungsprozessattribute erfüllt (Krawatzeck et al., 2011): Änderbarkeit und Aktualität: die Automatisierung erlaubt es, Systemänderungen jederzeit durch eine Neugenerierung der Dokumentation mit minimalem Personalaufwand zu veröffentlichen und damit aktuell zu halten, Identifizierbarkeit: durch die verfügbaren Metadaten ist es möglich, Zusammenhänge zwischen einzelnen Objekten, die im Quelltext u.U. nicht abbildbar sind, in der Dokumentation wiederzugeben und Widerspruchsfreiheit: durch die automatische Erzeugung von Dokumentation aus Modellen wird in der Dokumentation genau der Grad an Widerspruchsfreiheit abgebildet, der in den Modellen vorliegt.
Des Weiteren erlaubt die Verwendung eines generischen Dokumentenformatstandards
(bspw. DITA (Darwin Information Typing Architecture) (DITA, o.J.) oder DocBook
(DocBook, o.J.)) als zentrales Zwischenformat bei der Erstellung der Zielausgabeformate
die Einhaltung der Struktur- und Inhaltsvorgaben der ISO-IEC 26514 für
Benutzerdokumentation (International Organization for Standardization, 2008), und erfüllt damit das in
(Krawatzeck et al., 2011) nicht betrachte Erstellungsprozessattribut Normkonformität.
Um die Dokumentation nutzerspezifisch zu generieren, müssen die bereits vorhandenen
Modelle um eine Konfigurationsmöglichkeit bei der Verknüpfung von Informationen
erweitert werden. Diese Konfiguration ist in das modellgetriebene Vorgehen eingebettet,
was im Ergebnis dazu führt, dass sie ebenfalls in Form von Modellen vorliegt. Über
diesen Konfigurationsansatz wird es möglich, die bereitgestellten Inhalte (beeinflusst die
Dokumentattribute Vollständigkeit und Eindeutigkeit), das Layout und das
Ausgabeformat (beeinflussen Verständlichkeit) der Dokumentation nutzerspezifisch anzupassen.
Die dargestellten Überlegungen und Designentscheidungen (Automatisierung durch
Anwendung der modellgetriebenen Softwareentwicklung, Verwendung eines
Dokumentenformatstandards und Schaffen von Konfigurationsmöglichkeiten) führten zum Entwurf
eines Architektur-Frameworks (ein Modell im Sinne der DSR
Abbildung 1: Architektur-Framework zur automatischen Erstellung nutzerspezifischer
ETL-Dokumentation (Jacobi et al., 2012)
Das in Abbildung 1 dargestellte Framework wurde mit Hilfe des Eclipse Modeling Frameworks in Form des Software-Prototypen „DW Documenter“ implementiert.
Zur Demonstration des DW Documenters wurden für verschiedene Plattformen kleinere, von Praxispartnern bereitgestellte ETL-Prozesse dokumentiert. So konnte nachgewiesen werden, dass die entworfene Lösung in der Lage ist (Krawatzeck et al., 2012):
ETL-Prozesse automatisiert zu dokumentieren, detaillierte Informationen über Variablen sowie deren Lese- und Schreibzugriffe anzugeben (vgl. Abbildung 2, links), detaillierte Informationen über die bearbeiteten Felder einer Aktivität anzugeben, vollständige Lineage- & Impact Analyse pro Feld (vgl. Abbildung 2, rechts) durchzuführen und verschiedene Ausgabeformate wie Wiki-Seiten und PDF-Dokumente (vgl. Abbildung 2 und 3) zu erzeugen.
Abbildung 2: Mit DW Documenter erzeugte Dokumentation eines mit SSIS erstellten ETL-Prozesses im MediaWiki-Format (Krawatzeck et al., 2012),
(Hyperlinks sind heller dargestellt).
Eine Möglichkeit zur Evaluation von Artefakten besteht nach
Erstellung von kostengünstiger Dokumentation, Einhaltung der acht Merkmale von qualitativ hochwertiger Dokumentation (Dokument- und Erstellungsprozessattribute) und
Bereitstellung von Möglichkeiten zur nutzerspezifischen Konfiguration.
Durch die Einschränkung auf automatisierte Lösungsansätze zur Dokumentationserstellung unterstützen alle zur Untersuchung herangezogenen Softwarewerkzeuge – inkl. des DW Documenters – eine kostengünstige Erstellung von Dokumentation (Zielstellung I) und erfüllen die Erstellungsprozessattribute (erster Aspekt von Zielstellung II). Allerdings konnte der DW Documenter durch eine tiefgehende Metadatenanalyse signifikante Verbesserungen im Bereich der Dokumentattribute (zweiter Aspekt von Zielstellung II) erzielen.
Weiterhin konnte festgestellt werden, dass der Prototyp DW Documenter als einziges Werkzeug die Möglichkeit zur nutzerspezifischen Konfiguration unterstützt (Zielstellung III). Durch diese lassen sich nicht nur die Bedürfnisse unterschiedlicher Zielgruppen abdecken, sondern auch nutzerspezifische Verbesserungen im Bereich der Dokumentattribute erzielen:
Konfiguration des Inhalts (beeinflusst Vollständigkeit und Eindeutigkeit), Konfiguration des Layouts (beeinflusst Verständlichkeit) und
Konfiguration des Ausgabeformats (beeinflusst Verständlichkeit).
Die dargestellte Argumentation bezüglich der Zielattribute macht deutlich, dass der DW Documenter den untersuchten Dokumentationslösungen im Bereich ETL überlegen ist.
Um der Bedeutung der einzelnen DSR-Aktivitäten in Hinblick auf ein relevantes
Gesamtergebnis Rechnung zu tragen
Aktivität 1: Gluchowski et al. (2011),
Aktivität 4: Krawatzeck et al. (2012).
Das vorliegende Paper fasst die Ergebnisse der DSR-Aktivitäten als Fallbeispiel
zusammen und ergänzt die bisherigen Veröffentlichungen um die Aktivität 5 „Evaluation“.
Neben der Veröffentlichung innerhalb der wissenschaftlichen Gemeinschaft wurden die
Projektergebnisse in Form eines Fachvortrags auf einer praxisorientierten Konferenz
Die detaillierte Beschreibung des DSR-Fallbeispiels CAWE demonstriert, dass der
DSRProzess nach
Im Rahmen der dritten Aktivität „Entwurf einer Lösung“ sollte zur Darstellung von Modellen (betrifft im CAWE-Beispiel das Architektur-Framework) auf standardisierte Sprachen zurückgegriffen werden. Durch die Verwendung von standardisierten Sprachen wird ein gemeinsames Grundverständnis sichergestellt und die eigentliche Lösung kann auf einer standardisierten Basis (beispw. mit Gutachtern) diskutiert werden. Ist zur Darstellung eines spezifischen Problems bzw. einer spezifischen Lösung keine standardisierte Sprache vorhanden, sollten zunächst die dafür notwendigen Konstrukte (DSRArtefakttyp) eigenständig entwickelt werden (identifizierte Forschungslücke; Anwendung von DSR möglich).
Findet die Demonstration von DSR-Ergebnissen in Zusammenarbeit mit Praxispartnern
statt, empfiehlt es sich, diese als Interviews zu führen und zu dokumentieren. Zeigt sich
im Rahmen dieser Demonstration, dass Zielstellungen noch verfeinert werden müssen,
dienen die dokumentierten Gespräche als Nachweis für die notwendigen Anpassungen.
Ferner können diese nach dem erneuten Durchlauf eines „Generate/Test Cycle“
Des Weiteren empfiehlt es sich, bereits im Rahmen der Aktivität 2 Metriken zu definieren, welche eine Messung der aufgestellten Zielstellungen erlauben. Diese Metriken ermöglichen es, eine quantitative und somit eindeutige Evaluation (Aktivität 5) durchzuführen. Ein Ausweichen auf die im CAWE-Beispiel angewendete argumentative Evaluation ist somit hinfällig.
Abschließend sei auf die Publikation von
Das „Computer-Aided Data Warehouse Engineering“ (CAWE) Projekt, in dessen Rahmen der vorliegende Beitrag entstanden ist, wird mit Mitteln des ESF und des Freistaates Sachsen gefördert. 5
DITA, http://www.oasis-open.org/committees/dita.
DocBook, http://www.oasis-open.org/docbook.
Forward, A., Lethbridge, T.C.: The Relevance of Software Documentation, Tools and Technologies: a Survey. In: Proceedings of the 2002 ACM symposium on Document engineering - DocEng’02. pp. 26–33, ACM Press, New York, USA (2002). Gluchowski, P., Hofmann, M., Jacobi, F., Krawatzeck, R., Müller, A.: BusinessIntelligence-Umfrage 2011: Softwaregestütztes Lebenszyklusmanagement und aktuelles Dokumentationsgeschehen für Business-Intelligence-Systeme. Technische Universität Chemnitz, Chemnitz, Deutschland (2011).
Gluchowski, P., Kurze, C.: Modellierung und Dokumentation von BI-Systemen.
CONTROLLING - Zeitschrift für erfolgsorientierte Unternehmensplanung. 22, pp. 676–682 (2010).
International Organization for Standardization: Systems and software engineering Requirements for designers and developers of user documentation (ISO-IEC 26514). (2008).
Jacobi, F., Krawatzeck, R., Hofmann, M.: Meeting the Need for ETL Documentation: A Model-driven Framework for Customizable Documentation Generation. In: Proceedings of the Americas Conference on Information Systems. (AMCIS’12).
Paper 23, Seattle, USA (2012).
Krawatzeck, R, Jacobi, F., Müller, A., Hofmann, M.: Konzeption eines Frameworks zur automatisierten Erstellung nutzerspezifischer IT-Systemdokumentationen. In: Workshop Business Intelligence 2011 (WSBI’11) der GI-Fachgruppe Business Intelligence, Business Intelligence - Impulse für die Forschung oder Impulse durch die Forschung. pp. 15–26, CEUR Workshop Proceedings, Stuttgart (2011). Krawatzeck, R., Jacobi, F., Hofmann M.: CAWE DW Documenter: A Model-driven Tool for Customizable ETL Documentation Generation. In: Proceedings of the 31st International Conference on Conceptual Modeling (ER’2012). Florence, Italy (2012). Kurze, C.: Computer-Aided Warehouse Engineering: Anwendung modellgetriebener Entwicklungsparadigmen auf Data-Warehouse-Systeme. Verlag Dr. Kovač, Hamburg (2011).
March, S. T., & Smith, G. F.: Design and natural science research on information technology. Decision Support Systems. 15, 4, 251–266 (1995).
Mazón, J.-N., Trujillo, J.: An MDA approach for the development of data warehouses.
Decision Support Systems. 45, 1, pp. 41–58 (2008).