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HAUPTBEITRAG / REQUIREMENTS-ENGINEERING                                          }

             Ein Requirements-Engineering-
             Referenzmodell
                                                                                         Manfred Broy · Eva Geisberger
                                                                                     Jürgen Kazmeier · Arnold Rudorfer
                                                                                                           Klaus Beetz




         Requirements-
         Engineering ist      Sehr früh war gerade       Folge von Aufgaben der Anforderungsdefinition
    integraler Bestand-       im Umfeld der Soft-        und Detaillierung, aber auch der Überprüfung der
   teil der Entwicklung       wareerstellung den         Anforderungen durch Validierung und Verifikation.
    von Produkten, von        Entwicklern aus guten            Untersuchungen zeigen, dass das Beherrschen
Systemen und natürlich        Gründen bewusst, dass      der Anforderungen und der Anforderungsanalyse
    auch von Software.        Anforderungen und          eine der wichtigsten Erfolgsvoraussetzungen für
                              Anforderungsanalysen       die Durchführung von Projekten ist. Umso mehr
 entscheidend für die erfolgreiche Durchführung          erstaunt es, dass es bisher keine allgemeingültigen
 von Softwareprojekten sind. Eine Vielzahl unter-        Ansätze zur Durchführung der Anforderungsanalyse
 schiedlicher Ansätze in Praxis und Wissenschaft         gibt. Auch die Dokumentation von Anforderungen
 zielen auf die Analysephase, allerdings häufig nur       und die Frage, was dabei alles zu berücksichtigen ist,
 auf bestimmte Aspekte. Eine ganzheitliche Anfor-        ist bisher nicht wirklich in umfassenden Ansätzen
 derungsanalyse für Softwaresysteme und allgemein        dargestellt. Das ist umso kritischer, als – gerade
 Systeme mit hohem Softwareanteil schließt viele         für die Praxis – eine stärkere Standardisierung der
 unterschiedliche Gesichtspunkte ein, angefan-           Anforderungsdokumente von hoher Bedeutung
 gen von den generellen Geschäftszielen über die         ist, da es in der Zusammenarbeit zwischen unter-
 funktionalen Anforderungen, die festlegen, wel-         schiedlichen Firmen äußerst hilfreich wäre, auf
 che Funktionen im Sinne der Nutzer ein System           einheitliche Verfahren zur Definition und Festlegung
 realisiert, werden bis hin zu den vielfältigen nicht-   der Anforderungen zurückzugreifen.
 funktionalen Anforderungen, die sich auf Fragen               Natürlich betreffen gerade die Festlegungen der
 der Qualität, der Kosten, der Entwicklungszeit, des     Anforderungen alle Aspekte eines Softwaresystems,
 Entwicklungsprozesses und vieles mehr richten.          da die Anforderungen sich auf die unterschiedlichs-

     Einleitung
                                                                                   DOI 10.1007/s00287-007-0149-5
 Mit den wachsenden Umfängen und der steigen-                                      © Springer-Verlag 2007
 den Komplexität von Software, mit der Zunahme                                     Manfred Broy · Eva Geisberger
 der Rolle von Software als Innovationstreiber für                                 Technische Universität München,
                                                                                   Boltzmannstr. 3,
 Systeme und Produkte kommt dem Requirements-                                      85748 Garching
                                                                                   E-Mail: broy@in.tum.de, geisberg@in.tum.de
 Engineering eine immer tragendere Rolle zu. Hinzu
                                                                                   Jürgen Kazmeier · Arnold Rudorfer
 kommt, dass heute große Softwaresysteme oft in                                    Siemens Corporate Research Inc.,
 Firmenverbünden entwickelt werden, sodass über                                    Princeton
                                                                                   E-Mail: Juergen.Kazmeier@siemens.com,
 die Firmengrenzen hinweg gerade die Anforde-                                      Arnold.Rudorfer@siemens.com
 rungen zentrales Bindeglied sind, sowohl bei der                                  Klaus Beetz
 Auftragsvergabe als auch bei der Zergliederung                                    Siemens Corporate Research & Technology,
                                                                                   München
 von Systemen in Untersysteme. Dies umfasst eine                                   E-Mail: Klaus.Beetz@siemens.com
{ REQUIREMENTS-ENGINEERING


                                                               Bedeutung zu. Nur, wenn alle sicherheitsrelevanten
           Zusammenfassung                                     Anforderungen sauber erfasst werden, kann sicher-
         Requirements-Engineering zielt auf die sys-           gestellt werden, dass von diesem System keine Ge-
         tematische Erhebung der Anforderungen für             fährdung ausgeht, alle Risiken bedacht sind und über
         ein zu entwickelndes Produkt oder System              die Anforderungen entsprechend adressiert werden.
         auf Basis genereller Geschäftsziele und Vor-                Zahllose Probleme mit Systemen mit hohen
         gaben ab. Angestrebt werden dokumentierte             Softwareanteilen haben aus Sicht der Benutzer
         Anforderungen an Produkte oder Systeme, die           oft nicht mit der Frage zu tun, ob Anforderungen
         optimal nutzbar und vermarktbar sind und in           korrekt umgesetzt werden, was durch Verifikation
         jeder Hinsicht möglichst gut den Erwartungen          nachgewiesen wird, sondern betreffen eher den
         aller Beteiligten entsprechen. Bedingt durch          Punkt, dass die Anforderungen nicht im Sinne der
         den hohen Innovationsgrad bei Software oder           Nutzer angemessen festgelegt sind. Die berühmte
         Produkten mit hohem Softwareanteil und den            Frage ,,Is it a bug or a feature?“ hat nur zu oft ihre
         steigenden Ansprüchen in Hinblick auf Funktio-        Ursache in der ungenügenden Festlegung der An-
         nalität kommt dem Requirements-Engineering            forderungen. Wenn Systeme unerwartet und damit
         eine Schlüsselstellung im Software und Systems        aus Sicht der Nutzer fehlerhaft reagieren, handelt es
         Engineering zu. Vor diesem Hintergrund hat die        sich eben nicht immer um Implementierungsfehler,
         Technische Universität München und Siemens            bei denen die Spezifikation nicht korrekt umgesetzt
         Corporate Research in Princeton, USA, ein             ist, sondern allzu häufig auch um eine Diskrepanz
         Requirements-Engineering–Referenzmodell               zwischen dem, was der Nutzer erwartet und dem,
         (REM) entwickelt, das Struktur und Inhalte der        was die Spezifikation festgelegt hat.
         Ergebnisse (,,Artefakte“) des Requirements-                 Untersuchungen zeigen, dass der Stand und
         Engineering vorgibt. Es ist durch ,,Tailoring“        die Beherrschung des Requirements-Engineering
         auf unterschiedliche Anwendungsdomänen und            in der Praxis unbefriedigend sind. Vor diesem Hin-
         Dokumentenvorgaben zuschneidbar. Es unter-            tergrund sind die Technische Universität München,
         stützt iterative Prozesse und eine modellbasierte     vertreten durch den Lehrstuhl für Software und
         Entwicklung.                                          Systems Engineering, und die Siemens AG, vertreten
              Der Ansatz REM wurde bereits erfolgreich         durch Siemens Corporate Research Princeton, seit
         zur Analyse und Bewertung durchgeführter Ent-         einigen Jahren eine langfristige strategische Zusam-
         wicklungsprozesse eingesetzt. Hierzu wurden           menarbeit zum Thema Requirements-Engineering
         die im untersuchten Projekt erstellten Spezi-         eingegangen. Das Ziel des akademischen Partners
         fikationsdokumente (beispielsweise Vision- &           liegt auf der Hand: Fundiertere Methoden und grö-
         Scope-Dokument, Lasten- und Pflichtenhefte,            ßere Systematik zum Requirements-Engineering,
         Architekturdokumente, usw.) hinsichtlich der          wie dies in den letzten Jahren in wissenschaftlichen
         im Artefaktmodell festgelegten Inhalte und            Arbeiten entwickelt wurde, stärker in die Praxis
         Beziehungen analysiert und bewertet. Gemein-          zu bringen. Das Ziel des industriellen Partners ist
         sam mit der entsprechenden Untersuchung               andererseits auch klar: Auf Basis einer Vielzahl
         des eingesetzten Requirements-Management-             von Erfahrungen auf diesem Gebiet und vor dem
         Werkzeugkonzepts können hieraus Aussagen              Hintergrund von Best-Practice-Ansätzen mithilfe
         zur Vollständigkeit und Qualität der betrach-         von wissenschaftlichen Beiträgen das Thema zu
         teten Spezifikationsdokumente und ihres                konsolidieren und in eine langfristige Zusammen-
         Erarbeitungsprozesses gefolgert werden.               arbeit einzutreten, um industrielle Projekte besser
                                                               unterstützen zu können.

       ten Teilaspekte eines Systems erstrecken. Die Fest-         Requirements-Engineering und seine
       legung der Anforderungen bestimmt entscheidend              wirtschaftliche Bedeutung
       sowohl die Qualität als auch die Kosten eines Systems   Waren die Anfänge des Einsatzes von Software
       und damit auch dessen wirtschaftlichen Erfolg.          in Prozessen und Produkten eher von der Auto-
           In sicherheitskritischen Anwendungen kommt          matisierung bekannter Funktionen geprägt, so
       der Anforderungsanalyse noch eine zusätzliche           bestimmen die Entwicklung und den Einsatz von
und welchen Beitrag es zur Bewältigung der
    Abstract                                                    damit verbundenen Herausforderungen liefern
  Engineering supports a systematic collection                  kann.
  of product or system requirements regarding
  business goals and constraints. The goal is to                        Beherrschung der wachsenden Komplexität
  assure that the developed system optimally                    Produkte, in denen immer häufiger verteilte Sys-
  meets the user and market needs. That means                   teme mit vielfältigen Einsatzfunktionen eingebettet
  that all stakeholder expectations have been                   sind, werden zunehmend umfangreicher, an-
  taken in consideration. With regards to the high              spruchsvoller und komplexer. Sie offerieren Ihren
  pace of innovation in software and software in-               Nutzern reichhaltige Interaktionen mit Zugriff auf
  tensive systems and also the rapidly increasing               hoch innovative Funktionen (oder Features1 ). Aber
  functional complexity Requirements Enginee-                   oft kommt es zur sogenannten ,,Software Pollution“
  ring excellence is now a critical success factor              und zum ,,Over Engineering“, siehe Abb. 1. Das
  in product and system development. In this                    heißt, das Produkt umfasst weit mehr Funktionen
  context the Technical University Munich and                   als der Nutzer und damit der Markt wirklich benö-
  Siemens Corporate Research are cooperating                    tigt. Häufig sind auch mehr Features implementiert
  in developing a Engineering Reference Model                   als tatsächlich ausgeliefert werden: Zum einen, um
  (REM) that defines the structure and content of                für eventuelle zukünftige Benutzeranforderungen
  the results (“artifacts”) of Requirements Engi-               gerüstet zu sein und zum anderen, weil die aktu-
  neering activities. It includes a tailoring concept           ellen Anforderungen zu vage formuliert sind und
  that allows its adaptation to different application           deshalb mit weiteren Funktionen experimentiert
  domains and documentation constraints. REM                    wird.
  supports iterative processes and model based                       Dies zeigt, dass ein Großteil der zunehmenden
  development.                                                  Komplexität hausgemacht und damit vermeid-
                                                                bar ist. Allerdings ist hierzu ein professionelles
                                                                Requirements-Engineering nötig, insbesondere
Software immer stärker auch innovative Funktionen.              ein wohl definierter Erhebungsprozess und eine
Diese erfordern zwangsläufig einen Lernprozess                   Methodik zur Bestimmung des ,,Geschäftswertes“
in Hinblick auf die wesentlichen funktionalen                   einer Funktion oder Anforderung. Eine Methodik,
und nichtfunktionalen Anforderungen. Damit                      die die Priorisierung der Anforderungen bezüglich
kommt dem Requirements-Engineering eine immer                   ihres Geschäftsnutzens unterstützt, garantiert nur
tragendere Rolle zu.                                            die Implementierung der wesentlichen Anforde-
                                                                rungen. Um sicherzustellen, dass auch wirklich
    Trends in der Industrie                                     nur diese Features implementiert werden, müssen
Drei große Trends und die damit verbundenen                     diese Anforderungen über den Entwicklungsprozess
Herausorderungen bestimmen heute unter anderem                  verfolgt und entsprechende Testfälle erstellt werden,
die industrielle Fertigung von Produkten ebenso wie             um die Minimalität der Entwicklung sicherstellen zu
die Entwicklung komplexer Systeme wie Verkehrs-                 können.
leitsysteme, Computertomografien, Autoelektronik,
Automatisierungssysteme oder Systeme für den                            Neue Funktionalitäten –
Energiebereich.                                                         Software als Innovationstreiber mit
     Diese aktuellen Trends sind:                                       immer kürzeren Innovationszyklen
                                                                In den vergangenen Jahren ist der Anteil von
· stark wachsende Komplexität der Produkte,                     Software in Produkten, Dienstleistungen und Sys-
· Software als Innovationstreiber, folglich immer kürzere       temlösungen kontinuierlich gewachsen. Bei Siemens
 Innovationszyklen und                                          beträgt der Softwareanteil in der Produkt- und
· voranschreitende Globalisierung mit verteilter Entwicklung.   Lösungsentwicklung heute schon (schätzungsweise)
                                                                mehr als 60%.
Im Folgenden zeigen wir kurz die Rolle des
Requirements-Engineering für diese Trends                       1   Ein Feature ist eine Gruppe von Produktfunktionen.
{ REQUIREMENTS-ENGINEERING




                                                                               Abb. 1 Software Pollution [10]


            Produktinnovationen werden zu einem stark        in allgemeine und Zielgruppen oder marktspe-
       wachsenden Teil in Softwarekomponenten rea-           zifische Anforderungen erforderlich, sowie ein
       lisiert. 50% der Produkte, Dienstleistungen und       entsprechender Prozess, der alle Beteiligten von
       Systemlösungen bei Siemens sind jünger als fünf       der Unternehmensführung, über Vertrieb, Marke-
       Jahre. In Hochtechnologiebranchen wie etwa der der    ting, Produktmanagement bis zur Entwicklung mit
       Medizintechnik sind 90% der Produkte sogar jünger     einschließt.
       als drei Jahre.                                            Eine weitere Dimension der Globalisierung
            Bei diesen extrem kurzen Innovationszyklen ist   ist die zunehmende verteilte Entwicklung das Off-
       ein effizientes und systematisches Requirements-       shoring in Niedriglohnländer. Beides erhöht die
       Engineering mit einem wohl definierten Übergang        Anforderungen an das Requirements-Engineering
       von innovativen Produktideen in den Realisie-         enorm, da all die informellen Kommunikationswege
       rungsprozess unabdingbar. Falls Missverständnisse     wegfallen und zusätzlich kulturelle Differenzen die
       und Unklarheiten der Produktanforderungen in          Kommunikation erschweren.
       den frühen Phasen nicht beseitigt werden können,
       führen diese zu einem stark erhöhtem Aufwand in           Requirements-Engineering in der Praxis
       der Produktrealisierung und im schlimmsten Fall       Unter Requirements-Engineering verstehen wir das
       zum Scheitern des Produkts, wenn es am Markt          Erfassen, Analysieren, Entwickeln, Strukturieren
       vorbeientwickelt wird.                                und Dokumentieren von Anforderungen und Lö-
                                                             sungskonzepten. Wesentliche Aufgaben sind hierbei
           Voranschreitende Globalisierung                   das Validieren und Abstimmen verschiedener,
       Die Industrie entwickelt heute nicht mehr nur für     möglicherweise widersprüchlicher Aspekte der
       lokale Märkte sondern für den Weltmarkt. Doch der     Produktentwicklung und die entsprechende Priori-
       Weltmarkt besteht aus vielen lokalen Märkten, die     sierung und Entscheidung über Anforderungen und
       ihre spezifischen Anforderungen haben.                 zu realisierende Produktfunktionen.
            Um auf diesem Weltmarkt bestehen zu können,          Requirements-Engineering umfasst:
       müssen die Produkte und Lösungen adaptierbar
       und auf die Anforderungen der lokalen Märkte ab-      · die Identifikation aller Lebenszyklus-Aktivitäten mit dem
       gestimmt sein. Für die technologische Realisierung     Ziel, Geschäfts- und Anwenderanforderungen zu gewinnen,
       leicht adaptierbarer Produkte müssen jedoch die       · die Identifikation von Anforderungen und Randbe-
       Anforderungen systematisch analysiert, die Gemein-      dingungen abgeleitet aus der Zielumgebung und
       samkeiten herausgearbeitet und von den variablen        Realisierungstechnologien,
       Anforderungen separiert werden. Gleiches gilt für     · die Analyse von Anforderungen und Ableitung detaillierter
       unterschiedliche Nutzergruppen und Zielmärkte.          zusätzlicher Anforderungen,
            Hierfür ist eine systematische Methodik zur      · die Dokumentation und Management von Anforderungen
       Erfassung und Unterscheidung der Anforderungen          und Spezifikationen,
· die Validierung und Verifikation der dokumentierten                mentierbar und nicht skalierbar strukturiert. Verfügbare
  Anforderungen gegen die Nutzerbedürfnisse,                        Werkzeuge sind sehr ineffektiv, bieten nur sehr generi-
· ein intuitives und eindeutiges Medium zur Kommunikation           sche Konzepte, sind zu implementierungsnah, fordern
  der Produkt- und Funktionalitätsideen zwischen Anwendern          hohen Administrationsaufwand und bieten schlechte
  und Entwicklern,                                                  Visualisierungskonzepte an.
· die Entwicklung innovativer Produktkonzepte, welche oft         · Zwischen Produktmanagement, Forschung & Ent-
  durch Software ermöglicht werden und                              wicklung, Marketing und Vertrieb gibt es keine klar
· die Verwaltung und Instandhaltung der Produktanforde-             abgestimmten Vorgehensweisen und kein einheitliches
  rungen von der Auslieferung bis zur Abkündigung.                  Kommunikationsmedium.
                                                                  · Häufige und späte Änderungen der Anforderungen sind
     Bedeutung von Requirements-Engineering                         nicht vermeidbar und werden insbesondere bei Prozessen
     im Entwicklungs-Life-Cycle                                     mit sequenziellen Vorgehensweisen nicht ausreichend
Industriestudien zum Thema Requirements-Engin-                      beherrscht. Änderungsraten von 2–3% pro Monat [13] sind
eering (RE) zeigen auf, wie stark der Einfluss von                   nicht untypisch.
RE auf den Projekterfolg ist. So weist der Standish
Report [9, 30] nach, dass mehr als 50% der ,,Schlüs-                   Industrielle Programme
selfaktoren“ für einen Projekterfolg im Require-                  Um den genannten Herausforderungen in der Sys-
ments-Engineering zu finden sind. Wingrove, Wie-                   tementwicklung zu begegnen und die identifizierten
gers und Gottesdiener schätzen, dass 40% bis 60%                  Schwachstellen im Requirements-Engineering zu
aller Produktdefekte im Requirements-Engineering                  beheben, wurden in betroffenen Unternehmen sys-
ihren Ursprung haben [14, 33, 34].                                tematische Verbesserungsmaßnahmen initiiert. Die
     Schon länger unbestritten ist, dass eine frühe               Siemens AG hat wie auch Alcatel [13] und Intel [25]
Fehlerfindung durch eine stärkere Fokussierung auf                 ein Programm zur Verbesserung des Requirements-
die frühen Entwicklungsphasen insgesamt zu einer                  Engineering für Projekte aufgesetzt. Innerhalb
Kostenreduktion führt. Barry Boehm hat bereits                    von Siemens ist Siemens Corporate Research für
darauf hingewiesen, dass Fehlerkorrekturen in                     die Ausgestaltung des Requirements-Engineering-
den frühen Phasen 50 bis 200 mal billiger sind als                Programms verantwortlich. Es ist organisatorisch
wenn das Produkt im Feld ist [4]. Steve McConnell                 mit dem unternehmensweiten top+ Programm
ermittelte Faktoren zwischen 10 und 100 in seinen                 assoziiert. Das Ziel ist Exzellenz im Requirements-
Arbeiten [23].                                                    Engineering und soll durch folgende Maßnahmen
     Capers Jones untersuchte die Zeitaufwände für                erreicht werden:
das überarbeiten der Requirements-Engineering-
Defekte mit einem Ergebnis von 40% bis 50% des                    · Zur Verfügung stellen und Entwickeln von ,,state-of-the-art“-
gesamten Projektaufwandes [19, 20].                                 Requirements-Prozessen, Methoden, Tools und Metriken –
                                                                    insbesondere für spezifische Geschäftsdomänen.
     Schwächen heutiger                                           · Einbettung von Requirements-Engineering in die Siemens-
     Requirements-Engineering-Praxis                                Geschäftsprozesse (Produktmanagement, Marketing,
Capers Jones stellte in seiner Untersuchung fest, dass              Innovation Management etc.).
die Requirements-Engineering-Disziplin in mehr als                · Aufbau von Trainings- und Zertifizierungsangeboten für die
75% aller Unternehmen nur sehr mangelhaft durch-                    Mitarbeiter.
geführt wird [19, 20]. Seine Ergebnisse machen
deutlich, dass ein großes Verbesserungspotenzial                  Das Programm ist auf sechs Säulen aufgebaut
vorhanden ist. Aufbauend auf seine Kategorisie-                   (s. Abb. 2), um obige Zielsetzung auch umfassend
rung sehen wir folgende Herausforderungen als                     und nachhaltig umzusetzen.
besonders kritisch:                                                    Das Programm ist in die Siemens-Software-
                                                                  Initiative integriert und es wurden bereits drei
· Es gibt keine eindeutige Definition, was eine ,,Best Practice“   erfolgreiche internationale Konferenzen mit Gast-
 ist, letztendlich fehlen akzeptierte Referenzmodelle.            rednern aus Industrie und Forschung durchgeführt.
· Die Anforderungen sind mangelhaft dokumentiert, zu              Speziell für Projekteiter und Manager wurde eine
 lösungsorientiert, unvollständig, inkonsistent, nicht imple-     Checkliste entwickelt, die zehn kritische Erfolgs-
{ REQUIREMENTS-ENGINEERING


                                                                         faktoren für eine erfolgreiche Produktdefinition
                                                                         festlegt. Sie erhebt keinen Anspruch auf Vollständig-
                                                                         keit, aber wenn mehrere dieser Faktoren in einem
                                                                         Projekt nicht beachtet werden, sind Probleme zu
                                                                         erwarten (s. Abb. 3).

                                                                              Requirements-Engineering
                                                                              an der TU München (TUM)
                                                                         Das Thema Spezifikation hat in Forschungsarbei-
                                                                         ten der Informatik sehr früh Eingang gefunden.
                                                                         Bereits in den 60er und 70er Jahren gab es eine
                                                                         Fülle von Arbeiten, die gerade dem Thema der
                                                                         formalen Spezifikation von Datenstrukturen und
                                                                         Programmen gewidmet waren. Dazu gehören
                                                                         grundlegende Arbeiten zum Thema Semantik
       Abb. 2 Säulen des Siemens-Corporate-Research-Requirements-        von Programmiersprachen, aber auch methodi-
       Engineering-Programms [1]                                         sche Arbeiten zur Spezifikation von Programmen




       Abb. 3 Zehn kritische Erfolgsfaktoren der erfolgreichen Produktdefinition und Anforderungsanalyse [3]
durch Annotationen und letztlich auch Arbeiten              späteren Entwurfsphasen integriertes, bewertbares,
in Verbindung mit den Ansätzen der Programm-                quantifizierbares und in Teilen automatisierbares
verifikation. Diese Ansätze im Umfeld sogenannter            Requirements-Engineering ist das konsequente Ein-
formaler Methoden waren aber deutlich getrennt              führen von Modellen in das Requirements-Engin-
von stärker pragmatischen Überlegungen, die auch            eering. Dabei handelt es sich einmal um Modelle,
mit praktischen Fragestellungen in Verbindung zu            die geeignet sind, funktionale Anforderungen zu
sehen sind, wie Methoden der strukturierten Ana-            beschreiben, zum anderen um Modelle, die stärker
lyse, die bereits auch diagrammatische Techniken            auf Architekturen ausgerichtet sind und in einem
einsetzten, um Anforderungsanalyse zu betreiben.            Zusammenhang zu nichtfunktionalen Anforderun-
In einem umfassenden Sinn wurde das Thema                   gen zu sehen sind, aber auch um weiterführende
Requirements-Engineering jedoch auf akademi-                Modellbildungen im Zusammenhang mit Qualitäts-
scher Seite in diesen frühen Zeiten nicht behandelt.        modellen und nichtfunktionalen Anforderungen.
Im Laufe der Jahre entstanden, parallel zu den Ar-               Hier finden sich viele faszinierende Forschungs-
beiten der formalen Methoden, schließlich stärker           fragen, die in vielerlei Hinsicht noch nicht genügend
pragmatische Ansätze zur systematischen Analyse             bearbeitet sind.
und Erarbeitung von Anforderungen. Die wissen-
schaftlichen Gruppierungen zum Thema formaler                   Ausgangspunkt
Methoden und die Forschergruppen, die sich stärker          Der Lehrstuhl für Software und Systems Engineer-
mit Requirements-Engineering als pragmatische               ing der Technischen Universität München (TUM)
Aufgabenstellung beschäftigten, blieben aber im             arbeitet seit langem auf dem Gebiet der formalen
Laufe der Jahre weitgehend disjunkt.                        Modellierung und Systemspezifikation. Ziel ist
     Es zeigt sich, dass für fortgeschrittenes Require-     es präzise und adäquate/brauchbare System-
ments-Engineering eine Synthese aus diesen eher             beschreibungsmodelle zu entwickeln, die mit
formalen Ansätzen und den pragmatischen Vorge-              entsprechenden Techniken die qualitativ höher-
hensweisen, die eine breitere Sicht auf das Require-        wertige Systemdefinition unterstützen. Dies umfasst
ments-Engineering haben, erforderlich ist. Hinzu            modellbasierte Methoden der Systemspezifikation,
kommen die Ideen der modellbasierten Entwick-               Verifikation, Codegenerierung, Qualitätssiche-
lung, die eine konsequente Fortsetzung der Ansätze          rung und Testspezifikation. Abbildung 4 zeigt
formaler Methoden sind und heute in der Praxis              die Systembeschreibungsmodelle des Werkzeuges
stärker pragmatisch eingesetzt werden. Ein Ziel für         AutoFocus [2, 5, 36]. Es ist ein modellbasiertes Ent-
ein stärker werkzeugunterstütztes, besser in die            wicklungswerkzeug für den Entwurf eingebetteter




Abb. 4 Grafische Systembeschreibungstechniken in AutoFocus
{ REQUIREMENTS-ENGINEERING


       Systeme. Es verbindet Konzepte der Design-                           beitung von modellbasierten Methoden schrittweise
       Modellierung, der Simulation sowie der Code- und                     REM hinzuzufügen.
       Testfallgenerierung, und erlaubt die Verifikation
       von Software-Komponenten. Die mathematisch                                Requirements-Engineering-
       fundierten2 Systemsichten mit ihren grafischen                             Referenzmodell (REM)
       Beschreibungstechniken sind (s. Abb. 4):                             Ausgangspunkte für die Entwicklung von REM
                                                                            waren die Forschungsaktivitäten der TUM sowie
       · hierarchische Strukturdiagramme (SSDs),                            Erfahrungen und Projekte der Siemens Corporate
       · Zustandsautomaten (STDs),                                          Research (SCR) in Princeton, USA und Siemens
       · erweiterte Sequenzdiagramme (EETs) und                             Corporate Research & Technology (CT) in Mün-
       · Datentypdefinitionen (DTDs).                                        chen. Die zentralen Forschungseinheiten haben die
                                                                            Aufgabe, die Siemens-Geschäftsbereiche durch Best-
            Nachdem der Schwerpunkt bisher auf der                          Practice-Sharing und Innovation in diesem Bereich
       präzisen und angemessenen Spezifikation des er-                       zu unterstützen.
       forderlichen Systemverhaltens lag, geht man jetzt
       dazu über modellbasierte Methoden auch in der                             Zielsetzung
       Kernphase des Requirements-Engineering anzu-                         Zielsetzung von REM ist die Unterstützung und
       wenden, bis hin zu ihrem systematischen Einsatz zur                  Prozessdefinition des Requirements-Engineering
       schrittweisen Konstruktion, Analyse und zielorien-                   (RE) auf der Basis eines grundlegenden Modells
       tierten Konsolidierung von Anforderungsmodellen.                     zu erarbeitender Spezifikationsartefakte und ihrer
       Entsprechende Grundkonzepte des modellbasierten                      Beziehungen. Hierzu definiert REM
       Requirements-Engineering, der artefakt-zentrierten
       Prozessdefinition, der Qualitätssicherung und der
                                                                            · eine Kernmenge von RE Artefakten und ihren Abhängig-
                                                                             keiten – das RE-Artefaktmodell – und
       messbaren Entscheidungsunterstützung sind in [15]
       zusammengefasst.
                                                                            · ein artefakt-zentriertes Tailoring-Konzept.
            Der Ansatz des Requirements-Engineering-Re-                     In Analogie zum V-Modell XT unterstützt dies eine
       ferenzmodell (REM) [16], wie er im nachfolgenden                     artefakt-basierte Prozessdefinition und definiert
       Abschnitt ausführlich dargestellt wird, ist ein erster               Meilensteine in der Systementwicklung auf der
       Schritt in Richtung auf eine Synthese zwischen                       Basis von zu erarbeitenden RE-Artefakten. Für die
       formalen Techniken, insbesondere Modellierungs-                      Anwendung und Instanziierung des Ansatzes in
       techniken und einem breit angelegten methodischen                    konkreten Projekten und Domänen ist ein Tailoring-
       Ansatz zum Requirements-Engineering.                                 Konzept definiert.
            Gemeinsam mit den Erfahrungen der Siemens-
       Forschung zum Requirements-Engineering und                                REM im Produktlebenszyklus
       weiteren Vorarbeiten der TUM zu Qualitätsmodel-                      REM geht von folgenden Aufgaben des Require-
       len [6, 11] und der artefakt-orientierten Prozess-                   ments-Engineering im Lebenszyklus eines Pro-
       definition im V-Modell XT [35] sind diese Ansätze                     duktes aus. Hierzu gibt Abb. 5 einen allgemeinen
       in REM umgesetzt und im Kontext komplexer                            Überblick über Entstehung, Einsatz und Wartung
       industrieller Anforderungen präzisiert worden.                       eines Produktes und seiner schrittweisen Weiterent-
            REM schafft hierbei zunächst ein Referenzmo-                    wicklung auf Basis von Kundenerfahrungen, neuen
       dell, das die wesentlichen Artefakte, die als Ergebnis               Marktstrategien und Technologien.
       eines strukturiert angelegten Requirements-Engin-                        Die Aufgaben des Requirements-Engineering
       eering zu erarbeiten sind, festlegen und zueinander                  sind hierbei:
       in Beziehung setzt. Für REM existieren erste Ausprä-
       gungen zum Einsatz formaler Methoden, zumindest                      · Marketinginformationen und Nutzeranforderungen zu
       für die konstruktive Erarbeitung und qualitative                       analysieren, die funktionalen und nichtfunktionalen Anfor-
       Überprüfung bestimmter Artefakte. In weiteren                          derungen abzuleiten und den entsprechenden funktionalen
       Schritten ist geplant, hier eine umfassendere Ausar-                   Entwurf des Systems zu steuern.
                                                                            · Die Auswirkungen dieser Anforderungen auf das Geschäft
       2 Der   strombasierte Ansatz von FOCUS [7] zur Systemmodellierung.     und den Erfolg des Produktes im Markt zu verstehen.
Abb. 5 Der Produktentstehungsprozess im Überblick


· Diese Anforderungen abzustimmen, zu konsolidieren und     der zu erarbeitenden Spezifikationsdokumente der
 in einer Anforderungs- und Systemspezifikation konsistent   fachübergreifenden Abstimmungsaktivitäten der
 und vollständig zu spezifizieren.                           Produktentwicklung.
                                                                Das Modell ist nach folgenden Paradigmen
Somit hat das Requirements-Engineering eine                 der integrierten Anforderungsanalyse und System-
zentrale Rolle in der Produktdefinition und Ent-             definition gestaltet:
wicklung. Die erarbeiteten Spezifikationsartefakte
sind die Basis für Produktdesignentscheidung                · ziel- und nutzerorientierte Analyse und Verfeinerung von
und Projektmanagement während des gesamten                   Anforderungen und funktionalen Entwurfskonzepten,
Produktlebenszyklus. Die Qualität und Angemes-              · Analyse und Verfeinerung von ,,high-level“ funktionalen
senheit der Artefakte ist ein Schlüsselfaktor für die         und nichtfunktionalen Anforderungen mithilfe eines grund-
erfolgreiche Systementwicklung.                               legenden Beschreibungskonzeptes für Systeme und ihres
                                                              Verhaltens aufbauend auf der Modellierung funktionaler
    Das Artefaktmodell                                        Systemsichten und
REM strukturiert und gibt Vorgaben für die                  · qualitative Überarbeitung erarbeiteter Spezifikationen auf
Anforderungsanalyse- und Systementwurfsak-                    Basis definierter Beziehungen zwischen verschiedenen
tivitäten mittels eines grundlegenden Modells von             Klassen von Anforderungen und Systemmodellen (RE-
Requirements–Engineering-Spezifikationspro-                    Artefakten) des Artefaktmodells. Diese Abhängigkeiten
dukten – dem RE-Artefaktmodell. Abbildung 6                   zwischen Artefakten bilden messbare Konsistenzbe-
zeigt einen Überblick über das Modell und seine               dingungen und können für die Verifikation und
Struktur. Es unterteilt die zu erarbeitenden An-              Validierung erstellter Systemanforderungen genutzt
forderungen (RE-Artefakte) in die Gruppen                     werden.
Business-Needs, Requirements-Specification und
System-Specification. Die Artefakte mit ihren defi-           Entsprechend dieser methodischen Konzepte ist die
nierten Inhalten bestimmen die Struktur und Inhalte         Beschreibung der einzelnen RE-Artefakte aufgebaut
{ REQUIREMENTS-ENGINEERING




       Abb. 6 Überblick über das REM-Requirements-Engineering-Artefaktmodell


       und gibt Vorschläge einzusetzender Methoden und                · General Conditions und Scope & Limitations spezifizieren
       Beschreibungstechniken zur Konstruktion, Kommu-                  ,,high-level“-nichtfunktionale Anforderungen und Beschrän-
       nikation und Konsolidierung ihrer erforderlichen                 kungen und grenzen den relevanten Ausschnitt der Anwen-
       Inhalte (Content-Items). Die weitere Unterteilung                dungsdomäne und gegebenenfalls der Produktlinie ab.
       der Artefakte in Content-Items wird in Abb. 7 am Bei-          · Return of Investment (ROI) und Business-Risk fassen die
       spiel der Requirements-Specification-Artefaktgruppe               Ergebnisse mehrfacher Kosten-Nutzen-Analysen, erwartete
       demonstriert.                                                    Verkaufserlöse, Entwicklungs- und Markteinführungskosten
                                                                        zusammen und stellen die entsprechende Risikoanalyse von
           Artefaktgruppen                                              Anforderungen in den Mittelpunkt.
                                                                      · System-Success-Factors spezifizieren und priorisieren die
           Business-Needs-Artefakte                                     Kriterien für den finalen Produkterfolg.
       Die Business-Needs-Artefakte spezifizieren kunden-
       und produktstrategische Anforderungen, ins-                    Diese Produktziele und Abgrenzung sind das Er-
       besondere die Geschäfts- und Produktziele der                  gebnis sorgfältiger Marketing-, Portfolio- und
       Systementwicklung. Zu der Gruppe gehören                       Kundenabstimmung. Gemeinsam mit wiederhol-
       folgende Artefakte:                                            ten Return-of-Investment- und Risikoanalysen
                                                                      legen sie die Basis für die nachfolgende Ent-
       · Business-Objectives und Customer-Requirements spe-           wicklungsarbeit und bilden die Grundlage für
         zifizieren Kundenanforderungen und beschreiben die            Produktdesign-Entscheidungen.
         Marktpositionierung des zukünftigen Produktes.
       · System-Vision listet die geforderten funktionalen                 Requirements–Specification-Artefakte
         Anforderungen/Features auf und legt die Planungsan-          Die Requirements-Specification-Artefakte bein-
         nahmen und Projektabhängigkeiten der Produkt- oder           halten die funktionalen und nichtfunktionalen
         Produktlinienentwicklung fest.                               Anforderungen an das zu entwickelnde System.
Abb. 7 Überblick über die Requirements-Specification-Artefakte


Mithilfe dieser Artefakte werden die Ziele und Vor-               Annahmen (Assumptions & Dependencies) und Constraints
gaben der Business-Needs-Artefakte aus Kunden-                    (Design-Constraints) und bilden diese auf die detaillierten
und Nutzersicht analysiert, strukturiert und detail-              Anforderungen der System-Specification ab.
lierte Anforderungen und Qualitätsvorgaben an das               · Acceptance-Criteria spezifizieren die Abnahme- und
Nutzungserhalten des Systems abgeleitet. Zu ihnen                 Testkriterien des auszuliefernden Systems.
gehören diese Artefakte:
                                                                Die wesentliche Rolle der Analysemodelle der Re-
· Functional-Analysis-Models enthalten Analyse- und             quirements-Specification-Artefakte ist die Verfei-
  Beschreibungsmodelle der Geschäfts- und Anwendungs-           nerung und Strukturierung der ,,high-level“-fest-
  prozesse. Sie dienen der Kommunikation der Kunden-            gelegten Business-Needs sowie ihrer Abbildung auf
  und Nutzeranforderungen, der Bestimmung erforderlicher        die detaillierten Systemanforderungen des entspre-
  Systemdienste/Features und Qualitätseigenschaften und         chenden Systementwurfskonzeptes. Sie bilden die
  sie bilden die Basis für die Evaluierung und Bewertung        Entscheidungsbasis für die Priorisierung von Anfor-
  erarbeiteter System-Specifications.                            derungen und ermöglichen begründete und nach-
· Domain-Models sind eine strukturierte Spezifikation der        vollziehbare Produktdesignentscheidungen. Zuge-
  Anwendungsdomäne und ihrer Charakteristika und wer-           schnitten auf domän- und projektspezifische Erfor-
  den ergänzt durch eine Modellierung der operationellen        dernisse können hier passende Methoden und Be-
  Umgebung des zukünftigen Systems.                             schreibungstechniken für die Erarbeitung und Ab-
· Nichtfunktionale Anforderungsmodelle verfeinern und struk-    stimmung der RE-Artefakte eingesetzt werden. Ak-
  turieren Qualitätsanforderungen (Quality Requirements),       tuelle Ansätze der Prozess- und Szenarioanalyse hier-
{ REQUIREMENTS-ENGINEERING


       zu sind Strukturierungsmethoden von [27, 28], der                 Phasen in der Produktdefinition – weniger auf den
       Fraunhofer-QUASAR-Ansatz [29], AutoRAID [15, 17],                 konkreten Aufbau der Dokumente. Spezifikations-
       die aufgabenorientierte Szenarioanalyse von [8, 31]               dokumente als Basis für Meilensteinentscheidungen
       und Methoden der szenariobasierten Testfallab-                    setzen sich aus Inhalten quer über das Artefakt-
       leitung [18]. Ansätze der Ziel- und Qualitätsmodel-               modell zusammen. Die spezifisch erforderlichen
       lierung sind KAOS [22], ATAM [21], TROPOS [32]                    Dokumentstrukturen eines Entwicklungsprojektes
       sowie die ASPIRE-Methode für die Konstruktion                     werden durch das domänenspezifische Tailoring
       erfahrungsbasierter Qualitätsmodelle [12]. Das                    des Artefaktmodells und der daraus folgenden
       grundlegende Konzept von REM, Anforderungen                       Prozessdefinition bestimmt.
       mithilfe funktionaler Systemsichten herauszuar-
       beiten und zu strukturieren (AutoRAID/Auto-                           Prozessdefinition und Tailoring
       Focus [2, 15, 17, 36]) findet sich auch in den Ansätzen            Das RE-Artefaktmodell bildet den Ausgangspunkt
       von [26, 27] wieder.                                              für das domänenspezifische Tailoring und eine
                                                                         artefakt-zentrierte Prozessdefinition. REM definiert
            System-Specification-Artefakte                                Meilensteine und Entscheidungspunkte im Produkt-
       Die System–Specification-Artefakte adressieren den                 entstehungsprozess in Form von Vollständigkeits-
       detaillierten Entwurf des funktionalen Systemkon-                 bzw. Qualitätsstufen auf den RE-Artefakten.
       zeptes: Es spezifiziert das erforderliche Verhalten
       des betrachteten Systems und seine Integration in                     Artefakt-basierte Prozessdefinition
       das technische Gesamtsystem und die Anwendungs-                   Abbildung 8 zeigt dieses Konzept der artefakt-
       umgebung. Zusätzlich werden die Bedingungen für                   zentrierten Prozessdefinition: Das Artefaktmodell
       den detaillierten Entwurf und die Realisierung des                definiert Inhalt und Struktur der gesamten
       Systems innerhalb der Entwicklungsdisziplinen                     Spezifikationsdokumente. Ihre festegelegten Voll-
       (Software, Elektrik/Elektronik und Mechanik)                      ständigkeitsstufen bilden die messbare Grundlage
       festgelegt. Folgende Artefakte bestimmen die                      für Reviews und Entscheidungen in Produktdefini-
       System-Specification Artefaktgruppe:                               tion und Realisierung. Für ihre einfache Darstellung
                                                                         sind diese Vollständigkeitsstufen durch Prozent-
       · User–Interface-Specification und User-Documentation be-          zahlen der RE-Artefakte zusammengefasst. Sie
         schreiben die Nutzungsschnittstelle und mögliche Abläufe        repräsentieren den gewünschten Grad an Qualität
         wie die Nutzer das System benutzen können.                      und Vollständigkeit zu dem erreichten Zeitpunkt des
       · Functional-System-Concept: Detaillierte Systeman-               betreffenden Entscheidungspunktes. Zugehörige
         forderungen spezifizieren die erforderlichen                     Versionen der Spezifikationsdokumente bilden die
         Systemdienste/Funktionen, mit entsprechenden Anfor-             Decision-Base (Entscheidungsbasis) D(i) für Meilen-
         derungen an Interaktion, Verhalten, Datenstrukturen,            steine oder Quality Gates im Entwicklungsprozess,
         das zugrunde liegende Datenmodell und die Nut-                  und sie sind Input für die artefakt-spezifische
         zungsbedingungen des Systems. Gemeinsam mit der                 Planung (Plan) und Durchführung iterativer
         External-Interface-Specification wird die Integration des        Konstruktions- (Develop) und Abstimmungsaktivi-
         Systems in das Gesamtsystem definiert.                           täten (Verify) der interdisziplinären Anforderungs-
       · External-Interface-Specifications definieren die Schnittstellen   und Systemdefinition.
         des Systems zu kooperierenden Komponenten und Sys-                   REM geht von einer grundlegenden iterativen
         temen der Umgebung und zu genutzten Software- und               Erarbeitung der Systemspezifikation aus, in der An-
         Hardware-Komponenten.                                           forderungen und Lösungskonzepte in wechselnden
       · Design-Constraints begrenzen den detaillierten Sys-             Phasen der Entwicklung und Abstimmung (Develop
         tementwurf und die Realisierung innerhalb der                   und Verify) systematisch mithilfe grundlegender
         Engineering-Disziplinen.                                        methoden-abhängiger Modellierungskonzepte
       · System-Test-Criteria bilden Akzeptanz- und Testkriterien für    analysiert (Analyze), verfeinert (Refine), struktu-
         Systemintegration und Evaluierung.                              riert/modelliert (Structure & Model), vervollständigt
                                                                         und konsolidiert (Complete) werden.
       Diese drei Gruppen des RE-Artefaktmodells zielen                       Anzahl und inhaltliche Gestaltung solcher
       auf die vorherrschenden Inhalte der wesentlichen                  vordefinierten Entscheidungspunkte sind abhängig
Abb. 8 Prozessdefinition mittels Vollständigkeitsstufen von Spezifikationsdokumenten


vom der jeweils gewählten Prozessstrategie, z.B.                 · Prozessstrategie – Entscheiden über die Prozessstrategie
einer agilen, komponenten-orientierten oder eher                   und Festlegen der Reihenfolge in der die RE-Artefakte zu
traditionellen Vorgehensweise.                                     erarbeiten und zu vervollständigen sind und entsprechende
                                                                   Definition der Entscheidungspunkte, Meilensteine oder
    Tailoring                                                      Quality-Gates. REM empfiehlt ein iteratives und review-
Die artefakt-orientierte Prozessdefinition erfolgt                  basiertes Vorgehen.
nach folgenden Tailoringschritten:                               · Zuordnen von Teammitgliedern zu Rollen und von Rollen
                                                                   zu Spezifikationsdokumenten und Inhalten (RE-Artefakte).
· Pruning des Artefaktmodells – Zuschneiden und Anpassen           In Anlehnung an das Microsoft Teammodell [24] definiert
  der zu erarbeitenden Anforderungsinhalte (RE-Artefakte)          das Rollenkonzept in REM grundlegende Rollen-Cluster
  und Spezifikationsdokumente. REM definiert mandatory,              und ihre Zuständigkeit für Teile des Artefaktmodells. Für
  recommended, optional RE-Artefakte und Inhaltspunkte             jedes RE-Artefakt sind in REM Responsible- und Contributing-
  (Content-Items).                                                 Rollen definiert.
· Auswählen, Zuordnen und Anpassen von Methoden und
  Beschreibungstechniken für das Herausarbeiten und              Abbildung 9 fasst das Tailoring-Konzept von REM
  Spezifizieren der RE-Artefakte und Content-Items.               zusammen: Aktivitäten (Activities), Meilensteine




                                                                                 Abb. 9 Überblick über artefakt-orientiertes
                                                                                 Prozess-Tailoring in REM
{ REQUIREMENTS-ENGINEERING




       Abb. 10 Meilensteindefinition in REM am Beispiel des Siemens Product-Life-Cycle-Process (PLM)


       (Decision-Gates) und Rollen (Roles) sind nach                     die zielorientierte und effektive Entwicklung von
       RE-Artefakten (RE-Artifacts) bzw. Spezifikations-                  Anforderungen und Systemkonzepten.
       dokumenten (Documents) strukturiert. Durch das                        Abbildung 10 zeigt ein Beispiel des Tailoring
       Tailoring erfolgt die domänen-/projektspezifische                  in REM anhand des Siemens Product-Life-
       Anpassung des Artefaktmodells, die Festlegung                     Cycle-Process (PLM) und der entsprechenden
       der Spezifikationsdokumente und die Definition                      Vollständigkeitsstufen der Spezifikationsdokumente
       der Entscheidungspunkte mittels dokumentspezifi-                   an den PLM-Meilensteinen M100, M150, und M200.
       scher Art und Vollständigkeitsstufen. Dies schließt
       die Festlegung von Methoden und Tools für die                          Methoden und Werkzeugunterstützung
       Konstruktion der Artefakte und Dokumente mit ein.                      für REM
           Das Ergebnis der Prozessinstanziierung ist                    Der Ansatz REM liefert ein Referenzmodell für
       ein Arbeitsplan mit Aktivitäten zur Erarbeitung                   die Struktur und Inhalte der Ergebnisse des
       der Dokumente, RE-Artefakte und ihrer Inhalte.                    Requirements-Engineerings. REM ist in seiner
       Entsprechend der definierten Vollständigkeitsstufen                jetzigen Form weitgehend methoden-, werkzeug-
       können die zugehörigen Dokumente iterativ in                      und prozessunspezifisch. In zukünftigen Schritten
       Versionen entwickelt werden.                                      werden Methoden in REM integriert. In [16] wer-
           Durch die Bereitstellung von Templates,                       den explizit für alle Artefakte die heute üblichen
       Checklisten, Methoden und Tools bietet das                        Methoden zur Beschreibung aufgezählt. Eine spe-
       artefakt-basierte Tailoring in REM die Grund-                     zielle Betonung oder Bewertung objektorientierter
       lage für Qualitäts- und Fortschrittsmessung im                    Methoden wird nicht durchgeführt. Generell sind
       Requirements-Engineering und damit die Basis für                  Strukturierungs- und Modularisierungskonzepte
für alle Methoden insbesondere in Hinblick auf        erreichen, ist es unabdingbar, Erfahrungen aus in-
eine zufrieden stellende Skalierbarkeit essenziell.   dustriellen Softwareprojekten zusammenzuführen.
Daher sind entsprechende Methoden für industrielle    Wesentlich zu klären ist die Frage, welche einzel-
Projekte vorzuziehen.                                 nen Methoden für die Erarbeitung der Artefakte
     Eine besondere Rolle kommt dem Prototyping       sich anbieten und wie diese Methoden ineinander
im Requirements-Engineering zu. Prototyping kann      greifen. Für den praktischen Einsatz von REM sind
insbesondere bei vagen Anforderungen und hoch         Instanzen zu bilden, die auch die Wahl spezieller
innovativen Produktentwicklungen in den Entwick-      Methoden für die Erarbeitung der Artefakte und ent-
lungsprozess systematisch integriert werden, um die   sprechender Unterstützungswerkzeuge umfassen.
Stakeholder in die Anforderungsanalyse intensiver     Diese Instanzen bilden dann umfassendere konkrete,
einzubinden. Prototyping kann zur Erarbeitung der     praktisch einsetzbare Vorgehensmodelle für das
Artefakte in das Referenzmodell integriert werden,    Requirements-Engineering. Die Bildung spezifischer
ist aber letztlich nur eine Methode zur Erfassung     Instanzen ist aktuelles Thema laufender Forschungs-
und Konsolidierung von Anforderungen und daher        arbeiten an der Technischen Universität München
nicht im Fokus dieser Arbeit.                         und bei Siemens Corporate Research Princeton.
     Zur Werkzeugunterstützung von REM gibt es            Verschiedene Formen der Anwendung bieten
einen ersten Prototyp, der parallel zur Entwicklung   sich für REM an. REM kann als Methoden-
von REM entstanden ist. Es handelt sich dabei         Framework, als Planungswerkzeug für anstehende
um das von der TUM entwickelte Requirements-          Requirements-Engineering-Projekte, als Bewer-
Management und Systemspezifikationswerkzeug            tungswerkzeug für laufende oder abgeschlossene
AutoRAID/AutoFocus [17, 36]. Das Werkzeug betont      Requirements-Engineering-Projekte, als Bei-
den Ansatz des modellbasierten Requirements-          spielsammlung (Best Practice) für (ausgewählte)
Engineering. Es ist prototypisch umgesetzt und        Requirements-Engineering-Projekttypen etc. ein-
anhand von Fallstudien erfolgreich erprobt.           gesetzt werden. Damit können dann auch bekannte
                                                      Schwächen im Requirements-Engineering von Soft-
    Fazit und Ausblick                                wareprojekten (z. B. Dokumentation, Skalierbarkeit,
Es bleibt die Frage, was wir bisher mit REM er-       Implementierbarkeit, Änderungsmanagement, und
reicht haben. Das entwickelte Referenzmodell          Metriken zur Bewertung der Qualität der Anforde-
für Requirements-Engineering (REM) ist ein            rungen und der Anforderungsprozesse) aufgedeckt
erster wichtiger Schritt um sich das Thema des        und behoben oder sogar frühzeitig vermieden
Requirements-Engineering durch Systematisierung       werden.
stärker zu erschließen. Es dient zum Abstecken
der Bestandteile eines umfassenden Requirements-             Literatur
Engineering-Ansatzes und wird dazu beitragen, dass     1. Achatz, R., Berenbach, B., Broy, M., Kazmeier, J., Ros, J., Rudorfer, A., Subrama-
ein einheitlicheres und strukturiertes Verständnis        nyan, R.: Requirements Engineering: A Key to Business Success for Siemens.
                                                          Siemens Corporate Research (SCR) Technical Report, March (2006)
für das Thema Requirements-Engineering erreicht        2. AutoFocus: AutoFocus – A CASE tool for Requirements, Design, Code Generation
wird – und zwar für Forschung und die industri-           and Simulation: http://www4../∼af2 (2006)
                                                       3. Berenbach, B.: Requirements Engineering Checklist. Siemens Corporate Research
elle Praxis. Die flexible Prozessdefinition und das         (SCR) SE, Internal Publication (2005)
Tailoring erlauben es zudem, einen Requirements-       4. Boehm, B., Pappaccio, C.: Understanding and Controlling Chaos. IEEE Transactions
                                                          of Software Engineering, October (1988)
Engineering Prozess projektspezifisch anzupassen.       5. Braun, P., Lötzbeyer, H., Schätz, B., Slotosch, O.: Consistent Integration of Formal
Damit werden sowohl das Vorgehen als auch die             Methods. In: Proc. Intl. Conf. On Tools fort he Analysis of Correct Systems
                                                          (TACAS), LNCS 2280 (2006)
Kommunikation zwischen Projektbeteiligten (z.B.        6. Broy, M., Deissenboeck, F., Pizka, M.: Demystifying Maintainability. WoSQ ’06:
Produktmanagement, Forschung & Entwicklung,               Proceedings of the 4th Workshop on Software Quality (2006)
Marketing und Verkauf) abgestimmt.                     7. Broy, M., Stoelen, K.: Specification and Development of Interactive Systems.
                                                          Springer (2001)
     Viele Fragen sind auch durch REM in seiner        8. Carroll, J.: Scenario-Based Design: Envisioning Work and Technology in System
aktuellen Form naturgemäß nicht beantwortet und           Development. Wiley & Sons (1995)
                                                       9. Chaos Report 2001: http://www.projectsmart.co.uk/docs/chaos_report.pdf
viele Forschungsthemen sind noch nicht bearbeitet.    10. Cohen, D., Larson, G., Ware, B.: Improving Software Investment Through Require-
Um REM als Referenzmodell zu etablieren, ist es           ments Validation. Sente Corporation (2002)
                                                      11. Deissenboeck, F., Seifert, T.: Kontinuierliche Qualitätsüberwachung mit ConQAT.
notwendig, das Modell für die Forschung und Praxis        Jahrestagung der Gesellschaft für Informatik 2006, Workshop Software-Leitstände
weiter auszuarbeiten und zu verfeinern. Um dies zu        (2006)
{ REQUIREMENTS-ENGINEERING


       12. Doerr, J., Kerkow, D., Koenig, T., Olsson, T., Suzuki, T.: Non-Functional Require-      23. McConnell, S.: Rapid Development: Taming Wild Software Schedules. Microsoft
           ments in Industry – Three Case Studies Adopting the ASPIRE NFR Method. IESE-                Press (1996)
           Report No. 025.05/E (2005)                                                              24. Microsoft Solution Framework (MSF) Team Model. White Paper. 2002. Homepage:
       13. Ebert, C.: Requirements Before Requirements: Understanding the Upstream Im-                 http://www.microsoft.com/msf (2006)
           pacts. In: Proceedings RE’05, Paris (2005)                                              25. Nesland, S.: Initial Lessons Learned from the Definition and Implementation of
       14. Firesmith, D.: A Business Case for Requirements Engineering. Presentation at SEI,           a Platform Requirements Engineering Process at Intel Corporation. In: Proceedings
           September 2003: http://www.sei.cmu.edu/programs/acquisition-support/                        RE’05, Paris (2005)
           presentations/firesmith/business-case/case.pdf (2006)                                    26. Paech, B., Von Knethen, A., Doerr, J., Bayer, J., Kerkow, D., Kolb, R., Trendowicz,
       15. Geisberger, E.: Requirements Engineering Eingebetteter Systeme – ein interdiszi-            A., Punter, T., Dutoit, A.: An Experience-Based Approach for Integrating Architec-
           plinärer Modellierungsansatz. Dissertation, Technische Universität München, 2005.           ture and Requirements Engineering, ICSE’03 Workshop “From Software Require-
           Shaker Verlag, ISBN: 3-8322-4619-3, www.shaker-online.com/                                  ments to Architectures” (2003)
       16. Geisberger, E., Berenbach, B., Broy, B., Kazmeier, J., Paulish, D., Rudorfer, A.: Re-   27. Pohl, K., Brandenburg, M., Gülich, A.: Integrating Requirement and Achitecture
           quirements Engineering Reference Model (REM). Technischer Bericht TUM-I0618,                Information – A Scenario and Meta-Model Based Approach. In: Proc. of REFSQ
           TU München, November (2006)                                                                 2001 Workshop. Interlaken, Schweiz (2001)
       17. Geisberger, E., Schätz, B.: Modellbasierte Anforderungsanalyse mit AutoRAID.            28. Pohl, K., Haumer, P.: Modelling Contextual Information about Scenarios. In: Proc.
           GI Informatik – Forschung und Entwicklung, Springer Verlag (2007)                           of the 3rd Intl. Workshop on Requirements Engineering – Foundation of Software
       18. Halmans, G., Kamsties, E., Pohl, K., Reis, S., Reuys, A.: Seamless Transition from          Quality (REFSQ ‘97). University Press Namur, Barcelona, Spain (1997)
           Requirements to Test Cases: How to Test a Software Product Line? In: Proceed-           29. QUASAR-Projekt. Homepage: http://www.first.fraunhofer.de/quasar (2006)
           ings of the Conference on Software Testing, ICSTEST-E (Bilbao, Spain, November          30. Standish Group Reports: http://www.standishgroup.com/sample_research/
           2004). SQS, Düsseldorf (2004)                                                               PDFpages/q3-spotlight.pdf (2006), http://www.standishgroup.com/
       19. Jones, C.: Applied Software Measurement – Assuring Productivity & Quality. New              sample_research/Pdfpages/extreme_chaos.pdf (2006)
           York, McGraw Hill (1996)                                                                31. Sommerville, I.: Software Engineering. 7th Edition. Addison Wesley (2004)
       20. Jones, C.: Estimating Software Requirements. In CROSSTALK – The Journal of De-          32. TROPOS-Projekt. Homepage: www.troposproject.org/ (2006)
           fense Software Engineering, June 2002: http://www.stsc.hill.af.mil/crosstalk/           33. Wiegers, K.: Software Requirements. 2nd Edition, Microsoft Press (2003)
           2002/06/jones.pdf (2006)                                                                34. Wiegers, K., Lawrence, B., Ebert, C.: The Top Risks of Requirements Engineering.
       21. Kazman, R., Klein, M., Clements, P.: ATAM: Method for Archtecture Evaluation.               IEEE Software, November/December (2001)
           Technical Report, CMU/SEI-2000-TR-004 (2000)                                            35. V-Modell XT. http://www.v-modell-xt.de/ (2006)
       22. Lamsweerde, A., Darimont, R., Letier, E.: Managing Conflicts in Goal-Driven Re-          36. Wild, D.: AutoFocus 2 – Das Bilderbuch. Technische Universität München, Techni-
           quirements Engineering. IEEE Trans. Software Eng. 24(11), 908–926 (1998)                    cal Report: TUM-I0610, May (2006)

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Ein Requirements Engineering Referenzmodell

  • 1. HAUPTBEITRAG / REQUIREMENTS-ENGINEERING } Ein Requirements-Engineering- Referenzmodell Manfred Broy · Eva Geisberger Jürgen Kazmeier · Arnold Rudorfer Klaus Beetz Requirements- Engineering ist Sehr früh war gerade Folge von Aufgaben der Anforderungsdefinition integraler Bestand- im Umfeld der Soft- und Detaillierung, aber auch der Überprüfung der teil der Entwicklung wareerstellung den Anforderungen durch Validierung und Verifikation. von Produkten, von Entwicklern aus guten Untersuchungen zeigen, dass das Beherrschen Systemen und natürlich Gründen bewusst, dass der Anforderungen und der Anforderungsanalyse auch von Software. Anforderungen und eine der wichtigsten Erfolgsvoraussetzungen für Anforderungsanalysen die Durchführung von Projekten ist. Umso mehr entscheidend für die erfolgreiche Durchführung erstaunt es, dass es bisher keine allgemeingültigen von Softwareprojekten sind. Eine Vielzahl unter- Ansätze zur Durchführung der Anforderungsanalyse schiedlicher Ansätze in Praxis und Wissenschaft gibt. Auch die Dokumentation von Anforderungen zielen auf die Analysephase, allerdings häufig nur und die Frage, was dabei alles zu berücksichtigen ist, auf bestimmte Aspekte. Eine ganzheitliche Anfor- ist bisher nicht wirklich in umfassenden Ansätzen derungsanalyse für Softwaresysteme und allgemein dargestellt. Das ist umso kritischer, als – gerade Systeme mit hohem Softwareanteil schließt viele für die Praxis – eine stärkere Standardisierung der unterschiedliche Gesichtspunkte ein, angefan- Anforderungsdokumente von hoher Bedeutung gen von den generellen Geschäftszielen über die ist, da es in der Zusammenarbeit zwischen unter- funktionalen Anforderungen, die festlegen, wel- schiedlichen Firmen äußerst hilfreich wäre, auf che Funktionen im Sinne der Nutzer ein System einheitliche Verfahren zur Definition und Festlegung realisiert, werden bis hin zu den vielfältigen nicht- der Anforderungen zurückzugreifen. funktionalen Anforderungen, die sich auf Fragen Natürlich betreffen gerade die Festlegungen der der Qualität, der Kosten, der Entwicklungszeit, des Anforderungen alle Aspekte eines Softwaresystems, Entwicklungsprozesses und vieles mehr richten. da die Anforderungen sich auf die unterschiedlichs- Einleitung DOI 10.1007/s00287-007-0149-5 Mit den wachsenden Umfängen und der steigen- © Springer-Verlag 2007 den Komplexität von Software, mit der Zunahme Manfred Broy · Eva Geisberger der Rolle von Software als Innovationstreiber für Technische Universität München, Boltzmannstr. 3, Systeme und Produkte kommt dem Requirements- 85748 Garching E-Mail: broy@in.tum.de, geisberg@in.tum.de Engineering eine immer tragendere Rolle zu. Hinzu Jürgen Kazmeier · Arnold Rudorfer kommt, dass heute große Softwaresysteme oft in Siemens Corporate Research Inc., Firmenverbünden entwickelt werden, sodass über Princeton E-Mail: Juergen.Kazmeier@siemens.com, die Firmengrenzen hinweg gerade die Anforde- Arnold.Rudorfer@siemens.com rungen zentrales Bindeglied sind, sowohl bei der Klaus Beetz Auftragsvergabe als auch bei der Zergliederung Siemens Corporate Research & Technology, München von Systemen in Untersysteme. Dies umfasst eine E-Mail: Klaus.Beetz@siemens.com
  • 2. { REQUIREMENTS-ENGINEERING Bedeutung zu. Nur, wenn alle sicherheitsrelevanten Zusammenfassung Anforderungen sauber erfasst werden, kann sicher- Requirements-Engineering zielt auf die sys- gestellt werden, dass von diesem System keine Ge- tematische Erhebung der Anforderungen für fährdung ausgeht, alle Risiken bedacht sind und über ein zu entwickelndes Produkt oder System die Anforderungen entsprechend adressiert werden. auf Basis genereller Geschäftsziele und Vor- Zahllose Probleme mit Systemen mit hohen gaben ab. Angestrebt werden dokumentierte Softwareanteilen haben aus Sicht der Benutzer Anforderungen an Produkte oder Systeme, die oft nicht mit der Frage zu tun, ob Anforderungen optimal nutzbar und vermarktbar sind und in korrekt umgesetzt werden, was durch Verifikation jeder Hinsicht möglichst gut den Erwartungen nachgewiesen wird, sondern betreffen eher den aller Beteiligten entsprechen. Bedingt durch Punkt, dass die Anforderungen nicht im Sinne der den hohen Innovationsgrad bei Software oder Nutzer angemessen festgelegt sind. Die berühmte Produkten mit hohem Softwareanteil und den Frage ,,Is it a bug or a feature?“ hat nur zu oft ihre steigenden Ansprüchen in Hinblick auf Funktio- Ursache in der ungenügenden Festlegung der An- nalität kommt dem Requirements-Engineering forderungen. Wenn Systeme unerwartet und damit eine Schlüsselstellung im Software und Systems aus Sicht der Nutzer fehlerhaft reagieren, handelt es Engineering zu. Vor diesem Hintergrund hat die sich eben nicht immer um Implementierungsfehler, Technische Universität München und Siemens bei denen die Spezifikation nicht korrekt umgesetzt Corporate Research in Princeton, USA, ein ist, sondern allzu häufig auch um eine Diskrepanz Requirements-Engineering–Referenzmodell zwischen dem, was der Nutzer erwartet und dem, (REM) entwickelt, das Struktur und Inhalte der was die Spezifikation festgelegt hat. Ergebnisse (,,Artefakte“) des Requirements- Untersuchungen zeigen, dass der Stand und Engineering vorgibt. Es ist durch ,,Tailoring“ die Beherrschung des Requirements-Engineering auf unterschiedliche Anwendungsdomänen und in der Praxis unbefriedigend sind. Vor diesem Hin- Dokumentenvorgaben zuschneidbar. Es unter- tergrund sind die Technische Universität München, stützt iterative Prozesse und eine modellbasierte vertreten durch den Lehrstuhl für Software und Entwicklung. Systems Engineering, und die Siemens AG, vertreten Der Ansatz REM wurde bereits erfolgreich durch Siemens Corporate Research Princeton, seit zur Analyse und Bewertung durchgeführter Ent- einigen Jahren eine langfristige strategische Zusam- wicklungsprozesse eingesetzt. Hierzu wurden menarbeit zum Thema Requirements-Engineering die im untersuchten Projekt erstellten Spezi- eingegangen. Das Ziel des akademischen Partners fikationsdokumente (beispielsweise Vision- & liegt auf der Hand: Fundiertere Methoden und grö- Scope-Dokument, Lasten- und Pflichtenhefte, ßere Systematik zum Requirements-Engineering, Architekturdokumente, usw.) hinsichtlich der wie dies in den letzten Jahren in wissenschaftlichen im Artefaktmodell festgelegten Inhalte und Arbeiten entwickelt wurde, stärker in die Praxis Beziehungen analysiert und bewertet. Gemein- zu bringen. Das Ziel des industriellen Partners ist sam mit der entsprechenden Untersuchung andererseits auch klar: Auf Basis einer Vielzahl des eingesetzten Requirements-Management- von Erfahrungen auf diesem Gebiet und vor dem Werkzeugkonzepts können hieraus Aussagen Hintergrund von Best-Practice-Ansätzen mithilfe zur Vollständigkeit und Qualität der betrach- von wissenschaftlichen Beiträgen das Thema zu teten Spezifikationsdokumente und ihres konsolidieren und in eine langfristige Zusammen- Erarbeitungsprozesses gefolgert werden. arbeit einzutreten, um industrielle Projekte besser unterstützen zu können. ten Teilaspekte eines Systems erstrecken. Die Fest- Requirements-Engineering und seine legung der Anforderungen bestimmt entscheidend wirtschaftliche Bedeutung sowohl die Qualität als auch die Kosten eines Systems Waren die Anfänge des Einsatzes von Software und damit auch dessen wirtschaftlichen Erfolg. in Prozessen und Produkten eher von der Auto- In sicherheitskritischen Anwendungen kommt matisierung bekannter Funktionen geprägt, so der Anforderungsanalyse noch eine zusätzliche bestimmen die Entwicklung und den Einsatz von
  • 3. und welchen Beitrag es zur Bewältigung der Abstract damit verbundenen Herausforderungen liefern Engineering supports a systematic collection kann. of product or system requirements regarding business goals and constraints. The goal is to Beherrschung der wachsenden Komplexität assure that the developed system optimally Produkte, in denen immer häufiger verteilte Sys- meets the user and market needs. That means teme mit vielfältigen Einsatzfunktionen eingebettet that all stakeholder expectations have been sind, werden zunehmend umfangreicher, an- taken in consideration. With regards to the high spruchsvoller und komplexer. Sie offerieren Ihren pace of innovation in software and software in- Nutzern reichhaltige Interaktionen mit Zugriff auf tensive systems and also the rapidly increasing hoch innovative Funktionen (oder Features1 ). Aber functional complexity Requirements Enginee- oft kommt es zur sogenannten ,,Software Pollution“ ring excellence is now a critical success factor und zum ,,Over Engineering“, siehe Abb. 1. Das in product and system development. In this heißt, das Produkt umfasst weit mehr Funktionen context the Technical University Munich and als der Nutzer und damit der Markt wirklich benö- Siemens Corporate Research are cooperating tigt. Häufig sind auch mehr Features implementiert in developing a Engineering Reference Model als tatsächlich ausgeliefert werden: Zum einen, um (REM) that defines the structure and content of für eventuelle zukünftige Benutzeranforderungen the results (“artifacts”) of Requirements Engi- gerüstet zu sein und zum anderen, weil die aktu- neering activities. It includes a tailoring concept ellen Anforderungen zu vage formuliert sind und that allows its adaptation to different application deshalb mit weiteren Funktionen experimentiert domains and documentation constraints. REM wird. supports iterative processes and model based Dies zeigt, dass ein Großteil der zunehmenden development. Komplexität hausgemacht und damit vermeid- bar ist. Allerdings ist hierzu ein professionelles Requirements-Engineering nötig, insbesondere Software immer stärker auch innovative Funktionen. ein wohl definierter Erhebungsprozess und eine Diese erfordern zwangsläufig einen Lernprozess Methodik zur Bestimmung des ,,Geschäftswertes“ in Hinblick auf die wesentlichen funktionalen einer Funktion oder Anforderung. Eine Methodik, und nichtfunktionalen Anforderungen. Damit die die Priorisierung der Anforderungen bezüglich kommt dem Requirements-Engineering eine immer ihres Geschäftsnutzens unterstützt, garantiert nur tragendere Rolle zu. die Implementierung der wesentlichen Anforde- rungen. Um sicherzustellen, dass auch wirklich Trends in der Industrie nur diese Features implementiert werden, müssen Drei große Trends und die damit verbundenen diese Anforderungen über den Entwicklungsprozess Herausorderungen bestimmen heute unter anderem verfolgt und entsprechende Testfälle erstellt werden, die industrielle Fertigung von Produkten ebenso wie um die Minimalität der Entwicklung sicherstellen zu die Entwicklung komplexer Systeme wie Verkehrs- können. leitsysteme, Computertomografien, Autoelektronik, Automatisierungssysteme oder Systeme für den Neue Funktionalitäten – Energiebereich. Software als Innovationstreiber mit Diese aktuellen Trends sind: immer kürzeren Innovationszyklen In den vergangenen Jahren ist der Anteil von · stark wachsende Komplexität der Produkte, Software in Produkten, Dienstleistungen und Sys- · Software als Innovationstreiber, folglich immer kürzere temlösungen kontinuierlich gewachsen. Bei Siemens Innovationszyklen und beträgt der Softwareanteil in der Produkt- und · voranschreitende Globalisierung mit verteilter Entwicklung. Lösungsentwicklung heute schon (schätzungsweise) mehr als 60%. Im Folgenden zeigen wir kurz die Rolle des Requirements-Engineering für diese Trends 1 Ein Feature ist eine Gruppe von Produktfunktionen.
  • 4. { REQUIREMENTS-ENGINEERING Abb. 1 Software Pollution [10] Produktinnovationen werden zu einem stark in allgemeine und Zielgruppen oder marktspe- wachsenden Teil in Softwarekomponenten rea- zifische Anforderungen erforderlich, sowie ein lisiert. 50% der Produkte, Dienstleistungen und entsprechender Prozess, der alle Beteiligten von Systemlösungen bei Siemens sind jünger als fünf der Unternehmensführung, über Vertrieb, Marke- Jahre. In Hochtechnologiebranchen wie etwa der der ting, Produktmanagement bis zur Entwicklung mit Medizintechnik sind 90% der Produkte sogar jünger einschließt. als drei Jahre. Eine weitere Dimension der Globalisierung Bei diesen extrem kurzen Innovationszyklen ist ist die zunehmende verteilte Entwicklung das Off- ein effizientes und systematisches Requirements- shoring in Niedriglohnländer. Beides erhöht die Engineering mit einem wohl definierten Übergang Anforderungen an das Requirements-Engineering von innovativen Produktideen in den Realisie- enorm, da all die informellen Kommunikationswege rungsprozess unabdingbar. Falls Missverständnisse wegfallen und zusätzlich kulturelle Differenzen die und Unklarheiten der Produktanforderungen in Kommunikation erschweren. den frühen Phasen nicht beseitigt werden können, führen diese zu einem stark erhöhtem Aufwand in Requirements-Engineering in der Praxis der Produktrealisierung und im schlimmsten Fall Unter Requirements-Engineering verstehen wir das zum Scheitern des Produkts, wenn es am Markt Erfassen, Analysieren, Entwickeln, Strukturieren vorbeientwickelt wird. und Dokumentieren von Anforderungen und Lö- sungskonzepten. Wesentliche Aufgaben sind hierbei Voranschreitende Globalisierung das Validieren und Abstimmen verschiedener, Die Industrie entwickelt heute nicht mehr nur für möglicherweise widersprüchlicher Aspekte der lokale Märkte sondern für den Weltmarkt. Doch der Produktentwicklung und die entsprechende Priori- Weltmarkt besteht aus vielen lokalen Märkten, die sierung und Entscheidung über Anforderungen und ihre spezifischen Anforderungen haben. zu realisierende Produktfunktionen. Um auf diesem Weltmarkt bestehen zu können, Requirements-Engineering umfasst: müssen die Produkte und Lösungen adaptierbar und auf die Anforderungen der lokalen Märkte ab- · die Identifikation aller Lebenszyklus-Aktivitäten mit dem gestimmt sein. Für die technologische Realisierung Ziel, Geschäfts- und Anwenderanforderungen zu gewinnen, leicht adaptierbarer Produkte müssen jedoch die · die Identifikation von Anforderungen und Randbe- Anforderungen systematisch analysiert, die Gemein- dingungen abgeleitet aus der Zielumgebung und samkeiten herausgearbeitet und von den variablen Realisierungstechnologien, Anforderungen separiert werden. Gleiches gilt für · die Analyse von Anforderungen und Ableitung detaillierter unterschiedliche Nutzergruppen und Zielmärkte. zusätzlicher Anforderungen, Hierfür ist eine systematische Methodik zur · die Dokumentation und Management von Anforderungen Erfassung und Unterscheidung der Anforderungen und Spezifikationen,
  • 5. · die Validierung und Verifikation der dokumentierten mentierbar und nicht skalierbar strukturiert. Verfügbare Anforderungen gegen die Nutzerbedürfnisse, Werkzeuge sind sehr ineffektiv, bieten nur sehr generi- · ein intuitives und eindeutiges Medium zur Kommunikation sche Konzepte, sind zu implementierungsnah, fordern der Produkt- und Funktionalitätsideen zwischen Anwendern hohen Administrationsaufwand und bieten schlechte und Entwicklern, Visualisierungskonzepte an. · die Entwicklung innovativer Produktkonzepte, welche oft · Zwischen Produktmanagement, Forschung & Ent- durch Software ermöglicht werden und wicklung, Marketing und Vertrieb gibt es keine klar · die Verwaltung und Instandhaltung der Produktanforde- abgestimmten Vorgehensweisen und kein einheitliches rungen von der Auslieferung bis zur Abkündigung. Kommunikationsmedium. · Häufige und späte Änderungen der Anforderungen sind Bedeutung von Requirements-Engineering nicht vermeidbar und werden insbesondere bei Prozessen im Entwicklungs-Life-Cycle mit sequenziellen Vorgehensweisen nicht ausreichend Industriestudien zum Thema Requirements-Engin- beherrscht. Änderungsraten von 2–3% pro Monat [13] sind eering (RE) zeigen auf, wie stark der Einfluss von nicht untypisch. RE auf den Projekterfolg ist. So weist der Standish Report [9, 30] nach, dass mehr als 50% der ,,Schlüs- Industrielle Programme selfaktoren“ für einen Projekterfolg im Require- Um den genannten Herausforderungen in der Sys- ments-Engineering zu finden sind. Wingrove, Wie- tementwicklung zu begegnen und die identifizierten gers und Gottesdiener schätzen, dass 40% bis 60% Schwachstellen im Requirements-Engineering zu aller Produktdefekte im Requirements-Engineering beheben, wurden in betroffenen Unternehmen sys- ihren Ursprung haben [14, 33, 34]. tematische Verbesserungsmaßnahmen initiiert. Die Schon länger unbestritten ist, dass eine frühe Siemens AG hat wie auch Alcatel [13] und Intel [25] Fehlerfindung durch eine stärkere Fokussierung auf ein Programm zur Verbesserung des Requirements- die frühen Entwicklungsphasen insgesamt zu einer Engineering für Projekte aufgesetzt. Innerhalb Kostenreduktion führt. Barry Boehm hat bereits von Siemens ist Siemens Corporate Research für darauf hingewiesen, dass Fehlerkorrekturen in die Ausgestaltung des Requirements-Engineering- den frühen Phasen 50 bis 200 mal billiger sind als Programms verantwortlich. Es ist organisatorisch wenn das Produkt im Feld ist [4]. Steve McConnell mit dem unternehmensweiten top+ Programm ermittelte Faktoren zwischen 10 und 100 in seinen assoziiert. Das Ziel ist Exzellenz im Requirements- Arbeiten [23]. Engineering und soll durch folgende Maßnahmen Capers Jones untersuchte die Zeitaufwände für erreicht werden: das überarbeiten der Requirements-Engineering- Defekte mit einem Ergebnis von 40% bis 50% des · Zur Verfügung stellen und Entwickeln von ,,state-of-the-art“- gesamten Projektaufwandes [19, 20]. Requirements-Prozessen, Methoden, Tools und Metriken – insbesondere für spezifische Geschäftsdomänen. Schwächen heutiger · Einbettung von Requirements-Engineering in die Siemens- Requirements-Engineering-Praxis Geschäftsprozesse (Produktmanagement, Marketing, Capers Jones stellte in seiner Untersuchung fest, dass Innovation Management etc.). die Requirements-Engineering-Disziplin in mehr als · Aufbau von Trainings- und Zertifizierungsangeboten für die 75% aller Unternehmen nur sehr mangelhaft durch- Mitarbeiter. geführt wird [19, 20]. Seine Ergebnisse machen deutlich, dass ein großes Verbesserungspotenzial Das Programm ist auf sechs Säulen aufgebaut vorhanden ist. Aufbauend auf seine Kategorisie- (s. Abb. 2), um obige Zielsetzung auch umfassend rung sehen wir folgende Herausforderungen als und nachhaltig umzusetzen. besonders kritisch: Das Programm ist in die Siemens-Software- Initiative integriert und es wurden bereits drei · Es gibt keine eindeutige Definition, was eine ,,Best Practice“ erfolgreiche internationale Konferenzen mit Gast- ist, letztendlich fehlen akzeptierte Referenzmodelle. rednern aus Industrie und Forschung durchgeführt. · Die Anforderungen sind mangelhaft dokumentiert, zu Speziell für Projekteiter und Manager wurde eine lösungsorientiert, unvollständig, inkonsistent, nicht imple- Checkliste entwickelt, die zehn kritische Erfolgs-
  • 6. { REQUIREMENTS-ENGINEERING faktoren für eine erfolgreiche Produktdefinition festlegt. Sie erhebt keinen Anspruch auf Vollständig- keit, aber wenn mehrere dieser Faktoren in einem Projekt nicht beachtet werden, sind Probleme zu erwarten (s. Abb. 3). Requirements-Engineering an der TU München (TUM) Das Thema Spezifikation hat in Forschungsarbei- ten der Informatik sehr früh Eingang gefunden. Bereits in den 60er und 70er Jahren gab es eine Fülle von Arbeiten, die gerade dem Thema der formalen Spezifikation von Datenstrukturen und Programmen gewidmet waren. Dazu gehören grundlegende Arbeiten zum Thema Semantik Abb. 2 Säulen des Siemens-Corporate-Research-Requirements- von Programmiersprachen, aber auch methodi- Engineering-Programms [1] sche Arbeiten zur Spezifikation von Programmen Abb. 3 Zehn kritische Erfolgsfaktoren der erfolgreichen Produktdefinition und Anforderungsanalyse [3]
  • 7. durch Annotationen und letztlich auch Arbeiten späteren Entwurfsphasen integriertes, bewertbares, in Verbindung mit den Ansätzen der Programm- quantifizierbares und in Teilen automatisierbares verifikation. Diese Ansätze im Umfeld sogenannter Requirements-Engineering ist das konsequente Ein- formaler Methoden waren aber deutlich getrennt führen von Modellen in das Requirements-Engin- von stärker pragmatischen Überlegungen, die auch eering. Dabei handelt es sich einmal um Modelle, mit praktischen Fragestellungen in Verbindung zu die geeignet sind, funktionale Anforderungen zu sehen sind, wie Methoden der strukturierten Ana- beschreiben, zum anderen um Modelle, die stärker lyse, die bereits auch diagrammatische Techniken auf Architekturen ausgerichtet sind und in einem einsetzten, um Anforderungsanalyse zu betreiben. Zusammenhang zu nichtfunktionalen Anforderun- In einem umfassenden Sinn wurde das Thema gen zu sehen sind, aber auch um weiterführende Requirements-Engineering jedoch auf akademi- Modellbildungen im Zusammenhang mit Qualitäts- scher Seite in diesen frühen Zeiten nicht behandelt. modellen und nichtfunktionalen Anforderungen. Im Laufe der Jahre entstanden, parallel zu den Ar- Hier finden sich viele faszinierende Forschungs- beiten der formalen Methoden, schließlich stärker fragen, die in vielerlei Hinsicht noch nicht genügend pragmatische Ansätze zur systematischen Analyse bearbeitet sind. und Erarbeitung von Anforderungen. Die wissen- schaftlichen Gruppierungen zum Thema formaler Ausgangspunkt Methoden und die Forschergruppen, die sich stärker Der Lehrstuhl für Software und Systems Engineer- mit Requirements-Engineering als pragmatische ing der Technischen Universität München (TUM) Aufgabenstellung beschäftigten, blieben aber im arbeitet seit langem auf dem Gebiet der formalen Laufe der Jahre weitgehend disjunkt. Modellierung und Systemspezifikation. Ziel ist Es zeigt sich, dass für fortgeschrittenes Require- es präzise und adäquate/brauchbare System- ments-Engineering eine Synthese aus diesen eher beschreibungsmodelle zu entwickeln, die mit formalen Ansätzen und den pragmatischen Vorge- entsprechenden Techniken die qualitativ höher- hensweisen, die eine breitere Sicht auf das Require- wertige Systemdefinition unterstützen. Dies umfasst ments-Engineering haben, erforderlich ist. Hinzu modellbasierte Methoden der Systemspezifikation, kommen die Ideen der modellbasierten Entwick- Verifikation, Codegenerierung, Qualitätssiche- lung, die eine konsequente Fortsetzung der Ansätze rung und Testspezifikation. Abbildung 4 zeigt formaler Methoden sind und heute in der Praxis die Systembeschreibungsmodelle des Werkzeuges stärker pragmatisch eingesetzt werden. Ein Ziel für AutoFocus [2, 5, 36]. Es ist ein modellbasiertes Ent- ein stärker werkzeugunterstütztes, besser in die wicklungswerkzeug für den Entwurf eingebetteter Abb. 4 Grafische Systembeschreibungstechniken in AutoFocus
  • 8. { REQUIREMENTS-ENGINEERING Systeme. Es verbindet Konzepte der Design- beitung von modellbasierten Methoden schrittweise Modellierung, der Simulation sowie der Code- und REM hinzuzufügen. Testfallgenerierung, und erlaubt die Verifikation von Software-Komponenten. Die mathematisch Requirements-Engineering- fundierten2 Systemsichten mit ihren grafischen Referenzmodell (REM) Beschreibungstechniken sind (s. Abb. 4): Ausgangspunkte für die Entwicklung von REM waren die Forschungsaktivitäten der TUM sowie · hierarchische Strukturdiagramme (SSDs), Erfahrungen und Projekte der Siemens Corporate · Zustandsautomaten (STDs), Research (SCR) in Princeton, USA und Siemens · erweiterte Sequenzdiagramme (EETs) und Corporate Research & Technology (CT) in Mün- · Datentypdefinitionen (DTDs). chen. Die zentralen Forschungseinheiten haben die Aufgabe, die Siemens-Geschäftsbereiche durch Best- Nachdem der Schwerpunkt bisher auf der Practice-Sharing und Innovation in diesem Bereich präzisen und angemessenen Spezifikation des er- zu unterstützen. forderlichen Systemverhaltens lag, geht man jetzt dazu über modellbasierte Methoden auch in der Zielsetzung Kernphase des Requirements-Engineering anzu- Zielsetzung von REM ist die Unterstützung und wenden, bis hin zu ihrem systematischen Einsatz zur Prozessdefinition des Requirements-Engineering schrittweisen Konstruktion, Analyse und zielorien- (RE) auf der Basis eines grundlegenden Modells tierten Konsolidierung von Anforderungsmodellen. zu erarbeitender Spezifikationsartefakte und ihrer Entsprechende Grundkonzepte des modellbasierten Beziehungen. Hierzu definiert REM Requirements-Engineering, der artefakt-zentrierten Prozessdefinition, der Qualitätssicherung und der · eine Kernmenge von RE Artefakten und ihren Abhängig- keiten – das RE-Artefaktmodell – und messbaren Entscheidungsunterstützung sind in [15] zusammengefasst. · ein artefakt-zentriertes Tailoring-Konzept. Der Ansatz des Requirements-Engineering-Re- In Analogie zum V-Modell XT unterstützt dies eine ferenzmodell (REM) [16], wie er im nachfolgenden artefakt-basierte Prozessdefinition und definiert Abschnitt ausführlich dargestellt wird, ist ein erster Meilensteine in der Systementwicklung auf der Schritt in Richtung auf eine Synthese zwischen Basis von zu erarbeitenden RE-Artefakten. Für die formalen Techniken, insbesondere Modellierungs- Anwendung und Instanziierung des Ansatzes in techniken und einem breit angelegten methodischen konkreten Projekten und Domänen ist ein Tailoring- Ansatz zum Requirements-Engineering. Konzept definiert. Gemeinsam mit den Erfahrungen der Siemens- Forschung zum Requirements-Engineering und REM im Produktlebenszyklus weiteren Vorarbeiten der TUM zu Qualitätsmodel- REM geht von folgenden Aufgaben des Require- len [6, 11] und der artefakt-orientierten Prozess- ments-Engineering im Lebenszyklus eines Pro- definition im V-Modell XT [35] sind diese Ansätze duktes aus. Hierzu gibt Abb. 5 einen allgemeinen in REM umgesetzt und im Kontext komplexer Überblick über Entstehung, Einsatz und Wartung industrieller Anforderungen präzisiert worden. eines Produktes und seiner schrittweisen Weiterent- REM schafft hierbei zunächst ein Referenzmo- wicklung auf Basis von Kundenerfahrungen, neuen dell, das die wesentlichen Artefakte, die als Ergebnis Marktstrategien und Technologien. eines strukturiert angelegten Requirements-Engin- Die Aufgaben des Requirements-Engineering eering zu erarbeiten sind, festlegen und zueinander sind hierbei: in Beziehung setzt. Für REM existieren erste Ausprä- gungen zum Einsatz formaler Methoden, zumindest · Marketinginformationen und Nutzeranforderungen zu für die konstruktive Erarbeitung und qualitative analysieren, die funktionalen und nichtfunktionalen Anfor- Überprüfung bestimmter Artefakte. In weiteren derungen abzuleiten und den entsprechenden funktionalen Schritten ist geplant, hier eine umfassendere Ausar- Entwurf des Systems zu steuern. · Die Auswirkungen dieser Anforderungen auf das Geschäft 2 Der strombasierte Ansatz von FOCUS [7] zur Systemmodellierung. und den Erfolg des Produktes im Markt zu verstehen.
  • 9. Abb. 5 Der Produktentstehungsprozess im Überblick · Diese Anforderungen abzustimmen, zu konsolidieren und der zu erarbeitenden Spezifikationsdokumente der in einer Anforderungs- und Systemspezifikation konsistent fachübergreifenden Abstimmungsaktivitäten der und vollständig zu spezifizieren. Produktentwicklung. Das Modell ist nach folgenden Paradigmen Somit hat das Requirements-Engineering eine der integrierten Anforderungsanalyse und System- zentrale Rolle in der Produktdefinition und Ent- definition gestaltet: wicklung. Die erarbeiteten Spezifikationsartefakte sind die Basis für Produktdesignentscheidung · ziel- und nutzerorientierte Analyse und Verfeinerung von und Projektmanagement während des gesamten Anforderungen und funktionalen Entwurfskonzepten, Produktlebenszyklus. Die Qualität und Angemes- · Analyse und Verfeinerung von ,,high-level“ funktionalen senheit der Artefakte ist ein Schlüsselfaktor für die und nichtfunktionalen Anforderungen mithilfe eines grund- erfolgreiche Systementwicklung. legenden Beschreibungskonzeptes für Systeme und ihres Verhaltens aufbauend auf der Modellierung funktionaler Das Artefaktmodell Systemsichten und REM strukturiert und gibt Vorgaben für die · qualitative Überarbeitung erarbeiteter Spezifikationen auf Anforderungsanalyse- und Systementwurfsak- Basis definierter Beziehungen zwischen verschiedenen tivitäten mittels eines grundlegenden Modells von Klassen von Anforderungen und Systemmodellen (RE- Requirements–Engineering-Spezifikationspro- Artefakten) des Artefaktmodells. Diese Abhängigkeiten dukten – dem RE-Artefaktmodell. Abbildung 6 zwischen Artefakten bilden messbare Konsistenzbe- zeigt einen Überblick über das Modell und seine dingungen und können für die Verifikation und Struktur. Es unterteilt die zu erarbeitenden An- Validierung erstellter Systemanforderungen genutzt forderungen (RE-Artefakte) in die Gruppen werden. Business-Needs, Requirements-Specification und System-Specification. Die Artefakte mit ihren defi- Entsprechend dieser methodischen Konzepte ist die nierten Inhalten bestimmen die Struktur und Inhalte Beschreibung der einzelnen RE-Artefakte aufgebaut
  • 10. { REQUIREMENTS-ENGINEERING Abb. 6 Überblick über das REM-Requirements-Engineering-Artefaktmodell und gibt Vorschläge einzusetzender Methoden und · General Conditions und Scope & Limitations spezifizieren Beschreibungstechniken zur Konstruktion, Kommu- ,,high-level“-nichtfunktionale Anforderungen und Beschrän- nikation und Konsolidierung ihrer erforderlichen kungen und grenzen den relevanten Ausschnitt der Anwen- Inhalte (Content-Items). Die weitere Unterteilung dungsdomäne und gegebenenfalls der Produktlinie ab. der Artefakte in Content-Items wird in Abb. 7 am Bei- · Return of Investment (ROI) und Business-Risk fassen die spiel der Requirements-Specification-Artefaktgruppe Ergebnisse mehrfacher Kosten-Nutzen-Analysen, erwartete demonstriert. Verkaufserlöse, Entwicklungs- und Markteinführungskosten zusammen und stellen die entsprechende Risikoanalyse von Artefaktgruppen Anforderungen in den Mittelpunkt. · System-Success-Factors spezifizieren und priorisieren die Business-Needs-Artefakte Kriterien für den finalen Produkterfolg. Die Business-Needs-Artefakte spezifizieren kunden- und produktstrategische Anforderungen, ins- Diese Produktziele und Abgrenzung sind das Er- besondere die Geschäfts- und Produktziele der gebnis sorgfältiger Marketing-, Portfolio- und Systementwicklung. Zu der Gruppe gehören Kundenabstimmung. Gemeinsam mit wiederhol- folgende Artefakte: ten Return-of-Investment- und Risikoanalysen legen sie die Basis für die nachfolgende Ent- · Business-Objectives und Customer-Requirements spe- wicklungsarbeit und bilden die Grundlage für zifizieren Kundenanforderungen und beschreiben die Produktdesign-Entscheidungen. Marktpositionierung des zukünftigen Produktes. · System-Vision listet die geforderten funktionalen Requirements–Specification-Artefakte Anforderungen/Features auf und legt die Planungsan- Die Requirements-Specification-Artefakte bein- nahmen und Projektabhängigkeiten der Produkt- oder halten die funktionalen und nichtfunktionalen Produktlinienentwicklung fest. Anforderungen an das zu entwickelnde System.
  • 11. Abb. 7 Überblick über die Requirements-Specification-Artefakte Mithilfe dieser Artefakte werden die Ziele und Vor- Annahmen (Assumptions & Dependencies) und Constraints gaben der Business-Needs-Artefakte aus Kunden- (Design-Constraints) und bilden diese auf die detaillierten und Nutzersicht analysiert, strukturiert und detail- Anforderungen der System-Specification ab. lierte Anforderungen und Qualitätsvorgaben an das · Acceptance-Criteria spezifizieren die Abnahme- und Nutzungserhalten des Systems abgeleitet. Zu ihnen Testkriterien des auszuliefernden Systems. gehören diese Artefakte: Die wesentliche Rolle der Analysemodelle der Re- · Functional-Analysis-Models enthalten Analyse- und quirements-Specification-Artefakte ist die Verfei- Beschreibungsmodelle der Geschäfts- und Anwendungs- nerung und Strukturierung der ,,high-level“-fest- prozesse. Sie dienen der Kommunikation der Kunden- gelegten Business-Needs sowie ihrer Abbildung auf und Nutzeranforderungen, der Bestimmung erforderlicher die detaillierten Systemanforderungen des entspre- Systemdienste/Features und Qualitätseigenschaften und chenden Systementwurfskonzeptes. Sie bilden die sie bilden die Basis für die Evaluierung und Bewertung Entscheidungsbasis für die Priorisierung von Anfor- erarbeiteter System-Specifications. derungen und ermöglichen begründete und nach- · Domain-Models sind eine strukturierte Spezifikation der vollziehbare Produktdesignentscheidungen. Zuge- Anwendungsdomäne und ihrer Charakteristika und wer- schnitten auf domän- und projektspezifische Erfor- den ergänzt durch eine Modellierung der operationellen dernisse können hier passende Methoden und Be- Umgebung des zukünftigen Systems. schreibungstechniken für die Erarbeitung und Ab- · Nichtfunktionale Anforderungsmodelle verfeinern und struk- stimmung der RE-Artefakte eingesetzt werden. Ak- turieren Qualitätsanforderungen (Quality Requirements), tuelle Ansätze der Prozess- und Szenarioanalyse hier-
  • 12. { REQUIREMENTS-ENGINEERING zu sind Strukturierungsmethoden von [27, 28], der Phasen in der Produktdefinition – weniger auf den Fraunhofer-QUASAR-Ansatz [29], AutoRAID [15, 17], konkreten Aufbau der Dokumente. Spezifikations- die aufgabenorientierte Szenarioanalyse von [8, 31] dokumente als Basis für Meilensteinentscheidungen und Methoden der szenariobasierten Testfallab- setzen sich aus Inhalten quer über das Artefakt- leitung [18]. Ansätze der Ziel- und Qualitätsmodel- modell zusammen. Die spezifisch erforderlichen lierung sind KAOS [22], ATAM [21], TROPOS [32] Dokumentstrukturen eines Entwicklungsprojektes sowie die ASPIRE-Methode für die Konstruktion werden durch das domänenspezifische Tailoring erfahrungsbasierter Qualitätsmodelle [12]. Das des Artefaktmodells und der daraus folgenden grundlegende Konzept von REM, Anforderungen Prozessdefinition bestimmt. mithilfe funktionaler Systemsichten herauszuar- beiten und zu strukturieren (AutoRAID/Auto- Prozessdefinition und Tailoring Focus [2, 15, 17, 36]) findet sich auch in den Ansätzen Das RE-Artefaktmodell bildet den Ausgangspunkt von [26, 27] wieder. für das domänenspezifische Tailoring und eine artefakt-zentrierte Prozessdefinition. REM definiert System-Specification-Artefakte Meilensteine und Entscheidungspunkte im Produkt- Die System–Specification-Artefakte adressieren den entstehungsprozess in Form von Vollständigkeits- detaillierten Entwurf des funktionalen Systemkon- bzw. Qualitätsstufen auf den RE-Artefakten. zeptes: Es spezifiziert das erforderliche Verhalten des betrachteten Systems und seine Integration in Artefakt-basierte Prozessdefinition das technische Gesamtsystem und die Anwendungs- Abbildung 8 zeigt dieses Konzept der artefakt- umgebung. Zusätzlich werden die Bedingungen für zentrierten Prozessdefinition: Das Artefaktmodell den detaillierten Entwurf und die Realisierung des definiert Inhalt und Struktur der gesamten Systems innerhalb der Entwicklungsdisziplinen Spezifikationsdokumente. Ihre festegelegten Voll- (Software, Elektrik/Elektronik und Mechanik) ständigkeitsstufen bilden die messbare Grundlage festgelegt. Folgende Artefakte bestimmen die für Reviews und Entscheidungen in Produktdefini- System-Specification Artefaktgruppe: tion und Realisierung. Für ihre einfache Darstellung sind diese Vollständigkeitsstufen durch Prozent- · User–Interface-Specification und User-Documentation be- zahlen der RE-Artefakte zusammengefasst. Sie schreiben die Nutzungsschnittstelle und mögliche Abläufe repräsentieren den gewünschten Grad an Qualität wie die Nutzer das System benutzen können. und Vollständigkeit zu dem erreichten Zeitpunkt des · Functional-System-Concept: Detaillierte Systeman- betreffenden Entscheidungspunktes. Zugehörige forderungen spezifizieren die erforderlichen Versionen der Spezifikationsdokumente bilden die Systemdienste/Funktionen, mit entsprechenden Anfor- Decision-Base (Entscheidungsbasis) D(i) für Meilen- derungen an Interaktion, Verhalten, Datenstrukturen, steine oder Quality Gates im Entwicklungsprozess, das zugrunde liegende Datenmodell und die Nut- und sie sind Input für die artefakt-spezifische zungsbedingungen des Systems. Gemeinsam mit der Planung (Plan) und Durchführung iterativer External-Interface-Specification wird die Integration des Konstruktions- (Develop) und Abstimmungsaktivi- Systems in das Gesamtsystem definiert. täten (Verify) der interdisziplinären Anforderungs- · External-Interface-Specifications definieren die Schnittstellen und Systemdefinition. des Systems zu kooperierenden Komponenten und Sys- REM geht von einer grundlegenden iterativen temen der Umgebung und zu genutzten Software- und Erarbeitung der Systemspezifikation aus, in der An- Hardware-Komponenten. forderungen und Lösungskonzepte in wechselnden · Design-Constraints begrenzen den detaillierten Sys- Phasen der Entwicklung und Abstimmung (Develop tementwurf und die Realisierung innerhalb der und Verify) systematisch mithilfe grundlegender Engineering-Disziplinen. methoden-abhängiger Modellierungskonzepte · System-Test-Criteria bilden Akzeptanz- und Testkriterien für analysiert (Analyze), verfeinert (Refine), struktu- Systemintegration und Evaluierung. riert/modelliert (Structure & Model), vervollständigt und konsolidiert (Complete) werden. Diese drei Gruppen des RE-Artefaktmodells zielen Anzahl und inhaltliche Gestaltung solcher auf die vorherrschenden Inhalte der wesentlichen vordefinierten Entscheidungspunkte sind abhängig
  • 13. Abb. 8 Prozessdefinition mittels Vollständigkeitsstufen von Spezifikationsdokumenten vom der jeweils gewählten Prozessstrategie, z.B. · Prozessstrategie – Entscheiden über die Prozessstrategie einer agilen, komponenten-orientierten oder eher und Festlegen der Reihenfolge in der die RE-Artefakte zu traditionellen Vorgehensweise. erarbeiten und zu vervollständigen sind und entsprechende Definition der Entscheidungspunkte, Meilensteine oder Tailoring Quality-Gates. REM empfiehlt ein iteratives und review- Die artefakt-orientierte Prozessdefinition erfolgt basiertes Vorgehen. nach folgenden Tailoringschritten: · Zuordnen von Teammitgliedern zu Rollen und von Rollen zu Spezifikationsdokumenten und Inhalten (RE-Artefakte). · Pruning des Artefaktmodells – Zuschneiden und Anpassen In Anlehnung an das Microsoft Teammodell [24] definiert der zu erarbeitenden Anforderungsinhalte (RE-Artefakte) das Rollenkonzept in REM grundlegende Rollen-Cluster und Spezifikationsdokumente. REM definiert mandatory, und ihre Zuständigkeit für Teile des Artefaktmodells. Für recommended, optional RE-Artefakte und Inhaltspunkte jedes RE-Artefakt sind in REM Responsible- und Contributing- (Content-Items). Rollen definiert. · Auswählen, Zuordnen und Anpassen von Methoden und Beschreibungstechniken für das Herausarbeiten und Abbildung 9 fasst das Tailoring-Konzept von REM Spezifizieren der RE-Artefakte und Content-Items. zusammen: Aktivitäten (Activities), Meilensteine Abb. 9 Überblick über artefakt-orientiertes Prozess-Tailoring in REM
  • 14. { REQUIREMENTS-ENGINEERING Abb. 10 Meilensteindefinition in REM am Beispiel des Siemens Product-Life-Cycle-Process (PLM) (Decision-Gates) und Rollen (Roles) sind nach die zielorientierte und effektive Entwicklung von RE-Artefakten (RE-Artifacts) bzw. Spezifikations- Anforderungen und Systemkonzepten. dokumenten (Documents) strukturiert. Durch das Abbildung 10 zeigt ein Beispiel des Tailoring Tailoring erfolgt die domänen-/projektspezifische in REM anhand des Siemens Product-Life- Anpassung des Artefaktmodells, die Festlegung Cycle-Process (PLM) und der entsprechenden der Spezifikationsdokumente und die Definition Vollständigkeitsstufen der Spezifikationsdokumente der Entscheidungspunkte mittels dokumentspezifi- an den PLM-Meilensteinen M100, M150, und M200. scher Art und Vollständigkeitsstufen. Dies schließt die Festlegung von Methoden und Tools für die Methoden und Werkzeugunterstützung Konstruktion der Artefakte und Dokumente mit ein. für REM Das Ergebnis der Prozessinstanziierung ist Der Ansatz REM liefert ein Referenzmodell für ein Arbeitsplan mit Aktivitäten zur Erarbeitung die Struktur und Inhalte der Ergebnisse des der Dokumente, RE-Artefakte und ihrer Inhalte. Requirements-Engineerings. REM ist in seiner Entsprechend der definierten Vollständigkeitsstufen jetzigen Form weitgehend methoden-, werkzeug- können die zugehörigen Dokumente iterativ in und prozessunspezifisch. In zukünftigen Schritten Versionen entwickelt werden. werden Methoden in REM integriert. In [16] wer- Durch die Bereitstellung von Templates, den explizit für alle Artefakte die heute üblichen Checklisten, Methoden und Tools bietet das Methoden zur Beschreibung aufgezählt. Eine spe- artefakt-basierte Tailoring in REM die Grund- zielle Betonung oder Bewertung objektorientierter lage für Qualitäts- und Fortschrittsmessung im Methoden wird nicht durchgeführt. Generell sind Requirements-Engineering und damit die Basis für Strukturierungs- und Modularisierungskonzepte
  • 15. für alle Methoden insbesondere in Hinblick auf erreichen, ist es unabdingbar, Erfahrungen aus in- eine zufrieden stellende Skalierbarkeit essenziell. dustriellen Softwareprojekten zusammenzuführen. Daher sind entsprechende Methoden für industrielle Wesentlich zu klären ist die Frage, welche einzel- Projekte vorzuziehen. nen Methoden für die Erarbeitung der Artefakte Eine besondere Rolle kommt dem Prototyping sich anbieten und wie diese Methoden ineinander im Requirements-Engineering zu. Prototyping kann greifen. Für den praktischen Einsatz von REM sind insbesondere bei vagen Anforderungen und hoch Instanzen zu bilden, die auch die Wahl spezieller innovativen Produktentwicklungen in den Entwick- Methoden für die Erarbeitung der Artefakte und ent- lungsprozess systematisch integriert werden, um die sprechender Unterstützungswerkzeuge umfassen. Stakeholder in die Anforderungsanalyse intensiver Diese Instanzen bilden dann umfassendere konkrete, einzubinden. Prototyping kann zur Erarbeitung der praktisch einsetzbare Vorgehensmodelle für das Artefakte in das Referenzmodell integriert werden, Requirements-Engineering. Die Bildung spezifischer ist aber letztlich nur eine Methode zur Erfassung Instanzen ist aktuelles Thema laufender Forschungs- und Konsolidierung von Anforderungen und daher arbeiten an der Technischen Universität München nicht im Fokus dieser Arbeit. und bei Siemens Corporate Research Princeton. Zur Werkzeugunterstützung von REM gibt es Verschiedene Formen der Anwendung bieten einen ersten Prototyp, der parallel zur Entwicklung sich für REM an. REM kann als Methoden- von REM entstanden ist. Es handelt sich dabei Framework, als Planungswerkzeug für anstehende um das von der TUM entwickelte Requirements- Requirements-Engineering-Projekte, als Bewer- Management und Systemspezifikationswerkzeug tungswerkzeug für laufende oder abgeschlossene AutoRAID/AutoFocus [17, 36]. Das Werkzeug betont Requirements-Engineering-Projekte, als Bei- den Ansatz des modellbasierten Requirements- spielsammlung (Best Practice) für (ausgewählte) Engineering. Es ist prototypisch umgesetzt und Requirements-Engineering-Projekttypen etc. ein- anhand von Fallstudien erfolgreich erprobt. gesetzt werden. Damit können dann auch bekannte Schwächen im Requirements-Engineering von Soft- Fazit und Ausblick wareprojekten (z. B. Dokumentation, Skalierbarkeit, Es bleibt die Frage, was wir bisher mit REM er- Implementierbarkeit, Änderungsmanagement, und reicht haben. Das entwickelte Referenzmodell Metriken zur Bewertung der Qualität der Anforde- für Requirements-Engineering (REM) ist ein rungen und der Anforderungsprozesse) aufgedeckt erster wichtiger Schritt um sich das Thema des und behoben oder sogar frühzeitig vermieden Requirements-Engineering durch Systematisierung werden. stärker zu erschließen. Es dient zum Abstecken der Bestandteile eines umfassenden Requirements- Literatur Engineering-Ansatzes und wird dazu beitragen, dass 1. Achatz, R., Berenbach, B., Broy, M., Kazmeier, J., Ros, J., Rudorfer, A., Subrama- ein einheitlicheres und strukturiertes Verständnis nyan, R.: Requirements Engineering: A Key to Business Success for Siemens. Siemens Corporate Research (SCR) Technical Report, March (2006) für das Thema Requirements-Engineering erreicht 2. AutoFocus: AutoFocus – A CASE tool for Requirements, Design, Code Generation wird – und zwar für Forschung und die industri- and Simulation: http://www4../∼af2 (2006) 3. Berenbach, B.: Requirements Engineering Checklist. Siemens Corporate Research elle Praxis. Die flexible Prozessdefinition und das (SCR) SE, Internal Publication (2005) Tailoring erlauben es zudem, einen Requirements- 4. Boehm, B., Pappaccio, C.: Understanding and Controlling Chaos. IEEE Transactions of Software Engineering, October (1988) Engineering Prozess projektspezifisch anzupassen. 5. Braun, P., Lötzbeyer, H., Schätz, B., Slotosch, O.: Consistent Integration of Formal Damit werden sowohl das Vorgehen als auch die Methods. In: Proc. Intl. Conf. On Tools fort he Analysis of Correct Systems (TACAS), LNCS 2280 (2006) Kommunikation zwischen Projektbeteiligten (z.B. 6. Broy, M., Deissenboeck, F., Pizka, M.: Demystifying Maintainability. WoSQ ’06: Produktmanagement, Forschung & Entwicklung, Proceedings of the 4th Workshop on Software Quality (2006) Marketing und Verkauf) abgestimmt. 7. Broy, M., Stoelen, K.: Specification and Development of Interactive Systems. Springer (2001) Viele Fragen sind auch durch REM in seiner 8. Carroll, J.: Scenario-Based Design: Envisioning Work and Technology in System aktuellen Form naturgemäß nicht beantwortet und Development. Wiley & Sons (1995) 9. Chaos Report 2001: http://www.projectsmart.co.uk/docs/chaos_report.pdf viele Forschungsthemen sind noch nicht bearbeitet. 10. Cohen, D., Larson, G., Ware, B.: Improving Software Investment Through Require- Um REM als Referenzmodell zu etablieren, ist es ments Validation. Sente Corporation (2002) 11. Deissenboeck, F., Seifert, T.: Kontinuierliche Qualitätsüberwachung mit ConQAT. notwendig, das Modell für die Forschung und Praxis Jahrestagung der Gesellschaft für Informatik 2006, Workshop Software-Leitstände weiter auszuarbeiten und zu verfeinern. Um dies zu (2006)
  • 16. { REQUIREMENTS-ENGINEERING 12. Doerr, J., Kerkow, D., Koenig, T., Olsson, T., Suzuki, T.: Non-Functional Require- 23. McConnell, S.: Rapid Development: Taming Wild Software Schedules. Microsoft ments in Industry – Three Case Studies Adopting the ASPIRE NFR Method. IESE- Press (1996) Report No. 025.05/E (2005) 24. Microsoft Solution Framework (MSF) Team Model. White Paper. 2002. Homepage: 13. Ebert, C.: Requirements Before Requirements: Understanding the Upstream Im- http://www.microsoft.com/msf (2006) pacts. In: Proceedings RE’05, Paris (2005) 25. Nesland, S.: Initial Lessons Learned from the Definition and Implementation of 14. Firesmith, D.: A Business Case for Requirements Engineering. Presentation at SEI, a Platform Requirements Engineering Process at Intel Corporation. In: Proceedings September 2003: http://www.sei.cmu.edu/programs/acquisition-support/ RE’05, Paris (2005) presentations/firesmith/business-case/case.pdf (2006) 26. Paech, B., Von Knethen, A., Doerr, J., Bayer, J., Kerkow, D., Kolb, R., Trendowicz, 15. Geisberger, E.: Requirements Engineering Eingebetteter Systeme – ein interdiszi- A., Punter, T., Dutoit, A.: An Experience-Based Approach for Integrating Architec- plinärer Modellierungsansatz. Dissertation, Technische Universität München, 2005. ture and Requirements Engineering, ICSE’03 Workshop “From Software Require- Shaker Verlag, ISBN: 3-8322-4619-3, www.shaker-online.com/ ments to Architectures” (2003) 16. Geisberger, E., Berenbach, B., Broy, B., Kazmeier, J., Paulish, D., Rudorfer, A.: Re- 27. Pohl, K., Brandenburg, M., Gülich, A.: Integrating Requirement and Achitecture quirements Engineering Reference Model (REM). Technischer Bericht TUM-I0618, Information – A Scenario and Meta-Model Based Approach. In: Proc. of REFSQ TU München, November (2006) 2001 Workshop. Interlaken, Schweiz (2001) 17. Geisberger, E., Schätz, B.: Modellbasierte Anforderungsanalyse mit AutoRAID. 28. Pohl, K., Haumer, P.: Modelling Contextual Information about Scenarios. In: Proc. GI Informatik – Forschung und Entwicklung, Springer Verlag (2007) of the 3rd Intl. Workshop on Requirements Engineering – Foundation of Software 18. Halmans, G., Kamsties, E., Pohl, K., Reis, S., Reuys, A.: Seamless Transition from Quality (REFSQ ‘97). University Press Namur, Barcelona, Spain (1997) Requirements to Test Cases: How to Test a Software Product Line? In: Proceed- 29. QUASAR-Projekt. Homepage: http://www.first.fraunhofer.de/quasar (2006) ings of the Conference on Software Testing, ICSTEST-E (Bilbao, Spain, November 30. Standish Group Reports: http://www.standishgroup.com/sample_research/ 2004). SQS, Düsseldorf (2004) PDFpages/q3-spotlight.pdf (2006), http://www.standishgroup.com/ 19. Jones, C.: Applied Software Measurement – Assuring Productivity & Quality. New sample_research/Pdfpages/extreme_chaos.pdf (2006) York, McGraw Hill (1996) 31. Sommerville, I.: Software Engineering. 7th Edition. Addison Wesley (2004) 20. Jones, C.: Estimating Software Requirements. In CROSSTALK – The Journal of De- 32. TROPOS-Projekt. Homepage: www.troposproject.org/ (2006) fense Software Engineering, June 2002: http://www.stsc.hill.af.mil/crosstalk/ 33. Wiegers, K.: Software Requirements. 2nd Edition, Microsoft Press (2003) 2002/06/jones.pdf (2006) 34. Wiegers, K., Lawrence, B., Ebert, C.: The Top Risks of Requirements Engineering. 21. Kazman, R., Klein, M., Clements, P.: ATAM: Method for Archtecture Evaluation. IEEE Software, November/December (2001) Technical Report, CMU/SEI-2000-TR-004 (2000) 35. V-Modell XT. http://www.v-modell-xt.de/ (2006) 22. Lamsweerde, A., Darimont, R., Letier, E.: Managing Conflicts in Goal-Driven Re- 36. Wild, D.: AutoFocus 2 – Das Bilderbuch. Technische Universität München, Techni- quirements Engineering. IEEE Trans. Software Eng. 24(11), 908–926 (1998) cal Report: TUM-I0610, May (2006)