Das RE Reference Model (REM) Basis für eine integrierte Anforderungsund Systementwicklung

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1 Das RE Reference Model (REM) Basis für eine integrierte Anforderungsund Systementwicklung Dr. Eva Geisberger REConf 2009 München, 9. März 2009 Lehrstuhl für Software & Systems Engineering Institut für Informatik Technische Universität München

2 Agenda Hintergrund und Motivation Requirements Engineering Reference Model (REM) Praktische Anwendung und Tool-Unterstützung Modellbasiertes Requirements Engineering Zusammenfassung und Ausblick 2

3 Requirements Lehrstuhl IV: Software Engineering & Systems Reference Engineering Model (REM) Der Lehrstuhl Lehrstuhlinhaber: Prof. Dr. Dr. h.c. Manfred Broy Schwerpunkte: Software- und Systementwicklung: Grundlagen, Methoden, Prozesse, Modelle Beschreibungstechniken und Werkzeuge Vorgehensmodelle: V-Modell XT Profil: ca. 85 Mitarbeiter, über 30 Jahre Erfahrung präzise formale und mathematische Fundierung praktische Anwendbarkeit der Resultate kommerzielle Verwertbarkeit der Ergebnisse (bereits mehrere erfolgreiche Spin-Offs) vielfältige, langjährige Partnerschaften mit Großindustrie und KMUs 3

4 Requirements Lehrstuhl IV: Software Engineering & Systems Reference Engineering Model (REM) Kompetenzzentren und Projekte Software Architecture & Components MEwaDis Model Driven Software Engineering FairPay IT Security InTime SecurityCheck Verisoft Embedded Systems MobiServe MoDe AutoMoDe mobilsoft Proof Carrying Code AutoFocus VerifiCard Theorem Proving SCOUT REMsES Mobility & Context Aware Architectures TUMMIC E 2 R ViSEK WEIT Kogito AutoRAID REFocus Tool Support REM PQL InReMove Software Maintenance System Development Processes Requirements Engineering REMbIS Text analysis 4

5 Motivation - Modellbasiertes Requirements Engineering 5

6 Herausforderungen am Beispiel eingebetteter Systeme Erhebung, Modellierung und Abstimmung: Funktionaler und qualitativer Nutzeranforderungen Schnittstellenanforderungen Integration in eine heterogene Systemumgebung Anforderungen an Produktlinien und Familien Paralleler Entwurf in vielfältigen Domänen und Systemebenen Geschäftszielen und strategischen Constraints Konsolidierung hinsichtl. Machbarkeit, Kosten und Return of Investment Wesentliche Herausforderung: Interdisziplinäre Kommunikation, Modellbildung und Systementwurf 6

7 Interdiszipläre Modellbildung und Systementwurf Kunde Nutzer Service Produktlinie Mechanik Software Elektrik??? Requirements and System Specification XXXXXXXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXXXXX Konsistente Spezifikation des erforderlichen Systems xxxxxxxxxx 7

8 Interdiszipläre Modellbildung und Systementwurf Kunde Nutzer Service Produktlinie Requirements and System Specification XXXXXXXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXXXXX Mechanik Software Konsistente Spezifikation des erforderlichen Systems Elektrik Modellbasiertes? Requirements? Engineering? Kernkonzepte: Orientierung an einem Requirements Engineering Artefaktmodell: Ziel- und Nutzer-zentrierte Strukturierung von Anforderungen Systemkonzept und funktionale Modellierungssichten Modellbeziehungen Konsistenzbedingungen Richtlinien für Anforderungserhebung und Modellierung Abstimmungsbasis für Validierung und Verifikation Qualitäts- und Fortschrittskontrolle der Spezifikation Einsatz intuitiv logischer Beschreibungstechniken Grundlegende iterative Prozessmodelle und Feedback-loops xxxxxxxxxx 8

9 Requirements Engineering Reference Model (REM) RE Artefaktmodell Artefakt-basierte Prozessdefinition und Kontrolle 9

10 Requirements Engineering Artifact Model 10

11 RE Artifact Model System Specification Artefakte System Specification System Specification Artifacts User Documentation Functional System Concept External Interfaces / UI Design Constraints Hardware Design Constraints Design Constraints Software Design Constraints System Test Criteria Mechanics Electrics Architecture Constraints Deployment Constraints Coding Standards 11

12 Modellbasierte Qualitäts- und Fortschrittskontrolle Refinement Relation Functional Requirements Design Relation Design Conditions/Decisions Functional Model Relations Szenarienmodell Process Model Prozessmodell Scenario Model Interaktionsmuster Interaction Model Verhaltensmodell Behavior Model Umgebungsmodell Environment Model Logical Logische System Systemgrenzen Boundaries System Logische Service Systemarchitektur Architecture Funktionshierarchie & Hierachy Modellbeziehungen Konsistenzbedingungen: Verifikation & Validierung 12

13 Artefakt-basierte Prozessdefinition und Kontrolle 13

14 Abbildung auf Spezifikationsdokumente Das RE Artifact Model definiert Inhalte und Struktur der Spezifikationsdokumente 14

15 Artifakt-basierte Prozessdefinition 15

16 Alternative Prozessstrategien ( agile, inkrementell, ) Dr. Eva Geisberger 16

17 Iterative Erarbeitung der Spezifikationsdokumente Abwechselnde Aktivitäten der Konstruktion (Develop) und Überprüfung von Anforderungen (Verify & Validate) Definierte Modellbedingungen sind Basis für Qualitäts- und Fortschrittskontrolle Verify&Validate Develop Grundlegende Modellierungskonzepte leiten die Analyse und Spezifikation von Anforderungen und Systemkonzepten 17

18 Fortschrittskontrolle und Änderungsmanagement D0 D1 D2 Business Requirements Specification Specification Documents Goals, Strategy Requirements General Conditions 80% 20% XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX Requirements Specific. System Requirements Specification Specification Documents Specification Documents Goals, Strategy Requirements General Conditions 90% Formales 80% Goals, Strategy Requirements 99% 99% Change Management General Conditions XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX System Concept Constraints XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX 10% System Concept Constraints XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX 30% System Concept Constraints 95% XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX Budget, Planning 30% XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX Budget, Planning 60% XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX Budget, Planning 95% XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX 18

19 Praktische Anwendung und Tool-Unterstützung Prozess Assessment Ableitung von Dokument-/Spezifikationsvorlagen und Checklisten Methoden und Beschreibungstechniken Werkzeugunterstützung 19

20 Requirements Lehrstuhl IV: Software Engineering & Systems Reference Engineering Model (REM) - RE Prozess Assessments Analyse und Bewertung von Spezifikationsdokumente Gezielte Ableitung von Verbesserungsmaßnahmen 20

21 Requirements Lehrstuhl IV: Software Engineering & Systems Reference Engineering Model (REM) - RE Prozess Assessments Analyse und Bewertung von Spezifikationsdokumente Gezielte Ableitung von Verbesserungsmaßnahmen Gezielte Ableitung von Verbesserungsmaßnahmen 21

22 Beispiel: Use Case Analyse und Spezifikation Anwendungsfall : Freien Meilenstein einfügen Planknoten des Planungsassistenten-Werkzeugs PAPXL zum V-Modell XT [4Soft 06] 22

23 Use Case Spezifikation Beispiel für eingebettete Systeme QUASAR- UseCase- Template [DP+03] 23

24 Prototyp AutoRAID 24

25 Integriert in das Systemspezifikationswerkzeug AutoFocus Mathem. fundiertes Systemspezifikations- und Entwicklungwerkzeug Systemkonzept mit funktionalen Systemsichten, graph. Beschreibungstechniken Testfall & Code-Generierung, Simulation und Verifikation von Komponenten 25

26 Iterative Schritte der Anforderungsanalyse and Systemkonstruktion Basic RE Cycle in AutoRAID Dr. Eva Geisberger 26

27 Erheben und modellieren von Systemanforderungen 27

28 Use Case-, Szenarioanalyse und Step Observation 28

29 Konstruktion und Modellierung von Systemanforderungen (2) 29

30 AutoRAID Data Model Requirement Requirements Engineering Reference Model (REM) SuperBusinessReq. SuperApplicationReq. SubBusinessReq. Business Requirement SubApplicationReq. IsJustifiedBy Application Requirement Association Business Goal Requirements Analysis & Definition Architectural Constraint System Modeling Component Channel Feature Quality Goal Use Case Modal Constraint Motivation State Transition Scenario Constraint Data Constraint DataType Sequence Step Communication Observation Mode Observation State Observation Dr. Business Eva Geisberger Needs REConf 2009, München, Requirements Specification System Specification 30 Observation Comm. Event

31 Zusammenfassung Requirements Engineering Reference Model (REM) Modellbasiertes RE mit integrierter Anforderungsanalyse und Systementwurf Werkzeugprototyp AutoRAID/AutoFocus Domänen-/Projektspezifisches Tailoring Skalierbare Systemkonstruktion und messbare Fortschrittskontrolle Status und nächste Schritte: Prozess Assessments Ausbau Methoden und Definition domänenspezifischer Instanzen BMBF Projekt REMsES Automotive Domäne Web of Models (WOM) Avionik Domäne Projekt REMbIS Business Information Systems 31

32 Domänen-spezifische Artefaktmodelle Domänen-spezifische Artefaktmodelle formalisieren Inhalte und Beziehungen in Spezifikationsdokumenten Artefakte Inhalte, Methoden und Beschreibungstechniken Referenzmodell Konstruktive Anleitung und interdisziplinäre Abstimmung Qualitätsmodell Prüfbare Konsistenz- und Vollständigkeitskriterien REM - RE-Artefaktmodell Anforderungs-Tracing Zielorientierte Produktdefinition und Projektsteuerung 32

33 Modellbasiertes Requirements Engineering Schlüssel zur erfolgreichen Software- und Sytementwicklung Integration in durchgängige Entwicklungsmodelle Durchgängige Werkzeugunterstützung Frühzeitige systematische Validierung und Verifikation Reduktion der Risiken hoher Änderungs-/Fehlerkosten in späteren Phasen Modellierungskonzepte Requirements System Architektur Komponenten Design Abnahmetest System Integrationstest Komponenten Test Implementierung 33

34 Weitere Informationen Publikationen: Ein Requirements Engineering Referenzmodell. Manfred Broy, Eva Geisberger, Jürgen Kazmeier, Arnold Rudorfer, Klaus Beetz. GI Informatik Spektrum, Bd. 3, Springer Verlag, Requirements Engineering Reference Model (REM). Eva Geisberger, Manfred Broy, Brian Berenbach, Jürgen Kazmeier, Daniel Paulish, Arnold Rudorfer. TU München, Technical Report TUM-I0618, Modellbasierte Anforderungsanalyse mit AutoRAID. Eva Geisberger, Bernhard Schätz. GI Informatik Forschung und Entwicklung, Springer Verlag, AutoFocus 2 - Das Bilderbuch. Doris Wild. TU München, Technical Report TUM-I0610,

35 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 35

36 RE Artifact Model Business Needs artifacts Business Needs Business Needs Artifacts Business Objectives Customer REQ System Vision General Conditions Scope & Limitations ROI Business Risk System Success Factors Key Features/ Requirements Priority of Requirements Sys. Success Factors 36

37 RE Artifact Model Requirements Specification Artefakte Requirements Specification Requirements Specification Artifacts Functional Analysis Model Functional Analysis Application Scenarios User Interface User Classes & Characteristics Product Functions Model System Interaction Functions/ Services Domain Model Use Modes Release Strategy Quality REQ Assumptions & Dependencies Design Constraints Quality Requirements Performance Safety NFR Analysis Model Assumptions & Dependencies Standards Business Rules Design Constraints HW Design Constraints SW Design Constraints Acceptance Criteria Security General Conditions Modifiability Global Requirements Further IEEE Quality REQ 37

38 Unterliegendes einheitliches Systemkonzept Analysieren und Vervollständigen mit Modellbeziehungen zwischen Sichten Aufdecken von Lücken, Inkonsistenzen, Fehlern Systemkonzept Struktur- Funktion Komponente Konsolidieren und Vervollständigen zu einer konsistenter Systemspezifikation 38

39 Business goals general conditions Goal Level Logical Architecture of the Application Domain Service Layer Logical Layer Technical Layer Overall system features and quality concerns Business/application process and behavior Feature breakdown system log. structure SuC boundaries SuC communication I/O variables assumpt./constraints ECU Feature Level Domain Level Behavioral view Domain Level Architectural view ECU ECU Interaction Level ECU ECU Non-functional Requirements and Constraints Implementation 39

40 REM role concept 40

41 Artifact-centred process support Artifact model centred process definition Extreme tailoring Tailored artifact model Tailored document structure Tailored processes based on tailored artifact model Selection of specific methods for individual tasks for constructing artifacts and documents Role model (participate or responsible for Artifacts) Support of process strategies (waterfall, incremental,..) Basic iterative development and progress control of specification 41

42 AutoFocus2 integrierter, erweiterbarer CASE Prototyp Kontinuierliche Entwicklung seit 1995 Modellierung Analyse, Test & QS Simulation Requirements ModelChecking Processsupport Control Systems Constraints CodeGen TestGen 42