SOFTWARETECHNIK. Kapitel 3 Analyse. Vorlesung im Wintersemester 2012/13 FG System- und Software-Engineering Prof. Dr.-Ing.

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1 SOFTWARETECHNIK Kapitel 3 Analyse Vorlesung im Wintersemester 2012/13 FG System- und Software-Engineering Prof. Dr.-Ing. Armin Zimmermann

2 Inhalt Einführung Ermitteln von Anforderungen Objektorientierte Analyse und Systemmodellierung Dokumentation von Anforderungen Analyse 2

3 Einführung Was ist eine Anforderung? Merkmal, Eigenschaft, Bedingung oder Einschränkung eines Systems Notwendig für die Akzeptanz vom Kunden Fragenkataloge bzw. Vorlagen für Pflichtenheft z.b. in [Balzert] und [Brügge, Dutoit] Analyse 3

4 Einführung Arten von Anforderungen Funktionale Anforderungen Interaktion des Systems mit der Umgebung Was soll es tun Nichtfunktionale Anforderungen wie? Bedienbarkeit Zuverlässigkeit Leistungsanforderungen Anpassungsfähigkeit, Wartungsfreundlichkeit, Portabilität Implementierungsanforderungen Schnittstellenanforderungen Betriebliche und rechtliche Rahmenbedingungen Liefer- und Verpackungsanforderungen Analyse 4

5 Einführung Quelle: Sommerville Analyse 5

6 Einführung Geforderte Eigenschaften Vollständig: alle Szenarien sind beschrieben Konsistent: keine Widersprüche Eindeutig: nur eine Interpretation möglich Korrekt: genaue und richtige Darstellung Realistisch: unter geg. Einschränkungen implementierbar Überprüfbar: durch Tests am Endprodukt nachweisbar Rückverfolgbar: Auswirkungen bis zur Implementierung nachvollziehbar (Testfälle, Auswirkung von Änderungen) Validierung mit dem Kunden Analyse 6

7 Einführung Bedeutung Falsche Anforderungen führen zu falschem System Frühe Fehler im Entwicklungsprozess sind teuer! Quelle: Pressman, Rumpe Analyse 7

8 Einführung nach Brügge, Dutoit Anforderungsspezifikation - funktionale Anforderungen - nichtfunktionale Anf. Anforderungsermittlung Problembeschreibung Anforderungsanalyse Analysemodell - Analyseobjektmodell - dynamisches Modell Analyse 8

9 Einführung Anforderungsermittlung requirements elicitation, requirements definition Bestimmen und dokumentieren der Anforderungen an das geplante System Beteiligt: Entwickler, Kunde, Benutzer Ergebnis: Anforderungsspezifikation Glossar, Vertrag, Lastenheft Anforderungs-Analyse requirements analysis, system modeling Beschreibung im Detail und formal strukturiert Beteiligt: Entwickler Ergebnis: funktionale Spezifikation Produktdefinition, Analysemodell, Pflichtenheft Analyse 9

10 Einführung Ergebnis Notation Anforderungsermittlung Anforderungsspezifikation im Lastenheft, Glossar Lastenheft Text Systemmodellierung funktionale Spezifikation in Produktdefinition, Analysemodell, Pflichtenheft Text + (semi-) formales Modell Kommunikation mit dem Kunden zwischen Entwicklern Sichtweise des Anwenders; äußere Systemaspekte Vor allem: Kommunikationsleistung! Analyse 10

11 Inhalt Einführung Ermitteln von Anforderungen Objektorientierte Analyse und Systemmodellierung Dokumentation von Anforderungen Analyse 11

12 Analyse 12

13 Ermitteln von Anforderungen Woher kommen Anforderungen? Ausgangspunkt Projektidee, schriftliche Skizze Kurz und knapp Stichpunkte der wichtigsten Funktionen Lastenheft (falls schon existiert) Interessenhalter (stakeholder) Identifizieren, Wichtigkeit bewerten (berücksichtigen?) Ansprechpartner? Interessen und Erwartungen Fachexperten, Verantwortliche, Betroffene Analyse 13

14 Ermitteln von Anforderungen Beteiligte Rollen Endbenutzer Aufnahme Ist-Zustand, Domänenwissen, Anforderungen Kunde Definiert Ziel des Systems, Vertragsverhandlung Analytiker Modelliert das System und erstellt Anwendungsfälle Architekt Integration von Anwendungsfall- und Objektmodellen Konfigurationsmanager Revisionsgeschichte der Dokumente, Nachvollziehbarkeit Redakteur Prüfer Analyse 14

15 Ermitteln von Anforderungen Beispiel: IT-System für eine Fluglinie Problembeschreibung / Projektskizze Es soll ein IT-System AAA für Albatros Air entwickelt werden, mit dem Flugbuchung und Passagierabfertigung automatisiert werden. Ein Bonusprogramm AlbatrosMeilen soll in das System integriert werden. Das System soll an eine Verwaltung von Vertragspartnern gekoppelt werden. Quelle Beispiel im folgenden: Störrle Erster Schritt für Entwickler / Analysten: Einarbeiten in den Projektkontext, Begriffe und Zusammenhänge verstehen Glossar beginnen Analyse 15

16 Ermitteln von Anforderungen Wie ermittelt man Anforderungen? Problem: Entwickler müssen sich in Begriffs- und Denkwelt des Kunden einarbeiten, sonst Kommunikationsprobleme Systematische Vorgehensweise Kommunikation mit Kunden Geschäftsprozess (business process) fachlicher Ablauf, der Wert oder Kosten verursacht Akteur (actor) Benutzer, Schnittstelle nach außen Szenario (scenario) Interaktion mit System als Ablauf Anwendungsfall (use case) Automatisierter Arbeitsschritt, vom System ausgeführt Analyse 16

17 Ermitteln von Anforderungen Interviews mit Fachanwendern Mitschrift, später strukturierter Text und Tabelle Eine Flugreise besteht aus drei Schritten: der Buchung, dem eigentlichen Flug, gegebenenfalls Anschluss- und Rückflug, und der Nachbearbeitung durch das Meilenbuchungssystem. Um eine Buchung durchzuführen, ruft der Benutzer die Buchungsseite im WWW auf und meldet sich mit Login und Passwort an. Zunächst muss er Datum, Zeit, Ausgangspunkt und Zielflughafen eingeben. Das System zeigt die verfügbaren Verbindungen an und der Benutzer wählt eine aus. Der Benutzer macht weitere Angaben (Ticket-Art) usw. Am Ende muss der Benutzer die Buchung bestätigen und kommt zur Zahlseite. Dort kann er den Zahlungsmodus wählen und die entsprechenden Daten eingeben, falls sie nicht im System bekannt sind. Das System stößt die Rechnungsstellung und Abbuchung an, ggf. auch den Ausdruck und die Zustellung des Tickets. Der Flug beginnt mit der Anmeldung des Passagiers am. Analyse 17

18 Ermitteln von Anforderungen Kontext des Systems beschreiben Kontextdiagramm (context diagram) Umfeld, Systemgrenzen Nachbarsysteme, Nutzer, Betroffene Rollen Analyse 18

19 Ermitteln von Anforderungen Akteure identifizieren Benutzer Schnittstellen des Systems Beispiel Passagier Bodenpersonal Check-In-Automat Analyse 19

20 Ermitteln von Anforderungen Geschäftsprozesse identifizieren Beschreiben systemübergreifende Abläufe Darstellung als Prozessinventar (process inventory) Analyse 20

21 Ermitteln von Anforderungen Tabellarische Beschreibung Geschäftsprozess Analyse 21

22 Ermitteln von Anforderungen Geschäftsprozess Analyse 22

23 Ermitteln von Anforderungen Geschäftsprozess Ablauf als Aktivitätsdiagramm Hierarchische Verfeinerung Analyse 23

24 Ermitteln von Anforderungen Szenarien identifizieren Anwender beobachten bzw. geplante Abläufe entwickeln Funktionalitäten beschreiben Was sind die Aufgaben des Systems? Beispiel: siehe Interview, Ablauf Buchung und Reise Ist- Szenario vs. Plan-Szenario (künftiges System) Analyse 24

25 Ermitteln von Anforderungen Anwendungsfälle identifizieren Arbeitsschritt eines Geschäftsprozesses, der durch das System ausgeführt wird Beschreiben im Anwendungsfalldiagramm Tabellarische, strukturierte Beschreibung use case diagram Analyse 25

26 Ermitteln von Anforderungen Beziehungen in Anwendungsfällen Kommunikation: initiate, participate Erweiterung (extends): Ausnahme mit Bedingung Includes: (mehrfache) Verwendung anderer Use Cases Verallgemeinerungen (generalizations): Use Case ist Spezialfall eines anderen Quelle: Practical UML Analyse 26

27 Ermitteln von Anforderungen Anwendungsfall Genauere Beschreibung Formular Analyse 27

28 Ermitteln von Anforderungen Umgang mit Szenarien und Anwendungsfällen Zunächst nur zum Verständnis kurz aufstellen Systemgrenze definieren Beschreibungen verfeinern Änderungen mit Kunden abstimmen Prototypen nur zur visuellen Unterstützung Benutzungsschnittstelle erst beginnen, wenn funktionale Anforderungen in etwa klar sind Analyse 28

29 Ermitteln von Anforderungen Leitfaden für Anwendungsfälle Benennen mit Verbalphrasen, die Anwendersicht beschreiben (BucheFlug) Akteure mit Substantiven benennen (Passagier) Systemgrenzen klären. Arbeitsschritte von Akteuren und System kennzeichnen Schritte im aktiven Stil beschreiben (Passagier bucht Flug) Ursächliche Beziehung zwischen Folgeschritten 1 Anwendungsfall = 1 vollständige Transaktion Normalfall darstellen; Ausnahmen gesondert beschreiben Nicht die Benutzungsschnittstelle beschreiben (statt dessen visuellen Prototypen verwenden) Übersichtlichkeit (max. 2-3 Seiten), sonst zerlegen Analyse 29

30 Ermitteln von Anforderungen Nichtfunktionale Anforderungen in UML Darstellung im Nutzfallinventar Analyse 30

31 Ermitteln von Anforderungen Nichtfunktionale Anforderungen in UML Kontextdiagramm Analyse 31

32 Ermitteln von Anforderungen Typische Probleme Viele verschiedene Beteiligte Kunden wissen nicht, was sie genau wollen und was geht Fachsprachen Widersprüchliche Anforderungen, verschiedene Interessen Organisatorische, historische oder rechtliche Rahmenbedingungen verhindern beste Lösung Anforderungen ändern sich während der Entwicklung Zusätzliche Beteiligte können auftauchen Analyse 32

33 Ermitteln von Anforderungen Systemverständnis Entwickeln und dokumentieren Techniken Glossar Begriffe Terminologie Fachklassen Gegenstände, Konzepte, Orte, Personen, Beziehungen zwischen Fachklassen Analyse 33

34 Ermitteln von Anforderungen Glossar Analyse 34

35 Ermitteln von Anforderungen Fachklassen Analyse 35

36 Analyse 37

37 Inhalt Einführung Ermitteln von Anforderungen Objektorientierte Analyse und Systemmodellierung Dokumentation von Anforderungen Analyse 38

38 Systemmodellierung Übersicht Aufgabe: Systemmodell erstellen, funktionale Spezifikation Beschreibung der Systembenutzung und des Verhaltens Was, nicht wie Implementierungsaspekte ausklammern Nicht: Datenhaltung, Verteilung, Technologien, Architektur,.. Zusammenhang mit Anforderungsspezifikation OO: Modell des Anwendungsbereichs Analysemodell Korrekt, vollständig, konsistent und nachprüfbar Struktur und Verhalten Verschiedene Sichten (OO, Strukturiert, ) Analyse 39

39 Systemmodellierung Eingangsdokumente Lastenheft, Anforderungsspezifikation Typische Ergebnisse Funktionales Modell Geschäftsprozesse und Anwendungsfälle Objektmodell Dynamisches Modell Systemverhalten Zustands- und Sequenzdiagramme Vor- und Nachbedingungen von Systemoperationen Prototyp / Spezifikation Benutzungsschnittstelle Pflichtenheft Analyse 40

40 Systemmodellierung Quelle: Brügge/Dutoit Analyse 41

41 Systemmodellierung Verfeinertes Analyse-Klassendiagramm Analyse 42

42 Systemmodellierung Analyse-Klassendiagramm mit Operationen Analyse 43

43 Systemmodellierung Heuristik Sprache OO-Modell Sprache Beispiel OO-Modell Eigenname Mustermann Instanz Substantiv Passagier Klasse Tat-Verb bucht, bezahlt Operation Sein-Verb ist ein Vererbung Haben-Verb hat, besteht aus, enthält Attribut / Assoziation / Aggregation Modalverb muss sein Constraint Adjektiv lang, teuer Attribut / Spezialisierung Quelle: Abbott, Brügge/Dutoit Analyse 44

44 Systemmodellierung Objektarten im Systemmodell Entitätsobjekte vom System verwaltete Informationen Grenzobjekte Interaktion zwischen System und Akteuren Steuerungsobjekte Durchführung der Anwendungsfälle Mit Stereotypen beschreibbar <<Entität>>, <<Grenze>>, <<Steuerung>> Analyse 45

45 Systemmodellierung Identifizierung von Entitätsobjekten Begriffe, die klargestellt werden müssen Wiederkehrende Substantive in Anwendungsfällen Vgl. Heuristik auf Folie 44 Reale Objekte, die das System kennen muss Reale Prozesse, die das System verfolgen muss Anwendungsfälle Datenquellen und -senken Artefakte, mit denen der Nutzer interagiert Beispiel: Buchung, Passagier(daten) Analyse 46

46 Systemmodellierung Identifizierung von Grenzobjekten Elemente der Benutzungsschnittstelle Formulare für Eingaben Nachrichten, Rückmeldungen Endgeräte In der Begriffswelt des Anwenders bleiben! Schnittstellen grafisch skizzieren bzw. Prototyp! Beispiel: Anzeige des Check-In-Automaten, Web-Formular Analyse 47

47 Systemmodellierung Identifizierung von Steuerungsobjekten Koordination von Grenz- und Entitätsobjekten Abarbeitung von Anwendungsfällen Reihenfolge von Schritten Informationen übernehmen und weiterleiten Oft ein Steuerungsobjekt pro Anwendungsfall Beispiel: Flugabwicklung Verhaltensmodell sinnvoll! Im folgenden: dynamische Modelle. Analyse 48

48 Systemmodellierung Dynamische UML-Modelle Abläufe Aktivitätsdiagramm (activity diagram) Kommunikationsdiagramm (communication diagram) Sequenzdiagram (sequence diagram) Zeitdiagramm (timing diagram) Zustandsabhängiges Verhalten von Objekten Zustandsautomat (state chart diagram) Analyse 49

49 Systemmodellierung Geschäftsprozess Ablauf als Aktivitätsdiagramm Hierarchische Verfeinerung System- Anwendungsfall Analyse 50

50 Systemmodellierung Ablauf Anwendungsfall Aktivitätsdiagramm mit Datenfluss Analyse 51

51 Systemmodellierung Ablauf Anwendungsfall Verfeinerung um Partitionen: Datenaustausch swim lanes Analyse 52

52 Systemmodellierung Interaktion als Kommunikationsdiagramm Analyse 53

53 Systemmodellierung Interaktion als Sequenzdiagramm Analyse 54

54 Systemmodellierung Sequenzdiagramm mit Abschnitten Analyse 55

55 Systemmodellierung Abbildung Anwendungsfälle Objekte Analyse 56

56 Systemmodellierung Verhalten von Objekten einer Klasse Zustandsautomat Analyse 57

57 Systemmodellierung Lebenszyklus Anwendungsfall Steuerobjekt, Zustandsautomat Analyse 58

58 Systemmodellierung Beispiel für ein Zeitdiagramm Analyse 59

59 Systemmodellierung Spezifikation von Benutzungsschnittstellen Skizzieren, Prototyp generieren, Spezialwerkzeuge Klassen und Operationen in Funktionen Gestaltung MMI, style guides, Standards Analyse 60

60 Systemmodellierung Nutzerinteraktion Zustandsautomat Analyse 61

61 Inhalt Einführung Ermitteln von Anforderungen Objektorientierte Analyse und Systemmodellierung Dokumentation von Anforderungen Analyse 62

62 Anforderungsdokumentation Dokumentation der Anforderungen: Lastenheft Gesamtheit der Forderungen eines AG an die Lieferungen und Leistungen eines AN, manchmal Vertragsbasis Muss-Kriterien, Kann-Kriterien, Abgrenzungskriterien Pflichtenheft Entwurf aus AN-Sicht, Umsetzung des Lastenhefts Meist Vertragsbasis Vorlagen für Strukturierung u.a. in [Brügge, Dutoit], [Balzert], IEEE System Requirements Specification Analyse 63

63 Anforderungsdokumentation Inhalt Anforderungsspezifikation Zielsetzung Allgemeine Beschreibung Umgebung, generelle Funktion, Restriktionen, Benutzer Spezifische funktionale Anforderungen möglichst quantitativ (z.b. Tabellenform) eindeutig identifizierbar (Nummern) Spezifische nicht-funktionale Anforderungen z.b. Antwortzeit, Speicherbedarf, HW/SW-Plattform Entwicklungs- und Produkt-Standards Qualitäts-Zielbestimmung Zu erwartende Evolution des Systems, Versionen Abkürzungsverzeichnis, Glossar, Index, Referenzen Analyse 64

64 Anforderungsdokumentation IEEE Software Requirements Specification 1 1. Introduction 1.1 Purpose 1.2 Scope 1.3 Definitions, Acronyms, and Abbreviations 1.4 References 1.5 Overview 2. Overall Description 2.1 Product Perspective 2.2 Product Functions 2.3 User Characteristics 2.4 General Constraints 2.5 Assumptions and Dependencies Analyse 65

65 Anforderungsdokumentation IEEE Software Requirements Specification 2 3. Specific Requirements 3.1 External Interface Requirements User Interfaces Hardware Interfaces Software Interfaces Communication Interfaces 3.2 Classes/Objects 3.2.i Class/Object i 3.2.i.1 Attributes 3.2.i.2 Functions, Services, Methods 3.3 Performance Requirements 3.4 Design Constraints 3.5 Attributes 3.6 Other Requirements Analyse 66

66 Anforderungsdokumentation Pflichtenheft (Beispiel) 1. Einleitung, Zielbestimmung 2. Übersicht Einsatzbereich, Zielgruppen Produkt-Umgebung Produkt-Funktionen Restriktionen Annahmen und Abhängigkeiten Vorhandenes System (ggf.) 3. Vorgeschlagenes System Übersicht Funktionale Anforderungen Benutzungsschnittstelle Nichtfunktionale Anforderungen Systembeschreibung Szenarien Anwendungsfälle 4. Glossar Analyse 67

67 Ausblick Anforderungsmanagement requirements engineering Änderungsmanagement Verträge Risiken Softwarewerkzeuge Buch von Rupp Requirements-Engineering und Management Vertiefungsveranstaltung Requirements Engineering (JP Streitferdt) Analyse 68

68 Überblick Analyse Was macht das System und was macht es nicht? Gegenstandsbereich Benutzungsdynamik Systemgrenzen Entwurf Wie erfüllt das System seine Aufgaben intern? Kommunikation zwischen Objekten Zugriff auf Objekte (interne!) Klassenschnittstellen Vererbung Analyse 69

69 Überblick Abgrenzung zum Entwurf Artefakte Quelle: Balzert Analyse 70

70 Überblick Quelle: Göhner, U Stuttgart Analyse 71