Bewertung der objektorientierten Analyse im Vergleich zu konventionellen Ansätzen

Bachelorarbeit von Yusuf Akan

Einleitung:

Die Analyse ist im Kontext der Software-Architektur ein Prozess, in dem ein System im Ganzen oder ein bestimmter Problembereich zerlegt, geordnet und untersucht wird. Gegenstand der Analyse kann ein bereits vorhandenes (Ist-Analyse) oder ein noch zu entwickelndes System (Soll-Analyse) sein. Die eingesetzten Analyse-Methoden sind in beiden Ausgangssituationen allerdings identisch.

Neben den konventionellen Analysemethoden, z. B. wie der Strukturierten Analyse erfreut sich das objektorientierte Paradigma mit der Objektorientierten Analyse (OOA) einer sehr großen Verbreitung. Bei den immer komplexer werdenden Anwendungen und den unberechenbaren Impulsen aus der Umwelt hat die konventionelle Strukturierte Analyse immer mehr an Relevanz verloren.

Wie definiert sich nun aber die Komplexität einer Anwendung und wo sind die Grenzen von einer einfachen zu einer komplexen Anwendung? Für die Messung der Software-Komplexität stehen unterschiedliche Verfahren zur Verfügung: Für die konventionelle Softwareentwicklung beispielsweise Lines of Code (LOC) und für die objektorientierte Anwendungen beispielsweise die Struktur- oder Komponentenmetriken. Für die Arbeit im Rahmen der Bachelor-Thesis wird allerdings eine pragmatischere Vorgehensweise vorgezogen. Eine einfache Anwendung wird als eine Anwendung interpretiert, welche im Rahmen der Zeitvorgabe für die Bachelor-Arbeit von einer Person umgesetzt werden kann.

Viele IT-Projekte scheitern daran, dass die geplanten Kosten überschritten, vorbestimmte Termine nicht eingehalten oder die gewünschte Qualität nicht erreicht wird. Die Ursachen sind primär in der Systemanalyse zu sehen. Die Standish Group International ist eine beliebte Quelle für Statistiken. So verweisen zahlreiche Publikationen auf die regelmäßig erscheinenden CHAOS Forschungsprojekte der Standish Group.

‘Nach verschiedenen Erhebungen werden nur 16-26% aller IT-Projekte erfolgreich beendet. Fast 50% aller Projekte sind über dem Kosten- und/oder Zeitplan, ca. 25% aller Projekte werden abgebrochen oder nie beendet. Allein in den USA werden so jedes Jahr 150 Milliarden Dollar vergeudet, EU-weit kommen nochmals 140 Milliarden Euro dazu. Ein systematisches und methodisches Projektvorgehen macht den Unterschied zwischen einem Projekterfolg und einem gescheiterten Projekt aus’.

Die bisherige Motivationsbeschreibung beinhaltet zwei Kernaussagen:

1) Ein systematisches und methodisches Vorgehen ist entscheidend für den Projekterfolg.

2) Projekte scheitern bereits in der Analysephase.

Das Thema der vorliegenden Arbeit legt den Schwerpunkt daher in die methodengestützte Analyse von Software-Systemen.

Die Analyse mit konventionellen Methoden hat den Autor dieser Ausarbeitung seit Beginn der Ausbildung im Jahr 1997 begleitet. Das objektorientierte Verfahren zur System-Analyse hatte in den bisherigen Unternehmen keine praxisrelevante Bedeutung. Dieses ist allerdings auch den Branchen geschuldet. In der Schifffahrts-, der Versandhaus- und zuletzt der Versicherungsbranche sind die Systeme seit den 70er Jahren über konventionelle Programmiersprachen zu komplexen Systemen herangewachsen. Um den immer schneller wachsenden Anforderungen gerecht zu werden, ist es allerdings unabdingbar, die veralteten Systeme durch neue zu ersetzen. Der Trend geht dabei seit längerem mehr in Richtung objektorientierter Methoden. Die Analyse von veralteten Systemen wird in Zukunft daher immer mehr an Bedeutung zunehmen. In dieser Ausarbeitung werden daher die konventionellen Methoden den objektorientierten Methoden gegenübergestellt. Der Vergleich beider Verfahren wird insbesondere von folgenden Fragestellungen getrieben:

1. Hat das Wissen über konventionelle Methoden neben den objektorientierten Methoden noch Bestand?

2. Welche Analysemethoden sind für eine einfache Anwendung relevant?

3. Sind die (moderneren ) objektorientierten Methoden für eine vollständige Systemanalyse ausreichend?

4. Können die Ergebnisse der Analyse verlustfrei in die Folgephase übernommen werden?

Aus diesen Fragenstellungen sind unter anderem die Ziele abgeleitet, welche im Folgenden erläutert werden.

Ziel dieser Arbeit ist die Bewertung, Synthese und Anwendung von Methoden zur Analyse einer einfachen betrieblichen Applikationen. Die Analyse ist definiert als die Untersuchung eines Problems und der Anforderungen, nicht die vollständige Herleitung einer Lösung. Die Design- als auch die Implementierungsphase werden demnach in dieser Ausarbeitung ausgeklammert.

Um die wesentlichen Methoden zur Systemanalyse einer einfachen Anwendung bewerten zu können, ist es notwendig diese zu identifizieren und zu beschreiben. Gemäß der Titelbeschreibung werden in der vorliegenden Arbeit zwei unterschiedliche Analyseverfahren zur Geltung kommen: Die objektorientierte Analyse (OOA) sowie konventionelle Methoden zur Systemanalyse. Dieses soll durch das erste Teilziel dieser Arbeit erreicht werden.

Teilziel 1: Vorstellung und Bewertung der praxisrelevanten Methoden im Hinblick einer einfachen Applikation.

Die Bewertung der Methoden sollte nicht isoliert betrachtet werden. Der gesamte Software-Entwicklungsprozess ist vor allem durch die Phasen Analyse, Design und Implementierung geprägt. Für eine Bewertung der Methoden ist es daher relevant die Schnittstellen zu den anderen Phasen ebenfalls zu berücksichtigen. Eine Analyse-Methode, die einen direkten Übergang von der Analyse-Phase zur Design-Phase unterstützt, ist anders zu bewerten als eine Analyse-Methode, bei dem der Übergang nicht ohne weiteres möglich ist. Das zweite Teilziel betrachtet daher die ganzheitlichen Vorgehensweisen.

Teilziel 2: Vorstellung und Bewertung der ganzheitlichen Vorgehensweisen.

Das dritte Teilziel widmet sich dem Untertitel dieser Arbeit. Die erzielten Erkenntnisse werden anhand einer einfachen Applikation umgesetzt.

Teilziel 3: Anwendung der Methoden und einer ganzheitlichen Vorgehensweise auf eine einfache betriebliche Applikation.

Neben diesen messbaren Zielen fließen außerdem auch übergeordnete Ziele der Systemanalyse in die Ausarbeitung ein. ‘Es ist das generelle, übergeordnete Ziel der Systemanalyse, dem Menschen ein umfassendes Verständnis für komplexe Systeme zu ermöglichen und damit die Voraussetzung für eine gezielte Gestaltung der Systeme zu schaffen.’ Das Verständnis soll insbesondere durch die ganzheitliche Vorgehensweise und den allgemein verständlichen Diagrammtypen gefördert werden.

Vorgehensweise:

Die vorliegende Arbeit beinhaltet neben dieser Einleitung fünf weitere Kapitel:

1. Einleitung (Dieses Kapitel).

2. Theoretische Grundlagen.

3. Methoden und ganzheitlichen Vorgehensweisen.

4. Bewertung der Methoden und ganzheitlichen Vorgehensweisen.

5. Anwendung einer synthetischen Vorgehensweise: Analyse einer Anwendung im Unternehmen.

6. Kritische Betrachtung.

In dem zweiten Kapitel werden wesentliche Begriffe definiert und Grundlagen zu den Vorgehensmodellen und der Systemanalyse vermittelt. Die Beherrschung der Komplexität und die Zerlegungsstrategien stellen dabei wesentliche Aspekte der Systemanalyse dar.

Basierend auf den Zerlegungsstrategien werden in dem dritten Kapitel ‘Konzepte und ganzheitliche Vorgehensweisen’ die Analysemethoden und Vorgehensweisen beschrieben. Entsprechend der Zielsetzung handelt es sich dabei um konventionelle und objektorientierte Methoden. Dabei werden diejenigen Konzepte hervorgehoben, die in der Praxis – im Hinblick auf eine einfache Applikation – relevant sind. Im 4. Kapitel werden die Methoden und Vorgehensweisen mit einer Bewertung abgeschlossen.

Im 5. Kapitel werden die wesentlichen Methoden zur Systemanalyse exemplarisch umgesetzt. Im letzten Kapitel wird die Ausarbeitung einer kritischen Würdigung unterzogen.

Inhaltsverzeichnis:

1.	EINLEITUNG	1
1.1	MOTIVATION	2
1.2	ZIELE DER ARBEIT UND VORGEHENSWEISE	4
1.3	ABGRENZUNGEN	6
2.	THEORETISCHE GRUNDLAGEN	8
2.1	BEGRIFFSBESTIMMUNGEN	8
2.1.1	System	9
2.1.2	Systemanalyse	10
2.1.3	Modell	10
2.1.4	Software	11
2.2	VORGEHENSMODELLE	13
2.2.1	Sequentielle Vorgehensmodelle	15
2.2.2	Wiederholende Vorgehensmodelle	16
2.2.2.1	Inkrementelles Vorgehen	16
2.2.2.2	Iteratives Vorgehen	17
2.2.2.3	Agiles Vorgehen	18
2.2.3	Prototypische Vorgehensmodelle	19
2.3	SYSTEMANALYSE	20
2.3.1	Beherrschung der Komplexität	20
2.3.2	Zerlegungsstrategien der Systemanalyse	22
2.3.3	Methodengestütztes Vorgehen	24
3.	METHODEN UND GANZHEITLICHE VORGEHENSWEISEN	26
3.1	GESCHICHTE	27
3.2	KONVENTIONELLE METHODEN	30
3.2.1	ER-Modell	31
3.2.2	Die Strukturierte Analyse	35
3.3	OBJEKTORIENTIERTE METHODEN	40
3.3.1	Basiskonzepte	42
3.3.2	Statische Konzepte	44
3.3.3	Dynamisches Modell	48
3.4	GANZHEITLICHE VORGEHENSWEISEN	51
3.4.1	Konventionelle Vorgehensweise	52
3.4.2	Objektorientierte Vorgehensweisen	54
4.	BEWERTUNG DER METHODEN UND GANZHEITLICHEN VORGEHENSWEISEN	57
5.	ANWENDUNG EINER SYNTHETISCHEN VORGEHENSWEISE: ANALYSE EINER ANWENDUNG IM UNTERNEHMEN	62
5.1	DAS UNTERNEHMEN GENERALI PENSOR PENSIONSFONDS	63
5.2	DIE INKASSO-LISTE ALS EXCEL-ANWENDUNG	64
5.3	DATENFLUSSDIAGRAMM	65
5.4	ER-DIAGRAMM	67
5.5	ANWENDUNGSFALLBESCHREIBUNG	68
5.6	KLASSENDIAGRAMM	70
5.7	PROTOTYP	71
6.	KRITISCHE BETRACHTUNG	74

Textprobe:

Kapitel 2.2.2.3, Agiles Vorgehen:

Die agile Softwareentwicklung entstand Ende der 90er-Jahre als Gegenbewegung zu den überreglementierten und starren plangetriebenen Ansätzen. Das agile Verfahren ist von enormer Dynamik geprägt, da erkannt wurde, dass stabile Randbedingungen sowie beständige Marktsituationen so gut wie nicht vorhanden sind.

Der Begriff Agilität wird von Highsmith wie folgt definiert: ‘Agilität ist demnach die Fähigkeit, sogar in einer turbulenten Marktumgebung noch durch gestalterische Tätigkeiten sowie durch die Reaktionsfähigkeit auf Änderungen einen Vorteil ziehen zu können bzw. die Fähigkeit, Flexibilität und Stabilität in ein Gleichgewicht zu bringen’.

Das agile Manifest aus dem Jahr 2001 enthält die Grundsätze des agilen Verfahrens. Das Manifest wurde wie folgt festgehalten: ‘Wir entdecken bessere Wege zur Entwicklung von Software, indem wir Software entwickeln und anderen bei der Entwicklung helfen. Durch diese Tätigkeiten haben wir gelernt:

- Individuen und Interaktion sind wichtiger als Prozesse und Werkzeuge.

- Funktionierende Software ist wichtiger als umfangreiche Dokumentation.

- Kooperation mit Projektbetroffenen ist wichtiger als Vertragsverhandlungen.

- Reaktion auf Änderungen ist wichtiger als Festhalten an einem starren Plan.

Natürlich sind auch die Dinge rechts wichtig, aber im Zweifelsfall schätzen wir die linken höher ein’.

In der Anlage sind zudem die wichtigsten Prinzipien der agilen Programmierung hinterlegt.

2.2.3, Prototypische Vorgehensmodelle:

Bei prototypischen Vorgehensmodellen werden bestimmte Zeitpunkte definiert, in der die Prototypen inkrementell entwickelt werden. Es wird unterschieden in einen Analyseprototypen und in einen Entwurfsprototypen.

Ziel des Analyseprototypen ist es, bereits zu einem frühen Zeitpunkt, Erkenntnisse über schwierige oder unklare Anforderungen zu erlangen. Die Ergebnisse fließen anschließend in die Software-Lösung mit ein.

Ziel des Entwurfsprototypen ist es, unklare oder schwierige Entwurfsaspekte zu überprüfen. Beispielsweise kann überprüft werden, ob die Architektur den Performance-Anforderungen genügt.

Beide Prototypen können entweder als Wegwerfprototypen oder als evolutionäre Prototypen entwickelt werden. Wegwerfprototypen sind in der Erstellung kostengünstig und werden nach ihrem Einsatz wieder deinstalliert. Evolutionäre Prototypen hingegen werden stetig weiterentwickelt, bis entweder ein fertiges SW-Produkt entsteht oder diese als Teillösungen in ein komplexes Software-System integriert wird. Evolutionäre Prototypen sind von Anfang an mit höherem Aufwand verbunden und verursachen daher höhere Kosten. Diese sind ohne einen Gesamtüberblick über die zu erstellende Anwendung erstellt und bergen daher die Gefahr, dass bei Design-Fehlern der evolutionäre Prototyp sich doch noch zu einem Wegwerfprototypen entwickelt.

2.3, Systemanalyse:

2.3.1, Beherrschung der Komplexität:

Software-Anwendungen zählen zu den komplexesten Systemen, die je von Menschen geschaffen wurden. Es ist daher zwingend erforderlich, die Komplexität über geeignete Methoden beherrschbar zu machen. Die wesentlichen Techniken, die zur Beherrschung der Komplexität zur Anwendung kommen, sind:

- Abstraktion (das Vernachlässigen von unwesentlichen Aspekten).

- Dekomposition (die Aufteilung eines Konzepts in seine Bestandteile).

- Aggregation (die Zusammenfassung mehrerer Konzepte zu einem einzigen) - Klassifikation (die geordnete Organisation von Wissen).

Nur mit diesen Techniken ist es möglich, dass der Mensch die Grenzen seiner gedanklichen Möglichkeiten überschreiten kann. In diesem Zusammenhang hat sich auch der Begriff Systemdenken – die ganzheitliche Betrachtung von Systemen und Problemen etablieren können.

‘Das Systemdenken unterstützt die stufenweise Systemauflösung und ermöglicht es damit, einen Sachverhalt vom Groben zum Detail (top down) in übersichtliche Teile zu gliedern und danach den Zusammenhang zwischen den Teilen zu suchen.[…] Mit Hilfe des Systemdenkens wird das Problem transparent = mitteilbar + beurteilbar.[…] Die konkrete Anwendung des Systemdenkens erfolgt in Informatik-Projekten durch den Einsatz von Methoden / Techniken wie z. B. die Strukturierte Analyse oder UML (Unified Modeling Language).

Das Fachgebiet der Systemanalyse stellt dazu ein methodisches Instrumentarium in Form von Vorgehensweisen, Leitlinien, Darstellungsmitteln und Untersuchungsregeln bereit. Diese alles dient dem Zweck, relevante Eigenschaften des Systems, die ansonsten durch sein Komplexität verdeckt wären, für den Menschen sichtbar und nachvollziehbar zu machen’.

Die stufenweise Auflösung (top-down) des Systemdenkens entspricht der Dekomposition. Das Systemdenken ist aber mehr als eine Dekomposition. Das Systemdenken stellt Zusammenhänge zwischen den einzelnen Komponenten her. Die einzelnen Komponenten werden geordnet (Klassifikation) und in Beziehung zueinander gesetzt. In dem Systemdenken werden also die Techniken zur Beherrschung der Komplexität umgesetzt. Böhm und Fuchs haben dazu passend formuliert: ‘Das Systemdenken fördert das Denken in geordneter Form.’ Als konkrete Beispiele werden von Häuslein die Strukturierte Analyse und die UML-Notationen genannt. Die Techniken zur Beherrschung der Komplexität sind daher grundlegende Bestandteile der Systemanalyse. Das trifft für objektorientierte als auch für die konventionellen Methoden zu.