Modellierung in der Lehre an Hochschulen: Thesen und Erfahrungen

Zusammenfassung: Nicht erst seit Modellierung zum Modewort geworden ist, ist Modellierung ein wichtiges Thema in der Informatikausbildung. Dieser Beitrag beleuchtet in zwölf Thesen das Warum, Was, Wie viel, Wo, Wann und Wie von Modellierung in der Lehre im Rahmen informatikbezogener Studiengänge. Die Thesen basieren auf der Erfahrung des Verfassers mit einer seit über zehn Jahren gehaltenen Modellierungsvorlesung an der Universität Zürich sowie dem Gedankenaustausch mit anderen Hochschullehrerinnen und -lehrern im Rahmen der GI-Workshopreihe ,,Modellierung". Zusätzlich liefert eine Befragung von Absolventinnen und Absolventen an der Universität Zürich empirische Evidenz für eine Reihe der These

Systematische Prozessunterstützung für die Entwicklung laufzeitkritischer Softwaresysteme: Systematische Prozessunterstützung für die Entwicklung laufzeitkritischer Softwaresysteme: PROKRIS-Methodik und -Framework

In vielen Bereichen des täglichen Lebens, angefangen vom Online-Banking bis hin zur Steuerung im Flugzeug, kommt Software mit laufzeitkritischen nicht-funktionalen Eigenschaften (NFE) zum Einsatz. Die Erfüllung der NFE spielt in diesen Anwendungen eine zentrale Rolle. Um dies zu erreichen, ist eine systematische und zielorientierte Behandlung dieser Anforderungen während der Entwicklung zwingend erforderlich. NFE zeichnen sich im Gegensatz zu funktionalen Eigenschaften durch besondere Merkmale aus, die ein adaptives Vorgehen zur Definition des Entwicklungsprozesses erzwingen. In der Arbeit wird eine Methodik zur kontextbasierten Anpassung von Vorgehensmodellen an laufzeitkritische NFE auf der Basis von Prozessmustern sowie das PROKRIS-Framework als unterstützende Umgebung vorgestellt

Basisdefinition einer gemeinsamen Sprache der Produktentwicklung im Kontext der Modellbildung technischer Systeme und einer Modellierungstechnik für Zielsystem und Objektsystem technischer Systeme in SysML auf Grundlage des ZHO-Prinzips = Basis definition of a common language of product engineering in the context of modeling of technical systems and a modeling technique for the systems of objectives and objects of technical systems on the basis of the ZHO-principle

Die Arbeit begegnet den Herausforderungen einer erfolgreichen Kommunikation in der fachdisziplinübergreifenden Zusammenarbeit durch eine Basisdefinition einer gemeinsamen Sprache der Produktentwicklung für den Kontext der Modellbildung technischer Systeme. Darauf basierend wird eine Modellierungstechnik als zentrales Werkzeug zur Handhabung der umfangreichen und heterogenen Daten und Informationen vorgestellt

Design for Customer - Methodik für nachhaltige Kundenlösungen unter Zuhilfenahme eines bedürfnisorientierten Leistungskonfigurators

Zunehmender Wettbewerbsdruck sowie die Internationalisierung der Märkte stellen Unternehmen vor neue Herausforderungen. Eine Möglichkeit sich diesen Herausforderungen zu stellen ist die Vermarktung von Lösungen als Kombination aus Produkten und Dienstleistungen. Die entwickelte Methodik stellt einen Ansatz zur Integration des Kunden in die Prozesse von Lösungsanbietern bereit. Neben der Differenzierung vom Wettbewerb fällt darunter auch die Steigerung von Umsatz und Gewinnmarge

Systematische Analyse des aktuellen Forschungsstandes von Prozessmodellen im Kontext der Industrie 4.0

Die Schlagwörter Smart Factory, Cloud-Computing sowie Internet-of-Things sind in den ver-gangenen Jahren in den Fokus von Wirtschaft und Politik gerückt. Sie stehen für einen ver-meintlichen Paradigmenwandel, der sogenannten vierten industriellen Revolution, die im deutschsprachigen Raum unter dem Konzept der „Industrie 4.0“ bekannt ist. Die vorliegende Masterarbeit gibt einen umfassenden Überblick über die aktuellen Verständ-nisse von Prozessmodellen und deren mögliche Anwendungen im Zusammenhang mit den Themen dieser vierten industriellen Revolution. Ziel der Arbeit ist es, mit Hilfe einer systema-tischen Analyse der aktuellen Fachliteratur verschiedene Prozessmodellierungsansätze im Kontext der Industrie 4.0 zu identifizieren und zu präsentieren. In diesem Zusammenhang wird eine Untersuchung über den zeitlichen Verlauf von Publikationen, über die unterschiedlichen Themenschwerpunkte der wissenschaftlichen Untersuchungen und der Relevanz für die je-weiligen Forschungsgebiete durchgeführt. Vor dem Hintergrund der Industrie 4.0 sollen die Untersuchungsergebnisse momentane An-wendungsgebiete der Prozessmodellierung in Unternehmen und Forschungsbemühungen der Wissenschaft aufzeigen, sowie weitere potenzielle Applikationen und offene Fragen untersu-chen

Vom SOM-Geschäftsprozessmodell zum Softwareartefakt - modellgetriebene Systementwicklung mit dem Eclipse Modeling Framework

Zur Überbrückung der semantischen Lücke zwischen der fachlichen und der softwaretechnischen Ebene in der Systementwicklung schlägt diese Arbeit einen modellgetriebenen Ansatz ausgehend von Geschäftsprozessen hin zur Generierung von Quellcode für eine service-orientierte JavaEE-Architektur vor. Der Ansatz und ein implementiertes Software-Werkzeug nutzen das Eclipse Modeling Framework (EMF) anhand von Ecore-Modellen und QVTo-basierten Modelltransformationen. Service-orientierte Anwendungssysteme werden anhand einer Xtext- und ANTLR-basierten Grammatik beschrieben, die eine auf konzeptuellen Objekttypen und Vorgangsobjekttypen (KOS und VOS der SOM-Methodik) aufbauende Syntax vorschlägt. Resultierende Ecore-Modelle sind anhand von QVTo in ein komponentenorientiertes Softwaremodell auf Basis von JavaEE überführbar. Die Transformation dieses Modells in Quellcode erzeugt ein auf einer Referenz-Architektur basierendes verteiltes Software-System bestehend aus Entitäts- und Vorgangs-Services, einschließlich JPA-Entities, SessionBeans, MessageDrivenBeans mit Message Queues und EJB-Module-Konfigurationen

Konfliktbehandlung im policy–basierten Management mittels a priori Modellierung

Das policy–basierte Management nimmt sowohl in der Forschung als auch in der Industrie einen steigenden Stellenwert ein. Durch die verteilte Spezifikation und aufgrund divergenter Ziele können Policies zueinander in Konflikt stehen. Die bereits existierenden Ansätze zur Policy–Konfliktbehandlung sind nur begrenzt einsetzbar, da sie häufig auf eine dediziert Policy–Sprache limitiert sind, wichtige Konfliktarten per se nicht erkennen können oder für neuartige Konfliktarten keine Methodik zur Integration bieten. Diese Arbeit zeigt, dass unter Berücksichtigung von Managementmodellen neue Konfliktarten nachgewiesen werden können, die bis jetzt mit den Ansätzen in der Literatur nicht behandelbar sind. Dazu werden Managementmodelle als a priori Modelle aufgefasst. Ein a priori Modell beschreibt den Sollzustand eines Systems und definiert somit eine Menge von einzuhaltenden Bedingungen. Unter dieser Prämisse werden neuartige Konflikte — Konflikte zwischen Beziehungen von Managementobjekten — nachgewiesen. Den Kern der Lösungsidee bildet eine Methodik zur Ableitung von Konfliktdefinitionen aus Modellaspekten. Dabei werden ausgehend von Modellaspekten Invarianten abgeleitet, mit Policy–Aktionen verknüpft und schließlich Vorbedingungen definiert, deren Einhaltung Konflikte verhindert. Die breite Anwendbarkeit der Methodik wird anhand eines statischen Beziehungsmodells für die Beziehungen der funktionalen Abhängigkeit und Enthaltenseinsrelationen gezeigt. Ebenso wird die Anwendbarkeit der Methodik für Vertreter von dynamischen Modellen, den endlichen Automaten demonstriert. Zur Konfliktbehandlung wurde ein neuer Algorithmus entwickelt, der aus den Phasen Konfliktlokalisierung, Konflikterkennung und Konfliktlösung besteht. In der ersten Phase wird durch Teilmengenbildung die Anzahl der zu betrachtenden Policies schnell reduziert. In der letzten Phase werden für die einzelnen Konfliktarten Strategien entwickelt, die eine optimale Konfliktlösung gewährleisten. Der Algorithmus ist sowohl für die präventive als auch die reaktive Konfliktbehandlung anwendbar. Damit eine generische Lösung erreicht wird, sind wichtige Designziele für die Methodik und dem Algorithmus: die Unabhängigkeit von einer dedizierten Policy–Sprache, die Breite der behandelbaren Konfliktarten sowie die Unabhängigkeit von einem spezifischen Managementinformationsmodell. Die Anwendbarkeit der Lösung in der Praxis wird durch eine exemplarische Abbildung der Konfliktdefinitionen in das Common Information Model gezeigt

Modellierung und Prozessoptimierung der Organisationsstruktur in der orthopädischen Poliklinik

Gegenstand dieser Arbeit ist die Identifizierung und quantitative Analyse organisatorischer Schwachstellen in den klinischen Abläufen der orthopädischen Poliklinik der Klinik für Orthopädie und Rheumatologie in Marburg. Ziel dieser Analysen ist, mit Hilfe der gewonnen Daten fundierte Optimierungsvorschläge zu entwickeln, diese mit den Mitarbeitern zu diskutieren und schließlich umzusetzen. Da die langen Wartezeiten der Patienten das Hauptproblem in der orthopädischen Poliklinik darstellen, fokussiert diese Arbeit auf die Wartezeit als entscheidenden Parameter der Analysen und operationalisiert den Erfolg möglicher Reorganisationsmaßnahmen durch die Gesamtaufenthaltsdauer der Patienten. Initial werden die Prozesse durch Beobachtung und Diskussion mit allen Beteiligten untersucht und ein Prozessmodell erstellt. Als Dokumentationswerkzeug dient die am Institut für medizinische Informatik entwickelte Marburger Prozess-Dokumentation (MaPDok). Durch mehrwöchige Zeiterfassungen in der Poliklinik während der Sprechstunden werden anschließend die Arbeitsabläufe zeitlich genau charakterisiert. Neben direkten Zeiterfassungen werden auch vorhanden Informationsquellen, wie z.B. Eingangsbücher, analysiert, um eine detaillierte Datenbasis zu erhalten. Unter Verwendung dieser Daten wird ein warteschlangentheoretischer Ansatz verfolgt. Die Entwicklung eines Warteschlangenmodells erweist sich für die Abbildung des Ist-Zustandes aufgrund spezifischer Eigenschaften der zeitlichen Verteilung der Patientenankünfte als nicht praktikabel, bringt aber im Rahmen der Entwicklung eines neuen Terminvergabemodus wichtige Erkenntnisse. Mithilfe der gewonnenen Daten und der erworbenen Kenntnisse der entscheidenden Prozesse wird anschließend ein dynamisches Modell mit Hilfe der Dicrete-event-Simulation erstellt. Dieses Modell erweist sich für die Standardsprechstunde als valide, sodass verschiedene Sollszenarien mit unterschiedlichen personellen Ressourcen und Einbestellintervallen untersucht werden können. In der Zusammenschau der Ergebnisse werden vier organisatorische Schwächen von hoher zeitlicher Bedeutung identifiziert. Es handelt sich um das Einbestellsystem, die Koordination mit der Abteilung für Strahlendiagnostik, die zahlreichen Nebenaufgaben der Ärzte sowie die mangelnde Verfügbarkeit von Patienteninformationen. Für diese vier Probleme wurden Lösungskonzepte erarbeitet. Zahlreiche Optimierungsvorschläge konnten nach Zustimmung der Beteiligten erfolgreich implementiert werden. Interventionen, die sich aus diesem Projekt ergeben haben, sind dabei u.a. die Einführung eines neuen, EDV-gestützten, die Abteilung für Strahlendiagnostik einbeziehenden Einbestellsystems, die Einrichtung eines festen ärztlichen Poliklinkteams sowie die elektronische Arztbriefschreibung auch im ambulanten Bereich. Seit zwei Jahren bewähren sich diese Reorgansiationsmaßnahmen im klinischen Alltag

Erhöhung der Flexibilität und Durchgängigkeit prozessorientierter Applikationen mittels Service-Orientierung

Höhere Flexibilität für IT-gestützte Prozesse ist eine der zentralen Erwartungen, die von Anwenderseite an eine Service-orientierte Architektur (SOA) gestellt wurden. Insbesondere sollen fachliche Anforderungen an Geschäftsprozesse rasch in betriebliche Informationssysteme, d.h. die technische Implementierung der Prozesse, überführt werden können. Des Weiteren ist die Fähigkeit, auf Änderungen der fachlichen oder technischen Ebene schnell und korrekt zu reagieren, unabdingbare Voraussetzung für den Betrieb prozessorientierter Applikationen in einer SOA. Eine Herausforderung ist in diesem Zusammenhang die Diskrepanz zwischen den Anforderungen der Fachbereiche und den vom IT-Bereich realisierten technischen Implementierungen (sog. Business-IT-Gap). Um den genannten Herausforderungen gerecht zu werden, bedarf es einer durchgängigen Definition, Verwaltung und Pflege von Prozessen, Services und Datenobjekten, sowohl auf fachlicher als auch auf technischer Ebene. Informationen zum Beziehungsgeflecht zwischen fachlichen und technischen Prozessen, Services und Datenobjekten sind in heutigen Unternehmensarchitekturen meist nicht vorhanden, was zu weiteren Problemen führt. So ist etwa bei Außerbetriebnahme eines Services nicht immer nachvollziehbar, welche (prozessorientierten) Applikationen davon betroffen sind. Dadurch ist es wiederum schwierig sicherzustellen, dass die Deaktivierung einzelner Services oder Service-Versionen in der Folge nicht zu unerwarteten Fehlern führt, etwa dass ein implementierter Geschäftsprozesses nicht mehr ausführbar ist. Die vorliegende Arbeit adressiert mit ENPROSO (Enhanced Process Management through Service Orientation) diese Problemfelder und stellt einen Ansatz zur Verbesserung der Konsistenz zwischen fachlichen Anforderungen und implementierten Prozessen dar. Die Verwaltung und Konsistenzsicherung des komplexen Beziehungsgeflechts fachlicher und technischer Artefakte wird durch geeignete Methoden und Vorgehensmodelle für eine durchgängige Prozessmodellierung unterstützt. So lassen sich bereits bei der fachlichen Modellierung benötigte Informationen (z.B. über wiederverwendbare Services) explizit dokumentieren. Dadurch entsteht bereits während der fachlichen Analyse und Konzeptentwicklung eine detaillierte Beschreibung des zu implementierenden Sachverhalts. Zudem ist es möglich, fachliche Anforderungen schon in frühen Phasen der Softwareentwicklung vollständig zu dokumentieren und dadurch Aufwände für die Implementierung in späteren Phasen zu reduzieren. Zur Verwaltung der von einer SOA benötigten Artefakte ist ein umfassendes und generisches Repository-Metamodell notwendig, das die konsistente Speicherung aller Artefakte mit allen relevanten Beziehungen ermöglicht. Auf diese Weise kann die Konsistenz der gegenwärtig im Repository dokumentierten Artefakte sichergestellt werden