Alexander Schütz Komplexität von IT-Architekturen Konzeptualisierung, Quantifizierung, Planung und Kontrolle Komplexität von IT-Architekturen Alexander Schütz Komplexität von IT-Architekturen Konzeptualisierung, Quantifizierung, Planung und Kontrolle Mit einem Geleitwort von Prof. Dr. Peter Buxmann Alexander Schütz Darmstadt, Deutschland Dissertation, Technische Universität Darmstadt, 2016 D 17 ISBN 978-3-658-18225-0 ISBN 978-3-658-18226-7 (eBook) DOI 10.1007/978-3-658-18226-7 Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen National- bibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar. Springer Gabler © Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH 2017 Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung, die nicht ausdrücklich vom Urheberrechtsgesetz zugelassen ist, bedarf der vorherigen Zustimmung des Verlags. 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Gedruckt auf säurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier Springer Gabler ist Teil von Springer Nature Die eingetragene Gesellschaft ist Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH Die Anschrift der Gesellschaft ist: Abraham-Lincoln-Str. 46, 65189 Wiesbaden, Germany Geleitwort Ein sich jederzeit in Bewegung befindliches Umfeld stellt Unternehmen immer wieder vor neue Herausforderungen. Wurde IT in ihren Anfangszeiten als Mittel zum Zweck gesehen, so stellt eine gut aufgestellte IT mittlerweile häufig einen Wettbewerbsvorteil gegenüber der Konkurrenz dar. Lag der klassische Fokus bei der Steuerung der Unternehmens-IT auf einer reinen Ausrichtung auf die Steigerung der Effizienz, so erfordert die moderne Rolle der IT in Unternehmen ein Umdenken. Zunehmend IT-affine Kunden und ein fortschreitender Digitali- sierungsbedarf der Geschäftsprozesse der Unternehmen treffen häufig auf historisch gewach- sene, verbaute IT-Landschaften, an denen Anpassungen häufig nur mit relativ großem Auf- wand durchführbar sind. Bestehende Ansätze in der Forschung setzen den Fokus bei dem Management der IT stark auf Standardisierung. Die damit verbundene Tendenz zu Rigidität bei IT-Entscheidungen kann dabei die Zielsetzung der Erreichung einer flexiblen und an neue Anforderungen gut anpass- baren IT gefährden. Herr Schütz lenkt mit seiner Arbeit den Fokus weg von einer rein auf die Standardisierung gerichteten Perspektive hin zu einer integrierten Perspektive auf das Ma- nagement der Komplexität der IT-Architektur. Die Arbeit liefert Erkenntnisse, die wesentlich zum Verständnis von Komplexität in IT-Architekturen und deren Entstehung beitragen. Ne- ben der Einführung einer Konzeptualisierung von Komplexität in IT-Architekturen wird in der vorliegenden Arbeit eine einheitliche, in allen Architekturebenen anwendbare Form der Quantifizierung von Komplexität vorgestellt. Die vorgenommene Unterscheidung in erforder- liche und unnötige Komplexität erlaubt Herrn Schütz zudem, die Ursachen der Entstehung vermeidbarer Komplexität sowie die hierbei beteiligten Mechanismen zu untersuchen. Im Rahmen einer Design Science-Studie führt Herr Schütz darüberhinaus Designprinzipien ein, die beschreiben, wie ein Informationssystem zum Management von Komplexität in IT- Architekturen ausgestaltet sein sollte. Alexander Schütz leistet mit seiner Arbeit einen wichtigen Beitrag zur Forschung in der Wirt- schaftsinformatik und speziell für das Management von IT-Architekturen. Aufgrund des Pra- xisbezugs der in der Arbeit behandelten Forschungsfragen sowie der engen Zusammenarbeit mit Unternehmen, konnte bereits eine Anwendbarkeit der Forschungsergebnisse in der Praxis gezeigt werden. In diesem Sinne wünsche ich der Arbeit eine weite Verbreitung in Forschung und Praxis. Prof. Dr. Peter Buxmann Vorwort Die vorliegende Dissertation ist während meiner Tätigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fachgebiet Wirtschaftsinformatik | Software Business & Information Management an der Technischen Universität Darmstadt entstanden. Bereits im Zuge meiner praktischen Erfahrungen vor der Rückkehr an die TU Darmstadt kam ich regelmäßig in Kontakt mit historisch gewachsenen, hoch komplexen IT-Architekturen, welche die zuständigen Mitarbeiter vor diverse Probleme bei dem Management der IT stell- ten. Da ich dies als hoch interessante Problemstellung empfand, freute ich mich sehr darüber, dass Prof. Dr. Peter Buxmann mir 2012 die Gelegenheit bot, an seinem Fachgebiet in diesem Themenfeld zu forschen. Die folgenden vier Jahre am Lehrstuhl waren eine schöne Zeit, in der ich sehr viele tolle Menschen kennenlernen durfte. Mein besonderer Dank gilt Prof. Dr. Peter Buxmann und Prof. Dr. Thomas Widjaja für die Betreuung und Unterstützung während meiner Zeit am Lehrstuhl. Ein herzlicher Dank gilt Prof. Dr. Alexander Benlian für die Übernahme des Korreferats. Zudem danke ich Prof. Dr. Robert Wayne Gregory, Dr. Christian Schmidt, Martin und Ulli für die tolle Zusammenarbeit und all die wertvollen Gespräche, die wir in den vier Jahren geführt haben. Außerdem möchte ich mich auch bei den Praxispartnern bedanken, deren Erfahrungen und Feedback zu den Er- gebnissen dieser Arbeit beigetragen haben. Weiter möchte ich mich bei Adrian, Amina, André, Anton, Christoph, Francesco, Helena, Hendrik, Jasmin, Jin, Katrin, Markus, Maggi, Martin, Nicole, Nihal, Rabea, Ruth, Sven, Ste- fan, Thorsten und Tobias für die schöne gemeinsame Zeit am Fachgebiet bedanken. Vielen Dank an die fleißigen Probeleser der einzelnen Kapitel der Dissertation. Ein besonderer Dank gilt meinen Eltern Brigitte und Klaus und meinem Bruder Marcus für die Unterstützung in den letzten Jahren. Schließlich möchte ich mich bei meiner Lebensge- fährtin Karen bedanken, die mir in allen – noch so stressigen – Phasen der Entstehung der Arbeit stets zur Seite stand und mich immer unterstützt und motiviert hat. Alexander Schütz Inhaltsübersicht Inhalt ........................................................................................................................................ XI Abbildungsverzeichnis ............................................................................................................ XV Tabellenverzeichnis .............................................................................................................. XIX Abkürzungsverzeichnis ......................................................................................................... XXI 1 Einleitung ............................................................................................................................ 1 2 Grundlagen .......................................................................................................................... 9 3 Strukturelle Komplexität in Unternehmens-/IT-Architekturen ........................................ 29 4 Qualitative Untersuchung der Ursachen und Auswirkungen von Komplexität in IT-Architekturen ............................................................................................................... 51 5 Quantifizierung von Komplexität in Unternehmens-/IT-Architekturen ......................... 107 6 Designprinzipien für ein Informationssystem zur Planung und Kontrolle von Komplexität in IT-Architekturen .................................................................................... 147 7 Fazit und Implikationen .................................................................................................. 209 Literatur .................................................................................................................................. 221 Anhang ................................................................................................................................... 239 Inhalt Inhaltsübersicht ........................................................................................................................ IX(cid:1) Abbildungsverzeichnis ............................................................................................................ XV(cid:1) Tabellenverzeichnis .............................................................................................................. XIX(cid:1) Abkürzungsverzeichnis ......................................................................................................... XXI(cid:1) 1(cid:1) Einleitung ........................................................................................................................... 1(cid:1) 1.1(cid:1) Relevanz der Arbeit ................................................................................................................ 2(cid:1) 1.1.1 Praktische Relevanz .................................................................................................. 2(cid:1) 1.1.2(cid:1) Wissenschaftliche Relevanz ...................................................................................... 4(cid:1) 1.2(cid:1) Struktur und Aufbau der Arbeit ............................................................................................. 6(cid:1) 2(cid:1) Grundlagen ........................................................................................................................ 9(cid:1) 2.1(cid:1) Systemtheorie ......................................................................................................................... 9(cid:1) 2.1.1(cid:1) Allgemeiner Systembegriff ....................................................................................... 9(cid:1) 2.1.2(cid:1) Wurzeln der modernen Systemtheorie .................................................................... 11(cid:1) 2.1.3(cid:1) Komplexe adaptive Systeme ................................................................................... 13(cid:1) 2.2(cid:1) Architekturen ........................................................................................................................ 16(cid:1) 2.2.1(cid:1) Allgemeiner Architekturbegriff ............................................................................... 16(cid:1) 2.2.2(cid:1) Der Architekturbegriff im Kontext von Informationssystemen .............................. 17(cid:1) 2.2.3(cid:1) Unternehmensarchitektur ........................................................................................ 18(cid:1) 2.2.4(cid:1) IT-Architektur ......................................................................................................... 21(cid:1) 2.2.5(cid:1) Architekturmanagement .......................................................................................... 22(cid:1) 2.2.6(cid:1) Die Rolle des Architekten ....................................................................................... 27(cid:1) 2.3(cid:1) Theoretischer Bezugsrahmen der Arbeit .............................................................................. 28(cid:1) 3(cid:1) Strukturelle Komplexität in Unternehmens-/IT-Architekturen ................................ 29(cid:1) 3.1(cid:1) Strukturierte Literaturrecherche zu Komplexität in der IS-Forschung ................................ 29(cid:1) 3.1.1(cid:1) Vorgehen bei der strukturierten Literaturrecherche ................................................ 29(cid:1) 3.1.2(cid:1) Literaturanalyse ....................................................................................................... 32(cid:1) 3.1.3(cid:1) Forschungsagenda ................................................................................................... 41(cid:1) 3.2(cid:1) Systemtheoretische Konzeptualisierung von Komplexität in Unternehmensarchitekturen . 43(cid:1) 3.2.1(cid:1) Unternehmens-/IT-Architektur als System ............................................................. 44(cid:1) 3.2.2(cid:1) Verwendung des Konzeptes „Komplexität“ in der IS-Literatur ............................. 45(cid:1) XII Inhalt 3.2.3(cid:1) Vorschlag einer Konzeptualisierung von Komplexität in Unternehmensarchitekturen .................................................................................... 47(cid:1) 3.3(cid:1) Zusammenfassung und Diskussion der Ergebnisse ............................................................. 48(cid:1) 3.3.1(cid:1) Theoretische Implikationen ..................................................................................... 49(cid:1) 3.3.2(cid:1) Praktische Implikationen ......................................................................................... 49(cid:1) 4(cid:1) Qualitative Untersuchung der Ursachen und Auswirkungen von Komplexität in IT-Architekturen ............................................................................................................ 51(cid:1) 4.1(cid:1) Motivation ............................................................................................................................ 51(cid:1) 4.2(cid:1) Theoretische Grundlagen und zugrunde liegende Annahmen ............................................. 52(cid:1) 4.2.1(cid:1) IT-Architekturen als künstliche Systeme ................................................................ 52(cid:1) 4.2.2(cid:1) Zusammenhang zwischen Geschäftsprozess- und IT-Architektur .......................... 53(cid:1) 4.2.3(cid:1) Einführung der behandelten Untersuchungsfragen ................................................. 56(cid:1) 4.3(cid:1) Methodisches Vorgehen ....................................................................................................... 58(cid:1) 4.3.1(cid:1) Design der Studie .................................................................................................... 58(cid:1) 4.3.2(cid:1) Datenerhebung ........................................................................................................ 60(cid:1) 4.3.3(cid:1) Auswertung der Daten ............................................................................................. 62(cid:1) 4.4(cid:1) Ergebnisse der qualitativen Untersuchung ........................................................................... 64(cid:1) 4.4.1(cid:1) Trigger von Veränderungen der IT-Architektur ...................................................... 65(cid:1) 4.4.2(cid:1) Einfluss von Anforderungen auf die „minimale IT-Komplexität“ .......................... 69(cid:1) 4.4.3(cid:1) Mechanismen, die ein Abweichen von der „minimalen IT-Komplexität“ erklären 75(cid:1) 4.4.4(cid:1) Durch strukturelle Komplexität beeinflusste Zieleigenschaften des Systems ........ 90(cid:1) 4.4.5(cid:1) Darstellung der Ergebnisse anhand einer Auswahl von Projekten ......................... 98(cid:1) 4.5(cid:1) Zusammenfassung und Diskussion der Ergebnisse ........................................................... 101(cid:1) 4.5.1(cid:1) Theoretische Implikationen ................................................................................... 103(cid:1) 4.5.2(cid:1) Praktische Implikationen ....................................................................................... 103(cid:1) 4.5.3(cid:1) Limitationen und weiterer Forschungsbedarf ....................................................... 104(cid:1) 5(cid:1) Quantifizierung von Komplexität in Unternehmens-/IT-Architekturen ................. 107(cid:1) 5.1(cid:1) Motivation .......................................................................................................................... 107(cid:1) 5.2(cid:1) Verwandte Literatur ........................................................................................................... 108(cid:1) 5.3(cid:1) Methodisches Vorgehen ..................................................................................................... 109(cid:1) 5.4(cid:1) Anforderungen an ein Maß zur Quantifizierung von Heterogenität .................................. 111(cid:1) 5.4.1(cid:1) Zusätzliche Charakteristiken ................................................................................. 112(cid:1) 5.4.2(cid:1) Effekt kleiner Gruppen von Elementen ................................................................. 113(cid:1) 5.4.3(cid:1) Verschiebung in der Klassifikation ....................................................................... 114(cid:1) 5.4.4(cid:1) Effekt proportionaler Änderungen ........................................................................ 115(cid:1) 5.5(cid:1) Analyse häufig verwendeter Konzentrationsmaße ............................................................. 117(cid:1) 5.5.1(cid:1) Herfindahl-Hirschman-Index ................................................................................ 118(cid:1) 5.5.2(cid:1) Horvath-Index ....................................................................................................... 120(cid:1) Inhalt XIII 5.5.3(cid:1) Shannon-Entropie .................................................................................................. 123(cid:1) 5.5.4(cid:1) Zusammenfassung der Analyse der vorgestellten Maße ....................................... 126(cid:1) 5.6(cid:1) Richness und Evenness – Zwei Maße aus der Biologie ..................................................... 126(cid:1) 5.6.1(cid:1) Richness ................................................................................................................ 128(cid:1) 5.6.2(cid:1) Evenness ................................................................................................................ 128(cid:1) 5.7(cid:1) Vorschlag für ein Maß zur Quantifizierung von Komplexität ........................................... 130(cid:1) 5.7.1(cid:1) Zuordnung der identifizierten Maßzahlen ............................................................. 130(cid:1) 5.7.2(cid:1) Ein auf der Shannon-Entropie basierendes Maß ................................................... 131(cid:1) 5.8(cid:1) Anwendung des Maßes ...................................................................................................... 132(cid:1) 5.8.1(cid:1) Fall 1: Unternehmen aus der Finanzbranche ......................................................... 133(cid:1) 5.8.2(cid:1) Fall 2: Unternehmen aus dem Transportsektor ..................................................... 136(cid:1) 5.8.3(cid:1) Fall 3: Unternehmen aus der Versicherungsbranche ............................................. 138(cid:1) 5.9(cid:1) Zusammenfassung und Diskussion der Ergebnisse ........................................................... 143(cid:1) 5.9.1(cid:1) Theoretische Implikationen ................................................................................... 144(cid:1) 5.9.2(cid:1) Praktische Implikationen ....................................................................................... 144(cid:1) 5.9.3(cid:1) Limitationen und weiterer Forschungsbedarf ....................................................... 145(cid:1) 6(cid:1) Designprinzipien für ein Informationssystem zur Planung und Kontrolle von Komplexität in IT-Architekturen ................................................................................ 147(cid:1) 6.1(cid:1) Motivation .......................................................................................................................... 147(cid:1) 6.2(cid:1) Methodische Grundlagen ................................................................................................... 148(cid:1) 6.2.1(cid:1) Artefakt .................................................................................................................. 149(cid:1) 6.2.2(cid:1) Design Science Research ...................................................................................... 150(cid:1) 6.2.3(cid:1) Action Research .................................................................................................... 151(cid:1) 6.2.4(cid:1) Action Design Research ........................................................................................ 152(cid:1) 6.3(cid:1) Definition der betrachteten Problemklasse „Planung und Kontrolle von Komplexität in IT-Architekturen“ ...................................................................................... 155(cid:1) 6.4(cid:1) Grundlegendes Vorgehen im Rahmen des Forschungsprojektes ....................................... 156(cid:1) 6.5(cid:1) Erstes ADR-Projekt mit Bank A ........................................................................................ 159(cid:1) 6.5.1(cid:1) Vorgehen ............................................................................................................... 159(cid:1) 6.5.2(cid:1) Ergebnisse des ersten ADR-Projektes ................................................................... 164(cid:1) 6.6(cid:1) Zweites ADR-Projekt mit Bank B ..................................................................................... 176(cid:1) 6.6.1(cid:1) Vorgehen ............................................................................................................... 176(cid:1) 6.6.2(cid:1) Ergebnisse des zweiten ADR-Projektes ................................................................ 178(cid:1) 6.7(cid:1) Erweiterung der Ergebnisse des ersten ADR-Projektes ..................................................... 187(cid:1) 6.7.1(cid:1) Vorgehen ............................................................................................................... 187(cid:1) 6.7.2(cid:1) Ergebnisse des dritten ADR-Projektes .................................................................. 188(cid:1) 6.8(cid:1) Zusammenfassung und Diskussion der Ergebnisse ........................................................... 201(cid:1) 6.8.1(cid:1) Theoretische Implikationen ................................................................................... 201(cid:1)