Rigorous Methods in Software Engineering

In RSE liegt der Fokus auf der Verwendung von rigorosen und formalen Methoden zur Erstellung zuverlässiger Software, der Prozessmodellierung und -analyse sowie dem Modell-basierten Systems Engineering.

Rigorose/Formale Methoden

Obwohl unsere Alltagstätigkeiten immer mehr von Software-intensiven Systemen abhängen, stellt ihre sicherheitskritische, verteilte, heterogene, dynamische und oft unberechenbare Natur eine komplexe Herausforderung für die Softwarefachwelt dar. Die größte Gefahr solcher Systeme ist, dass ihre falsche Anwendung oder fehlerhafte Entwicklung menschliches Leben gefährden kann. Wichtige Eigenschaften von kritischen Systemen sind somit Belastbarkeit, Sicherheit, Schutz und Zuverlässigkeit. Dies wird, wie auch in diversen Standards empfohlen, durch den Einsatz rigoroser Systemtechniken (rigorous systems engineering) erreicht, eine Disziplin bei der ein System mit formalen Methoden (z.B. ASM, Event-B) spezifiziert wird; das entstandene Softwareprodukt lässt sich dann durch Verifizierung und Validierung auf Betriebsfähigkeit zertifizieren.

Schwerpunkte sind:

  • Softwarespezifikation, -verifikation und -validierung
  • Statische Analyse und dynamisches Testen
  • Anforderungsspezifikation und Nachvollziehbarkeit
  • Modellbasierte Entwicklung
  • Generierung von Codeartefakten aus Modellen
  • Softwarequalitätssicherung
  • Softwarezertifizierung

Prozessmodellierung und -analyse

Die Abläufe (Prozesse) sind der Kern eines Unternehmens und beschreiben die Zusammenhänge der Aufgaben im Tagesgeschäft. Die Formalisierung von Modellierungssemantiken und Modellintegration ermöglicht ausgereifte und zuverlässige Konzepte, die als Basis für weitere Entwicklung und anwendungsorientierten Einsatz dienen. In mehreren Forschungsprojekten wurden eine formale Semantik für die etablierte Modellierungssprache Business Process Model and Notation (BPMN) definiert, eine neue Modellierungsmethode mit horizontaler Modellintegration entwickelt (die Hagenberg Business Process Modelling Method (H-BPM)) sowie die flexible Prozessanpassung bei Ausnahmefällen unterstützt. Die Grundidee der Prozessanalyse (Process Mining) ist reale Prozesse durch Extraktion von Wissen aus Ereignislogs zu erkennen, zu überwachen und zu verbessern. Dies ermöglicht eine Darstellung der tatsächlichen Prozesse, Performanzanalysen, Prozessverbesserungen, Kontrolle der Prozesseinhaltung sowie Prozessüberwachung und -vorhersage.

Schwerpunkte sind:

  • Geschäftsprozessmodellierung (H-BPM, BPMN)
  • Flexible Geschäftsprozesse und Fehlerbehandlung
  • Prozessanalyse/Process Mining
  • Prozessüberwachung und -vorhersage

Modell-basiertes Systems Engineering

Modell-basiertes Systems Engineering (MBSE) ist neben computerunterstützten Technologien (CAx) und Product Data Management (PDM) die dritte Säule im „Product Life-Cycle Management“ (PLM) und damit ein Kernthema für die Realisierung der Industrie 4.0 Vision. Neben statischen Aspekten von Produkt und Produktion, wie sie etwa in CAD modelliert werden, besteht die Notwendigkeit, Abläufe, Interaktionen und Flüsse zwischen Komponenten, der Umwelt (einschließlich Benutzern) und anderen Systemaspekten zu modellieren. Erst dadurch wird es möglich, Produktverhalten und -verwendung sowie Produktion zu simulieren und wesentliche Eigenschaften, insbesondere auch sicherheitsrelevante Eigenschaften, zu verifizieren.

Schwerpunkte sind:

  • Formale, übergreifende Sprachdefinition und Semantik für SysML
  • Methoden und Werkzeuge für MBSE entwicklen und evaluieren
  • Anwendung der formalisierten Methode und evaluierten Werkzeuge für konkrete Aufgabenstellungen
  • Entwicklung von integrierten Methoden zur Erfüllung von Sicherheitsanforderungen

RSE entwickelt Techniken, Methoden und Werkzeuge, die sowohl wissenschaftliche Fragen auf Forschungsebene ansprechen als auch praktische Lösungen für Industriepartner darstellen.