Thema Nr. 2a Vergleich von UML mit traditionellen Modellierungssprachen Schwerpunkt: Ablauforientiert (Zustandsdiagramme, Aktivitätsdiagramme, Use Case vs. Petri-Netze, EPK`s) Referat im Rahmen des Seminars Objektorientierte Softwareentwicklung mit UML im Sommersemester 2000 eingereicht bei Prof. Dr. Andreas Oberweis Professur für Wirtschaftsinformatik II Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt am Main von stud. rer. pol. Martina Pauscher
1 Inhaltsverzeichnis Seite Abkürzungsverzeichnis III 1. Einleitung 1 1.1 Problemstellung 1 1.2 Aufbau der Arbeit 2 2. Diagrammbeschreibung und Ablaufstrukturen 2 2.1 Ereignisgesteuerte Prozesskette (EPK) 2 2.2 Die Petri-Netze 4 2.3 Das Zustandsdiagramm 7 2.4 Das Aktivitätsdiagramm 9 2.5 Das Anwendungsfalldiagramm (Use Case) 11 3. Vergleich der Ablaufstruktur und Analogien der Diagramme 11 3.1 Anfangs- und Endzustände 11 3.2 Nebenläufigkeit 12 3.3 Synchronisation 13 3.4 Sequenz 15 3.5 Konflikt 15 4. Resümee 16 5. Literaturverzeichnis IV 6. Anhang Abkürzungsverzeichnis
2 a.a.o. am angegebenen Ort B/E-Netz Bedingungs- Ereignis Netz d.h. das heißt EPK Ereignis Prozess Kette f. folgende HP Hewlett Packart IWI Institut für Wirtschaftsinformatik OMT Object Modeling Technique OTW Objekttechnik-Werkbank S/T-Netz Stellen- Transitionen Netz S. Seite UML Unified Modelling Language Vgl. Vergleiche z.b. zum Beispiel 1. Einleitung 1.1 Problemstellung
3 Petri-Netze stellen ein Instrument zur Modellierung, Analyse und Simulation von dynamischen Systemen dar, und sie erlauben die Modellierung von nebenläufigem und nichtdeterministischem Verhalten im System. 1 Dabei wird aber neben den Vorteilen von Petri-Netzen wie ihrer leichten Erlernbarkeit und wenigen graphischen Symbolen, auch die Nachteile genannt, wie die schwierige Handhabung (z.b. die Korrektheit der Darstellung der Schaltbedingungen) 2. Die Ereignis-gesteuerte Prozesskette baut auf den theoretischen Grundlagen der Petri-Netzen auf. EPK Modellierung bietet zusätzlich die Möglichkeit zur Analyse und Darstellung möglicher zeitlich-logischer Abfolge von Funktionen. 3 In den späten 80er und frühen 90er Jahren kam eine Welle von objektorientierten Analyse und Entwurfsmethoden auf. Die Unified Modeling Language, im folgenden kurz UML genannt, ist Nachfolger einer Reihe dieser Methoden, im wesentlichen vereinheitlicht durch die Methoden von Booch, Rumbaugh und Jacobson. UML ist eine Modellierungssprache und keine Methode 4. Die UML ist eine Sprache zum visualisieren, spezifizieren, konstruieren und dokumentieren von softwareintensiven Systemen 5 mit überwiegend graphische Notation. Die grafischen Elemente sind die Syntax der Modellierungssprache. 6 Mit Hilfe von Objektorientierten Analyse- und Entwurfsansätzen, lassen sich, mit der Funktionsund Datensicht statische Perspektiven eines betrieblichen Informationssystems modellieren und verknüpfen. Die dabei verwendeten graphischen Notationen, deren Semantik und Zusammenwirken, wie etwa beim Zustandsdiagramm und dem Aktivitätsdiagramm (aus der UML) stellen beachtliche Fortschritte dar, sind aber semiformal definiert, was eine exakte Darstellung des Systemverhaltens erschwert. Betrachtet man nun die verschiedene Literatur so gibt es vielleicht die Möglichkeit, das Petri-Netze und objektorientierte Ansätze komplementäre Eigenschaften besitzen, die sich vergleichen lassen. 1.2 Aufbau der Arbeit 1 Vgl. Zapf, Michael : Ansätze zur Integration von Petri-Netzen und objektorientierten Konzepten, In: Zeitschrift: Wirtschaftsinformatik 42(2000)1, S.36. 2 Vgl. Balzert, Helmut : Lehrbuch der Softwaretechnik, Spektrum Verlag 1996, S.318f. 3 Vgl. Hoffmann, W./Kirsch, J./Scheer, A.-W. :Modellierung mit Ereignisgesteuerten Prozeßketten, IWI Heft Nr.101, 1993,S.3. 4 Vgl. Fowler, Martin/ Kendall, Scott: UML - konzentriert. Die Standardobjektmodellierungssprache anwenden, Addison Wesley Verlags GmbH, 1999, S.17. 5 Vgl. Booch, Grady: Das UML - Benutzerhandbuch, Addison Wesley Longman Verlag GmbH 1999, S.13. 6 Vgl. Fowler,,a.a.O., S.20.
4 In dieser Arbeit sollen die traditionellen Modellierungssprachen (EPK, Petri-Netze) bezüglich ihren Ablaufstrukturen, mit der objektorientierten Modellierungssprache UML verglichen werden ( Use Case, Zustandsdiagramm, Aktivitätsdiagramm). Vornehmliches Augenmerk gilt der graphischen Notation und die Darstellung der Ablaufstrukturen. Nach der allgemeinen Einleitung und der Beschreibung der einzelnen Vorgehensschritte meiner Arbeit im ersten Kapitel, folgt im zweiten Kapitel zunächst eine Beschreibung der einzelnen Diagramme und deren Ablaufstruktur. Im Anschluß (drittes Kapitel) werden die Ablaufstrukturen der einzelnen Diagramme miteinander verglichen. Im Resümee werden die Komplementarität der Ablaufstrukturen der einzelnen Netze noch mal zusammengefasst und ein kurzer Ausblick in die Zukunft geworfen. 2. Diagrammbeschreibungen und Ablaufstrukturen 2.1 Ereignis gesteuerte Prozesskette (EPK) Um einen Unternehmensprozess aus dynamische Sich zu beschreibenden 7 wurde am Institut für Wirtschaftsinformatik in Saarbrücken eine Modellierungssprache entwickelt, die auf der Grundlage von Petri-Netzen aufbaut. Sie bietet die Möglichkeit der Analyse und Darstellung der zeitlich logischen Abfolge von Funktionen: Die Ereignis gesteuerte Prozesskette. 8 Im wesentlichen bestehen EPK`s aus den Grundelementen Ereignisse und Funktionen 9 (Aktivitäten). Mit Funktionen sind komplexe Tätigkeiten gemeint, die weiter untergliedert werden können und direkt in den Prozeß eingehen. Indem sie Objekte lesen, verändern, löschen und erzeugen transformieren sie Input und Output Daten. Ebenso sind in ihnen Entscheidungskompetenzen für nachfolgende Funktionen enthalten. 10 Funktionen werden als Rechteck mit abgerundeten Ecken dargestellt. Abb. 1 Grafik einer Funktion in der EPK 11 Die Bezeichnung der Funktion sollte immer das Objekt der Bearbeitung und die Tätigkeit enthalten, die gerade ausgeführt wird. Funktionen und Ereignisse werden hintereinandergeschaltet, 7 Vgl. Keller,G./ Nüttgens, M./Scheer A.W. : Semantische Prozeßmodellierung auf Grundlage Ereignisgesteuerte Prozeßketten (EPK), IWI Heft 89, Saarbrücken Januar 1992, S.10. 8 Vgl. Hoffmann, W. / Kirsch. J. / Scheer. A:W., IWI Heft 101, a.a.o.s.3. 9 Vgl. Rittgen, Peter: Quo vadis EPK in ARIS? WI Schwerpunktaufsatz in Zeitschrift für Wirtschaftsinformatik 42(2000)1, S.27-35. 10 Vgl. Keller,G./ Nüttgens, M./ Scheer A.W., a.a.o. S. 9. 11 Vgl. Hoffmann W./Kirsch J./ Scheer A.-W.: Modellierung mit Ereignisgesteuerten Prozeßketten (Methodenhandbuch, Dezember 1992), IWI Heft 101 Saarbrücken Januar 1993 S.5 In Scheer, A.W.: ARIS 1992 S. 114.
5 so entstehen komplexe Ablauffolgen von Funktionen und Ereignisse. Ereignisse zeigen wiederum das Ergebnis von Zustandsänderungen der (Informations-)Objekten auf, auf die wiederum mit einer Funktion reagiert wird. Aufgrund dieses Transformationsprozesses tritt wieder eine Zustandsänderung ein, auf den wieder mit einer Funktion reagiert wird Ereignisse werden durch Sechsecke dargestellt. Abb. 2 Grafik eines Ereignisses in der EPK 12 Die Ereignisse lösen Funktionen aus und diese sind wiederum Ergebnis von Funktionen. 13 Die logische Verknüpfung erfolgt mit Pfeilen. Wichtig: Ereignisse haben keine Entscheidungskompetenz! 14 Jedes EPK beginnt mit einem Ereignis ( Startereignis ) und endet mit mindestens einem Ereignis (Endereignis) oder ist mit einem weiteren EPK verknüpft. (1) Ablaufstruktur eines EPK ohne Verzweigung Sequenz 15 Startereignis Aktivität (Funktion) und Ereignis im Wechsel Pfeile : Abhängigkeiten zwischen Ereignis und Funktion (Richtung und zeitlicher Ablauf) Endereignis Ereignisse enthalten keinen Schaltmechanismus, daher werden, um eine komplexe Ablauflogik darzustellen zusätzlich Verknüpfungselemente erforderlich. 16 (2) EPK mit Verzweigungen mit Verknüpfungsoperatoren 17 und (and) 12 Vgl. Hoffmann W./Kirsch J./Scheer A.-W., a.a.o., S.6. 13 Vgl. Hoffmann. W./Kirsch J./ Scheer A.-W., a.a.o., S.5. 14 Hoffmann. W./Kirsch J./ Scheer A.-W, a.a.o., S.12. 15 Vgl. Rittgen, Peter, a.a.o., S.31. 16 Vgl. Chen R./ Scheer A.W. : Modellierung von Prozessketten mittels Petri-Netz Theorie, IWI Heft 107, Saarbrücken, Februar 1994 S.15. 17 Vgl. Rittgen, Peter: Quo vadis EPK in ARIS? Ansätze zu syntaktischen Erweiterungen und einer formalen. Semantik, Artikel in der Zeitschrift: Wirtschaftsinformatik 42(2000)1, S.27-35.
6 oder (or) exclusives oder (xor) Der Verknüpfungsoperator und verknüpft zwei oder mehr Ereignisse und kann eine Bedingung ausdrücken, die eine Aktivität starten läßt. Folgt einer Aktivität eine und Verknüpfung, so führt diese zu zwei Ereignissen, die im Prozess weiter parallel ablaufen. Der Verknüpfungsoperator oder werden Alternativen (Auswahlmöglichkeiten), die sich nicht gegenseitig ausschließen, geboten. Ein Ereignis löst dabei mindestens eine Aktivität aus. Nachdem eine Aktivität stattgefunden hat, kann diese danach auch mindestens ein Ereignis folgen lassen. Es muss dann mindestens ein Ereignis eintreten. Der Verknüpfungsoperator exclusives oder ist eine Ausschlussbedingung. Es beschreibt eine entweder -oder Beziehung. Es muss eine Entscheidung folgen. es kann nur ein Ereignis eintreten, was einer Aktivität folgt. Ein Ereignis das mit exclusivem oder verknüpft ist, kann nur eine Folgeaktivität auslösen. Je nach der Art der Verknüpfung handelt es sich um eine Ereignistypenverknüpfung, oder Funktionstypenverknüfung. (Tabelle 1/ Anhang1) 18 2.2 Die Petri-Netze Petri Netze basieren auf einer Dissertation von C.A. Petri (1962 an der TH Darmstadt) 19 und er gab damit Anstöße zur Weiterentwicklung unter anderem an seinen Institut in Bonn. 20 Sie dienen dazu verteilte diskrete Systeme zu beschreiben und ermöglichen die Darstellung von nebenläufigen sowie nichtdeterministischen Vorgängen. Man unterscheidet zwischen (Teil-) Zuständen (Objekten, Bedingungen) und Zustandsänderungen (Aktivitäten, Ereignisse). 21 Allgemein und neutral wird in den Netzen, zur Modellierung, von Stellen und Transitionen (nicht mehr von Objekten und Ereignissen) gesprochen. Die Pfeile werden als Kanten bezeichnet. Markierungen im Netz entsprechen einem Bestand von Objekten. Diese Markierungen werden mit Marken (Tokens) belegt. Einzelereignisse bestehen im Schalten von Transitionen, wobei jeweils Marken auf den benachbarten Stellen verbraucht oder erzeugt werden. Wie das geschieht bestimmt die Schaltregel. 22 Schaltregel im Netz: 23 18 Hoffmann, W./Kirsch, J./Scheer, A:-W., a.a.o. S.13. 19 Vgl. Balzert, Helmut: Lehrbuch der Software-Technik, Spektrum Akadem. Verlag 1996, S.297. 20 Vgl. Baumgarten, B. : Petri-Netze Grundlagen und Anwendungen, Spektrum Akadem. Verlag 1996, S.14. 21 Vgl. Baumgarten, B., a.a.o. S.15. 22 Vgl. Baumgarten, B., a.a.o. S.17. 23 Balzert, Helmut: Lehrbuch der Software Technik, Spektrum Akadem. Verlag 1996, S. 298f.
7 Eine Transition t kann schalten oder feuern, wenn jede Eingabestelle von t mindestens eine Marke enthält. Schaltet eine Transition, dann wird aus jeder Eingabestelle eine Marke entfernt und zu jeder Ausgabestelle einer Marke hinzugefügt. Eine zusätzliche Bedingung folgt für das Schalten einer Transition in einem Bedingungs- Ereignis Netz: Eine Transition t kann nur Schalten, wenn jede Eingabestelle von t eine Marke enthält und wenn jede Ausgabestelle von t leer ist. Marken Eingabestelle von t S1 t S2 Stelle = Zwischenablage von Daten Ausgabestelle von t In Abhängigkeit nach Art der Objekte unterscheidet Balzert: 24 Bedingungs-/Ereignis Netz Stellen-/Transitionen Netz höheres Petri Netz Nur wenige graphische Symbole werden zu Darstellung benötigt. Stellen ( auch Plätze /Zustände)werden durch Kreise, Transitonen (Hürden/Zustandsübergänge) durch Rechtecke oder Balken. Der Graph besteht nun aus dieser beiden Sorte von Knoten. 25 Grafische Darstellung der Symbole: 26 Stelle Transition Die Pfeile (Kanten) dürfen dabei nur von einer Sorte Knoten zur anderen Sorte Knoten führen. 27 Durch eine konkrete Marke die durch das Netz fließt wird ein dynamischer 28 Vorgangsablauf simuliert. Fließt eine Marke durch das Netz so bedeutet das, das ein konkretes Objekt durch das Netz wandert. Ablaufstrukturen : 24 Balzert, Helmut, a.a.o. S.299. 25 Vgl. Balzert, Helmut, a.a.o. S. 298. 26 Balzert, Helmut, a.a.o. S.298. 27 Vgl. Balzert, Helmut, a.a.o. S.298. 28 Vgl. Balzert, Helmut, a.a.o. S.298.
8 Sequenz Alternative (Konflikt) Nebenläufigkeit Synchronisation Alle Petri-Netze beginnen mit der Anfangsmarkierung 29. Grafische Darstellung: Stelle mit Marken Marke Die Sequenz ist der einfachste Ablauf. Eine Stelle (Objektspeicher) wird mit Objekten (schwarze Marken) belegt, diese werden mit Transition (Aktivität) weitergegeben. 30 Dies erfolgt im Wechsel von der Quelle bis zur Endstelle. Transition heißt, daß man hier den Inhalt des Objektes z.b. verändern, herausnehmen etc. kann. Ein Objekt stellt dabei die Ressourcen (Maschinen, Personen etc. dar, die an der Aktivität beteiligt sind). Die Pfeile von Stelle zur Transition und umgekehrt sind als Input zu Output Beziehung zu interpretieren. Eine Alternative 31 bedeutet eine Gabelung nach einer Stelle. Zwei Transitionen streiten um eine Marke. Ein Objekt hat nun zwei Wege zur Auswahl (oder -Beziehung). Bei der Sequenz und der Alternative kann die Marke nur einen Weg nehmen. Bei der Nebenläufigkeit findet eine Gabelung nach einer Transition statt und zwei Objekte werden erzeugt. Danach laufen die Aktivitäten nebenläufig (und -Beziehung) ab. Die Nebenläufigkeit ist eine Reihenfolgebeziehung. Die Synchronisation 32 kombiniert zwei unabhängige Ablaufstränge miteinander und führt sie später zusammen. Sequenz Alternative (Konflikt) 29 Vgl. Balzert, Helmut, a.a.o. S.300. 30 Vgl. Balzert, Helmut, a.a.o. S.298. 31 Vgl. Reisig, Dr. Wolfgang: Systementwurf mit Netzen, Springer Verlag, 1985, S.15. 32 Vgl. Baumgarten, B.: Petri Netze -Grundlagen und Anwendung, Spektrum Akademischer Verlag, 1996, S.143f.
9 Nebenläufigkeit Synchronisation 2.3 Das Zustandsdiagramm Zustandsdiagramme beschreiben das Verhalten eines Systems. Es beschreibt die möglichen Zustände die ein bestimmtes Objekt annehmen kann, und wie sich ein Objekt nach eintreten eines Ereignisses (über mehrere Anwendungsfälle) 33 verändert hat. Meist wird es für eine Klasse entworfen, um das Verhalten des Objektes während seiner Lebensdauer aufzuzeigen. 34 In Anlehnung an die Idee von neuronalen Netzen und Schaltkreisen entstanden von Hoffmann, Moore und Mealy in den Jahren 1954 bis 1956 Zustandsautomaten. 35 In der Informatik versteht man unter Automaten mathematische Modelle und Systeme, die Informationen verarbeiten und somit Antworten auf Ereignisse oder Eingaben haben. 36 Auf solche Zustandsautomaten wird hier nicht näher eingegangen. In dieser Arbeit beschränke ich mich auf die gezeichneten Zustandsdiagramme, man kann aber auch als Zustandstabellen oder Zustandsmatritzen als Darstellungsform wählen. Ein Zustand wird in der Informatik als Kreis 37 und in der Software-Technik als Rechteck 38 dargestellt. Die Transitionen (Übergänge) sind als Pfeile gezeichnet. Die Syntax der Transaktionsbeschriftung ist durch drei Teile optional angezeigt: Ereignis [Bedingung]/Aktion oder, wenn die Aktion beendet ist mit einer Aktivität. Aktionen werden für die Transitionen 33 Vgl. Martin Fowler/Kendall Scott, a.a.o. S.129. 34 Vgl. Martin Fowler/Kendall Scott, a.a.o. S.129. 35 Vgl. Balzert, Helmut, a.a.o. S.270. 36 Balzert, Helmut, a.a.o. S.270. 37 Vgl. Balzert, Helmut, a.a.o. S.271. 38 Vgl. Balzert, Helmut, a.a.o. S.273.
10 verwendet, als kurzzeitig und nicht unterbrechbaren Prozess betrachtet, während die Aktivitäten mit Zuständen assozierbar sind und länger andauern können. 39 Bedingungen kann nur wahr oder falsch sein, mit übergangsüberwachender Funktion, das an B/E-Netze erinnert (boolean Variablen). Für eine Zustand kann nur eine dieser Transitonen gewählt werden. Damit schließen sie sich für jedes Ereignis gegenseitig aus. 40 Zustandsdiagramme starten mit einer Anfangstransition. Der Startzustand wird lt. Notation mit einem unbeschrifteten Pfeil, oder durch die Pfeilbeschriftung Start und einem gefüllten schwarzen Kreis gezeichnet. Doppelte Kreise hingegen markieren den Endzustand. 41 Grafische Darstellung: Start Ende Zustandsdiagramme können: nebenläufig sein einen Oberzustand besitzen Nützlich sind nebenläufige Zustandsdiagramme, wenn ein Objekt verschiedene unabhängige Verhalten aufweist. Nebenläufige Abschnitte in einem Zustandsdiagramm können Bereiche sein, in denen ein Objekt (z.b. Auftrag) sich in unterschiedlichen Zuständen gleichzeitig befindet. 42 Ein Oberzustand 43 ist nützlich, um eine Transition an Unterzustände zu vererben, um nicht jede dieser Transitionen vor diese Unterzustände einzeln schreiben zu müssen. Z1 Z2 Durch Ereignisse werden Übergänge von einem Zustand Z1 zum nächsten Z2 ausgelöst. 44 Der Zustand kann Bedingungen an diese Ereignisse knüpfen, erst wenn diese erfüllt sind, kann der Zustand durch dieses Ereignis eingenommen werden. Die Bedingungen können dabei unabhängig vom Ereignis definiert sein. Ereignisse können Aktionen innerhalb eines Zustandes auslösen. 45 Drei spezielle Auslöser sind definiert: 39 Vgl. Martin Fowler/Kendall Scott, a.a.o. S.123. 40 Vgl. Martin Fowler/Kendall Scott, a.a.o. S.124. 41 Vgl. Balzert, Helmut, a.a.o. S.271. 42 Vgl. Martin Fowler/Kendall Scott, a.a.o. S.128f. 43 Vgl. Martin Fowler/Kendall Scott, a.a.o. S.126. 44 Vgl. Östereich, Bernd: Objektorientierte Softwareentwicklung: Analyse und Design mit der Unified Modeling Language, Oldenburg Verlag, S.313. 45 Vgl. Östereich, B., a.a.o. S.313.
11 entry löst automatisch beim Eintritt einen Zustand aus exit löst automatisch beim Verlassen eines Zustandes aus, do wird immer wieder ausgelöst, solange der zustand aktiv ist, d.h. nicht verlassen wird. 46 2.4 Das Aktivitätsdiagramm Aktivitätsdiagramme (spezielle Form des Zustandsdiagramms) 47 verwendet man, um dynamische Aspekte eines Systems zu modellieren. Modelliert werden nacheinander ablaufende, oder möglicherweise nebenläufig ablaufende (parallele Anteile) 48 Schritte im Verarbeitungsprozess. 49 Man kann sich bei der Modellierung dieser dynamischen Aspekte auf Aktivitäten konzentrieren, die zwischen den Objekten stattfinden. 50 Eine Aktivität ist ein Zustand mit einer internen Aktion und einer oder mehreren ausgehenden Transitionen. Sie ist ein einzelner Schritt im Ablauf. Wenn Transitionen durch die Bedingungen unterschieden werden, kann einer Aktivität auch mehrere Transitionen folgen. 51 Aktivitäten können Bestandteil des Zustandsdiagramms sein, werden aber im Aktivitätsdiagramm besser dargestellt, dabei sind die Aktivitäten Objekten eindeutig zugeordnet. Sie können nacheinander, gleichzeitig oder abwechselnd laufen (Nebenläufig). Aktivitäten oder Aktivitätsdiagramme sind entweder einer Klasse einer Operation oder einem Anwendungsfall zugeordnet. Interne Ablaufmöglichkeiten werden damit beschrieben. 52 Aktivitätsdiagramme unterteilen Verantwortlichkeitsbereiche. Es kann ausgedrückt werden zu welcher Klasse die Aktivität gehört. Eine weitere Möglichkeit, parallele Abläufe darzustellen, sind multiple Transitionen (z.b. bei Reihenfolgeprüfungen). Die Diagramme sind somit geeignet, fachliche Zusammenhänge und Abhängigkeiten, im Anwendungsfall und darüber hinaus ( Entscheidungslogik) zu beschreiben. 53 46 Östereich, B., a.a.o. S.313. 47 Vgl. Östereich, B., a.a.o. S.295. 48 Vgl. Martin Fowler/Kendall Scott, a.a.o. S.131. 49 Vgl. Booch, Grady, a.a.o. S.291. 50 Vgl. Booch, Grady, S.292f. 51 Vgl. Östereich,B. a.a.o. S.295. 52 Vgl. Östereich, B., a.a.o. S. 295f. 53 Vgl. Östereich, B., a.a.o. S. 296.
12 Der Startzustand im Diagramm wird mit einem schwarzen Kreis und die Endzustände jeweils mit einem nicht ausgefüllten größeren Kreis, in dem ein kleiner ausgefüllter Kreis liegt ( Siehe Zustandsdiagramm) gezeichnet. Die Aktivität ist eine Figur mit gerader Ober- und Unterkante und konvex geformten Seiten. Sie enthält eine Aktionsbeschreibung (Name oder Programmiercode). Transitionen sind Pfeile. Ablaufstruktur des Aktivitätsdiagramms: 54 Eingehende Transitionen lösen die Aktivitäten aus. Existieren mehrere Transitionen, können Aktivitäten unabhängig voneinander ausgelöst werden. Die ausgehenden Transitionen werden mit Ereignispfeilen notiert, ohne expliziet das Ereignis zu beschriften. Durch den Abschluss der Aktivität wird die Transition automatisch ausgelöst. Grafische Darstellung : 55 A1 löst A2 aus In eckigen Klammern schreibt man Bedingungen (boolesche Ausdrücke), mit denen man ausgehende Transitionen beschriften kann. Alternativ können aber auch Verzweigungspunkte verwendet werden. Eine nicht gefüllte Raute zeigt eine (Entscheidungs-)Aktivität, von ihr gehen verschiedene Transitionen mit ihren Bedingungen aus. Grafische Darstellung 56 : Aktivität Entscheidung Synchronisation Splitting Transitionen können synchronisiert und geteilt werden ( kleine dicke Linien). Von diesen dicken Linien gehen Transitionen ab oder treffen ein. Aktivitäten bewirken eine Änderung des Objektzustandes. Objektzustände werden durch Rechtecke dargestellt. Sie beinhalten den Namen des Objektes und in eckigen Klammern geschrieben, den Objektzustand. Verbunden werden Objekte mit Aktivitäten durch gestrichelte Transitionen. 54 Vgl. Östereich, B., a.a.o. S.296ff. 55 Östereich, B., a.a.o. S.297.
13 2.5 Das Anwendungsfalldiagramm (USE CASE) Im Use Case Modell werden Anwendungsfälle des aktuellen Softwareprojekts angegeben. Eingezeichnet in das Diagramm werden neben den Use Case Typen, noch deren Abhängigkeit untereinander und die Beteiligung sogenannter Akteure gezeigt. 57 Der Akteur ist eine vom Anwender auf das System eingenommene Rolle, der Anwendungsfälle durchführt. 58 Die eingezeichneten Akteure, sind als direkte Teilnehmer an der Kommunikation mit dem System zu identifizieren. Zwischen dem Akteur und dem Use Case kann eine Kommunikationsbeziehung eingetragen werden, die eine Interaktion des Akteurs mit dem System anzeigt. Zwischen Use Cases kann man eine Erweiterungs- oder Benutztbeziehung definieren. Jedes Use Case hat einen Namen, der den Systemausschnitt (das System) benennt 59. Graphische Darstellung eines Use Case Diagramms: 60 benutzt Akteur Use Case erweitert Anwendungsfälle benutzt man als nützliches Werkzeug in der Anforderungsermittlung und in der Planung sowie der Überwachung eines iterativen Projekts. 61 3. Vergleich der Ablaufstruktur und Analogien der Diagramme 3.1 Anfangs- und Endzustände Beim Zustandsdiagramm sind Start und Endzustände zwei besondere Zustandstypen. Zu einem Startzustand kann kein Übergang stattfinden, von einem Endzustand führt kein Ereignis mehr weg. Graphisch: Startzustand (ausgefüllter schwarzer Kreis) : Endzustand (nicht ausgefüllter Kreis in dem kleinerer innerer Kreis ist) 62 : Beim Aktivitätsdiagramm ist die graphische Notation analog dem Zustandsdiagramm. Das Petri-Netz beginnt mit einer Anfangsmarkierung (Schwarze Marken). Eine Stelle ist mit Marken bestückt und die Transition kann gemäß der Schaltregel schalten. 63 56 Östereich, B., a.a.o., S.297. 57 Vgl. Burghardt, Rainer, a.a.o. S.254. 58 Vgl. Martin Fowler/Kendall Scott, a.a.o. S.53. 59 Vgl. Burghardt, Rainer, a.a.o. S.254f. 60 Martin Fowler/Kendall Scott, a.a.o. Deckblatt 61 Vgl. Martin Fowler/Kendall Scott, a.a.o. S.60.
14 Graphisch: 64 Stelle mit Marken Marken Marken geben im Anfangsfall die zu Beginn erfüllten Bedingungen an (B/E-Netz). 65 In einem S/T-Netz ist eine Anfangsmarkierung gegeben, die für jede Stelle die Anfangszahl ihrer Marken festlegt (gemäß ihrer Kapazität). 66 Die EPK beginnt mit einem Startereignis und endet mit mindestens einem Ereignis (Endereignis), oder ist mit weiteren EPKs verknüpft. Startereignis Endereignis 3.2 Nebenläufigkeit Nebenläufige Zustandsdiagramme sind nützlich, wenn ein Objekt verschiedene unabhängige Verhalten ausweist. 67 Die Nebenläufigen Abschnitte in einem Zustandsdiagramm sind Bereiche, in denen sich ein Objekt zu jedem Zeitpunkt in zwei unterschiedlichen Zuständen gleichzeitig befindet. Jeweils einer von jedem Bereich. 68 Abb.: Zustandsdiagramm und Nebenläufigkeit von Zuständen. 69 Oberzustand Aktivitätsdiagramme beschreiben die Ablaufmöglichkeiten eines Systems mit Hilfe von Aktivitäten. Wobei eine Aktivität ein Zustand ( mit interner Aktion und mindestens ein oder mehreren ausgehenden Transitionen) ist, und im Diagramm jedoch eindeutig Objekten zugeordnet sind. Die ausgehende Transition impliziert dabei den Abschluß einer internen Aktion. Mehrere ausgehende Transitionen werden durch Bedingungen unterschieden. Man kann mit Hilfe des Aktivitätsdiagramms nebenläufige Aktivitäten unterstützend beschreiben (Nebenläufigkeit). 70 62 Vgl. Östereich, B., a.a.o. S.314. 63 Vgl. Balzert,Helmut, a.a.o. S. 300. 64 Balzert, Helmut,a.a.O. S.300. 65 Vgl. Reisig, Dr. Wolfgang, a.a.o. S.13. 66 Vgl. Reisig, Dr. Wolfgang, a.a.o. S.31. 67 Fowler Martin/Kendall Scott a.a.o. S.129. 68 Vgl. Martin Fowler/Kendall Scott, a.a.o. S. 128. 69 Martin Fowler/Kendall Scott, a.a.o. Deckblatt.
15 Splittingbalken als graphische Notation: 71 Bei Petri Netzen werden Nebenläufigkeiten zwei Objekte erzeugt, durch eine Gabelung nach einer Transition. (Graphik: Petri Netze Kapitel 2.2). Soweit sind die Petri-Netze den Aktivitätsdiagramm sehr ähnlich, man kann in beiden Fällen dynamische Aspekte des Systems modellieren. Dabei konzentriert man sich beim Aktivitätsdigramm auf Aktivitäten, die zwischen den Objekten stattfinden, und in den Petri Netzen. Bei EPK stellt der logische UND- Verknüpfer einen parallelen nebenläufigen Ablauf dar. 72 3.3 Synchronisation In dem Zustandsdiagramm ist Synchronität vergleichbar mit der Datenkombination. Scheer und Hoffmann zeigen ein weiteres Beispiel von Ausplittung von Steuerung, Steuerungssynchronisation. 73 d1 (d1,d2) d2 = Ereignisse Unterzustand Die Synchronisation im Aktivitätsdiagramm sind so definiert, das alle eingehenden Transitionen vorliegen müssen, bevor die abgehende Transition feuert (UND-Synchronisation) 74. Die Möglichkeit zu beschreiben, das bereits eine eingehende Transitionen zum feuern ausreicht ist 70 Vgl. Östereich, B., a.a.o. S.295. 71 Östereich, B., a.a.o. S.297. 72 Hoffmann, W./Scheer, A.-W./Hoffmann, M., a.a.o. S.18. 73 Vgl. Hoffmann, W./Scheer, A.-W./Hoffmann, M., a.a.o. S.6. 74 Vgl. Österreich, B., a.a.o. S. 297.
16 die ODER-Synchronisation. Österreich benennt seine Möglichkeit der Notation, in dem er die Balken beschriftet. 75 (AND) (OR) (XOR) Für parallel laufende Aktivitätspfade beim Aktivitätsdiagramm gilt, dass ihre Reihenfolge keine Rolle spielt. Sie können parallel, nacheinander oder abwechselnd laufen. Parallele Abläufe werden auch mit multiplen Transitionen bzw. Auslösern dargestellt, dies erlaubt z.b. in Stücklisten Einzelpositionen unabhängig voneinander zu prüfen. Werden ausgehende Transitonen mit Bedingungen versehen ist der folgende Ausdruck wahr oder falsch. Es stellt also, wie die nicht ausgefüllte Raute, eine (Entscheidungs-) Aktivität dar ( siehe Grafik Kapitel 2.5). x>0 x=0 Aktivität x<0 Synchrone Abläufe finden bei den Petri-Netzen zwischen Stellen (runder Kreis) und Transitionen rechteckiger Kasten) statt. Dabei verlaufen die ersten Ablaufstränge unabhängig voneinander und werden später wieder zusammengeführt. 76 ( Graphik: Petri-Netze Kapitel 2.2). Bei der EPK wird Synchronisation durch das zusammenführen von Funktionen und Ereignissen gezeigt. Es folgt zuerst eine Aufspaltung, die wieder später im Ablauf die Knoten zusammenführt. Ich denke am ähnlichsten wäre dann die logische UND- Verknüpfung bei der Zusammenführung zu wählen. Möglicherweise aber auch die ODER- Verknüpfung in Frage. a) b) 75 Österreich, B., a.a.o. S.297.
17 a)und: Wenn die EreignisseE1 und E2 eingetreten sind, startet Funktion F1. b)oder 3.4 Sequenz a) Zustandsdiagramm Anfangszustand Zwischenzustand Ergebnis b) Aktivitätsdiagramm Startzustand A1 A2 Das Zustandsdiagramm und das Aktivitätsdiagramm zeigen vom Startpunkt bis zum Endzustand. Das Aktivitätsdiagramm ist eine spezielle Form des Zustandsdiagramms, das überwiegend oder ausschließlich Aktivitäten enthält. 77 Wobei eine Aktivität beim Aktivitätsdiagramm ein Zustand mit einer internen Aktion und einer oder mehreren ausgehenden Transitionen darstellt. 78 Im Petri-Netz erfolgt die Sequenz, durch den Wechsel von Stelle und Transition. Stellen sind Im EPK mit Ereignissen vergleichbar und die Transitionen mit den Funktionen (Aktivitäten). Ereignis Funktion (Aktivität) Ereignis 3.5 Konflikt Im Aktivitätsdiagramm könnte man den Konflikt mit der Darstellung der Entscheidung vergleichen. Die ausgehenden Transitionen können mit Bedingungen versehen werden (boolesche Ausdrücke). Wie bei der Entscheidungsgraphik in Unterpunkt 3.2. bereits erwähnt, können die Bedingungen direkt die Aktivität verlassen, oder man kann sie auch Alternativ durch eine nicht gefüllte Raute zeichnen. 79 76 Vgl. Baumgarten, B.,a.a.O. S.143f. 77 Vgl. Östereich, B., a.a.o. S. 295. 78 Vgl. Östereich, B., a.a.o. S. 295. 79 Vgl. Östereich, B., a.a.o. S.297.
18 Im Petri-Netz besteht der Konflikt darin, das sich nach einer Stelle zwei Transitionen um eine Marke streiten. In der EPK wird man das Exclusive -Oder als Alternative darstellen.da es sich hierbei um eine entweder-oder Verknüpfung handelt, wird hier nur ein Weg genommen. Nach einer Funktion folgt entweder Ereignis E1 oder E2. Nach der Funktion A1 oder A2 folgt ein Ereignis E1. 80 Anmerkung: Die Autoren W. Hoffmann, A.-W.Scheer und M. Hoffmann weisen in ihrer Arbeit: Überführung strukturierter Modellierungsmethoden in der Objekt Modeling Technique (OMT), darauf hin das man eine EPK nicht so einfach in ein Zustandsdiagramm überführen kann. Die Entwicklung dynamischer Modelle auf Basis einer EPK ist wegen ihrer Prozeßorientiertheit nicht einfach so möglich. ( Vergleichsdiagramme im Anhang 2). 81 Resümee Mit den hier ausgeführten Darstellungsform der EPK und der Petri-Netze läßt sich ein Vergleich mit den objektorientierten Modellierungssprachen zeigen. Auf theoretischer Grundlage der Petri-Netze wurde die EPK entwickelt. Sie ist geeignet für die Darstellung von Funktions- und Ereignistypen im Unternehmensbereich. 82 Dabei lösen Ereignisse Funktionen aus und sind wiederum Ergebnis von Funktionen. Durch diese Aneinanderreihung, entsteht ein Prozeß, der eben mit einer komplexen EPK dargestellt wird. Ereignisse können als Ergebnis einer Zustandsänderung von Objekten angesehen werden, auf die wiederum mit einer Funktion reagiert wird. Dieser Vorgang ruft eine weitere Zustandsänderung hervor. 83 Da Funktionen von mehreren Ereignissen ausgelöst werden können, und mehrere Ereignisse dadurch erzeugen können, wurden die logischen Verknüpfungsoperatoren eingeführt, um die Auslöser-Erzeuger Beziehung zu modellieren. 84 80 Vgl. Hoffmann, W./Kirsch, J., a.a.o. S.13. 81 Vgl. Hoffmann.W./Scheer, A.-W./Hoffmann,M., a.a.o. S.17ff. 82 Vgl. Chen, R./ Scheer, A.-W., a.a.o. S.13. 83 Vgl. Hoffmann, W./Scheer, A.-W.: Überführung strukturierter Modellierungsmethoden in die Object Modeling Technique (OMT), IWI Heft 114, Saarbrücken März 1995, S.14f. 84 Vgl. Hoffmann, W./Scheer, A.W., a.a.o., S.15.
19 UND ODER Exclusives Oder XOR Bedingung Auswahl von Alternative Ausschluss (Entscheidung) Petri-Netze basieren auf der Dissertation von C.A. Petri. Allgemein wird in dem Netz, zur Modellierung, von Stellen und Transitionen gesprochen. Die Stellen sind vergleichbar mit Ereignissn der EPK, die Transitionen entsprechen den Funktionen. Der Bestand an Objekten wird durch Marken angezeigt. Der Bewegungsablauf der Marken im Netz wird durch die Schaltregel festgelegt. Ablaufstrukturen sind: Sequenz, Alternative, Nebenläufigkeit und Synchronisation. Das Zustandsdiagramm besteht aus Zuständen, Zustandsübergängen, Ereignissen und Aktivitäten. Zustandsdiagramme, sowie das Aktivitätsdiagramm, stellen die dynamische Sicht des Systems dar. Im Aktivitätsdiagramm wird der Fluss von einer Aktivität zur anderen dargestellt. Im Diagramm wird der Kontrollfluss zwischen den Objekten in den Vordergrund gestellt. Mit den neusten Werkzeugen stehen neben dem Use Case und anderen UML Diagrammen auch Zustandsdiagramm und Aktivitätsdiagramme zur Verfügung. In den 80er und 90er geht die Weiterentwicklung Richtung objektorientierten Modellierungssprachen. Zustandsdiagramme lassen sich laut Hersteller z.b. von Case Tool OTW Komplette Systeme oder ein Objekt in den Zuständen beschreiben. Das Aktivitätsdiagramm zeigt den Ablauf der Aktivitäten und berücksichtigt im Ablauf die Interaktion mit den Objekten. Darüber hinaus ist die Darstellung von Synchronisation und Parallelitäten ebenfalls möglich. 85 Während es zweifellos möglich ist zusammenhängend Prozesse zu beschreiben, ziehen es viele Leute vor, ein Diagramm zu benutzen, um sich das Verhältnis der Elemente einfach anders darzustellen. UML bietet in dieser Weise diesen Standard an. Eines der Ziele des Designs von UML war, die verschiedenen Formsprachen in einen allgemeinen Standard zu vereinheitlichen, was den Drei Amigos gelang. Zum Thema "objektorientierte Anwendungsentwicklung" äußerte sich der Referent Professor Helmut Balzert auf der HP Konferenz "Software-Technik-Trends" pro Objektorientierungbereit 85 Vgl. Artikel aus der Zeitschrift: Computerwoche: Modellieren gemäß -UML, OWIS aktualisiert Case Tool OTW, Computerwoche Nr.25 vom 25.06.1999, S.16.
20 in 1994. Für ihn bestand kein Zweifel, daß " die objektorientierten Methoden für die 90er das sein werden, was die strukturierten Methoden für die 70er waren. 86 Der Zenit bei Modellierungssprachen ist mit Sicherheit noch nicht erreicht, so daß es sinnvoll ist, Weiterentwicklung zu betreiben, und Möglichkeiten zu finden, das noch vorhandene potential auszuschöpfen. Literaturverzeichnis 86 Vgl. Artikel aus der Computerzeitschrift 40/1994, S.7. HP-Konferenz "Software-Technik-Trends" pro Objektorientierung.
21 Artikel in Zeitschriften: Ansätze zur Integration von Petri-Netzen und objektorietierten Konzepten, Wirtschaftsinformatik Heft Nr. 42, 2000 Artikel in Zeitschriften: HP-Konferenz "Software-Technik-Trends" pro Objektorientierung, Computer Zeitung Nr. 40, 1994 Artikel in Zeitschriften: Owis aktualisiert Case-Tool OTW, Computerwoche Nr. 25, 1999 Artikel in Zeitschriften: Quo vadis EPK in Aris? Ansätze zu syntaktischen Erweiterungen und einer formalen Semantik, Wirtschaftsinformatik Heft Nr. 42, 2000 Balzert, Helmut: Lehrbuch der Software Technik, 1996 Baumgarten, B.: Petri-Netze: Grundlagen und Anwendungen, 1996 Booch, Grady: Das UML-Benutzerhandbuch, Bonn 1999 Burkhardt, Rainer: UML- Unified Language: Objektorientierte Modellierung für die Praxis, Bonn 1999 Chen R./Scheer A.-W.: Modellierung von Prozeßketten mittels Petri-Netz-Theorie, IWI Heft 107, Saarbrücken 1994 Fowler, Martin / Scott, Kendall: UML-konzentriert. Die Standardobjektmodellierungssprache anwenden, Bonn 1998
22 Hoffmann W./Kirsch J.: Modellierung mit Ereignisgesteuerten Prozeßketten, Methodenhandbuch, Stand: Dez. 1992, IWI Heft 101, Saarbrücken 1993 Hoffmann, W. / Scheer, A.-W. / Hoffmann, M.: Überführung strukturierter Modellierungsmethoden in die Object Modeling Technique, IWI Heft 114, Saarbrücken 1995 Keller G./Nüttgens M./Scheer A.-W.: Semantische Prozeßmodellierung auf der Grundlage "Ereignisgesteuerter Prozeßketten (EPK)", IWI Heft 89, Saarbrücken 1992 Oestereich, Bernd: Objektorientierte Softwareentwicklung: Analyse und Design mit der Unified modeling language, Oldenburg Verlag, München 1998 Reisig, Wolfgang: Systementwurf mit Netzen, Berlin 1985 Scheer, August-Wilhelm: Wirtschaftsinformatik: Referenzmodelle für Industrielle Geschäftsprozesse, Springer Verlag, Berlin 1997