Lehrveranstaltung
SEKM - Software Engineering mit Komponenten und Mustern
PDF Lehrveranstaltungsverzeichnis English Version: SEKM
Version: 1 | Letzte Änderung: 06.10.2019 18:52 | Entwurf: 0 | Status: vom verantwortlichen Dozent freigegeben
| Langname | Software Engineering mit Komponenten und Mustern |
|---|---|
| Anerkennende LModule | QEKS_MaET, QEKS_MaTIN |
| Verantwortlich |
Prof. Dr. Stefan Kreiser
Professor Fakultät IME |
| Niveau | Master |
| Semester im Jahr | Wintersemester |
| Dauer | Semester |
| Stunden im Selbststudium | 78 |
| ECTS | 5 |
| Dozenten |
Prof. Dr. Stefan Kreiser
Professor Fakultät IME |
| Voraussetzungen | - Programmierkenntnisse in einer objektorientierten Programmiersprache, bevorzugt C++ - Kenntnisse in Software-Modellierung mit Hilfe der Unified Modeling Language (UML) oder anderen (formalen) Sprachen, die das Modellieren von Schnittstellen, Verhalten und Strukturen unterstützen - grundlegende Kenntnisse in (agilem) Projektmanagement - grundlegende Softwarearchitekturmodelle - Kommunikationsmodelle in Softwaresystemen (OSI, TCPIP, Messaging) |
| Unterrichtssprache | deutsch und englisch |
| separate Abschlussprüfung | Ja |
Literatur
D. Schmidt et.al.: Pattern-Oriented Software Architecture. Patterns for Concurrent and Networked Objects (Wiley)
Gamma et.al.: Design Patterns, (Addison-Wesley)
Martin Fowler: Refactoring, Engl. ed. (Addison-Wesley Professional)
U. Hammerschall: Verteilte Systeme und Anwendungen (Pearson Studium)
Andreas Andresen: Komponentenbasierte Softwareentwicklung m. MDA, UML2, XML (Hanser Verlag)
T. Ritter et. al.: CORBA Komponenten. Effektives Software-Design u. Progr. (Springer)
Bernd Oestereich: Analyse und Design mit UML 2.5 (Oldenbourg)
OMG Unified Modeling Language Spec., www.omg.org/um
I. Sommerville: Software Engineering (Addison-Wesley / Pearson Studium)
K. Beck: eXtreme Programming (Addison-Wesley Professional)
Ken Schwaber: Agiles Projektmanagement mit Scrum (Microsoft Press)
Gamma et.al.: Design Patterns, (Addison-Wesley)
Martin Fowler: Refactoring, Engl. ed. (Addison-Wesley Professional)
U. Hammerschall: Verteilte Systeme und Anwendungen (Pearson Studium)
Andreas Andresen: Komponentenbasierte Softwareentwicklung m. MDA, UML2, XML (Hanser Verlag)
T. Ritter et. al.: CORBA Komponenten. Effektives Software-Design u. Progr. (Springer)
Bernd Oestereich: Analyse und Design mit UML 2.5 (Oldenbourg)
OMG Unified Modeling Language Spec., www.omg.org/um
I. Sommerville: Software Engineering (Addison-Wesley / Pearson Studium)
K. Beck: eXtreme Programming (Addison-Wesley Professional)
Ken Schwaber: Agiles Projektmanagement mit Scrum (Microsoft Press)
Abschlussprüfung
Details
Mündliche Prüfung nach schriftlicher Vorbereitung.Anhand einer realitätsnahen Aufgabenstellung angemessener Komplexität entwickeln und modellieren die Studierenden eine geeignete Softwarearchitektur für ein verteiltes Automatisierungssystem unter angemessener Anwendung von Strategien zur Wiederwendung von Modell- und/oder Softwareartefakten. Sie begründen die essenziellen Strukturen ihrer Architektur unter Bezugnahme auf die spezifische Zielsetzung und die spezifischen Umgebungsbedigungen für den Einsatz des jeweiligen Automatisierungssystems sowie unter Bezugnahme auf grundlegende Qualitätskriterien für automatisierungstechnische Softwaresysteme (System-, Entwicklungs-, Betriebs-, Service- und Wartungsanforderungen). Sie erläutern, welche besonderen organisatorischen Rahmenbedingungen sich für die Entwicklung aus der Softwarearchitektur ergeben, und bewerten die Qualität der Architektur aus technischer und betriebswirtschaftlicher Sicht.
Mindeststandard
- Studierende extrahieren die wesentlichen relevanten Informationen, Rahmenbedingungen und Lösungseinschränkúngen aus der Aufgabenspezifikation und entwerfen ein Modell der Softwarearchitektur unter Berücksichtigung grundlegende Qualitätskriterien für automatisierungstechnische Softwaresysteme. Dazu wählen Sie eine sinnvolle Strategie zur Wiederwendung von Modell- und/oder Softwareartefakten aus und begründen das Vorgehen.- Studierende erläutern die wesentlichen Strukturen ihrer Softwarearchitektur im Hinblick auf die Einpassung wiederverwendeter Modelle und Artefakte und begründen sie im Hinblick auf die gegebenen Systemanforderungen, also technische Systemanforderungen sowie weitere, ggfs. relevante, Entwicklungs-, Betriebs-, Service- und Wartungsanforderungen.
Prüfungstyp
Mündliche Prüfung nach schriftlicher Vorbereitung.Anhand einer realitätsnahen Aufgabenstellung angemessener Komplexität entwickeln und modellieren die Studierenden eine geeignete Softwarearchitektur für ein verteiltes Automatisierungssystem unter angemessener Anwendung von Strategien zur Wiederwendung von Modell- und/oder Softwareartefakten. Sie begründen die essenziellen Strukturen ihrer Architektur unter Bezugnahme auf die spezifische Zielsetzung und die spezifischen Umgebungsbedigungen für den Einsatz des jeweiligen Automatisierungssystems sowie unter Bezugnahme auf grundlegende Qualitätskriterien für automatisierungstechnische Softwaresysteme (System-, Entwicklungs-, Betriebs-, Service- und Wartungsanforderungen). Sie erläutern, welche besonderen organisatorischen Rahmenbedingungen sich für die Entwicklung aus der Softwarearchitektur ergeben, und bewerten die Qualität der Architektur aus technischer und betriebswirtschaftlicher Sicht.
Lernziele
Kenntnisse
Begriffe
Wert einer technischen Software
verteiltes Softwaresystem, Nebenläufigkeit
Softwarequalität, Dienstgüte, Refactoring
Komplexität (algorithmische, strukturelle), Emergenz
Wiederverwendung (Re-Use), Symmetrie und Symmetrieoperationen, Abstraktion, Invarianten
Methodische Ansätze zur qualitätsgesteuerten Wiederverwendung
Varianten für White Box Reuse
Black Box Reuse
Grey Box Reuse (Wiederverwendungshierarchie)
Re-Use in automatisierungstechnischen Softwaresystemen
Determinismus
Vorteile und Herausforderungen
angepasste Vorgehensmodelle und Personalstrukturen
vorhersagbare Zielerreichung in Entwicklungsprojekten (Produktqualität, Kosten, Zeit)
arbeitsteilige Entwicklung, Wartung und Pflege von Softwaresystemen
Muster (Pattern)
Musterbeschreibung mit UML
grundlegende Architekturmuster
Erzeugungsmuster
Strukturmuster
Verhaltensmuster
klassenbasierte (statische) vs. objektbasierte (dynamische) Muster
grundlegende Muster für nebenläufige und vernetzte Echtzeitsysteme
Muster zur Kapselung und zur rollenbasierten Erweiterung von Layerarchitekturen
Muster für Nebenläufigkeitsstrukturen zur Durchsatzoptimierung und Latenzzeitminimierung
Muster zur verteilten Ereignisprozessierung
Muster zur Prozesssynchronisation
Aufbau und Nutzung von Musterkatalogen, Mustersprachen
musterbasierter Entwurf komplexer Softwaresysteme
Komponenten und Frameworks
Designprinzipien
Schnittstellenarchitektur
aktive und passive Systemelemente
Entwurf, Programmierung und Test
Qualität
Konfiguration und Nutzung
Middlewaresysteme in Architekturen technischer Softwaresysteme
ORB-Architekturen am Beispiel CORBA und TAO
integrierte Systemplattformen am Beispiel MS .NET
Multiagentensysteme (MAS)
Architekturmodelle für Agenten
Kollaboration zwischen Agenten
Agentensprachen
Einsatzabwägung
Wert einer technischen Software
verteiltes Softwaresystem, Nebenläufigkeit
Softwarequalität, Dienstgüte, Refactoring
Komplexität (algorithmische, strukturelle), Emergenz
Wiederverwendung (Re-Use), Symmetrie und Symmetrieoperationen, Abstraktion, Invarianten
Methodische Ansätze zur qualitätsgesteuerten Wiederverwendung
Varianten für White Box Reuse
Black Box Reuse
Grey Box Reuse (Wiederverwendungshierarchie)
Re-Use in automatisierungstechnischen Softwaresystemen
Determinismus
Vorteile und Herausforderungen
angepasste Vorgehensmodelle und Personalstrukturen
vorhersagbare Zielerreichung in Entwicklungsprojekten (Produktqualität, Kosten, Zeit)
arbeitsteilige Entwicklung, Wartung und Pflege von Softwaresystemen
Muster (Pattern)
Musterbeschreibung mit UML
grundlegende Architekturmuster
Erzeugungsmuster
Strukturmuster
Verhaltensmuster
klassenbasierte (statische) vs. objektbasierte (dynamische) Muster
grundlegende Muster für nebenläufige und vernetzte Echtzeitsysteme
Muster zur Kapselung und zur rollenbasierten Erweiterung von Layerarchitekturen
Muster für Nebenläufigkeitsstrukturen zur Durchsatzoptimierung und Latenzzeitminimierung
Muster zur verteilten Ereignisprozessierung
Muster zur Prozesssynchronisation
Aufbau und Nutzung von Musterkatalogen, Mustersprachen
musterbasierter Entwurf komplexer Softwaresysteme
Komponenten und Frameworks
Designprinzipien
Schnittstellenarchitektur
aktive und passive Systemelemente
Entwurf, Programmierung und Test
Qualität
Konfiguration und Nutzung
Middlewaresysteme in Architekturen technischer Softwaresysteme
ORB-Architekturen am Beispiel CORBA und TAO
integrierte Systemplattformen am Beispiel MS .NET
Multiagentensysteme (MAS)
Architekturmodelle für Agenten
Kollaboration zwischen Agenten
Agentensprachen
Einsatzabwägung
Fertigkeiten
Muster zur Gestaltung komplexer Softwaresysteme einsetzen
Verwendungszweck, Einsatzgrenzen, invariante und parametrierbare Anteile von Mustern aus Literaturquellen in englischer und deutscher Sprache ableiten und diskutieren
Implementierungsskelette von Mustern nachvollziehen und auf Aufgabenstellungen mit eingeschränktem inhaltlichen Fokus transferieren
Vorteile objektorientierter Programmiersprachen diskutieren
wiederkehrende Aufgabenstellungen beim Entwurf komplexer SW-Systeme ableiten
Muster beispielhaft implementieren und Beispielimplementierungen prüfen
Muster sinnvoll kombinieren, um wiederkehrende Aufgabenstellungen mit verbreitertem inhaltlichen Fokus zu lösen
UML2-Notationen nutzen
Professionelles UML2-Entwurfswerkzeug für Round-Trip-Engineering nutzen
Integration anhand der Beispielimplementierungen der zu kombinierenden Muster durchführen
Integrationstest durchführen, Lösung bewerten und optimieren
Black-Box-Komponenten musterbasiert konstruieren
Komponentenbasierte Softwarearchitekturen analysieren
sinnvolle Anwendungsbereiche aus den Architekturvorgaben ableiten
Vorgehen zur Konstruktion von Anwendungen diskutieren (Anwendungsebene erkennen)
aktive und passive Systemelemente erkennen und Laufzeitverhalten ableiten
abstrakte Umgebungschnittstellen zur Vernetzung, Konfiguration und Aktivierung von Komponenten erkennen
abstrakte Anwendungsschnittstellen zum Datenaustausch erkennen
Systemerweiterungspunkte finden (funktionale und strukturelle Parametrierungsebene erkennen)
Verteilungsarchitekturen analysieren
Essenzielle Systemdienste erkennen, beschreiben, einordnen und und begründen
strukturgebenden Architekturartefakten sinnvolle Lösungsmuster zuordnen
sinnvolle Anwendungsbereiche aus den Architekturvorgaben ableiten
Vorgehen zur Konstruktion von Anwendungen diskutieren (Anwendungsebene erkennen)
Eigenschaften und Einsatzgrenzen von Kommunikationsprotokollen diskutieren
vorgesehene Systemerweiterungspunkte finden
Multiagentensysteme mit konventionellen Verteilungsarchitekturen vergleichen
Agent vs. Komponente
Architekturmodelle
Aktivierungsmechanismen
Verteilungsmechanismen
Kommunikationsprotokolle und Kollaborationsmechanismen
Einsatzgebiete und Einsatzgrenzen
Verwendungszweck, Einsatzgrenzen, invariante und parametrierbare Anteile von Mustern aus Literaturquellen in englischer und deutscher Sprache ableiten und diskutieren
Implementierungsskelette von Mustern nachvollziehen und auf Aufgabenstellungen mit eingeschränktem inhaltlichen Fokus transferieren
Vorteile objektorientierter Programmiersprachen diskutieren
wiederkehrende Aufgabenstellungen beim Entwurf komplexer SW-Systeme ableiten
Muster beispielhaft implementieren und Beispielimplementierungen prüfen
Muster sinnvoll kombinieren, um wiederkehrende Aufgabenstellungen mit verbreitertem inhaltlichen Fokus zu lösen
UML2-Notationen nutzen
Professionelles UML2-Entwurfswerkzeug für Round-Trip-Engineering nutzen
Integration anhand der Beispielimplementierungen der zu kombinierenden Muster durchführen
Integrationstest durchführen, Lösung bewerten und optimieren
Black-Box-Komponenten musterbasiert konstruieren
Komponentenbasierte Softwarearchitekturen analysieren
sinnvolle Anwendungsbereiche aus den Architekturvorgaben ableiten
Vorgehen zur Konstruktion von Anwendungen diskutieren (Anwendungsebene erkennen)
aktive und passive Systemelemente erkennen und Laufzeitverhalten ableiten
abstrakte Umgebungschnittstellen zur Vernetzung, Konfiguration und Aktivierung von Komponenten erkennen
abstrakte Anwendungsschnittstellen zum Datenaustausch erkennen
Systemerweiterungspunkte finden (funktionale und strukturelle Parametrierungsebene erkennen)
Verteilungsarchitekturen analysieren
Essenzielle Systemdienste erkennen, beschreiben, einordnen und und begründen
strukturgebenden Architekturartefakten sinnvolle Lösungsmuster zuordnen
sinnvolle Anwendungsbereiche aus den Architekturvorgaben ableiten
Vorgehen zur Konstruktion von Anwendungen diskutieren (Anwendungsebene erkennen)
Eigenschaften und Einsatzgrenzen von Kommunikationsprotokollen diskutieren
vorgesehene Systemerweiterungspunkte finden
Multiagentensysteme mit konventionellen Verteilungsarchitekturen vergleichen
Agent vs. Komponente
Architekturmodelle
Aktivierungsmechanismen
Verteilungsmechanismen
Kommunikationsprotokolle und Kollaborationsmechanismen
Einsatzgebiete und Einsatzgrenzen
Aufwand Präsenzlehre
| Typ | Präsenzzeit (h/Wo.) |
|---|---|
| Vorlesung | 1 |
| Übungen (ganzer Kurs) | 1 |
| Übungen (geteilter Kurs) | 0 |
| Tutorium (freiwillig) | 0 |
Besondere Literatur
keine/none
Besondere Voraussetzungen
keine
Begleitmaterial
Vortragsfolien zur Vorlesung, digital
Übungsaufgabensammlung, digital
professionelles Entwicklungswerkzeug für Unified Modeling Language (UML2)
professionelles intergriertes Softwareentwicklungswerkzeug für C++
Übungsaufgabensammlung, digital
professionelles Entwicklungswerkzeug für Unified Modeling Language (UML2)
professionelles intergriertes Softwareentwicklungswerkzeug für C++
Separate Prüfung
keine
Lernziele
Kenntnisse
anspruchsvolle Seminarthemen können z. B. aus den folgenden oder fachlich angrenzenden Themengebieten definiert werden:
- wiederverwendbare Artefakte zum Aufbau der Architektur verteilter Softwaresysteme,
- professionelle Verteilungsarchitekturen,
- Multiagentensysteme,
- besondere betriebswirtschaftliche, haftungsrechtliche und ethische Anforderungen bei Softwaresystemen mit (verteilter) künstlicher Intelligenz und deren Auswirkungen auf die Gestaltung von Softwarearchitekturen
- wiederverwendbare Artefakte zum Aufbau der Architektur verteilter Softwaresysteme,
- professionelle Verteilungsarchitekturen,
- Multiagentensysteme,
- besondere betriebswirtschaftliche, haftungsrechtliche und ethische Anforderungen bei Softwaresystemen mit (verteilter) künstlicher Intelligenz und deren Auswirkungen auf die Gestaltung von Softwarearchitekturen
Fertigkeiten
eigene Arbeitsergebnisse und Arbeitsergebnisse des Teams schriftlich und mündlich kompakt und zielgruppengerecht präsentieren
Aufwand Präsenzlehre
| Typ | Präsenzzeit (h/Wo.) |
|---|---|
| Seminar | 1 |
| Tutorium (freiwillig) | 0 |
Besondere Literatur
selbst recherchierte Fachlitertur
Besondere Voraussetzungen
keine
Begleitmaterial
Sammlung allgemeiner und ggfs. themenspezifischer automatisierungs- und softwaretechnischer Fragestellungen, nach denen die Qualität von Softwarearchitekturen für verteilte Automatisierungssysteme untersucht und bewertet werden soll.
Separate Prüfung
Prüfungstyp
Fachgespräch (Interview) zu besonderen Fragestellungen in Szenario, Projektaufgabe oder LiteraturrechercheDetails
Auswertung wissenschaftlicher Literatur und Bewertung der Qualität von Softwarearchitekturen für verteilte Automatisierungssysteme im Hinblick auf vorgegebene automatisierungstechnische Fragestellungen.Ergebnisvorstellung und wissenschaftlicher Diskurs in der Gesamtgruppe.
Mindeststandard
Studierende recherchieren mindestens zwei relevante, voneinander unabhängige, wissenschaftlich seriöse Quellen (Whitepaper, Normen, Fachartikel, Fachbücher, …) zum gewählten Seminarthema, werten diese Quellen wissenschaftlich aus und bewerten die recherchierten Aussagen und Ergebnisse im Hinblick auf die vorgegebenen automatisierungstechnischen und softwaretechnischen Fragestellungen. Sie berichten über die recherchierten Aussagen und Ergebnisse sowie die persönliche Bewertung und Einordnung im Hinblick auf die vorgegebenen Fragestellungen und sind im Rahmen einer Fachdiskussion in der Lage, die Ergebnisse zu erläutern und die persönliche Bewertung zu begründen.Lernziele
Fertigkeiten
Softwareartefakt einer Verteilungsarchitektur für komplexe Softwaresysteme entwickeln
Projektierung in verteilten Teams mit agilem Vorgehensmodell durchführen
umfangreiche Systemanalyse hinsichtlich der Rolle des Artefakts in der Verteilungsarchitektur durchführen
Anforderungen an das Softwareartefakt ermitteln
Softwareartefakt basierend auf den Anforderungen spezifizieren und modellieren
Designprinzipien und Muster zum Erreichen definierter Qualitätsziele auswählen und begründen
Schnittstellen-, Verhaltens- und Strukturmodelle musterbasiert in UML2-Notationen iterativ herleiten
Professionelles UML2-Entwurfswerkzeug zielgerichtet einsetzen
Modelle verifizieren und bewerten, Modellfehler korrigieren und Modelle optimieren
Softwareartefakt in C++ programmieren
sinnvolle Prüfszenarien definieren und Softwareartefakt verifizieren
Qualität des Softwareartefakts bewerten
Arbeitsergebnisse des Teams kompakt und zielgruppengerecht präsentieren
Projektierung in verteilten Teams mit agilem Vorgehensmodell durchführen
umfangreiche Systemanalyse hinsichtlich der Rolle des Artefakts in der Verteilungsarchitektur durchführen
Anforderungen an das Softwareartefakt ermitteln
Softwareartefakt basierend auf den Anforderungen spezifizieren und modellieren
Designprinzipien und Muster zum Erreichen definierter Qualitätsziele auswählen und begründen
Schnittstellen-, Verhaltens- und Strukturmodelle musterbasiert in UML2-Notationen iterativ herleiten
Professionelles UML2-Entwurfswerkzeug zielgerichtet einsetzen
Modelle verifizieren und bewerten, Modellfehler korrigieren und Modelle optimieren
Softwareartefakt in C++ programmieren
sinnvolle Prüfszenarien definieren und Softwareartefakt verifizieren
Qualität des Softwareartefakts bewerten
Arbeitsergebnisse des Teams kompakt und zielgruppengerecht präsentieren
Aufwand Präsenzlehre
| Typ | Präsenzzeit (h/Wo.) |
|---|---|
| Projekt | 1 |
| Tutorium (freiwillig) | 0 |
Besondere Literatur
keine/none
Besondere Voraussetzungen
keine
Begleitmaterial
- digital vorgegebene Projektaufgabe (Lastenheft)
- Entwicklungswerkzeug für UML-Modellierung
- integrierte Entwicklungsumgebung für Programmierung in C++
- Entwicklungswerkzeug für UML-Modellierung
- integrierte Entwicklungsumgebung für Programmierung in C++
Separate Prüfung
Prüfungstyp
Projektaufgabe im Team bearbeiten (z.B. im Praktikum)Details
3 Präsenztermine je 4h je Projektgruppe, Abschlusspräsentation mit DiskussionMindeststandard
- Begründeter Entwurf einer angemessenen Softwarearchitektur unter umfassendem Einsatz von Wiederverwendungsstrategien und Nachweis, dass die wesentlichen Designanforderungen erfüllt sind oder durch Erweiterung der Architektur erfüllt werden können- Begründeter Nachweis der Implementierbarkeit der Softwarearchitektur (Machbarkeitsstudie, C++ Prototyp)
- Bewertung der Qualität der Softwarearchitektur
Bei Fehlern, bitte Mitteilung an die
Webredaktion der Fakultät IME
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