Mining domain-specific edit operations from model repositories with applications to semantic lifting of model differences and change profiling

Model transformations are central to model-driven software development. Applications of model transformations include creating models, handling model co-evolution, model merging, and understanding model evolution. In the past, various (semi-) automatic approaches to derive model transformations from meta-models or from examples have been proposed. These approaches require time-consuming handcrafting or the recording of concrete examples, or they are unable to derive complex transformations. We propose a novel unsupervised approach, called Ockham, which is able to learn edit operations from model histories in model repositories. Ockham is based on the idea that meaningful domain-specifc edit operations are the ones that compress the model diferences. It employs frequent subgraph mining to discover frequent structures in model diference graphs. We evaluate our approach in two controlled experiments and one real-world case study of a large-scale industrial model-driven architecture project in the railway domain. We found that our approach is able to discover frequent edit operations that have actually been applied before. Furthermore, Ockham is able to extract edit operations that are meaningful—in the sense of explaining model diferences through the edit operations they comprise—to practitioners in an industrial setting. We also discuss use cases (i.e., semantic lifting of model diferences and change profles) for the discovered edit operations in this industrial setting. We fnd that the edit operations discovered by Ockham can be used to better understand and simulate the evolution of models

Konsistenzerhaltung von Feature-Modellen durch externe Sichten

Bei der Produktlinienentwicklung werden Software-Produktlinien(SPLs) meistens Featureorientiert strukturiert und organisiert. Um die gemeinsamen und variablen Merkmale der Produkte einer Produktlinie darzustellen, können Feature-Modelle verwendet werden. Ein Software-Werkzeug zum Erstellen und Editieren von Feature-Modellen ist FeatureIDE, welche die Zustände der Feature-Modelle als Dateien der Extensible Markup Language (XML) persistiert. Bei der Entwicklung von Software-Systemen existieren allerdings mehrere unterschiedliche Artefakte. Diese können sich Informationen mit den Feature-Modellen teilen. Um diese Artefakte und Modelle gemeinsam automatisch evolvieren zu können, werden Konsistenzerhaltungsansätze benötigt. Solche Ansätze sind jedoch nicht mit den persistierten XML-Dateien kompatibel. In dieser Arbeit implementieren wir eine bidirektionale Modell-zu-Text-Transformation, welche die als XML-Dateien persistierten Zustände der FeatureIDE-Modelle in geeignete Modellrepräsentationen überführt, um daraus feingranulare Änderungssequenzen abzuleiten. Diese können zur deltabasierten Konsistenzerhaltung verwendet werden. Für die Modellrepräsentation verwenden wir ein bestehendes Metamodell für Variabilität. Zur Ableitung der Änderungssequenzen wird ein existierendes Konsistenzerhaltungsframework eingesetzt. Wir validieren die Korrektheit der Transformation mithilfe von Round-Trip-Tests. Dabei zeigen wir, dass die in dieser Arbeit implementierte Transformation alle geteilten Informationen zwischen FeatureIDE und dem Variabilitäts-Metamodell korrekt transformiert. Zudem können mithilfe der in dieser Arbeit implementierten Transformation und mit dem verwendeten Konsistenzerhaltungsframework zu 94,44% korrekte feingranulare Änderungssequenzen aus den als XML-Datei persistierten Zuständen der FeatureIDE-Modelle abgeleitet werden

Maßgeschneiderte Produktlinienextraktion

Industry faces an increasing number of challenges regarding the functionality, efficiency and reliability of software. A common approach to reduce the linked development effort and respective costs are model-based languages, such as Matlab/Simulink and statecharts. While these languages help companies during development of single systems, the high demand for customized software is an increasing challenge. As a result, variants with high similarity and only slight differences have to be developed in an efficient way. As reimplementation of complex functionality for each variant is no option, copies of existing solutions are often modified for new customers. In the short-run, this so-called clone-and-own approach allows to save costs as existing solutions can easily be reused. However, this approach also involves risks as the relations between the copied systems are rarely documented and errors have to be fixed for each variant in isolation. Thus, with a growing number of potentially large system copies, the resulting maintenance effort can become a problem. To overcome these problems, this thesis contributes an approach to semi-automatically migrate existing model variants to software product lines. These product lines allow to generate all variants from the identified reusable artifacts. As industry uses a variety of different modeling languages, the focus of the approach lies on an easy adaptation for different languages. Furthermore, the approach can be custom-tailored to include domain knowledge or language-specific details in the variability identification. The first step of the approach performs a high-level analysis of variants to identify outliers (e.g., variants that diverged too much from the rest) and clusters of strongly related variants. The second step executes variability mining to identify corresponding low-level variability relations (i.e. the common and varying parts) for these clusters. The third step uses these detailed variability relations for an automatic migration of the compared variants to a delta-oriented software product line. The approach is evaluated using publicly available case studies with industrial background as well as model variants provided by an industry partner.Die Industrie steht einer steigenden Anzahl an Herausforderungen bezüglich der Funktionalität, Effizienz und Zuverlässigkeit von Software gegenüber. Um den damit verbundenen Entwicklungsaufwand und entsprechende Kosten zu reduzieren, werden häufig modellbasierte Sprachen wie Matlab/Simulink oder Zustandsautomaten eingesetzt. Obwohl diese Sprachen die Unternehmen während der Entwicklung von Einzelsystemen unterstützen, führt die große Nachfrage nach maßgeschneiderter Software zu neuen Herausforderungen. Entsprechend müssen Varianten mit hoher Ähnlichkeit und nur geringfügigen Unterschieden effizient entwickelt werden. Da eine Neuimplementierung komplexer Funktionalität für jede Variante keine Option darstellt, werden häufig Kopien existierender Lösungen für Kunden angepasst. Auf kurze Sicht ermöglicht dieser sogenannte clone-and-own-Ansatz Kosten zu sparen, da existierende Lösungen leicht wiederverwendet werden können. Jedoch birgt der Ansatz auch Risiken, da Beziehungen zwischen den Systemkopien selten dokumentiert werden und Fehler für jede der Variante einzeln behoben werden müssen. Somit kann mit einer wachsenden Anzahl an möglicherweise umfangreichen Systemkopien der Wartungsaufwand zu einem Problem werden. Um diese Probleme zu lösen, bietet diese Arbeit einen Ansatz zur semi-automatischen Überführung existierender Modellvarianten in Softwareproduktlinien. Diese ermöglichen eine anschließende Generierung der Varianten aus den identifizierten wiederverwendbaren Artefakten. Da in der Industrie eine große Menge von Modellierungssprachen eingesetzt wird, liegt der Fokus auf der einfachen Adaption für unterschiedliche Sprachen. Zusätzlich kann durch Einbeziehung von Expertenwissen oder sprachspezifische Details die Variabilitätsidentifikation beeinflusst werden. Der erste Schritt des Ansatzes analysiert die Varianten auf hohem Abstraktionslevel, um Außenseiter (z.B. Varianten die stark von den restlichen Variaten abweichen) und Cluster von stark verwandten Varianten zu identifizieren. Der zweite Schritt analysiert diese Cluster auf niedrigem Abstraktionslevel, um entsprechende Variabilitätsrelationen (d.h. gemeinsame und unterschiedliche Teile) zu identifizieren. Der dritte Schritt nutzt diese detaillierten Variabilitätsrelationen für eine automatische Migration der verglichenen Varianten in eine delta-orientierte Softwareproduktlinie. Der Ansatz ist an Fallstudien mit industriellem Kontext sowie Modellvarianten eines Industriepartners evaluiert worden