Entwicklungsmethodiken zur kollaborativen Softwareerstellung – Stand der Technik

Die weltweit wachsende Nachfrage nach Unternehmenssoftware erfordert immer neue Methoden und Formen der Zusammenarbeit (Kollaboration) bei der Softwareerstellung. Zu diesem Zweck untersucht und vergleicht dieses Arbeitspapier existierende Vorgehensmodelle und deren Evolution. Zusätzlich werde erste Ansätze zur kollaborativen Softwareerstellung vorgestellt und ihre Eignung für ein kommerzielles Umfeld analysiert. Die Arbeit verwendet hierzu einen eigenen Vergleichsrahmen, der u.a. auch so genannte "Kollaborationspunkte“ in Betracht zieht, d.h. Aktivitäten im Prozess an denen das Einbinden mehrerer Entwickler und/oder Anwender vorteilhaft ist. Die Erkenntnisse aus der vergleichenden Analyse des Stands der Technik werden schließlich dazu verwendet, Defizite existierender Ansätze aufzuzeigen und Anforderungen für unterstützende Werkzeuge abzuleiten

Modellgetriebene Entwicklung daten- und prozessbasierter Webapplikationen

Die modellgetriebene Softwareentwicklung zielt auf die Generierung von Softwaresystemen aus Modellen ab. Die Arbeit stellt in diesem Kontext zwei Generatorframeworks zur automatisierten Erzeugung daten- und prozessbasierter Webapplikationen vor. Die Frameworks sind konform zu den Prinzipien der MDA, indem basierend auf MDA-Standards Transformationsdefinitionen von berechnungsunabhängigen Modellen (CIM) zu plattformunabhängigen Modellen (PIM), und von diesen zu plattformspezifischen Modellen (PSM) bereitgestellt werden. Der Ansatz basiert auf plattformspezifischen Modellierungssprachen, welche eine präzise Repräsentation von Plattform- und Frameworkkonzepten ermöglichen. Gegenwärtig werden für datenbasierte Webapplikationen die Plattformen Java EE, PHP und Python, sowie für prozessbasierte Webapplikationen die BPMN-Plattformen Activiti und jBPM unterstützt

Fachkonzeptionelle Spezifikation konfigurierbarer Geschäftsprozesse auf Basis von Web Services

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Evolution und Komposition von Softwaresystemen: Software-Produktlinien als Beitrag zu Flexibilität und Langlebigkeit

Software systems are today bigger, more complex and of higher importance for products and services than a decade before. At the same time changes are required many more frequently and of a larger size. Furthermore, they have to be implemented faster. Additionally, the software must achieve a higher life span, particularly because of the cost of its development. In the past, Object-Oriented Programming and Reuse techniques did not provide the expected success. The introduction of software product lines respectively system families makes possible it to reach a degree of prefabrication similar to the one of serial production. At the same time they facilitate the delivery of product variants with a short time to market. In this work methods of the methods of domain analysis are integrated with Reuse approaches and techniques of Generative Programming, and a methodology for product line development is presented. Feature models are used as means expressing variability and product configurations, so that the prefabrication be planned and the production of customer-specific products can be controlled. By enforcing the formalization in terms of syntax and semantics, feature models are made accessible to tools and automation. Object-oriented design models and architecture are separated into fine-granular components in such a way that new products can easily be developed as combinations of those components. The implementation of such products is automated by the composition of source code components. The composition of object models separated similarly enables a uninterrupted automation for the product development, which is controlled by a customer by means of a feature selection. To facilitate such a composition, the Hyperspace approach is applied to UML to Hyper/UML, which makes possible a feature-driven separation and composition of object models. In this way slim products can be developed, containing only the actually needed functionality. For the evolution of product lines and for the integration of existing solutions and components into the evolution, Reverse Engineering and Refactoring techniques are integrated. Requirements, models and implementation are connected by Traceability links to perform changes consistently. As a consequence, the loss of architectural quality - so-called Architectural Decay - can be avoided during the iterative development process. Measures for the improvement of the project and quality management are regarded briefly, as far as they are of importance for the effectiveness of the developed methods. The applicability and suitability of the results of the work were examined in several industrial projects.Softwaresysteme sind heute umfangreicher, komplexer und von entscheidenderer Bedeutung für Produkte und Dienstleistungen als eine Dekade zuvor. Gleichzeitig sind Änderungen viel häufiger und in größerem Umfang erforderlich. Sie müssen auch schneller realisierbar sein. Zudem muss die Software eine höhere Lebensdauer erreichen, vor allem wegen des Aufwandes zu ihrer Entwicklung. Objektorientierte Programmierung und Wiederverwendungstechniken haben dabei nicht den erwarteten Erfolg gebracht. Die Einführung von Software-Produktlinien beziehungsweise Systemfamilien ermöglichen es, einen der Serienfertigung ähnlichen Vorfertigungsgrad zu erreichen und erlauben es gleichzeitig, kurzfristig Produktvarianten zu erstellen. In dieser Arbeit werden Methoden der Domänenanalyse mit Wiederverwendungsansätzen und Generativen Programmiertechniken verknüpft und eine Methodik zur Produktlinien-Entwicklung vorgestellt. Featuremodelle werden als Ausdrucksmittel für Variabilität und Produktkonfigurationen eingesetzt, damit die Vorfertigung geplant und die Erstellung von kundenspezifischen Produkten gesteuert werden kann. Durch Präzisierung ihrer Syntax und Erweiterung ihrer Semantik werden Featuremodelle einer Nutzung in Werkzeugen zugänglich gemacht. Objektorientierte Entwurfsmodelle und Architektur werden so in feingranulare Komponenten zerlegt, dass Varianten als neue Produkte mit geringem Aufwand erstellbar sind. Die Erstellung der Implementierung solcher Produkte wird durch die Komposition von Quelltext-Komponenten automatisiert. Die Komposition von ebenfalls zerlegten Objektmodellen ermöglicht eine durchgehende Automatisierung der Produkterstellung, die durch einen Kunden mittels der Feature-Auswahl gesteuert wird. Dafür wird mit Hyper/UML eine Umsetzung des Hyperspace-Ansatzes auf die Modellierungssprache UML entwickelt, die eine Feature-gesteuerte Zerlegung und Komposition von Objektmodellen ermöglicht. Damit lassen sich schlanke Produkte entwickeln, die nur die tatsächlich benötigte Funktionalität enthalten. Zur Evolution von Produktlinien und zur Einbindung existierender Lösungen und Komponenten in die Evolution werden Reverse-Engineering- und Refactoring-Techniken integriert. Anforderungen, Modelle und Implementierung werden durch Traceability-Links verbunden, damit Änderungen konsistent durchgeführt werden können. Diese Mittel tragen dazu bei, dass während einer iterativen Entwicklung der Verlust an Architektur-Qualität, das sogenannte Architectural Decay, vermieden werden kann. Maßnahmen zur Verbesserung des Projekt- und Qualitätsmanagements werden kurz betrachtet, soweit sie wichtige Randbedingungen für die Wirksamkeit der Methoden schaffen müssen. Die Anwendbarkeit und Eignung der Ergebnisse der Arbeiten wurde in mehreren industriellen Projekten überprüft.Ilmenau, Techn. Univ., Habil.-Schr., 200

Rahmenwerk zur integrativen Gestaltung von Services: Modellgetriebene Servicebeschreibung

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der modellgetriebenen Servicebeschreibung, einem Ansatz zur integrativen Beschreibung bzw. Modellierung von Services. Ausgehend von der Prämisse, dass die Natur von Services nur schwer zu erfassen ist und eine Disziplinen-übergreifende Positiv-Definition nicht erreicht werden kann, soll mit dem Ansatz eine Syn-these bisher vorhandener Modellierungsansätze erfolgen. Das Ziel liegt dabei nicht in einem erneuten Versuch, ein vollständiges Modell zur Beschreibung von Services zu entwickeln, sondern vielmehr vorhandene Perspektiven so zu integrieren, dass ein vollständiges Bild als eine Art Mosaik entsteht. Den Kern der Arbeit bildet das Service Modeling Framework. Als Rahmenwerk umfasst es Anforderungen und Restriktionen für die Arbeit mit unter-schiedlichen Servicemodellen, definiert Methoden zur Integration und bietet Werkzeuge, mit deren Hilfe die darin enthaltenen Konzepte umgesetzt werden. Ziel der Konstruktion des Rahmenwerks ist es Nutzer in die Lage zu versetzen mittels mo-dellgetriebener Verfahren eine Zusammenführung von Modellen zu ermöglichen. Auf Basis einer fachlichen, nicht nur syntaktischen Beschreibung von Beziehungen zwischen Model-len und Modellelementen sollen Zusammenhänge modelliert werden, die einen Informati-onsaustausch zwischen Modellen realisieren. Dadurch werden Abhängigkeiten zwischen Modellen explizit formuliert oder aber die Entwicklung neuer Modelle auf Basis bereits bestehender Modelle vorangetrieben. Der Beitrag dieser Arbeit besteht in der Erarbeitung der notwendigen Konzepte und in der Bereitstellung geeigneter Verfahren sowie Werkzeugen zur Umsetzung. Insbesondere stellt diese Arbeit einen Metamodell-basierten Ansatz zur Verfügung, mit dem Modelle über ein Domänen-neutrales Basismetamodell zueinander in Beziehung gesetzt werden können. Zugehörige Werkzeuge, wie Editoren, zeigen eine prototypische Umsetzbarkeit

Definition einer Sprache zur Beschreibung von Prozessmustern zur Unterstützung agiler Softwareentwicklungsprozesse

Prozessmuster ermöglichen die modulare Modellierung und flexible Anwendung von Softwareentwicklungsprozessen. Gegenwärtige Beschreibungen von Prozessmustern weisen jedoch Mängel wie uneinheitliche und uneindeutige Beschreibungsformen und fehlende Beziehungsdefinitionen auf. Diese Mängel wirken sich nachteilig auf den effektiven Einsatz von Prozessmustern aus. In dieser Dissertation wird die Sprache PROPEL (Process Pattern Description Language) entwickelt, die Konzepte zur Beschreibung von Prozessmustern und Beziehungen zwischen Prozessmustern bereitstellt. Mit Hilfe von PROPEL können einzelne Prozessmuster modelliert und durch Definition von Beziehungen zu komplexeren Prozessmustern zusammengesetzt werden. PROPEL basiert auf der UML und verwendet daher eine Vielzahl von erprobten und weit verbreiteten Modellierungskonzepten wie Aktivitätsdiagramme wieder. Zur Erhöhung der Ausdrucksgenauigkeit wurde PROPEL um eine formale Semantik durch Abbildung der formalen Syntax auf die Domäne der Petri-Netze ergänzt. Für die Validierung der Nutzbarkeit und Handhabbarkeit von PROPEL wurde ein Prozessmusterkatalog basierend auf dem Rational Unified Process entwickelt. Durch die Darstellung verschiedener Sichten auf den Katalog kann ein Überblick auf alle vorhandenen Prozessmuster und deren Beziehungen gewährleistet werden. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass die Komplexität eines Prozessmodells durch Einsatz von PROPEL reduziert wird und Prozessinkonsistenzen eliminiert werden

Benchmarking von Krankenhausinformationssystemen

Krankenhäuser lassen sich anhand etablierter Indikatoren wie Bettenzahl, Case Mix Index und Jahresumsatz beschreiben und vergleichen. Obwohl seitens der Krankenhaus-CIOs, der Krankenhausleitungen und anderer Interessensgruppen der Bedarf besteht, Krankenhausinformationssysteme (KIS) zu bewerten und zu vergleichen, gibt es keinen Konsens darüber, wie deren Strukturen, Leistung und Qualität gemessen werden sollten. Geht man davon aus, dass KIS als soziotechnische Systeme alle informationsverarbeitenden Prozesse im Krankenhaus und die daran beteiligten menschlichen und maschinellen Handlungsträger umfassen, kommen sowohl struktur-, prozess- als auch ergebnisbezogene Indikatoren in Frage. In den letzten 20 Jahren entstand eine Vielzahl nationaler und internationaler Benchmarking-cluster, innerhalb derer Krankenhäuser ihre Informationssysteme vergleichen können. Während bekannte Benchmarkingcluster allen Krankenhäusern einen positionierenden Vergleich (Performance Benchmarking) auf Basis von Kennzahlen anbieten, besteht nur in einigen Benchmarkingclustern die Möglichkeit, gezielt Schwachstellen aufzudecken (Diagnostisches Benchmarking) oder darüber hinaus beste Praktiken abzuleiten (Best Practice Benchmarking). Ziele dieser Arbeit sind: Z1 die Entwicklung einer Methode, mit Hilfe derer Benchmarkingcluster beschrieben, verglichen und schließlich ausgewählt werden können, Z2 die Entwicklung der Methode BenchDoc für das Diagnostische und Best Practice Benchmarking von Dokumentationsprozessen im Krankenhaus, Z3 die Durchführung einer Fallstudie zur Erprobung der Methode BenchDoc sowie Z4 die Zusammenführung der Ergebnisse der Ziele 1 bis 3 in einem Vorgehensmodell für die Auswahl und Durchführung eines KIS-Benchmarkings. Zu Ziel Z1 wird basierend auf einer Literaturrecherche und einem Expertenworkshop ein UML-basiertes Metamodell entwickelt, mit dem Benchmarkingcluster anhand ihrer Rahmenbedingungen und genutzter Indikatoren systematisch beschrieben und verglichen werden können. Es wird auf sieben Benchmarkingcluster aus dem deutschsprachigen Raum angewandt. Dabei zeigt sich, dass strukturelle Indikatoren für KIS weit verbreitet sind und einige Ansätze für indikator- oder reifegradbasierte Bewertungen der Prozessunterstützung durch das KIS entwickelt werden. In den Benchmarkingclustern dominieren Performance Benchmarkings, die im Wesentlichen auf einem Kennzahlvergleich auf Basis großer Mengen von Indikatoren beruhen. Zur Erfüllung von Ziel Z2 wird die Methode BenchDoc zum Vergleich und Benchmarking von Dokumentationsprozessen in Krankenhäusern entwickelt. BenchDoc besteht aus einem indikatorannotierten Referenzprozessmodell und Festlegungen zu dessen Einsatz innerhalb eines Benchmarkingprojekts. BenchDoc sieht eine zielorientierte Auswahl von Indikatoren für Dokumentationsprozesse vor und präzisiert die Schritte der Informationsbeschaffung und der Bestimmung der Leistungslücke zwischen Benchmarkingpartnern. Die Methode eignet sich für die Durchführung von Diagnostischen und Best Practice Benchmarkings innerhalb kleiner Vergleichsgruppen, die einen offenen Austausch zwischen den Benchmarkingpartnern befürworten. Die Methode BenchDoc wird im Rahmen eines Benchmarkingprojekts der Arztbriefschreibung in zwei Universitätsklinika angewandt (Ziel Z3). Zusammen mit den Abteilungen für Informationsmanagement werden sieben zu messende Ziele und zugehörige Indikatoren für die Arztbriefschreibung festgelegt und deren Ausprägungen in ausgewählten Kliniken an beiden Standorten ermittelt. Dazu werden eine Datenbestandsanalyse sowie eine standardisierte Online-Umfrage unter dem ärztlichen Personal durchgeführt. An beiden Standorten kann durch die Anwendung der Methode BenchDoc ein erhebliches Optimierungspotenzial für die Arztbriefschreibung und deren Unterstützung durch das KIS aufgezeigt werden. Zur Erreichung von Ziel Z4 werden die Ergebnisse zu den Zielen Z1, Z2 und Z3 synthetisiert. Das Informationsmanagement von Krankenhäusern erhält eine Prozessbeschreibung für die Auswahl eines Benchmarkingclusters und ein sich anschließendes Benchmarking von Dokumentationsprozessen auf Basis der Methode BenchDoc. Diese Arbeit zeigt auf, wie das Benchmarking von KIS, systematisch, zielgerichtet und kriteriengeleitet vorbereitet und durchgeführt werden kann anhand der Auswahl eines passenden Benchmarkingclusters für ein Performance Benchmarking und einem Vorgehen für das Benchmarking von Dokumentations-prozessen. Mit dem im Jahr 2020 in Kraft getretenen Krankenhauszukunftsgesetz (KHZG) erhält das Benchmarking von KIS in Deutschland nun auch politische Priorität. Neben der Förderung von Digitalisierungsprojekten in Krankenhäusern sieht das KHZG auch eine zentrale Erhebung des digitalen Reifegrades vor. Da dieser Reifegrad insbesondere den Erfolg spezieller Digitalisierungsprojekte misst, ist zu erwarten, dass weiterhin mehrere Ansätze für das KIS-Benchmarking nebeneinander fortbestehen. Ein zielorientiertes Vorgehen bei der Auswahl eines Benchmarkingclusters und der Durchführung eines Benchmarkings, wie in dieser Arbeit vorgestellt, erweist sich dabei als hilfreich. Die Methode BenchDoc kann darüber hinaus für nachgelagerte diagnostische Analysen, Vergleiche und das Benchmarking des KIS in Hinsicht auf die Prozessunterstützung eingesetzt werden. Dabei könnte eine Weiterentwicklung der in der Arbeit vorgestellten Methode BenchDoc für Dokumentationsprozesse erfolgen, die sich beispielsweise aus der fortschreitenden Integration von Daten aus Patientenversorgung und Forschung im Zuge der Medizininformatik-Initiative oder dem Aufbau transinstitutioneller Gesundheitsinformationssysteme ergeben

Pattern-Oriented Transformations between Analysis and Design Models (POTAD)

One answer to many current challenges in the electronic domain of automotive development, is a continuous model-based engineering process that integrates models of system and software development. A system model describes by the use of the logical system architecture the func-tions of a vehicle and through the technical system architecture the realising electronics, such as control units, sensors/actuators and data busses. During software development, a software design model for selected functions of the logical system architecture must be constructed with consideration of the technical architecture and further requirements. Current model-based development approaches claim to automate the transition between different development phases by the concept of model transformations. This concept lends itself to generate a skele-ton of the software design model from the system architecture model, thereby automating a part of the software engineering activities. The analysis of this work shows that the collected domain specific requirements, which must be made on a model transformation mechanism for such a scenario, are not fulfilled by current approaches. The approach taken in this work, the Pattern-Oriented Transformations between Analysis and Designmodels (POTAD) uses the system architecture as an analysis model within software development and systemizes the connection with the design model on the basis of analysis and design patterns. By means of this systematisation, a POTAD transformation rule instantiates for an analysis pattern different design patterns under consideration of non-functional requirements and the technical system architecture. At the same time, links between an analysis and design pattern are created, which are used to trace design decision later. The feasibility of the solution is shown by a prototype, which follows the POTAD development process and executes the transformation rules formulated in the POTAD transformation lan-guage.POTAD was verified by several student works based on a case study, which covers typical characteristics of the examined domain. The results of these works showed the suitability and improved the methodology as well as the transformation language and pointed out the limits of the approach taken.Eine Antwort auf viele aktuelle Anforderungen im Elektrik/Elektronik-Bereich der Fahrzeugent-wicklung ist ein durchgängig modellbasierter Entwicklungsprozess, der Modelle der System- und Softwareentwicklung integriert. Ein Systemmodell beschreibt mit der logischen System-architektur die Funktionen eines Fahrzeugs und mit der technischen Systemarchitektur die realisierende Elektrik/Elektronik, wie z. B. Steuergeräte, Sensoren/Aktoren und Bussysteme. Im Rahmen der Softwareentwicklung muss für einzelne Funktionen aus der logischen System-architektur unter Berücksichtigung der technischen Systemarchitektur und weiterer An-forderungen ein Softwaredesignmodell erstellt werden. Aktuelle modellbasierte Entwicklungs-ansätze versprechen mit Hilfe des Konzepts der Modelltransformation den Übergang zwischen Modellen unterschiedlicher Entwicklungsphasen automatisieren zu können. Dieses Konzept bietet sich dazu an, aus einem Systemarchitekturmodell ein Grundgerüst eines Softwaredesign-modells zu erzeugen und damit einen Teil der Softwareentwicklungsaktivitäten zu auto-matisieren.Die Analyse dieser Arbeit zeigt, dass die erarbeiteten domänenspezifischen Anforderungen, die für solch ein Szenario an einen Modelltransformationsmechanismus gestellt werden müssen, durch aktuelle Ansätze nicht vollständig erfüllt werden. Der eigene Ansatz Pattern-Oriented Transformations between Analysis and Designmodels (POTAD) verwendet die logische Systemarchitektur im Rahmen der Softwareentwicklung als Analysemodell und systematisiert dessen Zusammenhang mit dem Designmodell auf der Basis von Analyse- und Designmustern. Für ein im Analysemodell gefundenes Analysemuster instanziiert eine POTAD-Transformationsregel mit Hilfe dieser Systematik in Abhängigkeit nichtfunktionaler An-forderungen und der technischen Systemarchitektur unterschiedliche Designmuster im Design-modell. Gleichzeitig werden Verknüpfungen zwischen den Analyse- und Designmustern angelegt, die zur späteren Verfolgung von Designentscheidungen genutzt werden. Anhand eines dem POTAD-Entwicklungsprozess folgenden Prototyps, der die in der POTAD-Transformationssprache formulierten Regeln ausführen kann und die Verfolgbarkeit werkzeug-seitig unterstützt, wird die Realisierbarkeit des Lösungsansatzes gezeigt. POTAD wurde durch studentische Arbeiten anhand einer Fallstudie überprüft, die typische Eigenschaften der betrachteten Domäne abdeckt. Die Ergebnisse dieser Arbeiten haben die Tauglichkeit von POTAD gezeigt, die Methodik und die Transformationssprache verbessert und Grenzen aufgezeigt