Einsatz semantischer Technologien für die Anforderungsanalyse

Softwareentwicklung im betrieblichen Kontext erfordert neben dem Zusammenspiel verschiedener Technologien auch die Zusammenarbeit mehrerer Beteiligter. Dank der Einführung von Standards und der damit einhergehenden Vereinheitlichung von Notationen und Schnittstellen wurde in den letzten Jahren das Zusammenspiel der verschiedenen Technolo-gien an vielen Stellen entscheidend vereinfacht. So hat sich beispielsweise UML (Unified Modeling Language) als Standard für den Softwareentwurf etabliert. Ebenfalls wurde eine große Zahl von Methoden und Werkzeugen entwickelt, die zur Unterstützung der Software-entwicklung im Ganzen verwendet werden können oder speziell auf die Unterstützung der Zusammenarbeit der Beteiligten ausgerichtet sind. Trotz dieser Verbesserungen bleiben einige Probleme im Spannungsumfeld der Softwareentwicklung bestehen. So wird während des Softwareentwicklungsprozesses eine Vielzahl an Artefakten erstellt, ohne dass die Nachver-folgbarkeit zwischen diesen Artefakten dauerhaft sichergestellt wird

Methoden zur adaptiven Benutzerinteraktion bei der semi-autonomen Aufgabenbearbeitung in Rehabilitationsszenarien

The ever increasing performance of modern computing systems enables the realization of more challenging functionalities in software and mechatronic systems. This tendency results in an increase in system complexity and also makes the operation by users more difficult. Therefore, recent developments are focusing more strongly on the usability of technical systems, especially in case of systems that do not only communicate with users via a user interface but also interact with them physically. Systems that support social reintegration of persons with disabilities, so-called rehabilitation or support robots, fall into this area. This thesis focuses on the development of methods for adaptive user interactions within a software architecture for rehabilitation robots. The objective is the development of a software framework that acts as a basis for the adaptability of the graphical user interface. The methods presented to realize adaptivity are based on a user interface modularization by encapsulating all functionalities into modules. These modules can be activated or deactivated during run-time depending on the availability of resources. Furthermore, a bi-directional communication channel between the user interface and active modules as well as among modules is established. Thus it becomes possible to source common functionality out into modules and to have it reused by other modules. The communication is based on a specification language that has been developed to enable validation and to reach robust run-time behavior. An extensive review of the software architecture used for the target system identified open problems that previously prevented the realization of adaptivity within the user interface. By using another specification language, finding solutions for those open problems becomes possible as well as achieving the set objective. The development is based on an abstraction layer between the user interface and the remaining layers of the software architecture. This realizes full decoupling of the user interface from system specificfunctionality. To proof the concept for adaptivity within the user interface, the implementation of a module integrating an algorithm for pattern recognition is exemplarily shown with the aim to predict future actions of the user by evaluating previous actions

Prozessgebundene Berechnungsbaugruppen - Ein Ansatz zur Lösung komplexer Entscheidungs- und Berechnungsabläufe

Interdisziplinäre Produktanforderungen, eine hohe Servicequalität und ein verändertes Nutzerverhalten führen in immer mehr Unternehmen von klassischen funktionsorientierten und abteilungsgebundenen Organisationsformen zu einer Prozessorientierung, in der das Abteilungsdenken durch das Erfolgsziel des Gesamtprozesses ersetzt wird. Dies gilt insbesondere für einen der wichtigsten Teilprozesse der Produktentwicklung, die Berechnung der im Erzeugnis verbauten Maschinenelemente. Deren Auslegung, Optimierung und Nachrechnung sind einerseits Teil eines übergeordneten und arbeitsteiligen Entwicklungsprozesses, bedürfen aber zur eigenen Bestimmung ebenfalls vieler einzelner parallel ablaufender interdisziplinärer Aktivitäten. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung einer Methode zur Systematisierung und Erhöhung der Transparenz der Abläufe in der Produktentwicklung mit dem Schwerpunt der Auslegung und Berechnung von Maschinenelementen und deren Baugruppen. Es wurden die Baugruppen- und Prozessbildung, die Werkzeuge für die Modellbildung sowie eine prototypisch realisierte Baugruppenberechnung vorgestellt. Auf Basis der durchgeführten Literaturrecherche wurden die grundlegenden Vorgehensweisen und Methoden zur Organisation und Durchführung von Berechnungsprozessen identifiziert, analysiert und auf die Anwendbarkeit der Lösung, der im Rahmen dieser Arbeit gestellten Aufgaben zur Systematisierung und Erhöhung der Transparenz der Berechnungsabläufe im Bereich der Maschinenelementeberechnungen untersucht. Die Grundlage der neuen Methode bilden Ansätze, die sich bereits in der Konstruktionsmethodik und in der Informationstechnik bewährt haben. Ergänzt mit den Konzepten der Klassifikation und Prozessautomatisierung sowie den mathematisch-technischen Berechnungsalgorithmen der Ingenieurwissenschaften bilden sie die Basis dieser Methode. Die für die Automatisierung notwendige Formalisierung der Methode wurde basierend auf der Theorie der gerichteten Graphen, der SysML (Systems Modeling Language) und des Business Process Management (BPM) Ansatzes durchgeführt. Die gewonnenen theoretischen Erkenntnisse wurden in Form eines prototypisch entwickelten Design Process Management Systems realisiert, welches die Erreichung der in der Arbeit gesetzten Ziele ermöglicht und für ein nachhaltiges Wissensmanagement bei der Organisation der Berechnungsabläufe sorgt. Die Besonderheiten dieses workfloworientierten Management Systems liegen einerseits in einem Wissens-Repository, welches die modularen Bestandteile zur Definition der Berechnungsabläufe beinhaltet sowie andererseits in einem interaktiven Prozess-Designer, mit dessen Hilfe die Abläufe graphisch, schnell und intuitiv modelliert und ausgeführt werden können. In den Produktplanungsphasen vom Anforderungsmanagement bis zur Validierung nach dem Prinzip des „Systems Engineering“ kann dabei auf eine Bibliothek modularer Berechnungsobjekte in Form von Prozess-Bausteinen zugegriffen werden, deren Schnittstellen und Datenstrukturen ausnahmslos einheitlichen Definitionen entsprechen. Gemeinsam mit der nach eCl@ss - Standard entwickelten Merkmalsstruktur der Berechnungsobjekte wird so eine hohe Wiederverwendbarkeit erzielt. Die Klassifizierung der Berechnungsobjekte orientiert sich an konstruktionssystematischen Gesichtspunkten. Der eigentliche Prozess der Baugruppenbildung erfolgt mit einem Editor, der die Berechnungsobjekte miteinander verknüpft, indem er die zugehörigen Informationsobjekte, Datenbankzugriffe und Algorithmen in die Benutzeroberfläche und in den Prozess einbindet. Ebenso können externe Prozesse und Datenquellen nahtlos in die Modellierung einfließen. Schließlich wird die Vorgehensweise bei der Modellbildung einer Berechnungs-Baugruppe am Beispiel einer Getriebeauslegung dargestellt. Ausgehend von den geforderten Merkmalen der Lösungskonfiguration wird die Funktionsstruktur durch analoge Berechnungsobjekte abgebildet und anschließend über eine geeignete Logik miteinander verknüpft. Der dabei entstehende Prozess bildet die neue Berechnungs-Baugruppe der Getriebeauslegung und kann schließlich für Parameterstudien herangezogen werden. Mit den prozessgebundenen Berechnungsbaugruppen wurde eine Methode vorgestellt, die den Konstrukteuren die Möglichkeit bietet, ihre zum Teil mehrstufigen und rekursiven Berechnungen durch den Einsatz modularer Funktionsbausteine verbindlich, nachvollziehbar und vor allem zeitsparender zu gestalten. Dabei sind die Arbeitsergebnisse allen Ingenieuren und Abteilungen einer Community, vor allem auch dem Qualitätsmanagement und damit einem kontinuierlichen Verbesserungsprozess zugänglich. Inwieweit die hier vorgetragenen Methoden auch den Validierungsprozess unterstützen können, bleibt weiteren Untersuchungen vorbehalten

Automated compliance checking of digital building models regarding applicable standards and guidelines using a visual programming language

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Automatisierung der Konformitätsprüfungsprozesse im Bauwesen, welche sich vornehmlich auf die Einhaltung regulatorischer Anforderungen aus geltenden Normen und Richtlinien beziehen. Gegenwärtig sind diese Prozesse zeitintensiv, umständlich und fehleranfällig, da sie zumeist manuell durchgeführt werden müssen. Um diesen Herausforderungen zu begegnen, stellt die Arbeit eine visuelle Programmiersprache vor, die es Architekten und Ingenieuren ermöglicht, die Prüfprozesse zu formalisieren und zu automatisieren.The thesis deals with the automation of compliance checking processes in the construction industry, which primarily relate to compliance with regulatory requirements from applicable codes and standards. At present, these processes are time-consuming, cumbersome, and error-prone, as they mostly must be carried out manually. To meet these challenges, the thesis presents a visual programming language that enables architects and engineers to formalize and automate the checking processes

Entwicklung und Evolution dienstorientierter Anwendungen im Web Engineering

Die vorliegende Abhandlung untersucht die methodische und systematische Herangehensweise an die Entwicklung dienstorientierter Anwendungen im Web Engineering. Dabei wird deren architekturelle Betrachtung in den Vordergrund gerückt, die auf der Grundlage autonomer, wiederverwendbarer Komponenten in Form von Web Services basiert. Dazu werden dedizierte Modelle, Methoden und Werkzeuge entlang dieser - an Web-Standards orientierten - Architektur entwickelt

Automatische Modellerzeugung aus klassifizierten und modellbasierten Anforderungen

Die Erhebung und Analyse der Anforderungen ist eine Schlüsselphase eines technischen Projekts. Schlechte oder fehlerhafte Anforderungen an komplizierte Softwareprodukte können zu einer schwerwiegenden Konsequenz führen. Ein verbreitetes Verfahren ist die Erhebung der Anforderungen aus natürlich sprachlichen Texten. Einerseits kann das Verfahren die gute Verständlichkeit natürlicher Sprache bieten, andererseits lassen sich dabei die Mehrdeutigkeiten natürlicher Sprache nicht vermeiden. Außerdem wird in manchen Bereichen, bei denen modellbasierte Ansätze zur Anwendung kommen, die Anforderungsanalyse unter Verwendung von natürlich sprachlichen Texten durchgeführt. Dadurch ist die Verbindung zwischen Anforderungsanalyse und Entwurf nicht so gut möglich. In dieser Arbeit wurde ein System UML Model Generator (UMG) entworfen, das Modelle aus klassifzierten und modellbasierten Anforderungen generiert. Mit den Modellen können die Anforderungen nicht nur textuell sondern auch grafisch dargestellt werden. Die Qualität der Anforderungsanalyse wird dadurch verbessert und ein Übergang von der Anforderungsanalyse hin zum Entwurf wird ebenfalls ermöglicht und Mehrdeutigkeiten werden vermieden. Das UMG System bietet die Funktionalität der Klassifizierung, die auf einem vorhandenen REC System aus der Diplomarbeit [Zwi13] basiert, welches Anforderungen aus technischen Spezifikationen extrahiert und klassifiziert. Zur Erzeugung der Modelle extrahiert UMG die funktionalen Anforderungen aus einem texutellen Dokument, welche Funktionen eines zu entwickelnden Systems beschreiben können. Für UMG wurde ein Datenmodell entworfen, das die extrahierten Anforderungen in Format von UML Model Generator XML (UMGX) darstellt. Darauf aufbauend kann ein modellbasiertes Anforderungsdokument generiert, in dem alle essentiellen Informationen zur Erzeugung der Modelle von Anforderungen beinhaltet sind. Ein UMGX Dokument enthält Anwendungsfälle und gegebenenfalls zu diesen die Standardabläufe. Als ein grundsätzliches Konzept von UMG ermöglicht das Datenmodell beliebige Änderungen und Erweiterungen zu den Anforderungen und deren Modelle.The elicitation and analysis of the requirements is a key phase of a technical project. Incorrect requirements for complex software products can lead to a serious consequence. A widespread procedure is the requirement elicitation from natural language texts. On the one hand, the procedure can offer a good understandability of natural language. On the other hand, the ambiguities of natural language are not to avoid. Requirements analysis using natural language texts is carried out in some areas, where model-based approaches are used. Therefore the connection between requirements analysis and design is not really possible. In this study, a system UML Model Generator (UMG) was designed to generate models from classified and model-based requirements. With the models the requirements can be represented not only textually but also graphically. This improves the quality of the requirements analysis and enables a transition from requirements analysis to requirements design. The ambiguity of natural languages will also be avoided. The UML Model Generator (UMG) system offers the functionality of the classification based on an existing Requirement Extractor and Classifier (REC) system from the thesis [Zwi13], which extracts and classifies requirements from technical specifications. The UMG system can extract functional requirements from a textual document and generate their models. A data model was designed for UMG, which represents the extracted requirements in format of UML Model Generator XML (UMGX). Based on the data model a model-based requirements document can be generated, which includes all essential information about the generation of the models. A UMGX document contains use cases and their basic flows. As a basic concept of the UMG system, the data model allows any changes and extensions to the requirements and their models

Kollaborative Softwareentwicklung auf Basis serviceorientierter Architekturen

Bei der Realisierung von SOA-basierter Unternehmenssoftware sind Teammitglieder in unterschiedlichen Bereichen und Ebenen mit speziellen Kenntnissen erforderlich, um die jeweils benötigten Artefakte zu erstellen. Die Arbeit beschreibt einen XML-Netz-basierten Ansatz zur Unterstützung einer kollaborativen Realisierung solcher Systeme, der eine integrierte formale Modellierung der verschiedenen Aspekte enthält und Transformationen in unterschiedliche Zieltechnologien ermöglicht

Kollaborative Softwareentwicklung auf Basis serviceorientierter Architekturen

Bei der Realisierung von SOA-basierter Unternehmenssoftware sind Teammitglieder in unterschiedlichen Bereichen und Ebenen mit speziellen Kenntnissen erforderlich, um die jeweils benötigten Artefakte zu erstellen. Die Arbeit beschreibt einen XML-Netz-basierten Ansatz zur Unterstützung einer kollaborativen Realisierung solcher Systeme, der eine integrierte formale Modellierung der verschiedenen Aspekte enthält und Transformationen in unterschiedliche Zieltechnologien ermöglicht

Zugriff auf multimediale XML-Dokumente in Objekt-relationalen Datenbanksystemen

In den letzten Jahren hat die Thematik wireless-orientierter, multimedialer Content Management Systeme zunehmend an Bedeutung gewonnen. In diesem Kontext kann die Extensible Markup Language (XML) zur Verbesserung einer grossen Bandbreite möglicher Anwendungen beitragen. Diese Arbeit widmet sich der Systemkonzeption einer Schnittstelle zum jeweiligen Datenbanksystem, die eine Nutzung der objekt-relationalen Multimedia-Fähigkeit zuläßt und die Ableitung der jeweiligen anwendungs- und endgeräteabhängigen Präsentation ermöglicht. Die zugehörige XML-basierte Request-Bearbeitungs und Anfrage-Transformations-Strategien werden diskutiert

Codegeneratoren für MOF-basierte Modellierungssprachen

Umfang und Funktionalität eingesetzter Softwaresysteme nehmen beständig zu. Zudem wird Software immer häufiger in Bereichen eingesetzt, die spezielle Anforderungen an die Qualität der eingesetzten Software stellen. Modellbasierte Softwareentwicklung wird als vielversprechender Ansatz angesehen, die daraus entstehenden Anforderungen zu bewältigen. In den vergangenen Jahren wurde eine Vielzahl modellbasierter Ansätze zur Softwareentwicklung vorgestellt. Viele dieser Ansätze verwenden die Unified Modeling Language (UML), um die Modelle zu notieren. In letzter Zeit gewinnt die Model Driven Architecture (MDA) zunehmend an Bedeutung, die in erheblich stärkerem Maße als andere Ansätze auf die automatische Abbildung von Modellen auf den Code der Zielplattform setzt. Um die Ziele der MDA zu erreichen, werden domänenspezifische Anpassungen von Modellierungssprachen benötigt. Eine Möglichkeit, entsprechende Anpassungen für die UML zu definieren, ist die Metamodellierungssprache Meta Object Facility (MOF), da diese auch zur Definition der UML verwendet wird. Im Vortrag wird ein Baukasten vorgestellt, der die Entwicklung von Codegeneratoren für Modellierungssprachen erleichtert, die durch ein MOF-Modell definiert sind