Tätigkeitsbasierter Softwareentwurf für interaktive Bildschirmtische mit exemplarischer Anwendung für Krisenstäbe im Katastrophenschutz

Die Forschung hat interaktive Bildschirmtische als vielversprechende Plattform zur Unterstützung der Zusammenarbeit am gleichen Ort identifiziert – eine Vielzahl von Studien belegt ihren Nutzen für die Visualisierung von komplexen Daten und ihre positiven Effekte auf Koordination, Arbeit an gemeinsamen Artefakten und Partizipation aller beteiligten Nutzer. Der Entwurf von Software für die Nutzung der Geräte in konkreten Anwendungsfällen birgt jedoch signifikante Komplexität – die Anforderungen der Anwendungsdomäne, die Erfordernisse effizienter Zusammenarbeit und die spezifischen Fähigkeiten und Grenzen der Geräte müssen in einen kohärenten Gesamtentwurf integriert werden, um Nutzern die bestmögliche Unterstützung zu bieten. Zur Adressierung dieses Problem wird in dieser Arbeit ein Softwareentwurfsprozess entwickelt, der das theoretische Fundament der Tätigkeitstheorie mit der iterativen Methodik der benutzerorientierten Gestaltung kombiniert. Der Ansatz geht über bestehende Arbeiten hinaus, indem er, basierend auf Engeströms Methode der Widerspruchsanalyse, ein Verfahren zur systematischen Ableitung von Anforderungen aus Widersprüchen definiert, welches über ein erweitertes Tätigkeitsmodell die drei Faktoren Zusammenarbeit, Bedienung und Anwendungsdomäne integriert. Der Ansatz kann auch für komplexere Szenarien mit unterschiedlichen Tätigkeiten, die miteinander wechselwirken, eingesetzt werden. Die praktische Anwendbarkeit des Ansatzes wird durch den Entwurf einer Software für interaktive Bildschirmtische gezeigt, welche die gemeinsame Lageanalyse und Planung in Krisenstäben des Katastrophenschutzes unterstützt. Der Katastrophenschutz bietet sich in diesem Kontext als Anwendungsdomäne an, da hier alle zuvor genannten Faktoren im Entwurf der Software zum Tragen kommen: in einem Krisenstab kommen Mitarbeiter unterschiedlicher Organisationen zusammen, um ein gemeinsames Verständnis der Situation zu erreichen und kooperativ Pläne zur Bekämpfung zu entwickeln (Zusammenarbeit); dabei nehmen diese Mitarbeiter unterschiedliche Rollen und Verantwortungen ein, die auch unterschiedliche Informationsbedürfnisse und Planungsmöglichkeiten mit sich bringen (Anwendungsdomäne). Zentrales Artefakt dieser Zusammenarbeit ist eine große Papierkarte, deren digitales Gegenstück auf dem Bildschirmtisch den etablierten Praktiken zur Abbildung der Situation auf dieser Karte Rechnung tragen muss (Bedienung). Im Rahmen des Entwurfs zeigen sich dabei eine Reihe von Interaktionsproblemen, für die neue, leichtgewichtige Lösungen entwickelt werden, die ohne Modifikation der Hardware, d. h. auch mit kommerziell verfügbaren Bildschirmtischen, zum Einsatz kommen können. Dabei handelt es sich u. a. um Techniken zum Einsatz digitaler Anoto-Stifte auf Bildschirmtischen mit optischer Sensorik, zur Benutzererkennung von einzelnen Interaktionen – sowohl für Berührungssteuerung als auch Bedienung mit einem digitalen Stift – und um ein System zur dynamischen Sitzungs- und Zugriffskontrolle. Die Arbeit schließt mit einer umfassenden Benutzerstudie, in welcher 30 Teilnehmer in einem fiktiven Krisenszenario Aufgaben bearbeiten, die entsprechende Arbeitsschritte echter Krisenstäbe des Katastrophenschutzes bei der Behandlung einer solchen Situation widerspiegeln. Verglichen werden dabei die neu entwickelte Software für interaktive Bildschirmtische, ein handelsübliches Geoinformationssystem für Desktop-Computer, und klassische Papierkarten. Die Auswertung zeigt, dass mit der neu entwickelten Software und den in sie integrierten Interaktionstechniken die höchste Effizienz und die beste Benutzererfahrung erreicht werden; die Software bietet zudem eine ebenso hohe Teamarbeitsqualität wie die klassischen Papierkarten. Diese Ergebnisse zeigen, dass der im Rahmen dieser Arbeit entwickelte Entwurfsprozess in der Lage ist, die Entwicklung von Software für interaktive Bildschirmtische so zu steuern, dass diese eine gemeinsame Bearbeitung von Aufgaben auch in komplexen Anwendungsbereichen effizient unterstützt

Modellierung zeitabhängiger 3D-Modelle in der Geotechnik

Aufgrund der steigenden quantitativen und qualitativen Anforderungen an den Bauplanungsprozeß wird in den letzten Jahren nach neuen Lösungsansätzen gesucht, mit deren Hilfe der Bauplanungsprozeß den gestiegenen Anforderungen angepaßt werden kann. Ein Lösungsansatz hierzu stellt die durchgängig computergestützte, dreidimensionale und zeitabhängige Modellierung und Verwaltung des Bauplanungsprozesses beginnend bei der Vorplanung bis hin zum Recycling des Bauobjektes am Ende seiner Lebensdauer dar. Der vorliegende Beitrag zeigt auf, daß gerade der zeitliche Verlauf innerhalb einer geotechnischen Aufgabenstellung einen nicht unerheblichen Einfluß auf die verwendeten Modelle bzw. die Durchführung von Sicherheitsnachweisen ausübt. Für die Entwicklung geotechnischer Softwaresysteme ergibt sich daraus schon innerhalb der Analysephase die Anforderung, die zeitkritischen Abhängigkeiten zu modellieren und entsprechend im Entwurf zu berücksichtigen. Hierfür hat sich die objektorientierte Methode in Form des Objektmodells und des dynamischen Modells nach Rumbaugh als ein geeignetes Werkzeug herausgestellt. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse und Ergebnisse können bereits sehr früh in die Konzeption des Gesamtsystems mit einbezogen werden. Am Beispiel des Geotechnischen Informationssystems (GTIS) führte dies zu einer raum- und zeitabhängigen Verwaltung des Boden- und Konstruktionsmodells und zu einer Bauablaufsteuerung, innerhalb derer die einzelnen Bauzustände verwaltet und mit den entsprechenden Ausprägungen innerhalb des dreidimensionalen Boden- und Konstruktionsmodells verknüpft werden können

Entwicklungsprozess für qualifizierbare Softwarewerkzeuge nach ISO 26262

Um die hohen Qualitätsanforderungen an Softwarewerkzeuge für die Entwicklung eingebetteter Systeme im Automobilumfeld zu gewährleisten, wurde in dieser Arbeit in Zusammenarbeit mit dem Unternehmen TWT ein Qualitätsprozess definiert, der die Nachweisbarkeit von Anforderungen sowie eine Qualifizierung nach dem Sicherheitsstandard ISO 26262 ermöglicht. Hierfür wurden zunächst die Vorgaben des Sicherheitsstandards zur Softwareentwicklung und zur Qualifizierung von Softwarewerkzeugen analysiert. Danach wurden die bestehenden Softwareentwicklungsprozesse bei der TWT untersucht. Aus beidem wurden anschließend Anforderungen an den Qualitätsprozess abgeleitet, so dass dieser sowohl die Anforderungen des Sicherheitsstandards erfüllt als auch sich in die bestehenden Entwicklungsprozesse bei TWT einfügt. Das Konzept des Qualitätsprozesses basiert auf dem im Sicherheitsstandard verwendeten V-Modell, erweitert dieses jedoch um den Einsatz eines kontinuierlichen, testorientierten Requirements Engineerings, einer kontinuierlichen Integration und um Quality Gates, die die Phasen des V-Modells voneinander trennen. Durch das Requirements Engineering und die Quality Gates werden sowohl die Softwareanforderungen validiert als auch die Anforderungen und Vorgaben des Sicherheitsstandards auf ihre Einhaltung überprüft. Durch den Einsatz einer kontinuierlichen Integration, fügt sich der Qualitätsprozess in die bestehenden Entwicklungsprozesse bei TWT ein. Abschließend wurde der ausgearbeitete Qualitätsprozess in einem Expertenreview evaluiert. Die Evaluation ergab, dass der Qualitätsprozess die Anforderungen erfüllt. Des Weiteren gab es Anregungen für eine Erweiterung des Qualitätsprozesses.In this work, a quality process was defined in close cooperation with the company TWT to ensure the high quality requirements of software tools used for developing embedded systems in the automobile environment. This process allows verifying these requirements as well as qualifying software tools based on the safety standard ISO 26262. For this purpose, the requirements of the safety standard for developing software and qualifying software tools were analyzed. Afterwards, the existing software development processes at TWT were examined. Based on both, requirements for the quality process were derived in order to comply with the requirements of the safety standard as well as to embed the process into the existing development processes at TWT. The concept of the quality process is based on the V-Model used in the safety standard. Additionally, the V-Model is extended with a continuous and test oriented requirements engineering, a continuous integration, and quality gates, which separate the phases of the V-Model. Requirements engineering and quality gates are used to validate software requirements as well as to ensure compliance with requirements of the safety standard. By using continuous integration, the quality process is embedded into the current development processes at TWT. Last, the quality process was evaluated in an expert review. The evaluation showed that the quality process meets all requirements. Furthermore, suggestions for extensions of the quality process were given

Softwarearchitektur eines Fahrrad-Computer-Simulators

Das Ziel dieser Arbeit ist die Darstellung der Softwarearchitektur des im Heft 6 (2005) der Wismarer Diskussionspapiere (s. [1]) vorgestellten Simulators für einen einfachen Fahrradcomputer. Diese Darstellung kann für alle diejenigen interessant sein, die Simulatoren für Geräte entwickeln, in denen Neumann-Maschinen zur Anwendung kommen. Simulatoren werden z.B. für Produktstudien eingesetzt, um Entwicklungskosten einzusparen. Neumann-Maschinen finden in fast allen modernen Produkten, wie z.B. in Chipkarten, in Telefonen, in Steuerungsteilen für Heizungsanlagen, in Digitalkameras uvm. ihren Einsatz. Im Rahmen des aktuellen Forschungsthemas der Wirtschaftsinformatik "Pervasive Computing" werden Neumann-Maschinen zukünftig auch in jedem Füllfederhalter und in jeder Zigarette zu finden sein. --

Grounded Theory und Systemanalyse in der Informatik

Ziel des Beitrags ist es, die Rolle textinterpretativer Tätigkeiten in der Softwareentwicklung zu reflektieren, konkretisiert auf die Rolle des "Grounded Theory"-Ansatzes in der Systemanalyse. Der Verfasser zeigt, dass die Methoden des systematischen Textverstehens, wie sie im ATLAS-Projekt entwickelt wurden , eine wesentliche Unterstützung für den Softwareentwicklungsprozess darstellen können. Wie eine empirische Feldstudie zeigt, implizieren die Software-Lifecycle-Modelle der Softwareentwicklung textinterpretative Tätigkeiten in großem Umfang, ohne für diese Tätigkeiten selbst methodische Unterstützung anzubieten. Der Verfasser zeigt, wie eine Synthese von Methoden der qualitativen Analyse der traditionellen Softwareentwicklung aussehen könnte und in wie fern eine solche Synthese hilfreich sein könnte, den Theoriebildungsprozess methodisch zu unterstützen und den Einfluss der intuitiven Erkenntnis zu kontrollieren. Als Kennzeichen einer gegenstandsbezogenen Softwareentwicklung werden genannt: Anerkennung intuitiver Erkenntnis als grundlegenden Vorgang in der Softwareentwicklung, ständiger Bezug zum Gegenstandsbereich, Theoriebildung als zentrale Aufgabe des Softwareentwicklers, Exploration der gegenstandsbezogenen Theorie durch die Theoriebeschreibung als zentrales Dokument, Verifikation des gesamten Softwareentwicklungsprozesses. (ICE2

Unterstützung der Koexistenz von agilen und traditionellen Anforderungsartefakten

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Dienstorientierte Integration von Managementwerkzeugen

Um betriebliche Abläufe bei einem IT-Dienstleister flexibel zu automatisieren ist die Unterstützung durch spezielle Informationssysteme erforderlich. Ziel der Arbeit ist es, den Entwurf dieser Informationssysteme vom Blickpunkt der strukturierten Softwareentwicklung zu betrachten, wobei verschiedene Kriterien (Prozessorientierung, Standardisierung und Wiederverwendbarkeit) hinsichtlich der einzelnen Systemkomponenten im Kern der Betrachtungen stehen

Transformationen in der modellgetriebenen Software-Entwicklung

odellgetriebene Software-Entwicklung ist in den letzten Jahren insbesondere unter Schlagworten wie MDA oder MDD zu einem Thema von allgemeinem Interesse für die Software-Branche geworden. Dabei ist ein Trend weg von der codezentrierten Software-Entwicklung hin zum (Architektur-) Modell im Mittelpunkt der Software-Entwicklung festzustellen. Modellgetriebene Software-Entwicklung verspricht eine stetige und automatisierte Synchronisation von Software-Modellen verschiedenster Ebenen. Dies verspricht eine Verkürzung von Entwicklungszyklen und mehr Produktivität. Primär wird nicht mehr reiner Quellcode entwickelt, sondern Modelle und Transformationen übernehmen als eine höhere Abstraktionsebene die Rolle der Entwicklungssprache für Software-Entwickler. Software-Architekturen lassen sich durch Modell beschreiben. Sie sind weder auf eine Beschreibungssprache noch auf eine bestimmte Domänen beschränkt. Im Zuge der Bemühungen modellgetriebener Entwicklung lassen sich hier Entwicklungen hin zu standardisierten Beschreibungssprachen wie UML aber auch die Einführung von domänen-spezifischen Sprachen (DSL) erkennen. Auf diese formalisierten Modelle lassen sich schließlich Transformationen anwenden. Diese können entweder zu einem weiteren Modell ("Model-to-Model") oder einer textuellen Repräsentation ("Model-to-Text") erfolgen. Transformationen kapseln dabei wiederholt anwendbares Entwurfs-Wissen ("Muster") in parametrisierten Schablonen. Für die Definition der Transformationen können Sprachen wie beispielsweise QVT verwendet werden. Mit AndoMDA und openArchitectureWare existieren Werkzeuge, welche die Entwickler bei der Ausführung von Transformationen unterstützen

Ein hybrider Ansatz für Festigkeitsnachweise von multiskaligen Strukturen

Für Festigkeitsnachweise hat sich die Methode der Finiten Elemente (FEM) als Goldstandard etabliert. Zwar wird sowohl bei der Modellbildung als auch bei der Auswertung der Ergebnisse nach wie vor eine intellektuelle Eigenleistung gefordert, die Ergebnisse selbst sind aber unter dieser Voraussetzung zuverlässig und tendenziell reproduzierbar. Dank der Leistungsfähigkeit der heutigen Arbeitsplatzrechner werden zunehmend große Produkte betrachtet – Assemblies, die aus einer Vielzahl unterschiedlichster Parts bzw. Baugruppen bestehen. Hier begegnen wir einem neuen Phänomen. Es gibt oft Basisstrukturen, in denen Detailstrukturen enthalten sind, deren geometrische Abmessungen sich um mehrere Größenordnungen von den Gesamtabmessungen unterscheiden können. Eine gemeinsame Elementierung erweist sich dabei als wenig sinnvoll. Ebenso findet man oft eine große Anzahl von Gleichteilen, für die im Prinzip jeweils eine Mustervernetzung genügt. Selbst wenn die FE-Software dies zulassen sollte, bleibt das Problem der extrem unterschiedlichen Elementgrößen innerhalb eines Modells. Das häufig propagierte defeaturing, für das sogar Automatisierungsansätze existieren, ist ebenso wenig zielführend, weil es auf geometrische Details bezogen ist, die nicht notwendig physikalische Funktionselemente darstellen. Gerade die physikalischen Eigenschaften der Parts sollten ja erhalten bleiben und in die Analyse einfließen. In Einzelfällen werden physikalisch motivierte Vereinfachungen praktiziert; so werden Wellen auf Balkenstrukturen reduziert, wenn man sich nur für die mechanischen Eigenschaften von Rotoren interessiert. Eine Verallgemeinerung und Systematisierung solcher Individualansätze auf größere Klassen von Strukturkomponenten ist bisher nicht untersucht worden