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2009 | Buch

Lehrbuch der Softwaretechnik: Basiskonzepte und Requirements Engineering

verfasst von: Prof. Dr. Helmut Balzert

Verlag: Spektrum Akademischer Verlag

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik" , Springer Professional "Wirtschaft"

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Über dieses Buch

Die Softwaretechnik bildet einen Grundpfeiler der Informatik. Jede Softwareentwicklung basiert auf Prinzipien, Methoden und Werkzeugen. Mit Basiskonzepten kann die Statik, Dynamik und Logik von Softwaresystemen beschrieben und modelliert werden. Die Anforderungen an ein neues Softwareprodukt zu ermitteln, zu spezifizieren, zu analysieren, zu validieren und daraus eine fachliche Lösung abzuleiten bzw. ein Produktmodell zu entwickeln, gehört mit zu den anspruchsvollsten Aufgaben innerhalb der Softwaretechnik. Dieser Band des dreiteiligen Lehrbuchs der Softwaretechnik vermittelt in systematischer und klassifizierender Art und Weise die Basistechniken und die Basiskonzepte der Softwareentwicklung und beschreibt die Aktivitäten, Artefakte und Methoden des Requirements Engineering. Das Buch besteht aus 4 Teilen und 27 Kapiteln.

Das Buch kann zur Vorlesungsbegleitung, zum Selbststudium und zum Nachschlagen verwendet werden.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Die Wissenschaftsdisziplin Softwaretechnik

Frontmatter

1. Was ist Software?

Zusammenfassung

Grundsätzlich ist festzuhalten, dass ein Kernstück jeder Wissenschaft eine eigene einheitliche und allgemein anerkannte Begriffswelt ist. Wegen der starken Praxisorientierung der Softwaretechnik spielt die Begriffsbildung hier sogar eine herausragende Rolle.

Helmut Balzert

2. Warum ist Software so schwer zu entwickeln?

Zusammenfassung

Seit Software entwickelt wird, beklagt man sich darüber, wie schwierig diese Tätigkeit ist. Immer wieder ist von der »Software-Krise« die Rede. Um diese Schwierigkeiten zu verstehen, muss man sich zunächst die Charakteristika von Software näher ansehen.

Helmut Balzert

3. Was ist Softwaretechnik?

Zusammenfassung

Bevor ich eine eigene Definition vorschlage, möchte ich einige publizierte Definitionen aufführen.

Helmut Balzert

Basistechniken

Frontmatter

4. Prinzipien

Zusammenfassung

Was ist für Sie ein Prinzip? Nach welchen Prinzipien handeln Sie? Welche Prinzipien fallen Ihnen zur Softwaretechnik ein?

Helmut Balzert

5. Methoden

Zusammenfassung

An was denken Sie, wenn Sie hören, dass eine Person »methodisch« arbeitet?

Helmut Balzert

6. Werkzeuge

Zusammenfassung

Software ist Werkstoff und Werkzeug zugleich in der Softwareentwicklung. Softwareentwicklungswerkzeuge sind Programme, die die Entwicklung von Software unterstützen. Dieses Kapitel gibt einen Überblick über Softwareentwicklungswerkzeuge, diskutiert Kriterien und Verfahren bei der Auswahl geeigneter Werkzeuge, stellt integrative Lösungen kooperierender Werkzeuge in Form von integrierten Entwicklungsumgebungen vor und beschreibt Potenziale und Risiken des aktuellen Trends hin zur modellgetriebenen Softwareentwicklung:

»Menschen, Methoden, Werkzeuge«, S. 59
»Klassifikation von Werkzeugen«, S. 60
»Integrierte Entwicklungsumgebungen«, S. 76
»Modellgetriebene Entwicklung«, S. 79
»Auswahlkriterien bei der Anschaffung von Werkzeugen«, S. 87
»Evaluationsverfahren für die Anschaffung«, S. 90

[FMP+87]

Helmut Balzert

Basiskonzepte

Frontmatter

7. Fallstudie: SemOrg — Die Spezifikation

Zusammenfassung

Um die verschiedenen Techniken und Konzepte zu veranschaulichen, wird eine kaufmännische Fallstudie SemOrg (für Seminar-organisation) durchgängig verwendet und referenziert. Das folgende Lastenheft und Pflichtenheft verwendet nur natürlichsprachliche Anforderungen zur Festlegung der Anforderungen. Der Aufbau von Lasten- und Pflichtenheft ist im Kapitel »Schablonen für Lastenheft, Pflichtenheft und Glossar«, S. 492, erklärt. Fachbegriffe werden in einem Glossar definiert (siehe unten). TBD steht für To be definied — muss noch definiert werden bzw. To be determined — muss noch festgelegt werden.

Helmut Balzert

8. Fallstudie: Fensterheber — Die Spezifikation

Zusammenfassung

Um die verschiedenen Techniken und Konzepte beim Einsatz für softwareintensive Systeme zu veranschaulichen, wird eine Fallstudie Fensterheber (Türsteuergerät für einen Fensterheber) durchgängig verwendet und referenziert. Das folgende Lastenheft und Pflichtenheft verwendet nur natürlichsprachliche Anforderungen zur Festlegung der Anforderungen. Der Aufbau von Lasten- und Pflichtenheft ist im Kapitel »Schablonen für Lastenheft, Pflichtenheft und Glossar«, S. 492 erklärt. Fachbegriffe werden in einem Glossar definiert (siehe unten).

Helmut Balzert

9. Statik

Zusammenfassung

Unter der Statik eines Systems wird die stabile Struktur eines Systems verstanden. Eine Struktur gibt die Anordnung der Teile eines Ganzen zueinander an (siehe »Prinzip der Strukturierung«, S. 34). Eine statische Struktur beschreibt dementsprechend die Anordnung der Teile eines Ganzen, die sich über die Zeit hinweg, z. B. während der Laufzeit des Softwaresystems, nicht ändert.

Helmut Balzert

10. Dynamik

Zusammenfassung

Unter der Dynamik eines Softwaresystems werden sein Verhalten und seine Veränderungen während der Laufzeit des Systems verstanden. Während der Laufzeit kann eine dynamische Struktur entstehen oder sich verändern. Die Basiskonzepte zur Dynamik lassen sich in fachliche Aspekte und in zeitliche Aspekte gliedern.

Helmut Balzert

11. Logik

Zusammenfassung

Neben statischen Strukturen und dynamischen Abläufen zwischen Systemkomponenten gibt es noch logische Abhängigkeiten, die unabhängig von der Statik und der Dynamik immer gelten. Solche logischen Abhängigkeiten können auf verschiedene Art und Weise formuliert werden. Mit Hilfe der Logik ist es auch möglich, Schlüsse zu ziehen, Widersprüche zu erkennen und Vollständigkeiten zu prüfen. Im Bereich der Programmierung können mit Hilfe der Logik Programme verifiziert werden.

Helmut Balzert

Requirements Engineering

Frontmatter

12. Problem vs. Lösung

Zusammenfassung

Anforderungen legen fest, welche Eigenschaften ein zu entwickelndes Softwaresystem besitzen soll. Sie beschreiben also das Problem, das gelöst werden soll. Die Lösung des Problems, d. h. das »Wie« ist die fachliche Lösung. Die fachliche Lösung wiederum stellt das Problem für die technische Lösung dar usw. Die Abb. 12.0-1 veranschaulicht die verschiedenen Sichtweisen.

Helmut Balzert

13. Bedeutung, Probleme und Best Practices

Zusammenfassung

Es gibt eine Vielzahl von Untersuchungen darüber, wie erfolgreich oder nicht erfolgreich Softwareprojekte waren und sind. Eine berühmte Untersuchung, die immer wieder zitiert wird, ist der CHAOS-Report von 1994 [Stan94]. In diesem Report wird gesagt, dass 31 Prozent aller Softwareprojekte vor der Fertigstellung abgebrochen werden. Dieser Report wurde wegen fehlender Transparenz, nicht offen gelegter Methodik und anderer Mängel kritisiert.

Helmut Balzert

14. Aktivitäten und Artefakte

Zusammenfassung

Im Rahmen einer Softwareentwicklung müssen Aktivitäten durchgeführt werden, die zu Ergebnissen — im Folgenden Artefakte (artifacts) genannt — führen. Eine Aktivität wird durch Mitarbeiter ausgeführt, die definierte Rollen einnehmen. Unter Beachtung von Methoden, Richtlinien, Konventionen, Checklisten und Schablonen wird — ausgehend von einem oder mehreren gegebenen Artefakten oder Informationen — ein neues Artefakt erstellt oder der Zustand oder der Inhalt gegebener Artefakte geändert. Für die Durchführung der Aktivität werden in der Regel vom Softwaremanagement vorgegebene Werkzeuge eingesetzt (Abb. 14.0-1).

Helmut Balzert

15. Der Requirements Engineering-Prozess

Zusammenfassung

In großen Unternehmen und Softwarehäusern ist die Softwareent-Wicklung eingebettet in die Unternehmens- und Produktstrategie. Der Weg von einer Idee hin zu einem Produkt besteht aus vielen Schritten, in denen Annahmen gemacht, geprüft und substanziiert werden. Aus vielen ursprünglichen Ideen und Visionen werden am Ende nur einzelne wenige Produkte entwickelt. Dies liegt an den stark steigenden Kosten, sobald Entwicklungsprojekte und das begleitende Marketing gestartet werden. Man versucht innerhalb der Strategieentwicklung daher, möglichst viele Ideen frühzeitig zu bewerten und nur für jene mit großem Potenzial die Entwicklung zu starten. Die Abb. 15.0-1 zeigt diese Entwicklung vom Ideenmanagement hin zum konkreten Portfolio von Produkten.

Helmut Balzert

16. Anforderungen und Anforderungsarten

Zusammenfassung

Bevor ein Softwaresystem entwickelt werden kann, muss festgelegt werden, welche Anforderungen es erfüllen soll.

Helmut Balzert

17. Anforderungen an Anforderungen

Zusammenfassung

Welche Anforderungen würden Sie an jede einzelne Anforderung stellen?

Helmut Balzert

18. Anforderungsattribute

Zusammenfassung

Zu jeder Anforderung sind Attribute zu dokumentieren, die bei der Anforderungserfassung eingetragen oder im Laufe des Requirements Engineering ergänzt werden. Erfolgt die Anforderungsdokumentation werkzeuggestützt, dann kann auf die Angabe der Attribute hingewiesen werden bzw. können Voreinstellungen vorgenommen werden. Bei der Verwendung von Textsystemen können Anforderungsschablonen verwendet werden. Die Attribute hängen teilweise von der Anforderungsart ab.

Helmut Balzert

19. Natürlichsprachliche Anforderungen

Zusammenfassung

In den meisten Fällen werden Anforderungen in natürlicher Sprache formuliert.

Helmut Balzert

20. Anforderungsschablonen

Zusammenfassung

Anforderungsspezifikationen lassen sich gliedern in:

Spezifikationen ohne festgelegte Regeln,
Spezifikationen mit nummerierten oder markierten Anforderungen,
Spezifikationen mit festgelegten Gliederungsschemata. Die beiden letzten Formen können kombiniert verwendet werden.

Helmut Balzert

21. Anforderungen ermitteln und spezifizieren

Zusammenfassung

Bevor mit der Ermittlung der Anforderungen begonnen werden kann, muss zunächst geklärt werden, wer die Anforderungen stellt. Es reicht nicht aus, nur den Auftraggeber, d. h. den der bezahlt, zu befragen. Die erste Aktivität muss daher darin bestehen, die Stakeholder zu identifizieren und einzubinden.

Helmut Balzert

22. Anforderungen analysieren, validieren und abnehmen

Zusammenfassung

Jedes Artefakt einer Softwareentwicklung ist einer Qualitätsüberprüfung zu unterziehen, bevor es für weitere Entwicklungaktivitäten verwendet wird. Dies gilt insbesondere für die Anforderungsspezifikation, da sie die Basis für alle weiteren Entwicklungsaktivitäten bildet. Eine Überprüfung besteht aus zwei Schritten:

Analyse der Anforderungsspezifikation
Validation der Anforderungsspezifikation

Helmut Balzert

23. Schätzen des Aufwands

Zusammenfassung

Für jede Softwareentwicklung stellt sich die Frage, wie groß der Aufwand sein wird. In Abhängigkeit davon kann eine Entwicklung begonnen oder auch gestoppt werden — bevor weiterer Aufwand entsteht.

Helmut Balzert

24. Anforderungen priorisieren

Zusammenfassung

Bei der Anforderungsermittlung werden in der Regel viele Anforderungen aufgestellt. Aber nicht jede Anforderung ist gleich wichtig.

Helmut Balzert

25. Anforderungen modellieren

Zusammenfassung

Ausgehend von der abgenommenen Anforderungsspezifikation kann ein Requirements Engineering-Team die fachliche Lösung erarbeiten. Die fachliche Lösung muss folgende Anforderungen erfüllen:

Korrekte Umsetzung der Anforderungen
Vollständige Umsetzung der Anforderungen
Referenzierung der Anforderungen
Präzise, eindeutige und konsistente Formulierung der fachlichen Lösung: Die Präzision muss einen Grad an Formalität haben, sodass zumindest Teile davon automatisch mit Generatoren in eine technische Lösung und eine Implementierung umgesetzt werden können.

In der Regel wird eine fachliche Lösung — auch Produktmodell oder Anwendungsmodell genannt — erstellt.

Helmut Balzert

26. Fallstudie: SemOrg V1.0 — Die fachliche Lösung

Zusammenfassung

Unter Einsatz der Basiskonzepte (»Basiskonzepte«, S. 99) ergibt sich auf der Grundlage des Pflichtenheftes und des Glossars (siehe »Fallstudie: SemOrg — Die Spezifikation«, S. 107) folgende fachliche Lösung, gegliedert in die Bereiche:

Statik
Dynamik
Logik

Visionen und Ziele werden nicht nochmals aufgeführt, da sie nicht weiter formalisierbar sind. Ein Konzept für die Benutzungsoberfläche ist noch nicht enthalten. Es ist nur die Ausbaustufe 1 (SemOrg V1.0 — Kern) modelliert.

Helmut Balzert

27. Fallstudie: Fensterheber — Die fachliche Lösung

Zusammenfassung

Auf der Grundlage des Pflichtenheftes der Fallstudie Fensterheber (»Fallstudie: Fensterheber — Die Spezifikation«, S. 117) wird hier die entsprechende fachliche Lösung beschrieben. Sie ist in die folgenden Bereiche gegliedert:

Statik
Dynamik und Logik

Die Softwarefunktion »Fensterheber« ist Teil des eingebetteten Systems »Türsteuergerät«. Die Funktionalität »Fensterheber« implementiert die elektrische Hebefunktion aller im Fahrzeug befindlichen Seitenfenster. Da sich die in der Software zu realisierenden Aufgaben für jedes einzelne Seitenfenster ähneln, wird im Folgenden repräsentativ die Software für das Fenster der Fahrertür betrachtet.

Helmut Balzert

28. Modellierte Anforderungen analysieren, verifizieren und abnehmen

Zusammenfassung

Die fachliche Lösung bzw. das Produktmodell bildet den Ausgangspunkt für die Erstellung der Softwarearchitektur. Jeder Fehler in der fachlichen Lösung muss mit überproportionalem Aufwand behoben werden, wenn er nicht schon im Produktmodell, sondern erst später gefunden wird. Die kostengünstigste Qualitätssicherung liegt also vor, wenn die fachliche Lösung mit allen begleitenden Artefakten überprüft wird. Eine Überprüfung besteht aus zwei Schritten:

Analyse der fachlichen Lösung
Verifikation der fachlichen Lösung

Helmut Balzert

Backmatter

Titel: Lehrbuch der Softwaretechnik: Basiskonzepte und Requirements Engineering
verfasst von: Prof. Dr. Helmut Balzert
Verlag: Spektrum Akademischer Verlag
Electronic ISBN: 978-3-8274-2247-7
Print ISBN: 978-3-8274-1705-3
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-8274-2247-7