Seminar MID Innovator – Softwarearchitektur mit UML und SysML

Das Seminar entwickelt eine Softwarearchitektur schrittweise von den Anforderungen bis zur technischen Verteilung. Analyse- und Designmodelle, UML- und SysML-Sichten, Schnittstellen, Verhalten und Deployment werden mit Prozessen, Daten und Enterprise-Architektur verknüpft und prüfbar dokumentiert.

Inhaltsübersicht

• Lernziele und fachliche Einordnung
• Schrittweise Seminarinhalte
• Praxisübungen und Laborszenarien
• Zielgruppe und Voraussetzungen
• Didaktik und Arbeitsweise

Lernziele

• Architekturtreiber, Qualitätsziele, Anforderungen und Systemkontext modellieren.
• Use Cases, Analysemodelle und Designmodelle konsistent voneinander ableiten.
• Struktur und Verhalten mit geeigneten UML- und SysML-Diagrammen beschreiben.
• Komponenten, Schnittstellen, Daten, Zustände und Deployment nachvollziehbar verknüpfen.
• Traceability, Reviews, Dokumentation und Änderungsanalyse in den Entwicklungsprozess integrieren.

Schrittweise Seminarinhalte

1. Architekturauftrag und Qualitätsziele

Schwerpunkt: Geschäftsziele, Stakeholder, Scope, Qualitätsattribute, Constraints, Risiken und Architekturentscheidungen.

1. Systemziel, Verantwortungsbereich und relevante Stakeholder erfassen.
2. Qualitätsziele wie Sicherheit, Änderbarkeit, Verfügbarkeit und Performance priorisieren.
3. Technische, organisatorische und regulatorische Constraints dokumentieren.
4. Architekturentscheidungen mit Kontext, Alternativen und Konsequenzen strukturieren.

Arbeitsergebnis: Freigegebener Softwarearchitekturauftrag.

2. Systemkontext, Anforderungen und Use Cases

Schwerpunkt: Akteure, externe Systeme, Schnittstellen, textuelle Anforderungen, Use Cases, Szenarien und Akzeptanzkriterien.

1. Systemgrenze und Kommunikationspartner in einem Kontextmodell festlegen.
2. Architekturrelevante funktionale und nichtfunktionale Anforderungen markieren.
3. Use Cases und Hauptszenarien mit beteiligten Akteuren modellieren.
4. Traceability von Ziel und Anforderung zu Use Case und Architekturbaustein herstellen.

Arbeitsergebnis: Prüfbares Kontext- und Anforderungsmodell.

3. Analysemodell und fachliche Klassen

Schwerpunkt: Fachobjekte, Verantwortungen, Beziehungen, Zustände, Systemoperationen und Abgrenzung zum Design.

1. Fachbegriffe und Informationsobjekte aus Anforderungen und Prozessen ableiten.
2. Analyseklassen mit Eigenschaften, Beziehungen und Verantwortungen modellieren.
3. Systemoperationen und fachliche Zustände anhand der Use Cases bestimmen.
4. Analysemodell auf Vollständigkeit und Unabhängigkeit von Implementierungsdetails prüfen.

Arbeitsergebnis: Konsistentes fachliches Analysemodell.

4. Designklassen und Komponentenstruktur

Schwerpunkt: Designklassen, Komponenten, Ports, Interfaces, Abhängigkeiten, Schichten, Muster und Verantwortungszuordnung.

1. Architekturstil und zentrale Zerlegungsprinzipien festlegen.
2. Analyseverantwortungen auf Komponenten und Designklassen abbilden.
3. Bereitgestellte und benötigte Schnittstellen an Ports modellieren.
4. Zyklische Abhängigkeiten und unklare Verantwortungen über Strukturprüfungen erkennen.

Arbeitsergebnis: Belastbare Komponenten- und Designstruktur.

5. Interaktionen und Sequenzen

Schwerpunkt: Lifelines, Nachrichten, synchrone und asynchrone Aufrufe, Schleifen, Alternativen, Fehler und Zeitbezug.

1. Repräsentatives Use-Case-Szenario für die Interaktionsanalyse auswählen.
2. Beteiligte Komponenten und Objekte als Lifelines anordnen.
3. Nachrichtenfolge einschließlich Alternativen, Schleifen und Fehlerpfaden modellieren.
4. Operationen und Schnittstellen mit den Nachrichten abgleichen und Lücken korrigieren.

Arbeitsergebnis: Geprüftes Sequenz- und Schnittstellenverhalten.

6. Zustände, Aktivitäten und Nebenläufigkeit

Schwerpunkt: State Machines, Events, Guards, Actions, UML-Aktivitäten, Objektflüsse, Parallelität und Lebenszyklus.

1. Zustandsbehaftete Objekte und relevante Lebenszyklen identifizieren.
2. Zustände, Übergänge, Ereignisse und Bedingungen vollständig modellieren.
3. Komplexe Algorithmen oder Workflows als Aktivitätsdiagramm beschreiben.
4. Nebenläufigkeit, Abbruch und Fehlerzustände mit Szenarien prüfen.

Arbeitsergebnis: Vollständiges Verhaltens- und Lebenszyklusmodell.

7. SysML-Sichten und Systembezug

Schwerpunkt: Requirements, Block Definition, Internal Block, Parametrics, Allocation und Hardware-Software-Zusammenspiel.

1. Systemanforderungen und ihre Ableitungs- beziehungsweise Verifikationsbeziehungen modellieren.
2. Systemstruktur mit Blocks, Teilen, Ports und Verbindungen darstellen.
3. Funktionen, Komponenten und physische Ressourcen zuordnen.
4. Parametrische Randbedingungen und technische Budgets für ausgewählte Qualitätsziele ergänzen.

Arbeitsergebnis: Verknüpftes System- und Softwaremodell.

8. Deployment, Laufzeit und Infrastruktur

Schwerpunkt: Nodes, Artefakte, Container, Prozesse, Netzwerke, Zonen, Redundanz, Konfiguration und Betrieb.

1. Laufzeitartefakte und benötigte Plattformdienste bestimmen.
2. Deployment auf Nodes, Container oder Geräte mit Kommunikationspfaden modellieren.
3. Sicherheitszonen, Skalierung, Redundanz und Ausfallverhalten ergänzen.
4. Deployment gegen Enterprise- und Technologiearchitektur abgleichen.

Arbeitsergebnis: Produktionsnahes Deployment-Modell.

9. Traceability, Reviews und Architekturdokumentation

Schwerpunkt: Impact, Modellvergleich, Qualitätsprüfung, Entscheidungen, Risiken, Dokumentation und Übergabe.

1. Abdeckung von Anforderungen durch Komponenten, Schnittstellen und Tests auswerten.
2. Architekturmodell gegen Konventionen, Qualitätsziele und bekannte Risiken prüfen.
3. Änderungsszenario über Prozesse, Daten, Komponenten und Deployment analysieren.
4. Architekturdokumentation mit Sichten, Entscheidungen und offenen Punkten erzeugen.

Arbeitsergebnis: Freigegebene, traceable Softwarearchitekturdokumentation.

Praxisübungen und Laborszenarien

• Modellierung eines Systemkontexts mit Anforderungen und Use Cases.
• Ableitung von Analyseklassen und Komponenten aus einem Szenario.
• Erstellung eines Sequenz- und Zustandsmodells mit Fehlerpfaden.
• Aufbau einer SysML-Blockstruktur und Zuordnung zu Softwarekomponenten.
• Deployment- und Impact-Analyse mit vollständiger Architekturdokumentation.

Zielgruppe und Voraussetzungen

Zielgruppe: Software Architects, Solution Architects, System Engineers, Requirements Engineering, Entwicklung, Testarchitektur und technische Projektleitung.

Voraussetzungen: Grundkenntnisse objektorientierter Analyse und Softwareentwicklung; vorherige UML- oder SysML-Kenntnisse sind hilfreich, aber nicht zwingend.

Didaktik und Arbeitsweise

Fachliche Einordnungen wechseln mit Demonstrationen, strukturierten Konfigurations- oder Modellierungsschritten, Praxisübungen und kontrollierten Fehlerfällen. Jede Übung verwendet definierte Ausgangswerte, Prüfpunkte und Dokumentationsanforderungen, damit die erarbeiteten Abläufe im eigenen Umfeld wiederholt werden können.