Modellieren

Das Erstellen von Modellen erfolgt in den Anwendungsgebieten der Modellierungssoftware Innovator zumeist in Form von domänenspezifischen Konventionen von grafischen Elementen.

Merkmale und Zweck eines Modells

Ein Modell ist ein zweckgemäß vereinfachendes Abbild der Wirklichkeit. Nach Herbert Stachowiak ist es durch drei Merkmale gekennzeichnet:

  • Abbildung

    Ein Modell ist immer ein Abbild von etwas, eine Repräsentation natürlicher oder künstlicher Originale, die selbst wieder Modelle sein können.

  • Verkürzung

    Ein Modell erfasst nicht alle Attribute des Originals, sondern nur diejenigen, die dem Modellschaffer bzw. Modellnutzer relevant erscheinen

  • Pragmatismus

    Pragmatismus bedeutet soviel wie Orientierung am Nützlichen. Ein Modell ist einem Original nicht von sich aus zugeordnet. Die Zuordnung wird durch die Fragen Für wen?, Warum? und Wozu? relativiert. Ein Modell wird vom Modellschaffer bzw. Modellnutzer innerhalb einer bestimmten Zeitspanne und zu einem bestimmten Zweck für ein Original eingesetzt. Das Modell wird somit interpretiert.

(Quelle: Herbert Stachowiak: Allgemeine Modelltheorie. Wien 1973, ISBN 3-211-81106-0)

In der Informatik dienen Modelle zum einen zur Abbildung eines Realitätsausschnitts, um eine Aufgabe mit Hilfe der Informationsverarbeitung zu lösen. Derartige Modelle heißen Domänenmodelle. Hierunter fallen z.B. Modelle für zu erstellende Software sowohl für deren Architektur (Architekturmodell) als auch deren Code (in Form von beispielsweise Programmablaufplandiagrammen) und Datenmodelle für die Beschreibung der Strukturen von zu verarbeitenden Daten aus betrieblicher/fachlogischer Sicht oder aus technischer Datenhaltungssicht.

Zum anderen können Modelle als Vorlage bei der Konzeption eines informatorischen Systems dienen, man spricht dann von Systemmodellen. Hierunter fallen insbesondere Referenzmodelle, die allgemein als Entwurfsmuster eingesetzt werden können. Referenzmodelle werden beispielsweise für die Konzeption konkreter Rechenanlagen, Netzwerkprotokolle, Data-Warehouse-Systeme und Portale herangezogen.

Neben diesen Modellen, die sich in Hard- und Software sowie in Datenbeständen konkretisieren, gibt es auch Planungs- Steuerungs- und Organisationsmodelle. Typische zu modellierende Objekte sind hierbei die Ablaufstruktur eines Geschäftsprozesses, abgebildet in einem Geschäftsprozessmodell, und die Aufbaustruktur einer betrieblichen Organisation, abgebildet in einem Organigramm.

(Quelle: Manfred Broy, Ralf Steinbrüggen: Modellbildung in der Informatik. Springer, Berlin Heidelberg 2004, ISBN 3-540-44292-8; zitiert nach Wikipedia zum Begriff "Modell")

In Softwareprojekten kommen ausschließlich abstrakte Modelle vor. Drei Hauptziele von abstrakten Modellen in der Softwareentwicklung können identifiziert werden:

  • Sicherstellung, dass die Anforderungen erfüllt werden und das Systemdesign solide ist, durch Testen gegen das Modell

  • Hilfestellung bei der lösungsorientierten Systemplanung. Im Idealfall kann aus dem Modell direkt Code generiert werden

  • Kommunikationserleichterung zwischen Benutzern, Entwicklern, Analytikern, Testern, Managern und jedem anderem, der in das Softwareprojekt involviert ist

Erreicht werden diese Ziele im Allgemeinen durch Abstraktion der realen Welt. So stellt z.B. eine Abstraktion die verschiedenen Ebenen eines Systems dar, eine andere die Interaktionen zwischen Benutzern und System oder die Interaktionen zwischen verschiedenen Systemen.

Die verschiedenen Abstraktionen sind auch nötig, weil die Bedürfnisse der verschiedenen Akteure an ein Modell unterschiedlich sind. Ein Anwender erwartet von einem Modell eher die Veranschaulichung von zukünftigen Interaktionen, wobei ein Entwickler die Objekte, die entworfen werden müssen, mehr interessieren. Ein Tester hingegen erwartet von einem Modell eine Veranschaulichung der Interaktionen zwischen den Objekten, um seine Testfälle daraus ableiten zu können.

Ein Modell soll auf jeden Fall einen Erkenntnisgewinn bringen, möglichst für alle. Nicht nur die Zielgruppe eines Modells soll ein besseres und vertieften Verständnis des untersuchten Systems bekommen, sondern auch der Modellersteller kann bei der Modellierung neue Einblicke bekommen und Zusammenhänge erkennen, die vorher nicht bekannt waren (vor allem hilfreich bei Business Process Reengineering).

(Quelle: Sang-Il Kim: Modellierung von Workflow-Prozessen in der Radiologie. Universität Hamburg, Diplomarbeit 2003)

Das Konzept einer Notation wird durch deren abstrakte Syntax und Semantik, also die Sprachelemente und deren syntaktische Anordnung, definiert. Sie stellen eine Interpretation bereit und bilden die formale Grundlage für die Modellierungssprache. Die abstrakte Syntax und Semantik bilden die eigentliche Sprachbeschreibung und legen im Wesentlichen ihre Ausdrucksmächtigkeit fest.

Auf Basis der abstrakten Konzepte legt die konkrete Syntax textuelle und grafische Sprachelemente fest. Grafische Darstellungsformen für die konkrete Syntax können dabei dominieren. Die Notation legt die grafische Repräsentation der Sprachkonzepte fest, wobei Verknüpfungen der einzelnen Notationselemente nur auf der Basis der abstrakten Syntax und Semantik zulässig sind.

Die Bausteine eines Modells sind Elemente und deren Beziehungen. Die grafische Darstellung der Bausteine erfolgt mit spezifischen Knoten und Kanten (siehe Graphentheorie). Diagramme und Tabellen sind Sammlungen an zusammengehörenden Elementen und Beziehungen.

Welche Elemente und Beziehungen Bestandteil eines Modell(teil)s sein müssen oder können, regelt die jeweilige Sprache, die Notation. Modellierungsmethoden geben an, wie die Notationen zweckmäßig einzusetzen sind. Eine der größten Schwierigkeiten beim Modellieren und die Fehlerquelle mit den gravierendsten Folgen ist dabei die zweckgemäße Abstraktion der Objekte der realen Welt, also deren zweckgemäße Trennung und Vereinfachung unter den Aspekten der Ansprüche an das Modell.

Elemente und Beziehungen haben generelle und spezifische Aufgaben im Modell. Sie besitzen deshalb einen bestimmten Typ, der sie gruppiert und in ihren grundsätzlichen Eigenschaften definiert. Elementtyp und Stereotyp sind die Begriffe, die diese Gruppierung ausdrücken.

Eine Methode ist ein planmäßiges Verfahren, das die handlungstechnische Kompetenz bei der Lösung von theoretischen und praktischen Problemen fördert. Gute Methoden zeichnen sich dadurch aus, dass ihr Bezug zum Problem deutlich erkennbar ist, dass sie die Qualität der Problemlösung erhöhen und dass klar ist, unter welchen Voraussetzungen sie angewendet werden können.

Modellierungssprachen definieren auf einer Metaebene die Semantik, Syntax und Notation der Elemente, die bei der Modellierung genutzt werden können. Für konkretere Anwendungsgebiete sind typische Erweiterungen sehr sinnvoll.

Eine Modellierungsmethode benötigt eine oder mehrere Sprachen, um die benötigten Sichten verständlich wiederzugeben.

  • Fachbegriffe und Konzepte sollten durch domänenspezifische Sprachen (DSL) vorgegeben sein

  • Die Sprachen sollten die systematische Erstellung von konsistenten Dokumenten unterstützen

  • Die Sprachen sollen den Softwareentwurf vorbereiten können, d.h. eine formale Syntax und Semantik besitzen

Die Unterstützung von internationalen Standards und Modellierungskonventionen ermöglicht arbeitsteilige Prozesse, deren Ergebnisse reibungsarm zusammengeführt werden können und durch den vergleichsweise leichten Zugang für alle Beteiligten einen hohen Nutzen mit sich bringen.

Standardisierte Modellierungsmethoden haben folgende Vorteile:

  • hohe Transparenz

  • vergleichbare Projektergebnisse

  • gemeinsame Diskussionsbasis für die beteiligten Gruppen an einem Projekt

  • gute Informationsbasis (Internet, Bücher, Anwendergemeinschaften)

  • zahlreiche unabhängige Fachleute

Wenn verschiedene Modellierungsmethoden aus der Sicht einer Prozessrolle sinnvoll in einer Arbeitsoberfläche kombiniert und mit weitgehend ähnlichen Funktionen und gemeinsamen Tools umgesetzt werden, ergeben sich günstige Bedingungen für eine hohe Produktivität und eine systematische Alltagsanwendung. Diese wiederum sind Voraussetzung dafür, dass Modelle aktuell gehalten werden und ihre ganze Tragkraft entfalten können.

Werkzeuge zur Modellierung stellen Strukturen und Abläufe systematisch grafisch dar und dokumentieren auf diese Weise verschiedene Sichten auf die relevanten Wirklichkeitsausschnitte.

Modellierungswerkzeuge sollen leistungsfähig, vielseitig, flexibel und möglichst einfach zu handhaben sein. Sie müssen die Nachvollziehbarkeit der mit der Modellierung verbundenen Abstraktion sichern, indem sie das Modell selbst in transparente Strukturen gliedern, die Namensgebung regeln und Beschreibungen der Modellelemente mittels Texte, Beziehungen und streng strukturierter Eigenschaften zulassen.

Üblicherweise konzentrieren sich Modellierungswerkzeuge auf eine Modellierungsmethode und optimieren ihre Funktionalitäten auf diese spezifische Anwendung. Für Prozessbeteiligte mit Querschnittsaufgaben und generell aus Projektsicht ergibt sich damit die Notwendigkeit, verschiedene Werkzeuge mit unterschiedlicher Handhabung einzusetzen und zahlreiche Schnittstellenprobleme zu lösen.

Integrierte Modellierungssoftware folgt einem anderen Ansatz, indem sie Methoden mit einheitlicher Benutzerunterstützung kombinierbar zur Verfügung stellt und mit flexiblen internen und externen Schnittstellen die Einbettung in Systemlandschaften erleichtert.

Modellierungswerkzeuge dienen neben der eigentlichen Modellierung, also dem Akt des Umsetzens von Objekten der Realität in die Abstraktionen eines statischen und/oder dynamischen Modells, auch der Modelldokumentation sowie der Spezifizierung und Visualisierung der Modellbestandteile sowie der sie verursachenden Anforderungen.