Seminar Gaphor: SysML-Architektur und Systemverhalten

Systemarchitektur benötigt mehr als eine Sammlung von Blockdiagrammen. Das Seminar entwickelt ein konsistentes Modell aus Anforderungen, Bausteinen, Eigenschaften, Schnittstellen, internen Verbindungen und Verhalten. Die in Gaphor verfügbare SysML-Unterstützung wird gezielt für nachvollziehbare Architekturentscheidungen, Integrationsfragen und Reviews eingesetzt.

Inhaltsübersicht

• Zielsetzung
• Fachliche Schwerpunkte
• Praxisprojekt
• Qualitätskriterien
• Zielgruppe und Voraussetzungen

Zielsetzung

• Systemgrenzen, Bausteine und Dekomposition auf geeigneter Abstraktionsebene strukturieren.
• Eigenschaften, Ports, Schnittstellen und Flüsse konsistent modellieren.
• Aktivitäten und Zustände mit verantwortlichen Systemelementen verbinden.
• Anforderungen, Architektur und Verifikation nachvollziehbar verknüpfen.
• Architekturvarianten und Integrationsrisiken anhand des Modells bewerten.

Fachliche Schwerpunkte

1. Systemkontext und Architekturrahmen festlegen

Die Modellierung beginnt mit klarer Systemgrenze, Betriebsumgebung und Architekturfragen.

1. Stakeholder, externe Systeme und physische oder logische Umgebung erfassen.
2. Betriebsfälle, Lebenszyklusphasen und relevante Randbedingungen auswählen.
3. Paketstruktur und Ebenen für Kontext, Anforderungen, Struktur und Verhalten definieren.
4. Architekturentscheidungen und offene Annahmen als prüfbare Arbeitsgegenstände festhalten.

2. Blöcke und Eigenschaften strukturieren

Systembausteine werden nach Verantwortung, Zusammensetzung und Typisierung modelliert.

1. Blöcke aus Funktionen, Verantwortungen und technischen Grenzen ableiten.
2. Teil-Ganzes-Strukturen und Wiederverwendung von Typen sauber unterscheiden.
3. Werte, Eigenschaften und Einheiten nur für entscheidungsrelevante Merkmale ergänzen.
4. Generalisierung und Spezialisierung auf stabile Gemeinsamkeiten begrenzen.

3. Schnittstellen, Ports und Flüsse modellieren

Interaktionen werden von bloßen Verbindungslinien zu prüfbaren Schnittstellenbeziehungen.

1. Austauschobjekte, Energie-, Material- oder Informationsflüsse identifizieren.
2. Ports nach angebotenen und benötigten Interaktionen strukturieren.
3. Schnittstellenverantwortung und Protokollannahmen eindeutig zuordnen.
4. Unvollständige, widersprüchliche oder zyklische Verbindungen im Review erkennen.

4. Interne Struktur und Integration ausarbeiten

Die innere Zusammensetzung ausgewählter Bausteine wird mit ihren Verbindungen dargestellt.

1. Relevante Teile und Kopplungspunkte eines Systembausteins auswählen.
2. Verbindungen und Flüsse mit den definierten Ports konsistent halten.
3. Integrationspunkte, Konvertierungen und Puffer explizit machen.
4. Fehlende Verantwortungen und nicht geschlossene Schnittstellen identifizieren.

5. Funktionales Verhalten mit Aktivitäten beschreiben

Systemfunktionen werden als kontrollierter Ablauf mit Ein- und Ausgaben modelliert.

1. Funktionen aus Anwendungsfällen und Anforderungen ableiten.
2. Aktionen, Entscheidungen, Parallelität und Objektflüsse strukturieren.
3. Verantwortliche Systembausteine über Zuordnungen oder klare Modellbezüge kennzeichnen.
4. Normal-, Ausnahme- und Degradationsabläufe getrennt prüfen.

6. Zustandsabhängiges Verhalten modellieren

Betriebsarten und Lebenszyklen werden mit erlaubten Übergängen und Reaktionen verknüpft.

1. Stabile Zustände, Betriebsmodi und Fehlerzustände unterscheiden.
2. Ereignisse, Bedingungen und Wirkungen an Übergängen präzisieren.
3. Zustände mit Anforderungen, Aktivitäten und Schnittstellenereignissen abgleichen.
4. Unerreichbare, widersprüchliche oder nicht verlassbare Zustände untersuchen.

7. Anforderungen und Verifikation integrieren

Architekturentscheidungen werden auf ihren Beitrag zur Anforderungserfüllung und Prüfplanung untersucht.

1. Systemelemente den erfüllten Anforderungen in geeigneter Granularität zuordnen.
2. Verifikationsbedarf an Schnittstellen, Zuständen und kritischen Funktionen identifizieren.
3. Nicht abgedeckte Anforderungen und überlastete Bausteine sichtbar machen.
4. Änderungsauswirkungen über Struktur, Verhalten und Nachweise verfolgen.

8. Architekturreview und Variantenvergleich durchführen

Das Gesamtmodell wird als Entscheidungsgrundlage für Integration und Weiterentwicklung genutzt.

1. Varianten nach Verantwortungsverteilung, Kopplung und Integrationsrisiko vergleichen.
2. Kritische Schnittstellen und Annahmen mit gezielten Sichten untersuchen.
3. Reviewbefunde nach Auswirkung und Behebungsaufwand priorisieren.
4. Ausgewählte Variante, Restunsicherheiten und Folgeaufgaben dokumentieren.

Praxisprojekt

Ein mechatronisches Überwachungssystem wird von Kontext und Anforderungen bis zur internen Architektur modelliert. Blöcke, Eigenschaften, Ports und Flüsse werden mit Aktivitäten und Betriebszuständen verbunden. Eine Architekturvariante mit zentraler und eine mit verteilter Verarbeitung werden verglichen; anschließend erfolgt ein Integrationsreview mit Traceability zu Anforderungen und Verifikation.

Qualitätskriterien

• Systemgrenzen und Abstraktionsebenen sind eindeutig und werden nicht innerhalb einer Sicht vermischt.
• Ports, Schnittstellen und Flüsse besitzen konsistente Typisierung und Verantwortung.
• Verhalten ist mit den ausführenden Systembausteinen und relevanten Anforderungen verbunden.
• Architekturentscheidungen, Annahmen und offene Risiken bleiben nachvollziehbar.

Zielgruppe und Voraussetzungen

Zielgruppe: Systemarchitektur, Systems Engineering, technische Entwicklung, Requirements Engineering, Integration, Verifikation und technische Projektleitung.

Voraussetzungen: Grundverständnis von Systementwicklung und Anforderungen. Praktische SysML- oder Gaphor-Kenntnisse sind hilfreich; der Besuch eines Grundlagen- oder Kompaktseminars wird empfohlen.