In diesem Artikel erfahren Sie, was formale Methoden und Standards sind, warum sie nützlich sind und wie sie angewendet werden können, um Systemanforderungen zu spezifizieren und zu überprüfen.

Keep verification in mind when writing your requirements. One easy question to ask yourself is "How would I know if I'd met this requirement?". Or more likely, "In 18 months time, what would I say to a tired and stressed test engineer when they came to me to ask how I expected them to prove that they'd met my requirement!" To do this, I write the requirement, and an indicative test case at the same time (or at least before I've finished with the requirement set). If I can't think of a sensible test to do, then it's probably not a testable requirement. That's not to say the intent of the requirement itself is wrong, but it just means that I've not written it such that it's testable. Write testable requirements!

Last updated on 4. Okt. 2024

Wie verwenden Sie formale Methoden oder Standards, um Systemanforderungen zu spezifizieren und zu verifizieren?

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Systemanforderungen sind die Spezifikationen und Einschränkungen, die definieren, was ein System tun soll, wie es sich verhalten soll und welche Eigenschaften es haben sollte. Sie sind unerlässlich für den Entwurf, die Entwicklung, das Testen und die Wartung eines Systems, das den Bedürfnissen und Erwartungen der Beteiligten entspricht. Aber wie verwendet man formale Methoden oder Standards, um Systemanforderungen zu spezifizieren und zu verifizieren? In diesem Artikel erklären wir, was formale Methoden und Standards sind, warum sie nützlich sind und wie sie im Systemanforderungsprozess angewendet werden können.

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Kai Tse

Conquering complexity for innovative organisations

1 Was sind formale Methoden und Standards?

Formale Methoden sind strenge und mathematische Techniken, die verwendet werden können, um Systemanforderungen zu modellieren, zu spezifizieren, zu analysieren und zu verifizieren. Sie verwenden formale Sprachen, Logik und Beweise, um die Konsistenz, Vollständigkeit, Korrektheit und Durchführbarkeit von Systemanforderungen auszudrücken und zu überprüfen. Formale Methoden können helfen, Mehrdeutigkeiten, Fehler und Inkonsistenzen in den Systemanforderungen zu vermeiden sowie Konflikte, Lücken und Redundanzen zu erkennen und zu lösen. Formale Standards sind etablierte und weithin akzeptierte Richtlinien, Regeln oder Kriterien, die die Best Practices, Prozesse, Methoden und Tools für die Spezifikation und Überprüfung von Systemanforderungen definieren. Sie bieten einen gemeinsamen Rahmen, eine gemeinsame Terminologie und Notation für die Kommunikation und Dokumentation von Systemanforderungen. Formale Standards können dazu beitragen, die Qualität, Zuverlässigkeit, Sicherheit und Interoperabilität von Systemanforderungen sicherzustellen sowie die Überprüfung, Validierung und Rückverfolgbarkeit von Systemanforderungen zu erleichtern.

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Kemi Lewis

Getting Magic Done Practitioner | C-Suite Advisor | Systems Engineering Yoda| Chief Systems Engineer | IFEC Expert | Gracie Jiu-Jitsu Brown Belt
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Use formal methods like UML or SysML to precisely define system requirements. Apply industry standards such as IEEE 29148 for requirements specification. Employ formal verification techniques—model checking, theorem proving—to ensure requirements are consistent and complete. Keep documentation clear and unambiguous to avoid misinterpretation. Validate requirements through rigorous reviews and testing. Prioritize precision and rigor to eliminate errors early. Stay disciplined, use the right tools, and get it done.

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2 Warum formale Methoden und Standards verwenden?

Formale Methoden und Standards zur Spezifizierung und Verifizierung von Systemanforderungen können viele Vorteile für die Systementwicklung und -wartung bringen. Dazu gehören eine verbesserte Klarheit, Präzision und Vollständigkeit der Systemanforderungen sowie ein geringeres Risiko von Fehlern, Defekten und Ausfällen. Darüber hinaus können formale Methoden das Vertrauen in Systemanforderungen erhöhen, sicherstellen, dass sie die Erwartungen der Stakeholder erfüllen, die Verifizierung und Validierung von Systemanforderungen unterstützen und die Wiederverwendung und Anpassung von Systemanforderungen ermöglichen. All diese Vorteile können zu einer höheren Effizienz und Effektivität bei der Systementwicklung und -wartung führen.

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Randall Satterthwaite, ESEP

MBSE Transformation Expert, System Modeler, MBSE Architect, & Product Owner
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Methods provides a repeatable assessment for the requirements and if implemented effectively, will allow for fair A/B comparisons between design decisions. Standards, while trying to be absolute, always have interpretation involved and are primarily used for regulatory compliance assessment and compatibility with other systems. Care needs to be taken with compatibility; compatibility with the standard does not mean compatibility with other systems conforming to the standard. Requirements for validation of compatibility are critical for this.

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Kemi Lewis

Getting Magic Done Practitioner | C-Suite Advisor | Systems Engineering Yoda| Chief Systems Engineer | IFEC Expert | Gracie Jiu-Jitsu Brown Belt
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They ensure precise, unambiguous specifications and verifications, reducing the risk of errors or misinterpretations. These methods improve system safety, reliability, and compliance, particularly in high-risk sectors like aerospace, defense, and healthcare.

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3 Wie wendet man formale Methoden und Standards an?

Die Verwendung formaler Methoden und Standards zur Spezifizierung und Überprüfung von Systemanforderungen erfordert einen systematischen und disziplinierten Ansatz, der durch die Befolgung einiger wichtiger Schritte erreicht werden kann. Identifizieren Sie zunächst den Umfang, den Zweck und den Kontext der Systemanforderungen. Definieren Sie die Beteiligten, Ziele, Vorgaben und Annahmen der Systemanforderungen. Zweitens wählen Sie die geeigneten formalen Methoden und Standards für die Systemanforderungen auf der Grundlage der Art, Komplexität und Kritikalität der Systemanforderungen sowie der Verfügbarkeit und Eignung der formalen Methoden und Standards aus. Drittens: Verwenden Sie die formalen Sprachen, die Logik und die Beweise, um die Systemanforderungen zu modellieren, zu spezifizieren, zu analysieren und zu verifizieren. Befolgen Sie die formalen Standards, um die Systemanforderungen zu strukturieren, zu formatieren und zu dokumentieren. Viertens: Überprüfen und verfeinern Sie die Systemanforderungen. Bewerten Sie die Qualität, Gültigkeit und Machbarkeit der Systemanforderungen. Identifizieren und beheben Sie alle Probleme oder Probleme in den Systemanforderungen. Verwalten und pflegen Sie schließlich die Systemanforderungen, indem Sie Änderungen an Abhängigkeiten oder Auswirkungen der Systemanforderungen verfolgen. Aktualisieren oder überarbeiten Sie nach Bedarf.

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Kemi Lewis

Getting Magic Done Practitioner | C-Suite Advisor | Systems Engineering Yoda| Chief Systems Engineer | IFEC Expert | Gracie Jiu-Jitsu Brown Belt
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Start by selecting the appropriate standards for your industry and system type. Use formal methods like model checking or theorem proving to specify requirements mathematically. Implement these alongside industry standards to ensure the system’s design and verification processes adhere to regulations. Trace requirements throughout design, development, and testing for alignment.

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4 Beispiele für formale Methoden und Standards

Es gibt viele formale Methoden und Standards, die verwendet werden können, um Systemanforderungen zu spezifizieren und zu überprüfen, z. B. Z, eine formale Sprache, die mathematische Notation und Symbole verwendet, um Datentypen, Zustandsvariablen, Operationen und Einschränkungen zu definieren. UML, ein Standard, der grafische Diagramme und Symbole verwendet, um Systemanforderungen zu modellieren; IEEE 830, ein Standard, der das Format und den Inhalt einer Softwareanforderungsspezifikation definiert (SRS) Dokument; und ISO/IEC 29148, eine Norm, die die Prozesse und Aktivitäten für die Erhebung, Analyse, Spezifizierung, Verifizierung, Validierung und Verwaltung von Systemanforderungen definiert. Z ermöglicht die Analyse und Verifizierung von Systemanforderungen mit Hilfe von logischem Denken und Beweisen. UML unterstützt die Verifikation und Validierung von Systemanforderungen mit Hilfe von Simulations- und Testwerkzeugen. IEEE 830 bietet eine Vorlage und Richtlinien für das Verfassen eines klaren, konsistenten und vollständigen SRS-Dokuments sowie für die Angabe der Qualitätsattribute und Merkmale eines guten SRS-Dokuments. ISO/IEC 29148 bietet einen Rahmen und Best Practices für die Durchführung des Systemanforderungsprozesses sowie für die Rollen und Verantwortlichkeiten der Stakeholder der Systemanforderungen.

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Kemi Lewis

Getting Magic Done Practitioner | C-Suite Advisor | Systems Engineering Yoda| Chief Systems Engineer | IFEC Expert | Gracie Jiu-Jitsu Brown Belt
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Model checking, Z notation, and the B method are common formal methods. Standards like ISO 26262 (automotive), DO-178C (aerospace), and IEEE 830 (software requirements) provide frameworks to ensure your system is specified and verified accurately.

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5 Tipps und Tricks für den Umgang mit formalen Methoden und Standards

Die Verwendung formaler Methoden und Standards zur Spezifikation und Überprüfung von Systemanforderungen kann schwierig und zeitaufwändig sein, aber es gibt einige Tipps und Tricks, die helfen können. Planen Sie im Voraus und planen Sie genügend Zeit und Ressourcen ein, um formale Methoden und Standards zu verwenden, wobei Sie die Lernkurve, die Komplexität und den damit verbundenen Aufwand berücksichtigen. Erwägen Sie, eine Kombination aus formalen Methoden und Standards zu verwenden, die Ihren Anforderungen entsprechen, anstatt sich auf eine einzige Methode oder einen einzigen Standard zu verlassen. Verwenden Sie außerdem Tools und Software, die formale Methoden und Standards unterstützen, um Ihre Systemanforderungen zu erstellen, zu bearbeiten, zu prüfen und zu dokumentieren. Holen Sie schließlich Feedback von anderen Stakeholdern ein, indem Sie sie in den Prozess einbeziehen und mit ihnen anhand formaler Methoden und Standards zusammenarbeiten.

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Kai Tse

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John Terry

Senior Surfing Fellow, Senior Principle Back Country Hiker, and Midway Volunteer Docent
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In support of writing testable requirements write coherent and easy to understand requirements and avoid complexity ( or creative writing) where possible. Remember not only will somebody have to write a test plan based on the requirements, typically, multiple engineers from different disciplines will be reviewing.

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Kemi Lewis

Getting Magic Done Practitioner | C-Suite Advisor | Systems Engineering Yoda| Chief Systems Engineer | IFEC Expert | Gracie Jiu-Jitsu Brown Belt
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Start with a clear understanding of the system scope and industry requirements. Collaborate with experts in formal methods for complex systems. Use automated tools to simplify verification and ensure compliance. Regularly review and update the specification as the system evolves.

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6 Hier ist, was Sie sonst noch beachten sollten

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Kemi Lewis

Getting Magic Done Practitioner | C-Suite Advisor | Systems Engineering Yoda| Chief Systems Engineer | IFEC Expert | Gracie Jiu-Jitsu Brown Belt
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Balance between formal methods and practical implementation—formal methods are rigorous but can be time-consuming. Ensure that the methods and standards you use align with both project goals and stakeholder expectations, adapting them as needed for the system’s complexity and risk profile.

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1 Was sind formale Methoden und Standards?

2 Warum formale Methoden und Standards verwenden?

3 Wie wendet man formale Methoden und Standards an?

4 Beispiele für formale Methoden und Standards

5 Tipps und Tricks für den Umgang mit formalen Methoden und Standards

6 Hier ist, was Sie sonst noch beachten sollten

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