Requirements Engineering in Germany’s Research Center for Aeronautics and Space

Requirements Engineering in Germany’s Research
Center for Aeronautics and Space

REFSQ 2010 (29.03.2011, Essen, Germany)
Andreas Schreiber <Andreas.Schreiber@dlr.de>
German Aerospace Center (DLR), Cologne
http://www.dlr.de/sc

REFSQ 2011 > Andreas Schreiber > Requirements Engineering in Germany’s Research Center for Aeronautics and Space > 29.03.2011

Abstract

“The development of software is a core activity at most DLR institutes. About a quarter
of DLR’s manpower is assigned to it. Projects range from small software tools
developed by students to large long-term cooperations with other research centers,
academia, and industry. The kind of developed software is very also different. There
are many small scripts with a limited lifetime (e.g., for prototyping) as well as large
systems or critical real-time software. Furthermore, in most cases the software is
developed by engineers or natural scientist who do not have any education in software
engineering. The talk outlines the current status of software engineering at DLR with
focus on requirements engineering. With examples from very different development
projects, some of the used tools and methodologies for requirements engineering will
be described. Also, the efforts for DLR-internal standardization and some of the
research topics related to requirements management will be presented.“

REFSQ 2011:
http://www.sse.uni-due.de/refsq/2011/industry-track/invited-presentations/

Folie 2

Outline

!  The German Aerospace Center (DLR)
!  Software development at DLR
!  Example projects
!  Status of requirements engineering
!  Software Engineering at DLR
!  Research topics

Folie 3

Folie 4

DLR
German Aerospace Center

!  Research Institution
!  Space Agency
!  Project Management Agency

Folie 5

Locations and employees

6500 employees across
Hamburg n
29 research institutes and n Neustrelitz
facilities at Bremen n n Trauen
n  13 sites. Berlin n
Braunschweig n

n Dortmund n Goettingen
Offices in Brussels,
Paris and Washington. n Koeln
n Bonn

Lampoldshausen n

Stuttgart n

n Oberpfaffenhofen
Weilheim n

Folie 6

Total income 2010 – Research, operations and
management tasks (excluding trustee funding from the
Space Agency/ DLR Project Management Agency): 751 Mio.€
62 Alle Angaben in Mio. Euro

95
n  Space
288
n  Aeronautics
46 n  Transport

n  Energy
45 n  Space Agency /
DLR Project Management Agency
n  Other income / earnings

215

Folie 7

Software Development at DLR

Folie 8

Software Development at DLR

More than 1000 employees
are developing software

> 100 Million EURO
personnel cost per year

DLR is one of Germany
largest software developers
Folie 9

Software in Space and Aerospace

Mission-critical software
(e.g., real-time software)

Web-based software for
internet and intranet

Supporting software
(e.g., data management)

High-Performance and
scientific computing Software
Folie 10

Scientific Software Development

!  Typical phenomenon: Developments start as small programs (e.g.,
scripts) but often growth to huge software systems

!  Team size ranges rom one student up to over 50 scientists

!  Many scientists don’t have any Software Engineering Education but
they develop large software systems

!  Their goal is to get running code to solver their problems very fast

!  Loss of productivity due to antiquated methods and tools

Folie 11

Development Process in Aerospace Engineering
Based on ECSS
Progress

Planning (0/A)

Preliminary Design (B)

Design & Production (C/D)
Design & Production ( C/D)
Design & Production ( C/D)

Operation (E)

Folie 12

DLR Standard Development Process

QUARTERLY *
1 Require- 2 Release 3 4 14 Code 15 16
Discussion 17
Detailed Test Case Doc. for
ments + Test Release
Planning Design Generation Users (Review)
Analysis Analysis

MONTHLY *
5 (Change) 6 Release 11 12 13
Doc. for Discussion Incremental
Request
Planning Developer + Inspection Release
+ Decision

DAILY *
7 Unittest 8 Check-In 9 Build Integration/
Codestyle + SW-System
+ Coding Deploy
+ Test 10 Test

* Time scales may vary
Folie 13

Example Projects

Folie 14

Shefex II

Project Goal
!  Development of real-time
operation system functions
based on QNX
(POSIX compatible real-time OS)

Development Process
!  Tailored ECSS

Programming Language
!  C++

Folie 15

Shefex II
Development Process (Tailored ECSS)

Phase A
!  Mission Requirements (DOORS)
Phase B
!  System + Software Requirements (DOORS)
!  Software architecture (components,
data flow) (Enterprise Architect)
Phase C
!  Development andTest (Eclipse, Subversion, make, Mantis)
Phase D
!  Acceptance test in real hardware environment
!  Test sequences (commands) activated in source code by compiler
directives

Folie 16

Shefex II
Used Tools

Requirements
!  DOORS
Change management
!  Mantis
Repository
!  Subversion
Design-Tool (UML)
!  Enterprise Architect
IDE
!  Eclipse + QNX-Plug-In + Subversive
Build-Tool
!  make (Makefile generated by QNX-Plug-In)

Folie 17

DataFinder

Project Goal
!  Data management system
for data from
!  Simulations
!  Experiments
!  Earth observation

Programming language
!  Python
!  GUI-Toolkit Qt

Folie 18
gearconf 2009 > Andreas Schreiber> Software Engineering inder Luft- und Raumfahrt mit Open Source Tools > 01.10.2009

DataFinder
Used Tools

Requirements Communications Tools
!  Wiki (MoinMoin) Tool Description
Change management CodeCollobor Code review tool for pre-
ator and post-commit review
!  Mantis
Polycom Audio and video
Repository communication
!  Subversion Saros Eclipse distributed pair
programming
Design-Tool (UML)
Mumble Audio communication
!  Enterprise Architect
Mylyn Task-based Mantis
IDE integration in Eclipse

!  Eclipse + PyDev RealVNC Desktop sharing
Eclipse- Eclipse integrated
Build-Tool Hudson Hudson monitoring
!  distutils Adobe web conference system
Connect Pro

Folie 19
gearconf 2009 > Andreas Schreiber> Software Engineering inder Luft- und Raumfahrt mit Open Source Tools > 01.10.2009

Status of Requirements Engineering
at DLR


Requirements Analysis
Typical „Process“
Wiki Excel-Spreadsheet Document (Word)

Step 1: Step 2: Step 3:
Gathering of requirements Priorization and Export to document
grouping (for printing)

Step(s) n – m:
Tracking of
Requirements
Folie 21

Practice of Requirements Engineering at DLR

!  Use of sophisticated tools and methods in major space projects
!  In many other cases, there is no methodology
!  Use of simple tools for small projects
!  Examples
!  None
!  Office tools (Word, Excel, …)
!  Wikis
!  Diagram software (Visio, UML tools, …)
!  RE tools (DOORS, Requisite Pro, …)
!  Other tools (Google Wave, Mantis, …, Pen & Paper)

!  Current overall status was unknown at DLR -> Questionnaire

Folie 22

Questionnaire
Goal: Status of RE in all 30 Institutes and All Domains
Prozess

Wird
das
Requirements
Engineering
als

Projektabfragen Anforderungsmanarozess
war
genommen?
eigenständiger
P

gement

Wie
kritische
ist
Werkzeuge
der
Projekterfolg

Wird
bei
der
Dokumentation

anzusehen? Anforderungs Findet
tandard-‐Gliederung

eine
S eine
Welche
Programme

erhebung Gibt
es
eine
explizite

Welche
Techniken
werden
zur
Ermittlung
Prozessdefinition
für
Attributierung
der
nd

genutzt?
(RUP,
IEEE830-‐1998,

V-‐Modell,
Lasten-‐
u werden
im
RE

eingesetzt? ist
ein
Fehler

Wie
kritisch

Wieviele

Zustimmfragen
1..5:
(Befragungstechniken,
Kreativitätstechniken,
E-‐Prozess
in

-‐
Ich
finde
dem
R
den
RE-‐Prozess? auf
einem
JA
Filter
Anforderungen
(Id,

Zustimmfragen
1..5: Pflichtenheft)
Werden
eingesetzt?

in
der

zu
entwickelnden

Entwickler
sind
an
unseren
Projekten
wird

zu
wenig

Dokumentenzentrierte
Techniken,

Software
anzusehen? gewidmet Anforderungserhebung
wie
wir

Name,

-‐
Ich
bin
mit
der
Vorgehensmodelle

(Bürosoftware
[Word,

Beobachtungstechniken,
Unterstützende
Techniken) Aufmerksamkeit
für
das
RE

dem
Projekt
Beschreibung,

beteiligt?
-‐
Ich
halte
das
strikte
Einhalten
Filter
auf:
JA sie
anwenden
zufrieden. benutzt? Excel],
Wiki,
Visio,

von
Vorgehensmodellen
und
-‐
Der
Einsatz
bestimmter
(CMMI,
Volere,

Frage
nach
Prozessdefinitionen
für

Kritikalität Quelle,
usw)
statt? IEEE830,
Cobit,
...)
Techniken
wird
überbewertet. Spezielle
RE-‐Software) Zustimmfragen
1..5:
Wird
eine
Qualitätsprüfung
der

Projektgröße
(>
Zeitverschwendung.
Wird
d-‐

oder
<
5
PJ)
Anwendung
andere

erhobenen
Anforderungen

-‐
Ich
halte
den
Bürokratischen
Werden
die
Gliederung
an
ie
-‐
Ich
finde
es
wird
zu
wenig

Auf
welche
Weise
Aufwand
für
vertretbar,
Sind
Kriterien
zur

vorgenommen?
da
die

Prüfung
bestimmt
Anforderungen

SE-‐Verfahren besser
sind. worden? Projektspezifika
Filter
auf
spezielle
RE-‐Werkzeuge
Aufwand
beim
Management
von

werden
die
Ergebnisse
Geplante
angepasst?
Wie
viele
Partner
Anforderungen
-‐
Ich
halte
den
Bürokratischen

Wiederverwendung priorisiert? Anforderungen
getrieben.
(beteiligte
Institute,
dokumentiert?

Aufwand
für
vertretbar,
da
es

spätere
Entwicklungen
einfacher

Pro
Werkzeug
-‐
Meiner
Meinung
nach

(Modellbasiert,

Einrichtungen,
Firmen)
macht.

Welche
Techniken
werden
zu
Wird
das
RE
als
einmaliger

natürlichsprachlich)

sind
an
dem
Projekt
Achtung
Filter! Prüfung
der
Kriterien
genutzt?

Kategorie,

(Stellungnahen,
Inspektion,

Werden
rojektbeginn

Prozess
zu
P
die

vorgenommen,
für
mehrere

beteiligt?

Filter
auf
Modellbasiert Wissenschaftliche

Walkthrough,
Perspektivbasiertes
Anforderungen

Projektphasen
wiederholt,

oder
als
kontinuierlicher,
Wie
beurteilen
Sie
die

Lesen,
Prototypenprüfung,

Berechnungssw,

Checklisten)
Versioniert?
begleitender
Prozess
? Eingesetzten
Werkzeuge?

Embedded
SW,
wahrgenommen?
Zielmodelle?
Use
Simulations,
(Projektsicht,
Benutzersicht,

Welchen
fachlichen
Hintergrund
haben
Sie? Cases?
Explizite
Planungssysteme,
Methoden

Modellierung

Welche

Frameworks,

werden
im
RE
Welchen
Prozentsatz
Produktsicht,
Prozesssicht,

Ingenieurwesen,
Mathematik,

Naturwissenschaften,
Informatik,
Technische

unterschiedlicher
AdminSW)angewandt? Können
sich
Anforderungen
RE
im

an
Arbeitsaufwand

nimmt
das

Anbietersicht,
Technische

(Ziele
&
Szenarien,

Assistenz
Berufe,
Betriebswirtschaft,

Perspektiven
verändern,
und
werden
Projektverlauf

Soll-‐Ist-‐Vergleich,
diese
Sicht,
Betriebswirtschaftliche

sonstige[]) Filter
auf
Perspektiven
Systemanalyse,…) Veränderungen
geprüft,

schätzungsweise
ein?
Sicht)
dokumentiert?
Gibt
es
ein

Struktur
(ERD,
(offizielles
oder
inoffizielles)
Rolle

Gibt
es
eine

Klassendiagramm)?
Funktion
Requirements
Engineer

(Dfd)?,
Verhalten(Automaten,
Gremium
zur
Prüfung
vystemanalytiker)?
(z.B.
S on

Zustandsdiagramme,
Petri-‐ Anforderungsänderungen
(z.B.

Netze)

Change-‐Control-‐Board)?

Folie 23

Process Perception

!  Only 33% perceive requirements engineering
as a separate step during software
development
!  In the space domain, perception is
almost 50%
!  Projects with high criticality have very high
perception for requirements engineering
!  With increasing project size, the perception for
requirements engineering declines

Folie 24

Effort

!  In many projects (57%), there is no one in
charge of requirements engineering
!  Man in charge exist in aeronautics and
space domains only
!  The effort for requirements engineering is
approximate 10%-20%
!  Higher efforts for requirements engineering
are either in
!  projects with higher level of maturity,
!  projects with higher criticality, or
!  projects from the aeronautics and
space domains.

Folie 25

Requirements Analysis

!  Many analysis techniques are known
!  Creativity and interview techniques are
very well known (84%)
!  Observation techniques are well know
(58%)
!  The use of document based techniques
increases with number of projects
partners

Folie 26

Used Software with Relation to Application Domain
Space Aeronautics Energy Transport Other

70

60

50

40

30

20

10

0
Office Software Wikis Diagram Software RE-Tools Other
Folie 27

Used Software with Relation to Criticality
Office Software Wikis Diagram Software RE-Tools Other

100%

90%

80%

70%

60%

50%

40%

30%

20%

10%

0%

very high high middle low
Folie 28

Software Engineering at DLR

Folie 29

DLR-Software-Engineering-Netzwerk

!  Einrichtung des DLR-Software-Engineering-Netzwerkes
!  um den DLR-weiten Austausch bzgl. des Software-Engineerings
zu fördern sowie
!  die Einführung und Anwendung gängiger Methoden, Prozesse
und Werkzeuge aus dem Bereich des Software-Engineerings zu
koordinieren.

!  Unterstützung durch das zentrale IT-Management des DLR

!  Bereitstellung aktueller Informationen über separate Seite im
Unternehmenswebportal

Ziel: Qualitätsverbesserung der wissenschaftlichen SW-Entwicklung

Folie 30

DLR Software Engineering Network
Goal: Quality Improvement of Software Engineering
DLR SE
Representative

Developer

Developer

SE Contact SE Contact
Tools and Services

Developer Developer

SE Contact

Developer Developer
Folie 31

DLR Software Engineering Network
Tools and Services
Software Standards
•  Selection of suitable QA methods

Software Catalogue
•  Classification of DLR software developments

Tool Suite
•  Focus on configuration management

Training
•  Methods and tools for scientists

Folie 32

Research Topics


Provenance in Software Engineering

!  Trace software development processes with Provenance information to
answer questions about it
!  Example: Which issues did Heinrich solve for release 1.5.0?

Folie 34

Provenance in Software Engineering

-‐
Name
(M)

Document
Doc
User C hange
C hange

-‐
New
ID
(M) Process

-‐
New
Status
(O)

-‐
New
Assignee
(O)
-‐
Document
(M)

-‐
New
Release
(O)
-‐
C omment
(O)

Define questions about the process Issue
-‐
String
(M)

Issue C hange
C hange
Process Release

Create a model for the
-‐
File
(M)

development process with Open
-‐
ID
(M) Issue

Provenance Model

-‐
Status
(M)

-‐
Assignee
(M)
Archive
Release
!  Identifying data items, actors, Process

relations C ommit

-‐
Number
(M)

-‐
ExitC ode
(M)

Store Provenance information C ommit
Failure
C hange
Set
Revision
Build
during process runtime Result

-‐
Output
(M)
-‐
Message
(M)

Build
Query Provenance information to C overage

answer questions and trace the
-‐
#
Success
(M)
-‐
Version
(M)
Unit
Test
-‐
#
Failure
(M)

process C overage

-‐
C overage

Test
Maven
Result Percentage
(M) Result

Folie 35

Questions?

Folie 36

Requirements Engineering in Germany’s Research Center for Aeronautics and Space

Recommended

Recommended

More Related Content

More from Andreas Schreiber

More from Andreas Schreiber (20)

Requirements Engineering in Germany’s Research Center for Aeronautics and Space