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Simulation der Ausbreitung radioaktiver Schadstoffe

Software Engineering

Inhalte der Vorlesung

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Ziele und Kontext von Ausbreitungsrechnungen

Ausbreitungsphänomene,Modellierung physikalischer Prozesse

Freisetzung, Zerfall

Topographie, Geländemodelle, Koordinatensysteme

Windfeldmodelle

Transportmodelle

Dosisberechnung, chemische Prozesse in der Atmosphäre

Simulationssysteme

Softwareparadigmen / Frameworks

Werkzeuge zur Modellierung (UML)

Architektur von ABR_V2.0

Modelle in der ABR_V2.0

Benchmarks / Validierung

Simulationssysteme

• Ausgangslage:– Reihe von physikalischen Prozessen

» Makroskopischen Ebene• Freisetzung• Transport• Ablagerung

» Detailebene• Radioaktiver Zerfall• Chemische Reaktionen• Washout, rainout• Turbulenz• Bodeneinfluss

– Unterschiedliche mathematische Beschreibungen der Prozesse

• Ziel: Erstellung eines Simulationssystems zur Beschreibung der radiologischen Lage

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Simulationssysteme

• Rahmenbedingungen:– Einbindung in eine bestehende Infrastruktur

» Systemumgebung• Rechner• Betriebssystem• Netzwerk

» Organisation• Wer darf wann was

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Simulationssysteme

• Definition– Ein Simulationsmodell (-system) ist ein spezielles Modell,

dessen Gegenstand, Inhalt und Darstellung für Zwecke der Simulation konstruiert wird

– Dabei werden nur diejenigen Merkmale des Systems modelliert, die für eine konkret zu lösende Fragestellung von Bedeutung sind.

– Andere Merkmale hingegen, die für die Fragestellung von minderer Bedeutung sind, werden dabei vernachlässigt.

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Simulationssysteme

• Charakteristika– Dienen einem Zweck => Kontext– Sind nur in definierten Grenzen einsetzbar – Sind hoch komplex– Gesamtsystem mehr als Summe von Teilen– Systembeiträge aus verschiedenen Bereichen

» Erstellung interdisziplinär» „multi physics“

– Systemerscheinung benutzerangepasst» verschiedene Sichten nötig

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Simulationssysteme

• Herausforderung– Beherrschung der Komplexität– Einhaltung zeitlicher und finanzieller Randbedingungen

• Lösungsansatz– Methoden des Software Engineerings

» Modellierung» Prozesssteuerung

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Simulationssysteme

• Software Engineering– zielt auf die ingenieurmäßige Entwicklung, Wartung,

Anpassung und Weiterentwicklung großer Softwaresysteme unter Verwendung bewährter, systematischer Vorgehensweisen, Prinzipien, Methoden und Werkzeuge.

– "Systematisch" heißt, dass grundlegende Ingenieurprinzipien zur Beherrschung von Komplexität eingesetzt werden.

– "Bewährt" heißt, dass Erfahrungen über die Wirksamkeit, Stärken und Schwächen der verwendeten Ansätze auf Basis zielgerichteter empirischer Studien als systematisch aufbereitete, nachvollziehbare Erfahrungen vorliegen.

– Die Vorgehensweisen sind denen aus den klassischen Ingenieurwissenschaften wie dem Maschinenbau, der Elektrotechnik oder dem Bauwesen ähnlich.

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Simulationssysteme

• Ansätze zur Beherrschung der Komplexität 3 S

– Simplifizierung» durch Strukturierung und Weglassen unnötiger Teile

– Spezialisierung» auf räumlich und zeitlich begrenzte Teilaufgaben

– Standardisierung» der Schnittstellen für die Integration und Feststellung der

Verantwortlichkeit und Qualität

• Basis ist die Technik der inhaltlichen und zeitlichen Strukturierung

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Simulationssysteme

• Strukturierung mit den Elementen– Strukturierung der Systeme

» Ganzes und Teile» Allgemeines und spezielles

– Diversifikation der Funktionalitäten» fachlich + zeitlich

– Verbergen von Details hinter Schnittstellen

• Standardisierung durch– Formalisierung der Beschreibungen - Produktmodelle– Formalisierung der Funktionen - Dienste und Komponenten– Wiederverwendung und Weiterentwicklung bewährter

Komponenten

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Simulationssysteme

• Qualitätssicherung– Projektmanagement, Prozessüberwachung,

Produktüberprüfung– erfordern einen Arbeitsstil, der durch die 3 K geprägt wird:

Kooperation, Kommunikation und Koordination

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Simulationssysteme

• Spezialisierung erfordert Standardisierung– Standardisierung der Schnittstellen ermöglicht Integration– Standardisierung der Prozesse ermöglicht Qualität– Standardisierung der Abläufe ermöglicht Effizienz– Standardisierung ist eine weitere Voraussetzung für die

Konzentration auf:» Kooperation » Kommunikation und » Koordination

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Simulationssysteme

• Qualitätssicherung als Basis des kooperativen Arbeitens

– Qualität kann man nicht in ein Produkt hineinprüfen; sie muss hineinkonzipiert, - konstruiert und - produziert werden

– Die Qualität der Produkte eines Unternehmens bestimmt dessen Image

– Am Qualitätsgeschehen sind alle Abteilungen beteiligt– Systematische Qualitätsplanung ist die Voraussetzung einer

erfolgreichen und wirtschaftlichen Verwirklichung der Qualitätsziele

– Guter Informationsfluss zwischen allen Beteiligten verhütet Fehlentscheidungen

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Simulationssysteme

• Qualitätssicherung– Produktprüfung ist gut, – Prozessüberwachung besser, – beherrschte Fertigung am besten.– Richtig verstandene Selbstprüfung am Arbeitsplatz vermeidet

Ausschuss und Fehlerfolgekosten.

• DIN ISO 9000 – “Qualitätsmanagement- und Qualitätssicherungsnormen,

Leitfaden zur Auswahl und Anwendung”– Betont: Prozessqualität und Kundenzufriedenheit

• Qualitätssicherungssystem und seine Funktionsfähigkeit müssen im Rahmen eines Audits überprüft werden

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Simulationssysteme

• Prozessqualität und Produktqualität nach ISO 9000– Grundannahmen

» Qualitätsziele werden während der Konzeptfindung vorgegeben.

» Der Entwicklungsprozess trägt wesentlich zur Qualität des Produktes bei.

» Die Qualität des Entwicklungsprozesses kann definiert gemessen und verbessert werden.

» Die Fehlerbehebung ist teuer und immer nur letzter Ausweg

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Merkmale undEigenschaftendes Produktes

Qualität des Produktes Nachweis durch Prüfung

Anforderungenund/oderErwartungenan das Produkt

PROZESSAnweisungen Ausführung

Prozessqualität

Simulationssysteme

• Software-Lebenszyklus– 1. Problemanalyse Pflichtenheft– 2. Programmentwurf Spezifikation– 3. Programmierung Programm– 4. Integration System– 5.Testen Testbericht– 6. Abnahme Abnahmebericht– 7. Wartung

– Ergebnis jeder Aufgabe ist ein Produkt

• Der Software Lebenszyklus entspricht einer zeitlichen Zerlegung der Aufgaben beim Software Engineering

• Klassisches Vorgehen im Software Engineering

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Simulationssysteme

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Anforderungs-definition

System- undSoftwareentwurf

Implementierung undKomponententest

Integrations- undSystemtests

Wartung

Nach Royce (1970)

• Software-Lebenszyklus: Wasserfallmodell

Simulationssysteme

• Funktionale Zerlegung – Modularisierung– Wie finden man Module ?

» Sprachliche modulare Einheiten» Module müssen zu syntaktischen Einheiten der Sprache

passen.» Minimum an Schnittstellen» Module sollten möglichst wenig untereinander

kommunizieren.» Schwache Kopplung» Bei der Kommunikation sollte so wenig Information wie

möglich ausgetauscht werden

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Simulationssysteme

• Funktionale Zerlegung – Modularisierung– Was charakterisiert Module ?

» Explizit erkennbare Schnittstelle» Geheimnisprinzip (Information Hiding)» Abgeschlossenheit» Handhabbarkeit» Isolierte Prüfbarkeit» Integrierbarkeit» Planbarkeit » Lokalität der Entwurfsentscheidung

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Simulationssysteme

• Funktionale Zerlegung– Ansätze zum Auffinden von Modulen

» „Bottom-up“ Vorgehensweise• Suche nach atomaren Teilen aus denen das System

zusammengesetzt wird• Schrittweise Abstraktion und Kombination bekannter

Einzelelemente zu größeren Einheiten» „Top-down“ Vorgehensweise

• Ausgehend vom Ganzen erfolgt die Zerlegung» Zerlegung in Teilsysteme und Konkretisierung in jedem

Entwicklungsschritt» „Jo-Jo“Vorgehensweise

• Pragmatische Verbindung von Top-Down-und Bottom-up-Methode

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Simulationssysteme

• Funktionale Zerlegung – Bottum-up– Vorteile:

» Konkreter Ausgangspunkt garantiert solide Basis für die Softwareentwicklung

» Suche nach vorhandenen Teillösungen wird begünstigt» Gut geeignet für das Testen

– Nachteile:» Schwierigkeiten, Anwendungsbereich als Ziel tatsächlich

zu erreichen» Notwendigkeit einer breiten Basis auf unteren Ebenen

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Simulationssysteme

• Funktionale Zerlegung – Top-down– Vorteile:

» Anwendungsbereich steht im Mittelpunkt der Softwareentwicklung

» Vollständige, exakte Spezifikationen führen genau zum gewünschten System

» Die Gesamtübersicht erleichtert die Bildung geeigneter Abstraktionsebenen und führt zu einer guten Systemstruktur

– Nachteile:» Gute Fähigkeiten zum abstrakten Denken erforderlich» Realisierungsprobleme werden erst spät erkannt» Ungeeignet für das Testen

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Simulationssysteme

• Funktionale Zerlegung – Jo-Jo– Vorteile:

» Flexible Anpassung der Vorgehensweise an die sich ergebende Situationen

» Reduzierte Anforderungen an das Abstraktionsvermögen– Nachteile:

» Willkürliche Entscheidung, wann Wechsel der Bearbeitungsrichtung

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• Grenzen der klassischen Vorgehensweide– Zeitlicher Ablauf zu starr

» Festgelegte Abfolge der Tätigkeiten» Kaum iterative Verbesserungen möglich» Hoher Änderungsaufwand

• Neuer Ansatz– Komponentenbasierte Systeme

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• Komponente– Definition:

» Eine Software-Komponente ist ein Software-Element, das konform zu einem Komponentenmodell ist und gemäß einem „Composition Standard“ ohne Änderungen mit anderen Komponenten verknüpft und ausgeführt werden kann.

– Sie zeichnet sich also dadurch aus, dass sie ein Element einer komponentenbasierten Anwendung darstellt und definierte Schnittstellen zur Verbindung mit anderen Komponenten besitzt. Die genaue Form einer Komponente ist abhängig vom jeweiligen Komponentenmodell.

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• Komponente– Das Interface der Komponente ist eine verbindliche

Schnittstelle (Interface) zum Rest der Software. Die Schnittstelle kann daher mit einem Vertrag zwischen der Komponente und dem Rest der Software verglichen werden. Durch die explizite Definition der Kontextabhängigkeiten wird deutlich, wie unabhängig eine Komponente tatsächlich von ihrer Umgebung ist.

– Die Schnittstellen und wohldefinierte Kontextbedingungen ermöglichen die Wiederverwendung der Komponente. Je geringer die Kontextabhängigkeiten einer Komponente sind, desto weniger Anforderungen müssen für den Einsatz einer Komponente erfüllt werden.

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• Komponentenbasierte Softwaresysteme sind komplexe Gebilde, ihre Erstellung erfordert ausgefeiltes Management– Einige Gründe sind

» Software ist meist einzigartig» unter unterschiedlichen Randbedingungen zu entwickeln» erfordert die Integration von Altlasten» muss den schnellen technologischen Wandel

berücksichtigen» muss auf Änderung der Anforderungen durch Anwender

reagieren» soll unterschiedliche Fähigkeiten der Mitarbeiter optimal

nutzen

• Prozessmodelle stellen Erfahrungen und Best Practice zur Verfügung

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Prozessmodelle

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Prozessmodelle als Teil des Management-Prozesses

PM ProjektmanagementSE SystementwicklungQS QualitätssicherungKM Konfigurationsmanagement

Prozessmodell

Bei iterativem Vorgehen und bei Einschluss des Betriebes mehrfacher Durchlauf mit KM

Prozessmodelle

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Aktivitäten des Management-Prozesses -1-

Planungsaktivitäten•Ziele setzen•Strategien und Taktiken entwickeln•Termine festlegen•Entscheidungen treffen•Vorgehensmodell auswählen•Risiko abschätzen•Finanzen planen

Prozessmodell

Prozessmodelle

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Aktivitäten des Management-Prozesses -2-

Organisationsaktivitäten• Identifizieren und Gruppieren der zu erledigenden Aufgaben (Rollen)

•Auswahl und Etablierung organisatorischer Strukturen

•Festlegen von Verantwortungs-bereichen und disziplinarischen Vollmachten

•Festlegen von Qualifikationsprofilen für Positionen

Prozessmodell

Prozessmodelle

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Aktivitäten des Management-Prozesses -3-

Personalaktivitäten•Positionen besetzen•Neues Personal einstellen und integrieren

•Aus- und Weiterbildung von Mitarbeitern

•Personalentwicklung planen

Prozessmodell

Prozessmodelle

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Aktivitäten des Management-Prozesses -4-

Leitungsaktivitäten•Mitarbeiter führen und beaufsichtigen

•Kompetenzen delegieren•Mitarbeiter motivieren•Aktivitäten koordinieren•Kommunikation unterstützen•Konflikte lösen• Innovationen einführen

Prozessmodell

Prozessmodelle

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Aktivitäten des Management-Prozesses -5-

Kontrollaktivitäten•Prozess- und Produktstandards entwickeln und festlegen

•Berichts- und Kontrollwesen etablieren

•Prozesse und Produkte vermessen•Korrekturaktivitäten initiieren•Loben und Tadeln

Prozessmodell

Prozessmodelle

• Was leisten Prozessmodelle im SE – 1– Software Erstellungsprozess wird transparent

» Vergabe von Zielen, Wegen, Mitteln, Aufgaben, Rollen– Software Erstellung wird überprüfbar

» Erfüllung der Aufgabe» Erreichung der Ziele» Aufdeckung von Risiken» Beurteilung des Projektfortschrittes

– Management von Ressourcen wird möglich» Kosten» Zeit» Personen

– Erfahrungen werden gesammelt und wiederverwendbar» Tailoring von Workflows » Best Practice Effekt

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Prozessmodelle

• Was leisten Prozessmodelle im SE – 2– Prozessmodelle strukturieren den Vorgang der Software

Erstellung» Definieren Aktivitäten» Legen deren Ergebnisse fest» Geben Empfehlungen für die Abarbeitung der Aktivitäten

– Prozessmodelle müssen daher ausgewählt und angepasst werden

» für jedes Projekt» für jedes Projektteam

– Das in einem konkreten Projekt verwendete Prozessmodell charakterisiert die Komplexität und den Lösungsansatz im Projekt

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Prozessmodelle

• Ziel: Qualitätsvolle Software– Prozessqualität

» V-Modell als Rahmen für PM, SE, QS, KM» Wasserfallmodell als Prozessmodell für kleine Projekte» Der UP als „best practice“ Modell für

komponentenbasierte SE» Mischmodelle für die Praxis

– Produktqualität» Testgetriebene Entwicklung

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Prozessmodelle

• Das V-Modell– Der Entwicklungsstandard für IT-Systeme des Bundes

besteht aus drei Teilen:» Vorgehensmodell (Was ist zu tun?),» Methodenzuordnung (Wie ist etwas zu tun?)» Funktionale Werkzeuganforderungen (Womit ist etwas zu

tun?)

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Werkzeug-anforderungen

Methoden

Vorgehensweise

Konfigurationsmanagement

Qualitätssicherung

Systemerstellung

Projektmanagement

Der Kern des Standards ist die Beschreibung des IT-Entwicklungsprozesses als Vorgehensmodell, wofür abkürzend das Wort V-Modell benutzt wird. Dabei werden in dem Begriff „V-Modell“ die Teile Methodenzuordnung und funktionale Werkzeuganforderungen mit eingeschlossen, weil diese als Ergänzung zum Vorgehensstandard zu verstehen sind. Im V-Modell wird der Entwicklungsprozess als eine Folge von Tätigkeiten, den Aktivitäten, und deren Ergebnisse, den Produkten, beschrieben.

(aus Dröschel et al. Kap. 4, Ref. 31)

Prozessmodelle

• Das V-Modell– Zu jeder Aktivität existiert eine Aktivitätsbeschreibung als

Arbeitsanleitung. Im zugehörigen Produktfluss wird angegeben

» welche Produkte als Eingangsprodukte benötigt werden, » wo sie zuletzt bearbeitet wurden,» welche Produkte erzeugt oder modifiziert werden und » in welcher Folgeaktivität die erzeugten/modifizierten

Produkte verwendet werden.– Dadurch wird der logische Ablauf des Vorgehens eindeutig

festgelegt. – Die Inhalte der Produkte werden in den Produktmustern

festgelegt.

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Prozessmodelle

• Das V-Modell– Der gesamte Prozess ist in Tätigkeitsbereiche untergliedert. – Im V-Modell werden diese als Submodelle beschrieben:

» Die Systemerstellung (SE) erstellt das System bzw. die Softwareeinheiten.

» Das Projektmanagement (PM) plant, initiiert und kontrolliert den Prozess und informiert die Ausführenden der übrigen Submodelle.

» Die Qualitätssicherung (QS) gibt Qualitätsanforderungen, Prüffälle und Kriterien vor und unterstützt die Produkte bzw. den Prozess hinsichtlich der Einhaltung von Qualitätsanforderungen und Standard.

» Das Konfigurationsmanagement (KM) verwaltet die Produkte. Es stellt sicher, dass die Produkte eindeutig identifizierbar sind und Produktänderungen nur kontrolliert durchgeführt werden.

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Prozessmodelle

• Das V-Modell– Komponenten

» Submodelle• sind charakterisiert durch Vorgehensweisen, Methoden und

Werkzeuge. Das V-Modell unterscheidet die Submodelle Projektmanagement, Qualitätssicherung, Konfigurationsmanagement und Systemerstellung

» Aktivitäten• sind Aufgaben, die hinsichtlich ihrer Ergebnisse und Abwicklung

genau spezifiziert sind. Aufgaben von Aktivitäten sind Erzeugen, Modifizieren (Zustandsänderung) und Manipulieren (Veränderung) von Produkten

» Produkte • sind das Ergebnis einer Aktivität. Produkte können sein Code,

Entwicklungsdokumente, begleitende Dokumente (Pläne) etc.• Produkte können die Zustände: „geplant, in Bearbeitung, vorgelegt,

akzeptiert“ annehmen

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Prozessmodelle

• Das V-Modell– Komponenten

» Beschreibungsmuster• stehen als Templates für Produkte und Listen der Aktivitäten zur

Verfügung

» Tailoring• Anpassung an die Projekt- und Vorhabenseigenschaften

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Prozessmodelle

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Quelle: V-Modell der Software-Entwicklung (Thaller: ISO 9001)

• Das V-Modell

Prozessmodelle

• Rational Unified Process (RUP)– Dem Rational Unified Process (RUP) liegt ein best practice

objektorientiertes Modell zu Grunde. Der RUP definiert sich über Workflows, die parallel und in Phasen ablaufen. Innerhalb jeder Phase sind Iterationen und inkrementelle Verbesserungen möglich.

– Zur Definition der Workflows stehen im RUP eine Reihe von Hilfsmitteln zur Verfügung (Schlüsselkonzepte), die miteinander wechselwirken. Zum Beispiel werden Aktivitäten von Workers erbracht, die dadurch Artefakte produzieren. Zur Gestaltung der Artefakte werden Guidelines und Templates zur Verfügung gestellt.

- Best Practice bedeutet die Verwendung auch kommerziell erprobter Ansätze zur Software Entwicklung und den Versuch aus Fehlern gescheiterter Projekte zu lern

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Prozessmodelle

• Rational Unified Process (RUP)– 4 Phasen des RUP

» Konzeption» Entwurf» Realisierung» Einführung und Betrieb

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Prozessmodelle

• RUP– Ziele und Aufgaben der Konzeptionsphase

» Ziele:• Schaffung von Planungs- und Entscheidungsgrundlagen

» Aufgaben:• Vorstudie zur Machbarkeit erstellen• Definition des Projektzieles und Abgrenzung• Erarbeitung, Bewertung, Empfehlung und Entscheidung

über Realisierungsalternativen• Überblick über Problembereich und Anforderungen• Grobe Projektplanung (Iterationen etc.)• Identifizierung der Projektrisiken

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Prozessmodelle

• RUP– Ziele und Aufgaben der Entwurfsphase

» Ziele:• Erfassung der wichtigsten funktionalen und

nichtfunktionalen Anforderungen• Validierte, stabile und ausführbare Software-Architektur

» Aufgaben:• Entwicklung von Systemteilen mit hoher Priorität und

hohem Risiko• Use Case-Modell erstellen (Anforderungsanalyse)• Festlegung der Anwendungsarchitektur• Feinplanung der jeweiligen Iteration erstellen

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Prozessmodelle

• RUP– Ziele und Aufgaben der Realisierungsphase

» Ziele:• stabiles Produkt für die Auslieferung

» Aufgaben:• inkrementelle Entwicklung der Subsysteme und jeweilige

Integration• Test aller Komponenten, Schnittstellen, Dienste, ...• Dokumentation

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Prozessmodelle

• RUP– Ziele und Aufgaben der Einführungs- und Betriebsphase

» Ziele:• Produkt in Betrieb nehmen• Produkt betreiben

» Aufgaben:• Auslieferung• Installation• Schulung• Wartung

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Prozessmodelle• RUP

– Phasen und Workflows

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Iterationen umfassen jeweils alle Workflows einer Phase

Process Workflows

Supporting Workflows

ManagementEnvironment

Business Modeling

Implementation

Test

Analysis & Design

Preliminary Iteration(s)

Iter.#1

Iter.#2

Iter.#n

Iter.#n+1

Iter.#n+2

Iter.#m

Iter.#m+1

Deployment

Configuration Mgmt

Requirements

Entwurf EinführungKonzeption

Realisierung

Prozessmodelle

• RUP– Iterationen

» Wesentliches Kennzeichen des RUP ist sein iterativer Ansatz.

» Das bedeutet, dass innerhalb jeder der vier Phasen diverse Iterationen möglich sind.

» Jede Iteration entspricht einem kleinen „Wasserfällchen“. Das Konzept sieht dabei vor, dass jede Iteration mit einem ausführbaren und getesteten Release abgeschlossen wird.

» Jede Iteration legt dabei unterschiedliche Schwerpunkte hinsichtlich des Workflows fest. Dies führt zum sogenannten iterativ-inkrementellen Vorgehen.

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Prozessmodelle

• RUP– Iterationen

» Erfahrung• Anforderungen sind unvollständig• wichtige Erkenntnisse werden erst im Laufe des Projektes

gewonnen

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Analyse

Design

Kodierung

Test

Analyse

Design

Kodierung

Test

Analyse

Design

Kodierung

Test

Iteration 1

Iteration 2

Iteration N

Modellierung

• Modellierung komplexer Realität mit Objekten

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1) Strukturierungund Abstraktion

KomponentenmodelleSystemmodell

Reale Welt Ingenieursmodell

2) Getrennte Betrachtung

der Teile(Teilmodellierung)3) Zusammensetzen

des Systemmodells(Integration)

Entwicklung in mehreren Schritten - iterativund mit situationsangepassten Verbesserungen - inkrementellEntwicklung in mehreren Schritten - iterativund mit situationsangepassten Verbesserungen - inkrementell

Modellierung

• Werkzeug: Unified Modeling Language (UML)– Sprache / Notation zur Beschreibung von Objekten und ihren

Beziehungen– UML stellt zur Verfügung:

» ein Meta-Modell (grundlegende Modellierungskonzepte, Modellelemente und ihre Semantik)

» eine graphische Notation zur Visualisierung des Meta-Modells» Richtlinien (Namenskoventionen, Anordnung von Symbolen

usw.)– UML ist keine Methode, weil sie kein Vorgehensmodell

definiert, dies geschieht beispielsweise mit dem Rational Unified Process

– UML ist durch Verwendung von Stereotypen erweiterbar

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Modellierung

• UML– UML ist für den gesamten Software-Lebenszyklus entwickelt

worden– Verschiedene Sichten, die mit UML darstellbar sind:

» Spezifikation(Nutzung)» Analyse» Entwurf» Implementierung» Betrieb

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DESIGN VIEWDESIGN VIEW

PROCESS VIEW

PROCESS VIEW

DEPLOYMENT VIEW

DEPLOYMENT VIEW

COMPONENT VIEW

COMPONENT VIEW

USE CASEVIEW

USE CASEVIEW

Modellierung

• UML– Modellelemente

» Use Cases zur Beschreibung der Anforderungen» Klassen zur Beschreibung der Objekte» Beziehungen zum Bau von Systemen» Diagramme zur Beschreibung verschiedener Sichten auf

ein System– Alle Elemente können rekursiv eingesetzt werden

» Aus Klassen werden Pakete und Komponenten

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• Diagrammtypen der UML– Sichten werden über Diagramme graphisch beschrieben– Die wichtigsten Diagramme

» Use Case-Diagramm» Klassendiagramm» Paketdiagramm» Komponenten-Diagramm

– Weitere Diagramme sind z.B.» Interaktionsdiagramm (Sequenzdiagramm,

Kollaborationsdiagramm)» Zustandsdiagramm» Deployment-Diagramm

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• UML: Use Case Diagramm– Beschreibt Benutzungsszenarien eines Systems

(Anwendungsfälle)– WER (Akteur) tut WAS (Use Case)– Geeignet für:

» Anforderungsspezifikation» Kommunikation mit dem Auftraggeber» Geschäftsprozessmodellierung» Workflowmodellierung

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• UML: Elemente eines Use Case Diagramms

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Anwendungsfall A ist eine Variation vom Anwendungsfall B (Generalisierung)

Akteur

Anwendungsfall

Der Anwendungsfall A ist ein Bestandteil vom Anwendungsfall B

Der Anwendungsfall A erweitert an einer bestimmten Stelle den Anwendungsfall B

Use Case A Use Case B

Use Case

Use Case A Use Case B

<<include>>

Use Case A Use Case B

<<extend>>

Actor

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Stammdatenabfrage Metadatenabfrage

Bereitstellung des Filters zur Messwertabfrage

Anforderung von Messwerten

<<uses>> <<extends>>

Zustellen von Messwerten

Abholen von Messwerten

<<uses>>ABR-Service auf ZDH:Request Broker

ABR-Service auf ZDH:Datenauslieferung

ZDH-Service auf ABR:Datenanfrage

ZDH-Service auf ABR:Messwertbeschaffung

*

* *

*

**

*

*

• UML: Beispiel für ein Use Case Diagramm

• UML: Klassen-Diagramm– Zentrales Element der UML und der objektorientierten

Softwareentwicklung– Darstellungen von Klassen und Objekten mit Beziehungen,

Methoden und Attributen– Viele Details darstellbar, z.B.:

» spezielle Eigenschaften einer Klasse (abstrakt, interface)» Kardinalitäten der Beziehungen» Navigationsfähigkeit» usw.

– Klasse: Grundbaustein objektorientierter Systeme– Komponenten einer Klasse

» Beschreibung» Eigenschaften (Attribute)» Operationen

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• UML: Elemente eines Klassen-Diagramms

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Aggregation: Klasse A beinhaltet die Klasse B, B ist Teil von A

Vererbung: Klasse A erbt von der Klasse B

Klasse

Abhängigkeit: Klasse A hängt von der Klasse B ab - Änderung in B erfordert Änderung in A

Assoziation: Klassen A und B stehen in einer Beziehung zu einander. Instanzen sind Objektverbindungen, die durch die Assoziation beschrieben werden

Class

- attribute

+ operation()

Class

- attribute

+ operation()

Class A ClassBClass A ClassB

Class A ClassBClass A ClassB

Class A ClassB

*11 *

Class A ClassB

*11 *

Class A ClassB

*11 *

Class A ClassB

*11 *

• UML: Beziehungen zwischen Klassen– Objekte müssen modifiziert werden

» dies geschieht über Vererbung– Objekte müssen Methoden anderer Klassen verwenden

können» dies geschieht über Assoziationen

– Objekte müssen zur Bildung komplexerer Objekte einsetzbar sein

» dies geschieht über Aggregationen– Ist die Verbindung nur unter Einschränkungen möglich, so

müssen ihr eigene Attribute zugeordnet werden» dies geschieht über Abhängigkeiten

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• UML: Beispiel für ein Klassen-Diagramm

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get_air_concentration

Washout_parameter

get_washed_out_activity()

Airconcentration

Dry_deposition

Wet_deposition

get_deposited_activity

Deposition_parameter

Assoziationen

• UML: Methoden zum Finden von Objekten und Klassen– Es gibt kein einheitliches Vorgehensmodell für die

Modellierung mit Objekten. – Die Auswahl einer Modellierungsmethode ist eine

projektspezifische Entscheidung und kann - abhängig von der Problemstellung - sehr unterschiedlich ausfallen.

– Für Ingenieurprobleme hat sich eine Top-down Analyse analog der strukturierten Analyse bewährt. Sie beginnt in der Regel mit einer Use Case-Modellierung

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Prozeßdiagramm

Jacobson

Use-Case-Modellierung

ZustandsmodellierungZustandsmodellierung

Zustandsmodellierung

Klassen-/Objekt-

modellierungKlassen-/Objekt-

modellierung

ProzessdiagrammProzessdiagramm

InteraktionsmodellierungInteraktionsmodellierung

SubsystemmodellierungSubsystemmodellierung

Subsystemmodellierung

CRC-Cards ClassResponsibility Collaboration

Moduldiagramme

Booch,

Rumbaugh Booch,

Rumbaugh

Booch,

Rumbaugh

Shlaer, Mellor Booch Booch

Use-Case-ModellierungUse-Case-Modellierung

• UML: Methoden zum Finden von Objekten und Klassen– CRC - (Class - Responsibility - Collaboration) Methode

» Hauptwortmethode: Hauptwörter ergeben Klassen» Aber Achtung:

• Hauptwörter, die eher Werte haben (Länge, Breite, etc.), sind meist Attribute

• evtl. viel zu viele Klassen• evtl. wichtige Klassen vergessen

– Formularanalysen (Altsysteme)– Standardbegriffe wie Kunde, Adresse, Vertrag, etc. – Rollen als Klassen– (Geschäfts-)Prozesse (Abläufe im Modell) als Klassen

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• UML: Paket-Diagramm– Strukturierung eines Software-Systems in größere Einheiten

als Klassen– Vermittelt einen Grobüberblick über ein Software-System– Wichtig für Darstellung von Abhängigkeiten auf höherer

Ebene

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• UML: Elemente eines Paket-Diagramms

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Package

Package A

Package B

Paket

Abhängigkeit: Paket A hängt vom Paket B ab

• UML: Beispiel für ein Paketdiagramm

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Freisetzung

Transport

Dosisberechnung

• UML: Komponenten-Diagramm– Eine Komponente ist ein unabhängiger, austauschbarer Teil

eines Softwaresystems, die eine sinnvolle Aufgabe im Kontext einer Softwarearchitektur erledigt.

– Eine Komponente ist auch eine standardisierte, wieder-verwendbare und im Vorfeld implementierte Einheit, welche benutzt wird, um Konstrukte einer Programmiersprache zu erweitern und Softwareanwendungen zu bauen.

– Eine Komponente kann mehrere Klienten haben, kennt aber nicht den Kontext in dem sie benutzt wird

– In der UML werden Implementierungskomponenten („technische Komponenten“) direkt unterstützt als

» Komponenten in Form von Quellcode» Komponenten in Form von Binärcode » Komponenten in Form von ausführbaren Code

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• UML: Elemente eines Komponenten-Diagramms

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Komponente

Interface (Schnittstelle)

Die Komponente A realisiert das Interface A

Die Komponente A hängt vom Interface der Komponente B ab.

Component

Interface

Component A

Interface A

Component A

Component B

Interface B

• UML: Beispiel für ein Komponenten-Diagramm

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CalcEn832

ICaculation

IFactoryRenSim.exe

ZDH-Service

Windfeld-Berechnung

• UML: Sequenz-Diagramm– Darstellung von dynamischen Abläufen– Kommunikation zwischen Objekten– Geeignet: Wenn (viele) Botschaften zwischen wenigen

Objekten ausgetauscht werden

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• UML: Darstellung eines Sequenz-Diagramms

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Object 2Object 1 Object 3 Object 4 Object 5 Object6

Method 1Method 2

Method 3

Method 5

Method 4

• UML: Kollaborations-Diagramm– Dieselbe Information wie im Sequenz-Diagramm

» Darstellung von dynamischen Abläufen» Kommunikation zwischen Objekten

– Geeignet: Wenn wenige Botschaften zwischen vielen Objekten ausgetauscht werden

– evtl. später auch für Debugging von Programmen

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• UML: Darstellung eines Kollaborations-Diagramms

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Object 3

Object 1

Object 2

1: Method 1

2: Method 2

Obejct 4

Object 5

4: Method 4

Object 6

3: Method 3