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T-Reqs: A Conceptual Model & Framework for Template-Based Requirements Quality Improvement in Space Engineering

  • The integration of the different stakeholder needs and environmental constraints is the key goal of requirements engineering. This demands collaborations between involved parties, to reach “understandability of the system”, what is particularly challenging for collaborations over different organisations. High quality requirements engineering is the key factor to address these challenges. Requirements are input to all development steps and carry the knowledge to exchange—requirements engineering is an overall life-cycle spanning and in its essence a knowledge management task. The main goal of the T-Reqs framework presented in this thesis is to enable semantic interoperability and to sustain the knowledge by conceptualization of the requirements engineering process applied to European space projects. T-Reqs’ objective is to formallyThe integration of the different stakeholder needs and environmental constraints is the key goal of requirements engineering. This demands collaborations between involved parties, to reach “understandability of the system”, what is particularly challenging for collaborations over different organisations. High quality requirements engineering is the key factor to address these challenges. Requirements are input to all development steps and carry the knowledge to exchange—requirements engineering is an overall life-cycle spanning and in its essence a knowledge management task. The main goal of the T-Reqs framework presented in this thesis is to enable semantic interoperability and to sustain the knowledge by conceptualization of the requirements engineering process applied to European space projects. T-Reqs’ objective is to formally capture the information carried by the requirements to provide top-shelf inputs for the consecutive system and discipline-specific development tasks, in particular within model-based systems engineering. Emphasis is placed on the nature of relationships that exist among requirements and requirement documents. The T-Reqs formalism addresses the structuring of requirements as well as their potential reuse, e.g., in product line development or even between different projects. This implies an overall System Requirements Specification that is distributed in many specifications documents and involves requirements of different levels of abstractions from abstract goals to implementation details. This thesis especially focuses the specification and validation of such requirements documents. The T-Reqs traceability model provides a means to trace not only individual requirements, but also consider relations among views such as documents, taking into account the role they play for stakeholders, especially in reuse. It is shown, how formalization of dependencies, such as for tailoring of standards, enables automated quality checks to facilitate reviews and enhance completeness and consistency of the overall specification. Towards the structuring of requirements itself, different syntactic template systems aim to increase the quality of requirement documentation. Within this thesis a comparative evaluation of these notations is conducted, supporting that claim and differentiating the strength and weaknesses of different approaches. Special emphasis is not only laid on documentation quality, but also the usefulness of these semi-formal notations for integration with model-based development methods. This is achieved through the representation of concepts, which can be managed in special contextualised glossaries. Overall it can be shown that conceptualization of requirements engineering knowledge can support requirements engineering in different aspects and a holistic approach to integrate different tasks lays the foundation for semantic interoperability spanning organizations and life cycle phases.show moreshow less
  • Die Integration der verschiedenen Bedürfnisse aller Interessengruppen und weiterer Randbedingungen ist Ziel von Anforderungsanalyse & -Management (engl. Requirements Engineering). Dies erfordert Zusammenarbeit zwischen allen Beteiligten, um ein „Verständnis des Systems“ zu erreichen—eine besondere Herausforderung für Kooperationen über verschiedene Organisationen hinweg. Hochwertiges Requirements Engineering ist der Schlüsselfaktor um diese Herausforderungen zu meistern. Anforderungen sind die Grundlage für alle Entwicklungsschritte—Requirements Engineering ist ein lebenszyklusübergreifender Prozess und seinem Wesen nach eine Aufgabe des Wissensmanagements. Das Hauptziel des in dieser Arbeit vorgestellten T-Reqs-Frameworks ist es, semantische Interoperabilität durch die nachhaltige Konzeptualisierung von Wissen überDie Integration der verschiedenen Bedürfnisse aller Interessengruppen und weiterer Randbedingungen ist Ziel von Anforderungsanalyse & -Management (engl. Requirements Engineering). Dies erfordert Zusammenarbeit zwischen allen Beteiligten, um ein „Verständnis des Systems“ zu erreichen—eine besondere Herausforderung für Kooperationen über verschiedene Organisationen hinweg. Hochwertiges Requirements Engineering ist der Schlüsselfaktor um diese Herausforderungen zu meistern. Anforderungen sind die Grundlage für alle Entwicklungsschritte—Requirements Engineering ist ein lebenszyklusübergreifender Prozess und seinem Wesen nach eine Aufgabe des Wissensmanagements. Das Hauptziel des in dieser Arbeit vorgestellten T-Reqs-Frameworks ist es, semantische Interoperabilität durch die nachhaltige Konzeptualisierung von Wissen über Requirements-Engineering-Prozesse zu ermöglichen. Dies wird am Beispiel europäischer Raumfahrtprojekte demonstriert. Dazu werden Informationen die in Anforderungen enthalten sind formal erfasst, um eine Grundlage für die nachfolgenden Entwicklungsschritte, insbesondere im Rahmen der modellbasierten System-Entwicklung, bereitzustellen. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf Beziehungen, die zwischen Anforderungen und Anforderungsdokumenten bestehen. Im Fokus stehen die Strukturierung von Anforderungen sowie deren mögliche Wiederverwendung, z.B. in der Produktlinienentwicklung oder sogar verschiedenen Projekten. Dies impliziert eine allgemeine Systemanforderungsspezifikation die auf viele Dokumente verteilt ist, welche Anforderungen auf verschiedenen Abstraktionsebenen von Zielen bis hin zu Implementierungsdetails beinhalten. Diese Arbeit konzentriert sich auf die Spezifikation und Validierung solcher zusammenhängender Anforderungsdokumente. Das T-Reqs-Traceability-Modell bietet die Möglichkeit, nicht nur einzelne Anforderungen zu verfolgen, sondern auch die Beziehungen zwischen den Sichten, wie z.B. Dokumenten, unter Berücksichtigung der Rolle die sie für die Beteiligten spielen, z.B. bei der Wiederverwendung. Es wird gezeigt, wie die Formalisierung von Abhängigkeiten, z.B. für das Tailoring von Standards, automatisierte Qualitätsprüfungen ermöglicht, um Reviews zu erleichtern und die Vollständigkeit und Konsistenz der Gesamtspezifikation zu verbessern. Bei der Strukturierung von Anforderungen selbst zielen syntaktische Schablonensysteme darauf ab die Qualität der Anforderungsdokumentation zu erhöhen. In dieser Arbeit wird eine vergleichende Bewertung solcher Notationen durchgeführt, die diese Annahme bestätigt und jeweilige Stärken und und Schwächen aufzeigt. Besonderes Augenmerk wird dabei nicht nur auf die Qualität der Dokumentation, sondern auch die Nützlichkeit dieser semi-formalen Notationen für die Integration mit modellbasierten Entwicklungsmethoden gelegt. Diese wird über die Repräsentation von Konzepten erreicht, welche in speziellen kontextualisierten Glossaren verwaltet werden können. Insgesamt wird gezeigt, dass die Konzeptualisierung Requirements Engineering in verschiedenen Aspekten unterstützen kann und ein ganzheitlicher Ansatz zur Integration verschiedener Aufgaben die Grundlage für semantische Interoperabilität über Organisationen und Lebenszyklus-Phasen hinweg bietet.show moreshow less

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Metadaten
Author:Katharina Großer
URN:urn:nbn:de:hbz:kob7-25959
DOI:https://doi.org/10.82549/opus4-2595
Referee:Jan Jürjens, Kurt Schneider, Michael Felderer
Advisor:Jan Jürjens, Volker Riediger, Serge Valera, Andreas Jung
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Date of Publication (online):2025/10/02
Date of first Publication:2025/10/02
Publishing Institution:Universität Koblenz, Universitätsbibliothek
Granting Institution:Universität Koblenz, Fachbereich 4
Date of final exam:2025/08/28
Release Date:2025/10/02
Page Number:xxxvi, 414
Institutes:Fachbereich 4 / Institut für Informatik
Fachbereich 4 / Institut für Softwaretechnik
Licence (German):CC BY
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