Usability Engineering 2 Grundlagen Usability Engineering und Requirements Engineering

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1 Usability Engineering 2 Grundlagen Usability Engineering und Requirements Engineering VL MMS Wintersemester 2014/15 Professur für Prozessleittechnik L. Urbas; J. Ziegler

2 Ziele und Inhalt Usability Engineering Motivation und Definition Formaler Rahmen Konzepte und Vorgehensmodelle Methodenbaukasten Requirements Engineering (Anforderungsmanagement) Übersicht Arten und Sichten von Anforderungen Methoden der Anforderungsermittlung und analyse TU Dresden MMST Urbas, Ziegler Folie 2

3 USABILITY ENGINEERING TU Dresden MMST Urbas, Ziegler Folie 3

4 Was ist Usability Engineering? Usability = Gebrauchstauglichkeit Engineering = Gestaltung, Entwurf, Realisierung Usability Engineering: Methoden zur Verbesserung von Gebrauchstauglichkeit Methoden zur Vermeidung von Fehlern in Bezug auf Gebrauchstauglichkeit systematische Einbeziehung von Benutzern Nutzerzentrierter Entwurf (User-Centered Design) Menschzentrierter Entwurf (Human-Centered Design) TU Dresden MMST Urbas, Ziegler Folie 4

5 Warum Usability Engineering? TU Dresden MMST Urbas, Ziegler Folie 5

6 Warum Usability Engineering? Der Benutzer ist nicht wie ich arbeitet und denkt nicht wie ich weiß, kennt und erwartet andere Dinge als ich. Systematische Einbeziehung der Benutzersicht in den Entwicklungsprozess eines Produkts notwendig! Perspektivenübernahme: Erfassen, Bewerten und Verstehen einer bestimmten Begebenheit aus der Sicht eines anderen. TU Dresden MMST Urbas, Ziegler Folie 6

7 Prinzipien des Usability Engineering 1. Frühzeitiger und kontinuierlicher Fokus auf Benutzer und Aufgabe 2. Empirische Messungen mit Benutzern 3. Iteratives und integriertes Design [nach Gould & Lewis, 1985] TU Dresden MMST Urbas, Ziegler Folie 7

8 Prozessmodelle des Software-Engineering umfassen prinzipiell folgende Tätigkeiten: Anforderungsermittlung und Planung Entwicklung (meist unterteilt in Grob- und Feinentwurf) Realisierung Test, Inbetriebnahme und Auslieferung Betrieb und Instandhaltung Prozessmodell: Aufteilung der Gesamtaktivität in Arbeitseinheiten Festlegung definierter Arbeitsabläufe, Tätigkeiten und Methoden Spezifikation der zu erbringenden (Zwischen-)Resultate TU Dresden MMST Urbas, Ziegler Folie 8

9 Beispiele: TU Dresden MMST Urbas, Ziegler Folie 9

10 Prozessmodelle des Usability-Engineering umfassen prinzipiell folgende Tätigkeiten: Verstehen und Festlegen des Nutzungskontext Festlegen der Nutzungsanforderungen Erarbeiten von Gestaltungslösungen Evaluation der Gestaltungslösungen sind in der Regel iterativ kriterienbasiert nutzerzentriert TU Dresden MMST Urbas, Ziegler Folie 10

11 Nutzungsorientierter Entwicklungszyklus nach DIN EN ISO (DIN EN ISO (2010) Prozess zur Gestaltung gebrauchstauglicher interaktiver Systeme) TU Dresden MMST Urbas, Ziegler Folie 11

12 Nebenläufigkeit von Usability- Engineering und Software-Engineering Usability- Engineering Entwicklungsphase Software Engineering Nutzer- und Aufgabenanalyse Mensch oder Maschine Anwendungsgestaltung Hardware oder Software Dialoggestaltung Konzeptphase Architekturentwurf Anzeigegestaltung Entwurfsphase Programmierung Anforderungsanalyse Anforderungszuordnung Realisierungsphase Usability lab Komponententest Logischer Entwurf Programmierung Unit und Integration testing Contextual observation Systemtest Systemtest menschliche Leistungsfähigkeit Optimierung Leistungsfähigkeit der Maschine (nach Curtis and Hefley 1994) TU Dresden MMST Urbas, Ziegler Folie 12

13 The Usability Engineering LifeCycle (Mayhew, D. (1999) The Usability Engineering Lifecycle: A Practitioner's Handbook for User Interface Design) TU Dresden MMST Urbas, Ziegler Folie 13

14 Weiterführende Veranstaltungen: Institut für Software- und Multimediatechnik Scenario Based Usability Engineering Analysieren Analyse der Interessengruppen, Feldstudien Problemszenarien Aktuelle Praxis Entwerfen Metaphern, Informationstechnologie, MMI-Theorie, Richtlinien Aktivitätsszenarien Informationsszenarien Interaktionsszenarien Iterative Analyse der Anforderunge n an Gebrauchstauglichkeit, Redesign Fertigen und Evaluieren Summative Evaluation Spezifikation d. Gebrauchstauglichkeit Formative Evaluation (Nach: Rosson, M. B., Carroll, J. M. (2001) Usability Engineering) TU Dresden MMST Urbas, Ziegler Folie 14

15 Parallel SE and UI Development Process Problem Analysis System Design Implementation System Testing Architectural Design Design of Interface Procedural Design Design of Interaction (Nach: Leventhal, L., & Barnes, J. (2007). Usability engineering: Process, products and examples.) User Interface Task Analysis Implementation User Testing Design Requirements Analysis Design, Implementation, Testing Installation TU Dresden MMST Urbas, Ziegler Folie 15

16 Kritik am nutzerzentrierten Entwurf Ziel: Entwicklung eines hinsichtlich der spezifizierten Ziele optimalen Systems ABER: Der Benutzer kann sich irren kann sich Neuerungen verweigern oder widersetzen ist beschränkt auf seinen Erfahrungshorizont und sein technisches und gestalterisches Verständnis Nicht zwingend das System, welches der Benutzer wünscht! Nicht zwingend ein System, welches erfolgreich ist! TU Dresden MMST Urbas, Ziegler Folie 16

17 Methodenbaukasten (nach Barnum and others ) TU Dresden MMST Urbas, Ziegler Folie 17

18 REQUIREMENTS ENGINEERING TU Dresden MMST Urbas, Ziegler Folie 18

19 Einordnung in den Nutzungsorientierten Entwicklungszyklus nach ISO DIN EN ISO (2010) Prozess zur Gestaltung gebrauchstauglicher interaktiver Systeme TU Dresden MMST Urbas, Ziegler Folie 19

20 Anforderungsermittlung und Analyse Vision ZIELE Business Case Kontext Funktionale Anforderungen Marktanforderungen Randbedingungen Risiken Anforderungsspezifikation Qualitätsanforderungen Produktanforderungen Komponentenanforderungen QA FA RB QA FA RB Nach: Ebert, Christoph (2010): Systematisches Requirements Engineering. TU Dresden MMST Urbas, Ziegler Folie 20

21 Sichten auf Anforderungen Vision und Business Case Was wird das Produkt verändern? Warum ist das wichtig? Wer wird wie vom Produkt profitieren? Wie wird mit dem Produkt Wert geschöpft? Welche Aufwände und Risiken sind zulässig? Marktanforderungen Beschreiben Anforderungen an das Produkt aus Sicht des Kunden Problemorientiert (WARUM?) Beschreiben tatsächlich zu befriedigende Bedürfnisse (keine Wünsche), für die der Kunde bereit ist zu investieren Sind Bestandteil von Verträgen etc. und dienen als Maßstab für den Erfolg TU Dresden MMST Urbas, Ziegler Folie 21

22 Sichten auf Anforderungen Produktanforderungen Beschreiben Anforderungen an das Produkt aus Sicht der Realisierung einer späteren Lösung Lösungsorientiert (WAS?) Bilden die Arbeitsgrundlage für den Entwickler Komponentenanforderungen Beschreiben Anforderungen an eine Komponente des Produkts Lösungsorientiert (WIE?) Beschreiben aus Sicht der Realisierung und späteren Lösung, wie Produktanforderungen durch diese Komponente adressiert werden Dienen der rekursiven Verfeinerung der Produktanforderungen TU Dresden MMST Urbas, Ziegler Folie 22

23 Arten von Anforderungen Anforderungen Externe Sicht Qualitätsanforderungen Benutzungsschnittstelle Anwendungsfälle Dienstleistungen Funktionale Anforderungen Interne Sicht Architektur Lastbalancierung Stromversorgung Externe Sicht Performanz Sicherheit Benutzbarkeit Interne Sicht Testbarkeit Wartbarkeit Portierbarkeit Randbedingungen Kosten Marktanalyse Prozesse Infrastruktur Vertrieb und Verteilung Organisation Dokumentation Nach Ebert, Christoph (2010): Systematisches Requirements Engineering. TU Dresden MMST Urbas, Ziegler Folie 23

24 Arten von Anforderungen Funktionale Anforderungen Beschreiben vom System oder einer Komponente bereitzustellende Funktionen (funktionsorientiert) Abbildung von Eingangsparametern auf Ausgangsparameter Qualitätsanforderungen Beschreiben qualitative Eigenschaften des Systems oder einzelner Funktionen, also die Güte der bereitgestellten Funktionen Randbedingungen Beschreiben organisatorische oder technische Anforderungen, die die Realisierung des Systems oder einer Komponente einschränken Häufig Bedürfnisse, Verpflichtungen oder Einschränkungen in den Geschäftsprozessen auf Lieferanten-/Kundenseite TU Dresden MMST Urbas, Ziegler Folie 24

25 Direktheit Requirements Engineering Methoden Begleitende Beobachtung Offene Beobachtung Verdeckte Beobachtung Interview Fernbeobachtung User Survey Contextual Inquiry Focus Groups Analytische Methoden Formalisierung TU Dresden MMST Urbas, Ziegler Folie 27

26 Beobachtung (Observation) Verdeckte Beobachtung Nutzer (vorher) wird nicht aufgeklärt Offene Beobachtung Nutzer wird aufgeklärt, es besteht aber kein Kontakt Begleitende Beobachtung Nutzer wird direkt begleitet und ggf. zu seinem Verhalten befragt Unmittelbare, ganzheitliche, tiefe, unabhängige Methode Invasivität stark abhängig von Art und Durchführung Beschränkt auf die Leistungsfähigkeit und Wahrnehmungsfähigkeit des Beobachters Sehr hoher Aufwand TU Dresden MMST Urbas, Ziegler Folie 28

27 Interview Befragung, bei der eine Person (Respondent) um Auskunft durch eine interviewende Person gebeten wird persönlich oder telefonisch, mit Fragebogen oder PC, ggf. online Mittelbare, direkte, fokussierte und abhängige Methode Sehr zielgerichtete Erfassung von relevanter Information möglich Verzerrungen durch Interviewer- Respondent Situation möglich TU Dresden MMST Urbas, Ziegler Folie 29

28 Contextual Inquiry strukturierte Feldbefragungsmethode Mischung aus Interview und Beobachtung Interview-Ziel ist vorher klar festgelegt Findet im realen Arbeitsumfeld des Nutzers statt Interview soll seinen experimentellen Charakter verlieren Häufig ergänzt durch Post-Task Reviews Unmittelbare, ganzheitliche, tiefe, abhängige Methode Ziel: Informationen über die Ziele der Anwender, ihre Aufgaben und das Arbeitsumfeld gewinnen TU Dresden MMST Urbas, Ziegler Folie 30

29 Fokusgruppen Gruppendiskussion, bei der unter Leitung und Aufsicht eines Moderators ein bestimmtes Thema oder ein bestimmter Themenkomplex behandelt wird ca. 6 bis 12 Personen mit sorgfältig gewählter Zusammensetzung Fachliche, soziale und Persönlichkeitsmerkmale beachten! Leitung durch einen Moderator, ggf. Überwachung durch Supervisor Themat. Schwerpunkt wir zu Beginn durch einen Stimulus bestimmt (Idee, Stories oder Prototyp) Dauer ca. 1,5 bis 2 Stunden, Aufzeichnung eines Transkripts Qualitative, aufwandsarme, direkte, mittelbare Methode Entwicklung von Hypothesen zu Motiven, Einstellungen, Annahmen, Wünschen bzgl. Ideen oder Prototypen TU Dresden MMST Urbas, Ziegler Folie 31

30 Methoden der Anforderungsbeschreibung Scenario Requirements Workflows Mockups Business Processes Personas User Stories Use Cases TU Dresden With kind permission of Tobias Münch, SAP 2011 Folie 32

31 Persona Fiktiver Nutzer einer bestimmten Nutzergruppe innerhalb des Anwendungsfalls Beschrieben durch ein detailliertes Profil, das Eigenschaften, Verhalten und Ziele dieses Nutzers, enthält: Name, Alter, Geschlecht, Bild Beschreibung physischer und psychischer Eigenschaften Bildung, Ausbildung, Erfahrung, Fähigkeiten, Fertigkeiten Hobbies, Interessen, Vorlieben, Abneigungen Erwartungen, Annahmen, Gewohnheiten Ggf. private und berufliche Ziele Liefert ein konsistentes, umfassendes und damit vorstellbares Bild eines menschlichen Nutzers 3-10 Personas pro Anwendungsfall Mindestens 1 Persona mit negativer Einstellung zum Produkt TU Dresden With kind permission of Tobias Münch, SAP 2011 Folie 33

32 User Story As-Is User Story Realistisches, relevantes Szenario, das heute existiert Beschreibt, was der Nutzer tun soll und wo dabei Probleme auftreten Beschreibt Werkzeuge und deren Grenzen Identifiziert sämtliche Beteiligte und deren Rolle (häufig als Personas) Wird unterstützt durch fiktive, anonymisierte Datenbestände To-Be User Story (Vision) Szenario, wie es aussehen soll Hebt die Probleme und deren Lösung hervor Zeigt den Mehrwert der Lösung Beschreibt Methoden, Prozesse, Produkte oder auch nur Konzepte TU Dresden With kind permission of Tobias Münch, SAP 2011 Folie 34

33 Entwicklung von User Stories 1. Initialzustand beschreiben Vor- und Randbed., Nutzerinteraktionen, Datenwerte, Initialisierungen 2. Regulären Ablauf beschreiben ( sunshine scenario ) 3. Schnittstellen zu parallelen Szenarien beschreiben 4. Irreguläre Abläufe ergänzen Mit Verzweigungspunkt und Auslöser 5. Endzustand für jede Verzweigung beschreiben Nachbedingungen, geänderte Daten, Ausgaben, Endzustände Folgen TU Dresden MMST Urbas, Ziegler Folie 35

34 Beispiele für User Stories Nicht zwangsläufig als Zeitachse oder sequenziell Problem- oder lösungsorientiert Max. 1-1,5 Seiten je Story TU Dresden With kind permission of Tobias Münch, SAP 2011 Folie 36

35 Workflows Detaillierte Ablaufbeschreibungen innerhalb einer User Story Streng sequenziell und rein exemplarisch Detaillierte Beschreibung der erwarteten Ergebnisse und des Systemverhaltens Vertieft die User Story Use Case: Plant Monitoring 1. The operator checks in at the production facility 2. He takes his ipad and opens the facility monitoring app 3. He dircectly goes to the Plant Overview tab to open the plant view 4. He checks all main indicators for a redlight 5. The water pump for the welding robot shows a warning by a small yellow icon due to increased vibration and energy consumption 6. He opens the details view to get more details TU Dresden With kind permission of Tobias Münch, SAP 2011 Folie 37

36 Business Processes Folge von Einzeltätigkeiten, die schrittweise ausgeführt werden, um ein geschäftliches oder betriebliches Ziel zu erreichen Teil der betrieblichen Ablauforganisation Generalisiert, wird mehrfach durchlaufen Kann hierarchisiert sein Erläutert Fluss und Transformation von Material, Informationen, Operationen und Entscheidungen [Osterloh, Frost 1998] Genau definierte Ein- und Ausgänge (Informationen, Gegenstände, Ereignisse und/oder Zustände) TU Dresden With kind permission of Tobias Münch, SAP 2011 Folie 38

37 Mockups Nichtfunktionale Prototypen Enthalten keinerlei Business-Logik Statische Navigationslogik und Dialoge Häufig beabsichtigt unfertiges Aussehen Erweitern das Verständnis von User Stories Erleichtern das kollaborative Ermitteln von Anforderungen Beschleunigen die Entwicklung von Navigationslogik und Dialogen TU Dresden With kind permission of Tobias Münch, SAP 2011 Folie 39

38 Ableitung von formalen Anforderungen Aufgabenanalyse Systematische oder Hierarchische Aufgabenanalyse Nutzermodellierung (GOMS) Objektorientierte Analyse Entwicklung von Use Case-, Komponenten-, Ablaufdiagrammen etc. Modelle (häufig in UML-/SysML-Notation) zur Dokumentation Volere Requirements Specification Sammlung von Werkzeugen zur Anforderungsanalyse Requirements Process als formaler Analyseprozess Volere Requirements Specification Templates (VRST) zur Dokumentation TU Dresden MMST Urbas, Ziegler Folie 40

39 Dokumentation von formalen Anforderungsspezifikationen Volere Snowcards Stakeholder/System/Software Requirements Specification nach IEEE 29148:2011 SysML Requirements Diagram TU Dresden MMST Urbas, Ziegler Folie 41

40 Formulierung von Anforderungen Quelle: Ebert, Christoph (2010): Systematisches Requirements Engineering. TU Dresden MMST Urbas, Ziegler Folie 42

41 Zusammenfassung Usability Engineering Stellt den Benutzer in den Mittelpunkt des Entwurfs Verbessert systematisch GT und vermeidet Design-Fehler Ist in viele Entwicklungsprozesse integrierbar Stellt einen umfangreichen Methodenbaukasten bereit Requirements Engineering Ermittlung von Anforderungen durch nutzerzentrierte Methoden Dokumentation mithilfe von Use Cases, Personas, User Stories, Business Processes und Workflows Analyse und Spezifikation z.b. durch OOA, Volere, IEEE oder DIN ISO TU Dresden MMST Urbas, Ziegler Folie 43

42 Literatur Norman, Donald A. (1986): User Centred System Design: New Perspectives on Human/Computer Interaction. Lawrence Erlbaum Associates Inc. Nielsen, Jakob (1993): Usability Engineering. Morgan Kaufmann. Mayhew, Deborah J. (1999): The Usability Engineering Lifecycle: A Practitioner's Handbook for User Interface Design. Morgan Kaufmann. Rosson, Mary B.; Carroll, John M. (2001): Usability Engineering: Scenario-Based Development of Human-Computer Interaction. Morgan Kaufmann. Leventhal, Laura; Barnes July (2008): Usability Engineering: Process, Products and Examples. Pearson Prentice Hall. Barnum, Carol M. (2010): Usability Testing Essentials: Ready, Set Test! Morgan Kaufmann. Ebert, Christoph (2010): Systematisches Requirements Engineering. Dpunkt Verlag. Sarodnick, Florian; Brau, Henning (2. Aufl., 2011): Methoden der Usability Evaluation: Wissenschaftliche Grundlagen und praktische Anwendung. Huber Verlag. TU Dresden MMST Urbas, Ziegler Folie 44

43 Online-Quellen TU Dresden MMST Urbas, Ziegler Folie 45

44 Hausaufgabe Literaturstudium: DIN EN ISO : Prozess zur Gestaltung gebrauchstauglicher interaktiver Systeme ISO/IEC/IEEE Systems and software engineering -- Life cycle processes --Requirements engineering (frei verfügbar aus dem TU Netz auf ieeexplore.ieee.org) Vorbereitung der Übung: Lesen Sie die Übungsaufgaben! Belesen Sie sich über die Dokumentierung von Anforderungen! TU Dresden MMST Urbas, Ziegler Folie 46