Szenario- und Zielbasiertes Requirements Engineering

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1 Szenario- und Zielbasiertes Requirements Engineering Prof. Dr. Klaus Pohl Institut für Informatik und Wirtschaftsinformatik (ICB), Campus Essen (SSE) Team: ca. 25 Mitarbeiter SSE Requirements Engineering & Management Software Produktlinien Engineering COTS Selection Open / Inner Source Forschungsstrategie RSS Consult GmbH Requirements & Beratung / Schulung / Coaching Projektunterstützung Technologietransfer Applied Research Projects Software Systems Engineering Technology Transfer RSS Consult GmbH Basic Research ReConf / 8. März 2003 Prof. Pohl (2/37) Prof. Pohl 1

2 Überblick Wandel im Software Engineering und die Herausforderungen für das Requirements Engineering Drei Arten von Anforderungsmodellen Zielmodellierung Szenariomodellierung Wechselwirkungen Die SeGoS-RE Methode Grundprinzipien der Methode Abstraktionsebenen und Co-Design Prozesse in SeGoS-RE Beispiel für Ziel- und Szenarioidentifikation Erfahrungen ReConf / 8. März 2003 Prof. Pohl (3/37) Wandel in der Software-Entwicklung Traditionell: Software unterstützt / automatisiert existierende, gut verstandene Prozesse Hauptfokus im RE auf Systemanalyse Heute: Software ist treibende Kraft für die Produktinnovation, z.b. ca. 90 % der Innovationen im PKW durch Elektronik/Software bestimmt (Software verursacht ca. 40 % der Entwicklungskosten) Änderung im Fokus des RE-Prozesses: Statt Systemanalyse, kreativer Innovations- und Lernprozess und Sie verwenden immer noch die alten RE-Methoden ReConf / 8. März 2003 Prof. Pohl (4/37) Prof. Pohl 2

3 Drei Arten von Anforderungsmodellen Drei Arten von Anforderungsmodellen Managementsicht Ziel- Modelle Z i e l m o d e l l e, bspw. und/oder Bäume definieren Intentionen der Stakeholder abstrakte Sicht konkurrierende Ziele S z e n a r i e n, bspw. Use Cases beschreiben konkrete Systemverwendung konkrete Beispiele für Mehrwert Szenarien Lösungsmodelle L ö s u n g s m o d e l l e, bspw. Klassendiagr. definieren intendierte Lösung Sichten auf System: Datenmodelle, Funktionsmodelle, Verhaltensmodelle Anwender-Sicht Entwicklungs-Sicht ReConf / 8. März 2003 Prof. Pohl (6/37) Prof. Pohl 3

4 Ziel-Modelle Ziele dokumentieren Funktionale Eigenschaften, z.b. Automatische Schaltung Qualitätseigenschaften, z.b. Ausfallrate kleiner als Randbedingungen für die Entwicklung, z.b.: Off-Shore Entwicklung oder Effektivere Qualitätssicherung Beispiel: Ziele für die Softwaresteuerung eines Elektromotors: Einfache Wartung Detaillierte Fehlerprotokollierung Unterstützung von Software-Update ReConf / 8. März 2003 Prof. Pohl (7/37) Vorteile einer expliziten Zielmodellierung Unterstützung gemeinsame Sichtweise Unterstützt Fokussierung Verbesserte Kommunikation, z.b. mit dem Management Ziele als Strukturierungsmittel, z.b. für Anforderungen oder für Szenarien ReConf / 8. März 2003 Prof. Pohl (8/37) Prof. Pohl 4

5 Szenarien Bekanntester Vertreter: Use Cases und Use Case Szenarien Szenarien Dokumentieren konkrete Verwendung des Systems als Interaktionsfolge (und nicht nur als Event-Response Patttern) Definieren Mehrwert des Systems für einen Akteur Bewährtes Mittel zur Gewinnung von funktionalen Anforderungen aber auch Qualitätsanforderungen, z.b. Performance- oder Sicherheitsanforderungen (misuse cases) ReConf / 8. März 2003 Prof. Pohl (9/37) Szenarien: Beispiel Bezeichnung Akteur(e) Vorbedingung Hauptszenario Abschalten bei Überstrom Strommessung, Steuerung, Stromversorgung Motor wird bestromt, Strom über Maximalwert gestiegen 1. Steuerung fordert von der Strommessung aktuellen Messwert an. 2. Strommessung liefert den gemessenen Wert an die Steuerung. 3. Die Steuerung initiiert die Abschaltung der Stromversorgung. 4. Die Stromversorgung unterbricht die Stromzufuhr zum Motor. Alternativszenarien Nachbedingung 2a. Strommessung meldet einen Fehler an die Steuerung Stromzufuhr zum Motor unterbrochen ReConf / 8. März 2003 Prof. Pohl (10/37) Prof. Pohl 5

6 Wechselwirkung zw. Zielen und Szenarien Ziele initiieren die Definition von Szenarien Konkretisierung der Ziele durch Szenarien (wichtig für Lernprozess) Ziele (abstrakte Sicht) Sicht) Szenarien (konkrete Beispiele) Identifikation neuer Ziele Ziel- Verfeinerung Ziel-Revision Unterstützt das Lernen und somit Innovationen! ReConf / 8. März 2003 Prof. Pohl (11/37) Die SeGoS-RE Methode SeGoS = Scenario and Goal Based System Development Prof. Pohl 6

7 SeGoS-RE Methode: Grundprinzipien Klar definierte Abstraktionsebenen Drei Co-Design-Prozesse Definition von Zielen und Szenarien auf jeder Abstraktionsebene Ableitung der Anforderungen aus Ziel- und Szenariodefinitionen Szenariobasierte Testfallerstellung Ziel- und szenariobasiertes Anforderungsmanagement ReConf / 8. März 2003 Prof. Pohl (13/37) SeGoS-RE: Abstraktionsebenen & Co-Design-Prozesse Anforderungen (Problemsicht) Entwurf (Lösungssicht) Detaillierung Systemanforderungen Systemgrobarchitektur Funktionsgruppen-Anforderungen HW/SW --Grobarchitektur System- Co-Design Funktions- gruppen- Co-Design HW/SW --Anforderungen SW SW --Deployment HW/SW- Co-Design ReConf / 8. März 2003 Prof. Pohl (14/37) Prof. Pohl 7

8 SeGoS-RE: Ziel- und Szenariodefinition Ziel- und Szenariodefinition Wesentliche Schritte (auf jeder Abstraktionsebene): 1. Identifikation der Akteure sowie relevanter Stakeholder 2. Gewinnung der Ziele 3. Definition der Szenarien 4. Ableitung der Anforderungen 5. Grober Designentwurf ReConf / 8. März 2003 Prof. Pohl (16/37) Prof. Pohl 8

9 1. Identifikation der Akteure und Stakeholder Abstraktionsebene bestimmt die Systemgrenze: System-Co-Design: System = Black Box Funktionsgruppen-Co-Design: Funktionsgruppe = Black Box HW/SW-Co-Design: Hardware / SW-Komponente = Black Box Betrachtung der Interaktionen der Black Box mit der Umgebung Identifikation von Akteuren Rollen von Personen und/oder technische Systeme auf der jeweiligen Abstraktionsebene Identifikation von Stakeholdern Systemnutzer, Domänenexperten, Wartungsexperten, Standardisierungsexperten, Kundenvertreter,.. ReConf / 8. März 2003 Prof. Pohl (17/37) 2. Gewinnung der Ziele Einbeziehung aller Stakeholder Berücksichtigung von Zielkategorien, z.b. Innovationsziele, Nutzungsziele, Wartungsziele, Entwicklungsprozessziele Klassifikation und Priorisierung der Ziele Ziele bestimmen weiteres Vorgehen, z.b.: Definition von Szenarien Konfliktbeseitigung ReConf / 8. März 2003 Prof. Pohl (18/37) Prof. Pohl 9

10 3. Definition der Szenarien Konkretisierung der Ziele durch Szenarien konkrete neuartige Systemnutzung (funktionale Ziele) konkrete Wartungsabläufe (Wartungsziele) Qualitätsszenarien z.b. Performance Misuse Cases (Systemmißbrauch) Führt zur Validierung, Konkretisierung & Revision von Zielen ReConf / 8. März 2003 Prof. Pohl (19/37) SeGoS-RE: Sukzessive Detaillierung von Zielen Szenarien System- Co-Design Ziele Szenarien Funktionsgruppen- Co-Design Neue Ziele Verfeinerte Ziele Verfeinerte Szenarien Neue Sz. HW/SW- Co-Design Neue Ziele Verfeinerte Ziele Verfeinerte Szenarien Neue Sz. ReConf / 8. März 2003 Prof. Pohl (20/37) Prof. Pohl 10

11 Anwendung von SeGoS-RE: Ein Beispiel Beispieldomäne Ziel- und Szenariodefinition für ein Elektronische Steuergerät eines automatisierten Schaltgetriebes Quelle: Quelle: ReConf / 8. März 2003 Prof. Pohl (22/37) Prof. Pohl 11

12 1. System-Co-Design System-Co-Design: Kontext des Steuergerätes Systemgrenze: Getriebesteuergerät Wählhebel Motorsteuergerät ESP- Steuergerät Getriebeaktoren Getriebesteuergerät CAN-Bus Prüfgerät Kupplungsaktor ReConf / 8. März 2003 Prof. Pohl (24/37) Prof. Pohl 12

13 System-Co-Design: Ziele des Steuergerätes Unterstützung des Fahrers Hoher Fahrkomfort Hohe Fahrsicherheit Automatisches Schalten Tiptronic ReConf / 8. März 2003 Prof. Pohl (25/37) System-Co-Design: Nutzungsszenarien des Steuergerätes Nutzungsszenario: automatisch schalten Getriebeaktoren Kupplungsaktor Motorsteuergerät Getriebesteuergerät alle 10 ms Drehzahl und -moment Drehmoment reduzieren Kuppplung ausrücken Zielgang einlegen Drehmoment erhöhen Kupplung anlegen ReConf / 8. März 2003 Prof. Pohl (26/37) Prof. Pohl 13

14 2. Funktionsgruppen-Co-Design Funktionsgruppen des Getriebesteuergerätes Motorsteuergerät Getriebesteuergerät ESP- Steuergerät Schaltmanagement CAN- Kommunikation Wählhebel Aktorsteuerung CAN-Bus Prüfgerät Kupplungsaktor Schaltaktoren ReConf / 8. März 2003 Prof. Pohl (28/37) Prof. Pohl 14

15 Ziele für die Funktionsgruppe Aktorsteuerung Allokation der Getriebesteuerungsziele Detaillierung dieser Ziele durch erweiterten Kontext Identifikation neuer Ziele: Hoher Fahrkomfort Unterstützung des Fahrers Höhere Fahrsicherheit Schutz der Aktoren vor Beschädigung Automatisches Schalten Tiptronic Korrekte Ansteuerung der Aktoren Temperaturüberwachung Blockierungserkennung Korrekte Aktorpositionierung Korrekte Rückmeldung der Aktorposition ReConf / 8. März 2003 Prof. Pohl (29/37) Interaktion der Funktionsgruppen Getriebesteuergerät Kupplungsaktor Motorsteuergerät CAN- Kommunikation Drehzahl und -moment auslesen Kupplungsaktor positionieren Positionierung bestätigen Schaltmanagement Aktorsteuerung Kupplung ausrücken Getriebeaktoren positionieren Positionierung bestätigen Zielgang einlegen ReConf / 8. März 2003 Prof. Pohl (30/37) Prof. Pohl 15

16 3. HW/SW-Co-Design HW/SW-Co-Design: HW- und SW-Komponenten CAN- Kommunikation Getriebe-SG Schaltmanagement Motorsteuergerät ESPsteuergerät Aktorsteuerung <<SW>> Positionierung Wählhebel CAN-Bus <<HW>> Stromregelung <<HW>> Aktorpositionserfassung Prüfgerät Kupplungsaktor Schaltaktoren ReConf / 8. März 2003 Prof. Pohl (32/37) Prof. Pohl 16

17 HW/SW-Co-Design: Ziele der SW-Komponente Positionierung Allokation der Aktorsteuerungsziele zu Hardware und Software Detaillierung der Ziele (Aufteilung HW-SW Ziele) Identifikation neuer Ziele: Automatisches Schalten Korrekte Ansteu. der Aktoren Erkennung von HW-Fehlern Korrekte Aktorpositionierung Erkennung einer defekten Stromregelung Erkennung defekter Sensoren Abgleich Soll-Ist- Position Schnelle Aktuallisierung ReConf / 8. März 2003 Prof. Pohl (33/37) HW/SW-Co-Design: Interaktion der Komponenten der Aktorsteuerung Aktorsteuerung <<SW>> Positionsvorgabe <<SW>> Positionierung <<HW>> Stromregelung <<HW>> Aktorpos.- erfassung <<HW>> Kupplungsaktor Kupplungsaktor positionieren wiederhole bis Position erreicht Sollstrom vorgeben Bestromung Positionierung bestätigen Neue Position Positionsänderung ReConf / 8. März 2003 Prof. Pohl (34/37) Prof. Pohl 17

18 SeGoS-RE: Abstraktionsebenen & Co-Design-Prozesse System- Co-Design Funktions- gruppen- Co-Design Systemanforderungen Systemgrobarchitektur Funktionsgruppen-Anforderungen HW/SW --Grobarchitektur Sukzessive Szenariound Zielverfeinerung HW/SW- Co-Design HW/SW --Anforderungen SW SW --Deployment ReConf / 8. März 2003 Prof. Pohl (35/37) Erfahrungen mit SeGoS-RE Prof. Pohl 18

19 Erfahrungen mit SeGoS-RE Unterstützung des Lernprozesses durch Ziele und Szenarien Betrachtung von Anforderungen auf klar definierten Abstraktionsebenen führt zur Komplexitätsreduktion Identifikation von zusätzlichen Anforderungen sowie verbessertes Systemverständnis durch sukzessive Ziel- und Szenarioverfeinerung Nachvollziehbare Ableitung von Anforderungen ermöglicht u.a. bessere Qualitätssicherung Signifikante Unterstützung für Testableitung siehe ScenTED Methode Domänen und organisationsspezifische Anpassung der Methode erforderlich ReConf / 8. März 2003 Prof. Pohl (37/37) Unser Angebot Kooperationsformen: Schulung & Beratung Projektbegleitung & -durchführung Unterstützung bei Werkzeugauswahl (Werkzeug-Kompetenzzentrum) für die Themen: Requirements Engineering & Management Szenarienbasiertes Testen Software-Produktlinien Entwicklung & Variabilitätsmodellierung ReConf / 8. März 2003 Prof. Pohl (38/37) Prof. Pohl 19

20 Aktuelle Bücher (siehe Klaus Pohl Requirements Engineering Juni/Juli 2005 Erscheinungstermin: Mai 2005? F r a g e n? dpunkt.verlag Erscheinungstermin: Oktober 2005 ReConf / 8. März 2003 Prof. Pohl (39/37) Prof. Pohl 20