1 Dozenten: Markus Rentschler Andreas Stuckert Version 10.10.2015 Software Engineering I VE 03: Requirements Engineering Vorlesung Software Engineering

Version 04/26/23

Software Engineering I VE 03: Requirements Engineering 1

Dozenten:Markus RentschlerAndreas Stuckert

Vorlesung

Software Engineering I

Requirements Engineering

Version 04/26/23



Definition

• Die Anforderungsanalyse ist üblicherweise die Startphase im Software-Lebenszyklus.

• Requirements Engineering steht für das systematische Vorgehen bei der Erfassung, Beschreibung, Prüfung und Verfolgung von Anforderungen für ein zu entwickelndes (Software-) System.

• Der Systemanalytiker (Requirements Engineer) ist dafür zuständig.

Version 04/26/23



Literatur

• Pohl, Klaus; Rupp, Chris:Basiswissen Requirements Engineering

Aus und Weiterbildung zum Certified Professional for Requirements Engineering Foundation Level nach IREB-Standard. dpunkt, Heidelberg, 2009.

Version 04/26/23



Anforderungsphasen

• Kundenanforderungen– Definition der Systemeigenschaften (WAS)

Lastenheft

• Systemanforderungen– Technische Spezifikation des Systems (WIE)

Pflichtenheft

• Pflichtenheft wird Vertragsgrundlage!

Version 04/26/23



Analyse

Anforderungs-Ermittlung

Produkt-Spezifikation(Pflichtenheft)

“Projektstart“

Analysephase Designphase

Anforderungs-Spezifikation(Lastenheft)

Design

Architekturentwurf

Detailentwurf

Architektur-Spezifikation

Modul-/Klassen-Spezifikationen

- WAS für ein System sollen wir bauen, bzw. WAS für Aspekte eines Systems sollen verändert werden?

- WAS sind die Anforderungen des Kunden?

- Ist es möglich, das geforderte System zu realisieren ?

Anforderungsanalyse, Systemmodellierung

Version 04/26/23



Relevanz von RE

• Requirements Engineering (RE) ist eine Schlüsseldisziplin der Systementwicklung und entscheidet maßgeblich über den Erfolg oder Misserfolg eines Projekts.

• Die perfekte Analyse ist nicht möglich, aber sie muss das Ziel sein !!!

• Ein guter Requirements-Engineer benötigt bestimmte persönliche Eigenschaften:

Analytisch, Selbstbewusst, Emphatisch, Abstraktes Denken, Neugierig, Kommunikativ, Penetrant, präziser schriftlicher Ausdruck.

Version 04/26/23



Definition

• Eine Anforderung (Requirement) ist eine funktionale oder nichtfunktionale Vorgabe, die ein System erfüllen soll bzw. eine technische oder formale Restriktion, die von außen vorgegeben und zu beachten ist.

• Die Definition der Anforderung muss als Übereinkunft zwischen Auftraggeber und Auftragnehmer formuliert sein. Eindeutigkeit ist dabei ein wesentliches Kriterium.

Version 04/26/23



Anforderungen an Anforderungen

Version 04/26/23



Problem: Widersprüchliche Anforderungen

Nicht realisierbar !

Version 04/26/23



Problem: Mehrdeutige Anforderungen

Version 04/26/23



Problem: Mehrdeutige Anforderungen

• Mehrere Interpretationen möglich

Was ist richtig ?

Version 04/26/23



Problem: Unscharfe Anforderungen

Nicht interpretierbar !

Version 04/26/23



Prägnant

• Besser: Ein unerfahrener Benutzer soll das System ohne spezielle Schulung verwenden können

1. Prägnant2. Aktiv3. Überprüfbar4. Verfeinerbar5. Wertschöpfe

nd6. Begründbar7. Deklarativ

• Schlecht: Das geplante System soll sowohl von Experten als auch von unerfahrenen Personen (Nutzerinnen und Nutzern) benutzbar sein. Unerfahrene User sollen auch ohne große Vorkenntnisse der Bedienerführung oder des Vorgängersystems die vorgesehene Systemfunktionalität nutzen können. Zur Benutzung des Systems sollen die Anwender also keinerlei Schulungen oder spezielle Hilfestellungen benötigen. Der Umgang mit dem System muss daher leicht verständlich sein und ohne große Erfahrung mit dem Vorgängersystem oder vergleichbaren Systemen erfolgen können.

Version 04/26/23



Aktiv

• Besser: Das System erfasst und verarbeitet die Messdaten im Vergleich zum System xy doppelt so schnell. Dadurch muss der Nutzer kürzer auf das Vorliegen von Ergebnissen warten



• Schlecht: Die Dauer für die Erfassung und Verarbeitung der Messdaten soll halbiert werden.Dadurch soll die Wartezeit bis zum Vorliegen von Ergebnissen verkürzt werden.

Version 04/26/23



Überprüfbar (Quantitativ)

• Besser: Das System soll folgende Verbesserungen gegenüber dem System xy bieten:– …– …

•Schlecht: Das System soll besser sein als das Vorgängersystem.



Version 04/26/23



Verfeinerung von Zielen

• Besser: Das System soll selbsterklärend sein, d.h. ein durchschnittlicher Nutzer soll durchschnittlich nach 2 Min. folgende Funktionen aufrufen können: …

• Das System soll selbsterklärend sein, d.h. den Vorgaben nach W3C… in Bezug auf … folgen

• Schlecht: Die Benutzung des Systems soll selbsterklärend sein 1. Prägnant

2. Aktiv3. Überprüfbar4. Verfeinerbar5. Wertschöpfe


Version 04/26/23



Mehrwertbildung

• Besser: Das System soll … so dass sich die Nutzer auf andere Aufgaben konzentrieren können

• Schlecht: Das System soll leicht benutzbar sein.



Version 04/26/23



Nachvollziehbare Begründungen

• Besser: … weil es auch in Mietfahrzeugen einsetzbar sein soll

• Schlecht: Das System soll auch von ungeschulten Benutzern intuitiv benutzbar sein.



Version 04/26/23



Keine Lösungsvorwegnahme

• Besser: Das System soll um 10% kürzere Antwortzeiten aufweisen als System xy.

• Schlecht: Durch komprimierte Datenübertragung im Cache soll das geplante System um 10% kürzere Antwortzeiten aufweisen



Version 04/26/23



Problem: Trennung von Anforderung und Lösung

• WAS = Spezifikation, WIE = Entwurf

• /REQ 1/ „Das System druckt eine wahlweise nach Namen oder Land alphabetisch sortierte Liste von Teilnehmern mit Nummer, Name, Vorname, Affiliation und Land. Auf jeder Seite sind unten links das Erstellungsdatum und unten rechts die Seitenzahl aufgedruckt.“

• Ist dieser Satz eine Anforderung oder eine Entwurfsentscheidung?

• ➜ WAS vs. WIE ist kontextabhängig und liefert keine brauchbare Abgrenzung zwischen Anforderungen und Entwurfsentscheidungen. Die gleiche Sache kann je nach Kontext beides sein.

• Probleme (beschrieben als Anforderungen) und Lösungen (das Ergebnis von Entwurfsentscheidungen) sind hierarchisch miteinander verzahnt!

• ➜ WAS vs. WIE ist stufenabhängig: Eine Entwurfsentscheidung auf Stufe n wird zur Aufgabe (=Anforderung) auf Stufe n+1

Version 04/26/23



Problembeispiel: WAS versus WIE

• Problem: Julia Meier hat ihr Studium abgeschlossen und erhält keine Unterstützung von ihren Eltern mehr.

• Sie ist daher mit der Anforderung konfrontiert, ihren Lebensunterhalt zu sichern.

• Sie wohnt in Adorf und hat ein Stellenangebot bei einer Firma in Befingen. Ferner hat sie einen reichen Freund und eine ebenso reiche Erbtante.

Hierarchische Verzahnung von Problem und Lösung !Übergeordnete Entwurfsentscheidungen beeinflussen

untergeordnete Anforderungen !

Version 04/26/23



Lösung: WAS versus WIE

• Sind Spezifikation von Anforderungen und Entwurf von Lösungen voneinander trennbar?

• Ja, mit operationaler Abgrenzung:– Anforderungsänderungen brauchen die Zustimmung

des Auftraggebers– Entwurfsänderungen kann der Auftragnehmer

autonom vornehmen

Braucht eine Veränderung eines Satzes, eines Modellelements, eines Konstrukts, etc. die Zustimmung des Auftraggebers/Kunden?

ja Anforderung ➜ nein Entwurfsentscheidung➜

Version 04/26/23



WAS versus WIE

• Ist die Trennung zwischen Anforderungen und Lösungen notwendig ?

Ja !

• Die Kompetenz zur Festlegung von Anforderungen liegt fast immer bei anderen Personen als die Kompetenz zum Treffen von Entwurfsentscheidungen

Anforderungen und Entwürfe sind daher getrennt zu dokumentieren !

Version 04/26/23



Prozesse im Requirements Engineering

• Kennen lernen der Anwendungsdomäne– Identifikation von Konzepten, Beziehungen, grundlegendem Verhalten

• Bestimmung der Anforderungen an das System– Identifikation der Geschäftsprozesse, die das System unterstützen soll– Identifikation der Funktionen die das System dafür bieten soll

Das Ganze geschieht auf zwei Ebenen, aus denen sich die zwei verschiedenen "Workflows" des RE-Prozesses ergeben:

• Anforderungserhebung („Requirements Elicitation“):– Definition des Systems in einer Form, die Kunden und Entwickler

verstehen

• Anforderungsanalyse („Requirements Analysis“):– Technische Spezifikation des Systems in einer für die Entwickler

verständlichen und umsetzbaren Form.

Version 04/26/23



Teilgebiete

• Wie komme ich zu den richtigen Anforderungen? • Wie dokumentiere ich Anforderungen verständlich? • Wie vermeide ich inkonsistente, unvollständige

Anforderungen? • Wie manage ich Änderungen der Anforderungen? • Wie beschleunige ich mit Templates und Patterns den

Analyseprozess? • Wie sichere ich die Testbarkeit der Anforderungen? • Wie messe ich den Projektfortschritt? • Welchen Faktor spielt der Mensch im Analyseprozess? • Wie verwalte ich Anforderungen?

Version 04/26/23



Standards

• Standards für das Requirements Management

• Ein sehr bekannter Standard zum Requirements Management ist der IEEE 830 (Recommended Practice for Software Requirements Specifications). Er ist ein konkreter praxisnaher Standard für die Beschreibung und die Definition von Softwareanforderungen. Es werden Strukturen vorgeben für den Aufbau der Dokumentation, den Aufbau der einzelnen Anforderungen und sogar zur Formulierung der Anforderungen.

• Eine gute Ergänzung hierzu ist der Standard IEEE 1362 (Guide for Information Technology – System Definition, Definition - Concept of Operations Document), der letztendlich ein Standard für Anforderungsdokumente (Lastenhefte) darstellt.

• Eine weitere sinnvolle Ergänzung zu den beiden genannten Standards sind die Spezifikationen aus VDI 2519 – Blatt 1 (Vorgehensweise bei der Erstellung von Lasten-/Pflichtenheften). Hier wird definiert was Lasten- und Pflichtenhefte sind, was sie enthalten sollten und wie sie erstellt werden sollten.

Version 04/26/23



Anforderungsermittlung: Methoden

• engl. „Requirements Elicitation“• http://www.software-kompetenz.de/?6926

Version 04/26/23



Beobachtungstechniken

• Der Systemanalytiker beobachtet, welche Prozesse die Stakeholder während ihrer Arbeit ausführen. Er erfasst diese Abläufe und ermittelt daraus die Vorgänge sowie Verbesserungsansätze für das zu entwickelnde System. Beobachtungstechniken eignen sich dazu, sowohl Anforderungen auf sehr detailliertem Niveau als auch unterbewusste Anforderungen zu ermitteln. Beispiele hierfür sind Feldbeobachtung und Apprenticing.

http://www.software-kompetenz.de/servlet/is/5724/



Version 04/26/23



Befragungstechniken

• Diese Ermittlungstechniken basieren darauf, Stakeholder nach ihren Wünschen und Bedürfnissen zu befragen. Hierbei stellt ein Systemanalytiker dem Stakeholder gezielte Fragen und lässt sich Sachverhalte, Abläufe und Wünsche schildern. Die Befragungstechniken Fragebogen, Interview, Selbstaufschreibung und On-Site-Customer sind zur Ermittlung von Anforderungen beliebiger Detaillierungsgrade geeignet.



Version 04/26/23



Vergangenheitsorientierte Techniken

• Um bestehende Lösungen in ein neues System zu integrieren, sind vergangenheitsorientierte Techniken geeignet. Durch diese Techniken wird die Möglichkeit geschaffen Erfahrungen aus bereits erfolgreich abgeschlossenen Systementwicklungen wiederzuverwenden. Beispiele hierfür sind Systemarchäologie und Reuse.



Version 04/26/23



Feedback-Techniken

• Missverständnisse, Fehlinterpretationen oder Fehler bei der Formulierung können bei der Ermittlung der Anforderungen durch einen Systemanalytiker auftreten. Um die Qualität der Anforderungen sicherzustellen, muss der Stakeholder das Ergebnis überprüfen. Hierzu verwendet er Feedback-Techniken wie Simulationsmodelle und Anforderungsreview (Anforderungsprüfung und Akzeptanz).


Version 04/26/23



Unterstützende Techniken

• Es gibt unterstützende Techniken, die in Kombination mit den bisher beschriebenen Ermittlungstechniken eingesetzt werden. Zu diesen unterstützenden Techniken gehören z.B. Workshops, Snowcards, CRC-Karten, Modellierung etc. Diese Techniken dienen nicht primär der Ermittlung von Anforderungen, sondern der Optimierung der Ergebnisse.



Version 04/26/23



Kundenorientierung im RE

Version 04/26/23



Anforderungsarten

• Visionen und Ziele• Rahmenbedingungen

– z.B. Juristische Vorgaben• Kontext und Überblick

– Systemumgebung• Nichtfunktionale Anforderungen

– Qualitätsmerkmale• Funktionale Anforderungen

– Funktionen

Version 04/26/23



Funktionale und nichtfunktionale Anforderungen

• Funktionale Anforderungen– Beschreibung der Dienste des Systems, z.B. wie es auf

bestimmte Eingaben reagiert oder sich in bestimmten Situationen verhält

– z.B. was passiert wenn ein bestimmter Knopf gedrückt wird

• Nicht-funktionale Anforderungen– Randbedingungen für die Dienste, z.B. zeitliche Einschränkungen,

Entwicklungseinschränkungen, usw.– z.B. Lebensdauer oder Leistung

• Domänen-Anforderungen– allgemeine Anforderungen für alle Systeme einer bestimmten

Anwendungsdomäne (Medizintechnik, Schienenverkehr...)– z.B. anwendbare Standards

Version 04/26/23



Funktionale Anforderungen

–Funktionalität oder Dienste des Systems– Funktionale Nutzeranforderungen: Abstrakte Außensicht– Funktionale Systemanforderungen: Abstrakte Innensicht

–Formulierung hängt ab von der zu erwartenden Nutzung und dem Einsatzbereich des Systems

–BLACK BOX VIEW!

Version 04/26/23



Performancerequirements

Spacerequirements

Usabilityrequirements

Efficiencyrequirements

Reliabilityrequirements

Portabilityrequirements

Interoperabilityrequirements

Ethicalrequirements

Legislativerequirements

Implementationrequirements

Standardsrequirements

Deliveryrequirements

Safetyrequirements

Privacyrequirements

Productrequirements

Organisationalrequirements

Externalrequirements

Non-functionalrequirements

Nichtfunktionale Anforderungen

Version 04/26/23



Struktur einer AnforderungTypischerweise besteht eine Anforderung aus folgenden Attributen:

• Identifikator (Requirement Number): Identifiziert die Anforderung eindeutig.• Beschreibung (Description)• Problembeschreibung (Rationale): Beschreibt das die Anforderung verursachende Problem.• Priorität (Priority): Ein numerischer Wert, der die Priorität dieser Anwendung definiert und

dann wichtig wird, wenn nicht alle Anforderungen erfüllt werden können.• Quelle (Originator): Identifiziert die anfordernde Person oder ein Dokument, aus dem sich die

Anforderung ergibt, beispielsweise eine Rechtsvorschrift.• Abnahmekriterium (Fit Criterion): Beschreibt eine messbare Bedingung, mit der später geprüft

wird, ob die Anforderung erfüllt wurde.• Konflikte (Conflicts): Hier können Anforderungen aufgeführt werden, die dieser Anforderung

widersprechen, sodass zwischen ihnen abgewägt werden muss.

Informationen zum Lebenszyklus:

• Status: Identifiziert den aktuellen Zustand der Anforderung, beispielsweise ob sie vom Auftragnehmer bereits akzeptiert wurde.

• Offene Punkte: Bietet Platz für noch zu klärende Sachverhalte.• History: Versionsgeschichte der Anforderung: Wann wurde sie von wem erstmals formuliert,

wann von wem geändert usw.

I

Version 04/26/23



Anforderungsbeschreibung

• Verbal– Fließtext, strukturierte Texte

• Non-Verbal– Grafische Notationen– Formale Sprachen

Version 04/26/23



Natürlichsprachliche Anforderungen

• Anforderungen werden meist in natürlicher Sprache beschrieben

• Vorteil:– Einfach, flexibel, universell

• Nachteil:– Gefahr der Mehrdeutigkeit, Vermischung etc.

Erstellung eines Glossars Verwendung von Schablonen

Version 04/26/23



Natürlichsprachliche Anforderungen

• Die Anforderungsschablone der SOPHISTen

Darstellung der englischen Version

<When?>

The SYSTEM

SHALL

SHOULD

WILL

<process>

PROVIDE<whom?> THEABILITY TO <process>

BE ABLE TO<process>

<thing to be processed><process detail>

<Under whatconditions?>

Version 04/26/23



Sprachliche Abhängigkeiten…

Version 04/26/23



Vor- und Nachteile der Sprachschablone

Vorteile:• Einfach lesbar• Übersichtlich• Sehr genau • Einfach zu erstellen• Semiformal, daher maschinell analysierbar

Nachteile:• Muss der Grammatik der verwendeten Sprache

angepasst werden• Möglicherweise Akzeptanzprobleme

Version 04/26/23



(Semi-) Formale Konzepte

• Anwendung von Modellierungskonzepten zur Anforderungsspezifikation, die das System aus verschiedenen Sichten beschreiben (Statik, Dynamik, Logik)

• Nachteil: Auftraggeber und Auftragnehmer müssen diese Notationen verstehen.

• Weitverbreitet: UML-Diagramme Nächste Vorlesung

Version 04/26/23



Requirements Management

Version 04/26/23



Requirements Coverage & Traceability

Documents

1 Dozenten: Markus Rentschler Andreas Stuckert Version 10.10.2015 Software Engineering I VE 03: Requirements Engineering Vorlesung Software Engineering