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Forschungszentrum Prozess und Produkt-Engineering

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Vortragsreihe „Produktentwicklung im Griff“

Kundenorientierung in der Produktentwicklung- mit Methoden des Anforderungsmanagements

Rainer Erne

Prof. Dr. Hans-Joachim Vollbrecht


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Kundenorientierung in der Produktentwicklung- mit Methoden des Anforderungsmanagements

Begriffsklärung– Wozu Anforderungsmanagement?

– Was sind Anforderungen?

– Was ist Anforderungsmanagement?

Beispiele– Methoden des Anforderungsmanagements

in der Software-Entwicklung

– Methoden des Anforderungs- und Änderungsmanagements in der System-Entwicklung

Beiträge– Diskussion


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Implementation Lieferung Benutzerbedürfnis

Anforderungs- Systemanalyse Entwurfbeschreibung

Wozu Anforderungsmanagement?- Typische Probleme -


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Typische Probleme Typische Ursachen Grundsätze

nicht realisierte Funktionen und Features

ungenügende oder nicht rechtzeitige Beteiligung der Kunden / Auftraggeber

Einbezug und Beratung der Kunden / Auftraggeber so früh wie möglich

unnötige und nicht gewünschte Funktionen und Features

„Vergoldung“ von Produkten Analyse und Priorisierung der Anforderungen nach Machbarkeit, Kosten und Terminen

Ständige Änderungswünsche und Überarbeitungen in der Produktentwicklung

„Einschleichende Anforderungen“

Iterative Entwicklung der Anforderungen mit klaren Vereinbarungen

Regelmäßige Überschreitung von Terminen und / oder Budgets

Verschwommene und mehrdeutige Anforderungen

Sicherstellung einer eindeutigen, vollständigen und widerspruchsfreien Darstellung, die von allen verstanden wird



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Auftraggeber Auftragnehmer

Wissen Anforderungen vollständig kennen Wissen

KönnenAnforderungen eindeutig und verständlich darstellen können Können

Wollen Kompromisse schließen wollen Wollen

Anforderungen


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Anforderungen legen die qualitativen und quantitativen Eigenschaften eines Produkts aus der Sicht der Interessensgruppen fest.

schlechtes Anforderungsmanagement stellt ein Hauptproblem bei der Produktentwicklung dar

Anforderung: Eine Bedingung oder Fähigkeit, die eine Sache oder eine Person erfüllen oder besitzen muss, um an sie gestellte Wünsche und Erwartungen zu erfüllen.

Poor user input13%

Changing requirements12%

Poor technical skills7%

Poor staffing6%

Other50%

Incomplete requirements12%

nach [Standish94] gehen 37% aller Misserfolgsfaktoren (in SW-Projekten) auf die Fehler im Anforderungsmanagement zurück!

Was sind Anforderungen?- Begriffsklärung -


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Was sind Anforderungen?- Urheber -

Stakeholdereiner

Produkt-entwicklung

Projektleiter

ProjektteamSteuerungs-gremium

Fertigungs-planung

Entwicklung

Projekt-mitarbeiter

Soft-ware

Hard-ware

System

Appli-kation

Kunden

Auftraggeber

Endkunden

Aftermarket

Entwicklung

Einkauf

Fertigung

gewerblich privat

eigenesUnternehmen

Fertigung

ControllingVertrieb

Personal

Einkauf

Qualitäts-sicherung

GesetzgebungNormungs-

gremien

Lieferanten

Entwicklungs-Dienstleister

Komponenten-lieferanten

System-partner


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Was sind Anforderungen?- Qualitätskriterien -

Eindeutig– bzgl. Sprache

Vollständig– bzgl. Standards

– bzgl. Kundenanforderungen

Konsistent– begrifflich

– logisch

Überprüfbar

Änderbar

Verfolgbar

Qualitätskriterien für Anforderungen


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Methoden der Anforderungserfassung müssen unterstützen bei:

Modelle

Muster/Prototypen

Simulation / Rollenspiel

Anforderungsmodellierung mit Diagrammtechniken

das Wesentliche vom Unwesentlichen trennen

Anforderungen finden

Analyse(Formalisierung)

Anforderungen, die• eindeutig• vollständig• widerspruchsfrei

sind

Was ist Anforderungsmanagement?- Kernaufgaben -


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Multifacettenmodellierung (am Beispiel SW-Produkte):ein System kann man auf vielfältige Weise betrachten und modellieren

System

Funktionen Dialoge,GUIs

HW

Ereignisse,paralleleProzesse

Datenfluss

Datenstruktur



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Multifacettenmodellierung

gibt ein vollständiges Bild des Systems

hilft, Inkonsistenzen / Unvollständigkeiten zu finden

erlaubt, ein System schrittweise zu definieren (Komplexitätsbewältigung)

gibt Vorgaben für verschiedene Realisierungsteile



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Multifacettenmodellierung funktionsorientierte Sicht

Modelle: Datenflussdiagramme, UseCases, Interaktionsdiagramme

datenorientierte SichtModelle: ERM-Diagramme

objektorientierte SichtModelle: Domänenklassendiagramme, etc.: UML

algorithmische und regelbasierte SichtModelle: Fluss-/Struktogramme, Entscheidungsbäume und -Tabellen, Logik

zustandsorientierte SichtModelle: Automaten, state charts, Petri-Netze

ergonomische Sicht

Methoden: Strukturierte Analyse, Objektorientierte Analyse



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Anforderungs-management

Planung

Verfolgung

Pflege

Änderungsmanagement

Ermittlung

Analyse

Konsensbildung

Verabschiedung

Anforderungsspezifikation(Requirements Engineering)

Anforderungsverwaltung(Requirements Administration)


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Software ist ein intellektuelles Produkt

Software als Automatisierung greift stark in die Arbeitsabläufe ein

es ist sehr schwer, Anforderungen an das Produkt zu erfassen

Software unterliegt keinem Verschleiß

Software ist i. allg. leichter und schneller änderbar als andere Produkte

Software ist leicht reproduzierbar

Software hat komplizierten, schwer zu kontrollierenden Lebenslauf

Software wird nicht durch physikalische Gesetze begrenzt

Software ist schwer zu »vermessen«

Softwarequalität ist schwer zu steuern

Warum ist Software so schwer zu definieren?

... weil das Produkt so ungewöhnlich ist

Wie funktioniert Anforderungsmanagement?- Beispiele aus der Softwareentwicklung –


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Software-Evolution: Software-Klassifikation nach Lehman (1985)

S-Typ: SW, die vollständig durch eine formale Spezifikation beschrieben werden kann.

Entwicklung ist erfolgreich, wenn die Programme nachweislich die Spezifikation erfüllen.

Typische Beispiele: Sortieren von Daten, Berechnung mathematischer Funktionen.

P-Typ: SW, die ein spezifisches Problem löst, wobei nicht in jedem Fall formal

beschrieben werden kann, was eine Lösung ist. Erfolgreich, wenn das Problem

zufriedenstellend gelöst ist. Typisches Beispiel: Berechnung von Wettervorhersage-

modellen in der Meteorologie.

E-Typ: SW, welche eine in der realen Welt eingebettete Anwendung realisiert. Die

Entwicklung ist erfolgreich, wenn Anwender mit der SW zufrieden sind.

formale Spezifikation: eine mathematische/logische Angabe, was ein Programm zu leisten hat: z.B. Vor- und Nachbedingungen in formaler Logik, oder algebraische Verknüpfungsregeln

formale Spezifikation: eine mathematische/logische Angabe, was ein Programm zu leisten hat: z.B. Vor- und Nachbedingungen in formaler Logik, oder algebraische Verknüpfungsregeln

nur Software vom S-Typ ist stabil. Software vom P- und E-Typ ist einer Evolution unterworfen. Software vom E-Typ trägt selbst zur Evolution bei

Warum ist Software so schwer zu definieren?



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lineare Prozessmodelle

Das Wasserfallmodell (W.W.Royce70, B.Boehm81)- sequentielles Durchgehen durch (notwendige) Phasen, ohne Sprünge: nur einfache Rückkopplungen

- eins der ältesten Entwicklungsmodelle

- weit verbreitet, weil einfach zu steuern



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inkrementelle Prozessmodelle

Motivation: Lösung folgender Probleme des Wasserfall-Modells

Anforderungen lassen sich nicht vollständig und konsistent beschreiben

der Einsatz eines Systems verändert die daran gestellten Anforderungen

Antworten:

kurze Entwicklungszeiten

Feedback vom Anwender so früh als möglich; Commitment vom Anwender

wichtigstes Merkmal: Erwartungsmanagement gegenüber dem Benutzer/Auftraggeber

die sogenannten "frühen" Phasen (Analyse) immer wieder durchführen

Vorteile Projektfortschritt wird durch ausführbare Systeme gezeigt. jedes Inkrement implementiert eine Menge neuer Anforderungen.



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ProjektinitialisierungProjektinitialisierung

Requirements-WorkshopsRequirements-Workshops

grobe OO-Analysegrobe OO-Analyse

Timebox-Planung(Iterationen)

Timebox-Planung(Iterationen)

Timeboxesfür andereProjekte

Timeboxesfür andereProjekte

ProjektplanungProjektplanung

Technischer AuditTechnischer Audit

3 mal

Timebox (Iteration)

Prototyping:

OOAnalyseOODesignOOProgram.

BenutzerReview

Planung der nächsten Timebox

EinführungEinführung

Domänen-ModellierungDomänen-Modellierung

Mak

rozy

klus

Mik

rozy

klus

1 Woche

2-3 Wochen

2-6WochenproTimebox

UP - der Unified Process: Grundideen



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die wichtigsten Teile einer Anforderungserfassung im UP

Stakeholders

Use Cases

Domänenmodell

UP - der Unified Process: Grundideen



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jede Anforderung ans System muss auf ein Interesse eines Stakeholders

zurückführbar sein

eine explizite Formulierung der Interessen der Stakeholder

eines SW-Produktes gibt die Basis

für eine gründliche und methodische Anforderungserfassung

Stakeholder ("Stake": Einsatz, Gewinn - Interessensträger):

"An individual who is materially affected by the outcome of the system" [UP-Glossar]

z.B. Benutzer, Steuerbehörde, Einkaufsabteilung, Rechenzentrum, Buchhaltung etc.

Stakeholders im Unified Process



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Name Rolle/Funktion interessiert an

Verkäufer

Fertigungs-planer

…

ein Verkäufer erfasst Verkäufe (nicht über dieses System) mit Mengen und vom Kunden gewünschten Lieferterminen eines oder mehrerer Artikel.

ein Fertigungsplaner ist für die Ein- und Freigabe von geplanten Fertigungsaufträgen in das PPS verantwortlich

…

- strikter Einhaltung der in der Verkaufserfassung abgemachten Liefertermine

- Unterstützung bei der Terminfindung

- optimiertem Fertigungs- auftragsplan (optimierte Mengen und Termine)- ...

…

Stakeholders im Unified Prozess: Beispiel “Fertigungsplanungssystem”



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Kassierer

«system»KassaNova

beginneNeuenVerkauf

gibWarenpostenEin( WarenID )

Warenbeschreibung, Preis, Totalpreis

wiederholen für jeden Posten

beendeVerkauf

Totalpreis mit Steuern

bezahlen( Betrag )

Restgeld , Quittung

Use Case: Fall einer konkreten Benutzung des Systems

szenarienbasiert:eine erzählende Beschreibung einer Sequenz von Interaktionen zwischen Akteur und System aus externer Sicht

Use Cases im Unified Prozess



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Das Neue am Use Case:

keine präzise Anforderung oder funktionale Spezifikation, sondern eine Illustration einer Benutzung, die Anforderungen impliziert

ein Use Case ist eine informale Beschreibung: leichte Verständlichkeit

ist deshalb aber auch anfällig gegenüber Inkonsistenzen und Zweideutigkeiten

verlangt deshalb spätere Aufarbeitung mit formaleren Modellen (UML)

Vergleich mit formaler Beschreibung:TYPEN STACK

FUNKTIONENempty: STACK BOOLEANnew: STACKpush: INT x STACK STACKpop: STACK STACKtop: STACK INT

VORBEDINGUNGEN:pop( s: STACK) = not empty(s)top( s: STACK ) = not empty(s)

AXIOME

für alle x: INT, s: STACK gilt

empty( new() )

not empty( push(x,s) )

top( push(x,s) ) = x

pop( push(x,s) ) = s

Use Cases im Unified Prozess



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Domänenmodell im Unified Prozess


- Modell zur Begriffsklärung wichtiger Konzepte

- fördert Strukturierung durch Abstraktion, Assoziation und Teil-Ganzes

- stabilster Teil der Anforderungen

- einfach und doch streng formal


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Anforderungen SystemUrsprünglicheKundenanforderungen

Spezifikation SystemSystem-

spezifikation

Anforderungsmanagement in der Systementwicklung

Wie funktioniert Anforderungsmanagement?- Beispiele aus der Systementwicklung -

Subsystem-spezifikation

Steuergerät,Leistungs-elektronik

Anforderungen

Spezifikation

Software

if a and b then u = true else u = false......

Anforderungen

Spezifikation

Elektro-mechanik

Anforderungen

Spezifikation


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Start Ende

Akqui-sition

Produkt-konzeption

Produkt-entwicklung

A-Muster

Produkt-entwicklung

B-Muster

Produkt-entwicklung

C-Muster

Entwicklungs-abschluss

Serien-betreuung


Anforderungs-

Freeze

Anforderungs-

Freeze

Anforderungs-

Freeze

Anforderungs-

Freeze

Anforderungs-

Freeze

Änderungsmanagement

Produktentwicklungsprozess in der Systementwicklung (Beispiel)


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Ausgänge

Rolle

Prozess-schritt

Eingänge

Zeitl. Aufwand [h]Durchlaufzeit [Tage]

1.2

Klärung

Teilprojektleiter

1.3

Analyse &Bewertung

1.5

Bearbeitung /Verfolgung

Anforderungs-/Änderungs-

Status “Freeze”

Gesamtprojektleiter

“Change Control Board” Gesamtprojekt

1.4

Entscheidung

1.0

Anforderung/Änderungswunsch

1.1

Erfassung

formlose Einzel-

anforderung

V V

M

V

M M

EntwicklungsteamTeilprojekt

VM

M

V


tabelle

I

formlose Einzel-

anforderung


tabelle


Status “Freeze”

Ent-scheidungs-

vorlage

Ent-scheidungs-

vorlage

Ent-scheidung;

Offene Punkte

Ent-scheidung;

Offene Punkte

UpdateDokumente;

Kommunikation

Kunde M

M

I

M

M

M

M

M

M

M



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Freigabekriterien für Anforderungen und Änderungswünsche

Die Anforderung / der Änderungswunsch ist kompatibel mit den Produktzielen und dem Geschäftsplan

Die Anforderung / der Änderungswunsch ist umsetzbar im Hinblick auf Technik, Ressourcen, Termine, Budget, Risiken

Es liegen keine unlösbaren Konflikte mit anderen Anforderungen vor Die Annahme gefährdet nicht die Durchführung des Gesamtprojekts

mit allen Abhängigkeiten Alle Seiteneffekte der Änderung (auf Dokumente, Design,

Implementierung, Testfälle, Betrieb, Pflege usw.) sind handhabbar


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Beiträge- Diskussion -

Wesentliche Unterschiede beim Anforderungsmanagement

in der Software- und in der System-Entwicklung

Übertragbarkeit der Ansätze zum Anforderungsmanagement

auf andere Branchen

Probleme in der Praxis bei den Ansätzen zum Anforderungsmanagement– Personal– Prozesse– Technik– Beziehungen zum Kunden

Kosten und Nutzen des Anforderungsmanagements

bei unterschiedlichen Projektgrößen

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