Durchgängige Verfolgbarkeit im Vorfeld der Softwareentwicklung von E-Government-Anwendungen

484 Pages·2011·16.71 MB·German

by  Thomas Off

Institut für Informatik
Service und Software Engineering

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Dissertation
zur Erlangung des akademischen Grades
"doctor rerum naturalium"
(Dr. rer. nat.)
in der Wissenschaftsdisziplin Informatik

eingereicht an der
Mathematisch#Naturwissenschaftlichen Fakultät
der Universität Potsdam

von
Thomas Off

Potsdam, den 22. August 2011
Dieses Werk ist unter einem Creative Commons Lizenzvertrag lizenziert:
Namensnennung - 3.0 Deutschland
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Online veröffentlicht auf dem
Publikationsserver der Universität Potsdam:
URL http://opus.kobv.de/ubp/volltexte/2012/5747/
URN urn:nbn:de:kobv:517-opus-57478
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-57478
Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis.................................................................................................................................iii

Erklärung...............................................................................................................................................vii

Dank.......................................................................................................................................................ix

1 Einleitung...........................................................................................................................................1

1.1 Hintergrund..............................................................................................................................1

1.2 Motivation.................................................................................................................................4

1.3 Fragestellung und Vorgehensweise.......................................................................................7

1.4 Gliederung der Arbeit.............................................................................................................9

1.5 Fortlaufendes Beispiel...........................................................................................................10

1.6 Lesehinweise...........................................................................................................................11

2 Grundlagen und Einordnung........................................................................................................13

2.1 Verfolgbarkeit in der Softwareentwicklung.......................................................................13

2.2 Model Driven Architecture..................................................................................................21

2.3 Ontologien und Konvergenz mit Modellierungsstandards.............................................32

2.4 Semantic Web.........................................................................................................................38

2.5 E#Government und Bürgerdienste.....................................................................................42

2.6 Bestandsaufnahme.................................................................................................................52

2.6.1 Lösungsansatz.................................................................................................................53

2.6.2 Alternative und verwandte Ansätze.............................................................................54

3 Ontologie des Verwaltungshandelns und ihre Anwendung.....................................................63

3.1 Konzeptionalisierung............................................................................................................64

3.1.1 Normtext und Rechtssatz.............................................................................................64

3.1.2 Rechtsanwendung...........................................................................................................66

3.1.3 Verwaltungshandeln.......................................................................................................70

3.1.4 Zusammenwirken...........................................................................................................81

3.2 Formalisierung in RDFS und OWL...................................................................................82

3.2.1 Normtext# und Rechtssatzkonzepte............................................................................83

3.2.2 Rechtskonzepte...............................................................................................................84

3.2.3 Verwaltungskonzepte.....................................................................................................88

3.2.4 Zusammenwirken...........................................................................................................97

3.3 Semantische Annotation von Rechtsvorschriften..........................................................101

3.3.1 Nutzung des Werkzeugs „OntoMat#Annotizer“.....................................................101

3.3.2 Manuelle Kodierung der RDFa#Annotationen........................................................111

3.4 Zusammenfassung...............................................................................................................115

4 Modell des Verwaltungshandelns und seine Anwendung......................................................117

4.1 Pre#Requirements Model (PRM).......................................................................................117

4.1.1 MDA für das Vorfeld der Anforderungsspezifikation...........................................118

4.1.2 Verwaltungshandeln als Pre#Requirements Model.................................................120

4.1.3 Pre#Requirements Model basierend auf ODM UML#Profil.................................122

4.2 Erzeugung initialer Modelle...............................................................................................124

4.2.1 Transformation der OWL#Ontologie.......................................................................124

4.2.2 Transformation annotierter Rechtsvorschriften......................................................131

4.2.3 Verfolgbarkeit der initialen Modellerzeugung..........................................................141

4.3 Anwendung als Pre#Requirements Model.......................................................................149

4.3.1 Ergänzung vorhandener Elemente............................................................................150

4.3.2 Hinzufügen neuer Elemente.......................................................................................151

4.3.3 Löschen vorhandener Elemente................................................................................152

4.3.4 Verfolgbarkeit der PR#Modellierung.........................................................................152

4.4 Zusammenfassung...............................................................................................................153
iii
5 Anforderungsspezifikationsmodelle für E#Government.......................................................155

5.1 Voraussetzungen und Rahmenbedingungen..................................................................156

5.1.1 Standpunktwechsel vom PRM zum CIM................................................................156

5.1.2 Referenzmodellunterstützte Transformation..........................................................158

5.1.3 Integration der eLoGo#Referenzmodelle für E#Government..............................160

5.1.3.1 Referenzprozessmodell als weiteres Ausgangsmodell..............................162

5.1.3.2 Referenzanforderungsmodell als UML#Profil...........................................169

5.1.4 Integration nicht#funktionaler Anforderungen.......................................................172

5.2 Erzeugung initialer Prozessmodelle.................................................................................174

5.2.1 Beschreibung der Transformation.............................................................................174

5.2.2 Formalisierung der Transformation..........................................................................180

5.3 Erzeugung initialer Modelle der Anforderungsanalyse.................................................187

5.3.1 Beschreibung der Transformation.............................................................................187

5.3.2 Formalisierung der Transformation..........................................................................195

5.4 Verfolgbarkeit der QVT#Transformationen...................................................................206

5.5 Zusammenfassung..............................................................................................................210

6 Gesamtansatz zur Verfolgbarkeit...............................................................................................213

6.1 Einordnung der Bestandteile.............................................................................................213

6.2 Umsetzung und Implementierung....................................................................................218

6.2.1 Verfolgbarkeitsdokumentation des Ausgangsdokuments und der Ontologie...219

6.2.2 Verfolgbarkeitsdokumentation des PRM und des CIM........................................222

6.2.3 Verbindung mit der Modellierung.............................................................................224

6.3 Verwendungsmöglichkeiten..............................................................................................227

6.3.1 Prinzipielle Verwendungsmöglichkeiten..................................................................228

6.3.2 Exemplarische Verwendungsmöglichkeiten............................................................230

6.3.2.1 Beispiel 1: Priorisierung von Anforderungen............................................230

6.3.2.2 Beispiel 2: Auswirkungsanalyse bei Gesetzesänderungen........................230

6.3.2.3 Beispiel 3: Verfahrensverzeichnis der Sozialversicherung.......................230

6.4 Zusammenfassung..............................................................................................................231

7 Ergebnis und Abschluss..............................................................................................................233

7.1 Hintergrund und Arbeitshypothese..................................................................................233

7.2 Bearbeitung der Fragestellung und ihre Ergebnisse......................................................234

7.3 Erkenntnisfortschritt und Nutzen....................................................................................240

7.4 Rahmenbedingungen und Perspektiven..........................................................................241

Anhang................................................................................................................................................243

A Ontologie des Verwaltungshandelns in OWL................................................................243

B Extraktion der OntoMat#Annotationen..........................................................................289

B.1 Extraktion der Annotationen aus HTML#Dokumenten.......................................289

B.2 Extraktion der Annotationen aus XHTML#Dokumenten....................................290

C Ontology Definition Metamodel UML#Profile..............................................................291

D Initiale PRM#Erzeugung....................................................................................................292

D.1 OWL#Ontologie...........................................................................................................293

D.2 OntoMat#Annotation..................................................................................................308

D.3 RDFa#Annotationen....................................................................................................315

D.4 Gemeinsam genutzte Funktionen.............................................................................322

E eLoGo#Referenzmodelle....................................................................................................326

E.1 Referenzprozessmodelle in BPMN...........................................................................327

E.2 Referenzanforderungsmodelle als UML#Profil.......................................................330

F PRM#CIM#Transformation...............................................................................................333

F.1 Prozessmodelle.............................................................................................................333

F.2 Anforderungsmodelle..................................................................................................341

G Verfolgbarkeitsdokumentation.........................................................................................381
iv
G.1 OntoMat#Ausgangsdokument....................................................................................381

G.2 RDFa#Ausgangsdokument..........................................................................................389

G.3 OWL#Ontologie...........................................................................................................395

G.4 Pre#Requirements Model.............................................................................................403

G.5 Computational Independent Model..........................................................................416

G.6 Erweiterung der UML#Modelle..................................................................................429

G.7 Gemeinsam benutzte Funktionen.............................................................................430

H Eclipse#Umgebung..............................................................................................................437

Abbildungsverzeichnis......................................................................................................................441

Tabellenverzeichnis...........................................................................................................................445

Listingverzeichnis..............................................................................................................................447

Literatur...............................................................................................................................................449

v

Erklärung
Ich, Thomas Off, erkläre hiermit, dass die Arbeit bisher an keiner anderen Hochschule
eingereicht worden ist sowie selbständig und ausschließlich mit den angegebenen Mitteln
angefertigt wurde.

Potsdam, den 22. August 2011

________________________
Thomas Off
vii

Dank
An dieser Stelle möchte ich mich bei all jenen bedanken, die diese Arbeit unterstützt und
begleitet haben. Den Anstoß zu dieser Arbeit gab Frau Prof. Dr.#Ing. habil. Erika Horn, die
auch die Betreuung übernahm. An ihre wertvollen, richtungweisenden Anregungen und ihre
offene Art erinnere mich gern. Mit ihrem Tod im Jahr 2009 verlor die deutsche Informatik
eine wichtige Forscherin und große Persönlichkeit.
Frau Prof. Dr.#Ing. Margaria#Steffen übernahm die Betreuung der Arbeit in der schwierigen
letzten Phase. Bei ihr möchte ich mich ganz besonders bedanken, denn die wunderbare
Zusammenarbeit und die konstruktiven, stets lösungsorientierten Diskussionen haben
maßgeblich zum fachlichen Gelingen und zur Fertigstellung dieser Arbeit beigetragen.
Die Anregungen und Hinweise von Herrn Prof. em. Dr. Klaus Lenk weiteten meinen Blick
und gaben der Arbeit aus Sicht der Verwaltungsinformatik ihre Richtung. Darüber hinaus
waren es diese Anregungen und Hinweise, die mir in zeitweise schwierigen Phasen des
Entstehungsprozesses die notwendige Zuversicht gaben. Hierfür möchte ich mich herzlich
bedanken.
Mein besonderer Dank gilt Prof. Dr. Tino Schuppan, der durch seinen konstruktiv#kritischen
Blick auf die Informatik für diese Arbeit wichtige fachliche Fragen aufgeworfen hat, die mich
stets vorangebracht haben.
Während der Entstehungszeit dieser Arbeit unterstützten mich zahlreiche Personen mit
Diskussionen und fachlichen Hinweisen. Aus diesem Kreis möchte ich mich herzlich bei
Frau Jutta Bratz bedanken, die mir mit ihren Hinweisen und Anregungen eine große
Unterstützung gewesen ist.
Ohne den Rückhalt, den mir meine Familie gegeben hat, wäre diese Arbeit nicht möglich
gewesen. Ihr gilt mein ganz besonderer, persönlicher Dank.

ix