Projekt "GovObjects"
Durchgängige Verfolgbarkeit im Vorfeld der Softwareentwicklung von E-Government-Anwendungen
Auf dieser Seite wird ein Überblick über Hintergrund, Fragestellung und Lösungsansatz des GovObject-Projektes gegeben. (Hinweis: Bei der Konvertierung dieser Seite sind die Querverweise auf die Literatur unten verloren gegangen. Dieses Problem wird noch behoben.)
Hintergrund
Dieser Abschnitt führt ausgehend vom Begriff der Verfolgbarkeit in das Themengebiet ein und zeigt Implikationen für die Anwendung im Bereich der öffentlichen Verwaltung auf.
Verfolgbarkeit
Verfolgbarkeit (hier als deutscher Begriff für Traceability verwendet) entsteht zwischen aufeinander aufbauenden oder inhaltlich voneinander abhängigen Arbeitsergebnissen verschiedener oder gleicher Entwicklungsphasen des Softwareentwicklungsprozesses. Als horizontale Verfolgbarkeit werden hier Verfolgbarkeitsbeziehungen zwischen Arbeitsergebnissen verschiedener Projektphasen bezeichnet, die jeweils vorwärts- und rückwärts betrachtet werden können. Vertikale Verfolgbarkeit besteht zwischen Elementen der gleichen Phase, z.B. im Sinne von Verfeinerungen oder Versionen eines Elements.
Abb 1: Pre-RS Traceability für E-Government
Verfolgbarkeit im Vorfeld der Anforderungsspezifikation
Seit den Arbeiten von Gotel und Finkelstein in den 1990er Jahren wird Verfolgbarkeit relativ zur Anforderungsspezifikation definiert.
Aspekte der Verfolgbarkeit von Anforderungen, die bereits in einer Anforderungsspezifikation vollständig, widerspruchsfrei, eindeutig, umsetzbar, testbar usw. dokumentiert sind, und die sich auf nachfolgende Entwicklungsphasen beziehen, werden als Verfolgbarkeit im Anschluss an die Anforderungsspezifikation bezeichnet.
Solche Aspekte, die hingegen relevant sind, bevor eine Anforderung in eine Anforderungsspezifikation eingeflossen ist, werden als Verfolgbarkeit im Vorfeld der Anforderungsspezifikation bezeichnet. Hier liegen die Ursprünge von Anforderungen, die von Gotel und Finkelstein und darauf aufbauenden Arbeiten im Wesentlichen in den Köpfen der beteiligten Personen gesehen werden.
Seit dieser Zeit ist auch bekannt, dass die Verfolgbarkeit im Anschluss an die Anforderungsspezifikation vergleichsweise gut erforscht ist und grundsätzlich beherrscht wird. Bei der Verfolgbarkeit im Vorfeld hingegen liegen noch Herausforderungen, da diese Aspekte weder gut erforscht sind, noch gut beherrscht werden. Eine aktuelle Studie von Torkar et al. aus 2011 zeigt, dass auch aktuell verbreitete Ansätze noch keine umfassende Lösung für das Vorfeld bieten. Dies trifft auch auf neuere Ansätze zu (z.B. agile Vorgehensweisen), die Beteiligte scheinbar andersartig in den Prozess einbinden und von denen man hätte Impulse erwarten können.
Verfolgbarkeit im Vorfeld der Anforderungsspezifikation von E-Government
Im Vorfeld der Anforderungsspezifikation von Anwendungssystemen, mit denen die öffentliche Verwaltung ihre Prozesse unterstützt, gibt es Besonderheiten.
Seit dem Aufkommen der Idee des E-Government, hat die Intensität und Breite der Unterstützung des Verwaltungshandelns durch Informationstechnik stetig zugenommen. Im Rahmen der durch die E-Government-Diskussion besonders eingehend betrachteten Bürgerdienste, werden beispielsweise Verwaltungsleistungen in Verbindung mit speziellen Konzepten, wie der Lebenslagenorientierung, dem Front-Office/Back-Office-Organisationsmodell und dem One-Stop-Shop-Government über alle Phasen des Verwaltungskontaktes vom Erkennen seiner Notwendigkeit bis zur Abgabe der Verwaltungsleistung an den Bürger und der anschließenden Nachbereitung intensiv unterstützt.
In diesem Kontext geht die Entscheidung sowie die Erstellung und Abgabe von Verwaltungsleistungen als zentrale Aufgabe des Verwaltungshandelns auf den Vollzug von Rechtsvorschriften zurück. Dadurch ergibt sich für das Vorfeld der Anforderungsspezifikation ein Zusammenhang zwischen diesen Rechtsvorschriften einerseits und den Anforderungen an E-Government-Anwendungssysteme andererseits. Durch die zunehmende Durchdringung des Verwaltungshandelns mit Informationstechnik intensiviert und verbreitert sich dieser Zusammenhang.
Wie aber die zuvor angeführten Konzepte aus dem Kontext der Bürgerdienste zeigen, geht dies aber über die reine Rechtsanwendung im juristischen Sinne hinaus. Dieser Zusammenhang wird vielmehr auch durch verwaltungsspezifische Aspekte geprägt, die sich nicht oder nicht vollständig aus Rechtsvorschriften ergeben und nicht nur das Anwendungssystem, sondern auch dessen Umgebung betreffen.
Fragestellung
Im Projekt wurde die Frage untersucht, wie im Vorfeld der Softwareentwicklung die Verfolgbarkeit der Ursprünge von Anforderungen in Rechtsvorschriften an zu entwickelnde E-Government-Anwendungen verbessert werden kann.
Dazu ist es notwendig, dass ein Lösungsansatz direkt auf die Texte der Rechtsvorschriften anwendbar ist, um einerseits die Verfolgbarkeit zu den relevanten Textpassagen zu ermöglichen und andererseits eine Ausgangsbasis für die Modellierung zu schaffen.
Er muss das Einfließen verwaltungsspezifischer Aspekte ermöglichen, die sich nicht oder nicht vollständig aus Rechtsvorschriften ergeben.
Weiterhin muss er Anschluss an die etablierten Phasen der modellgetriebenen Softwareentwicklung bieten und auf offenen, anerkannten Standards, beispielsweise der Object Management Group (OMG) oder des World Wide Web Consortium (W3C) basieren.
So kann der zu seiner Einführung und Anwendung geleistete Aufwand unabhängig von konkreten Herstellern für die Zukunft gesichert werden.
Lösungsansatz
Ein Ansatz, der die zuvor vorgestellten Anforderungen erfüllt und geeignet ist, eine Antwort auf die Fragestellung zu geben, wurde im Rahmen des Projektes entwickelt.
Rechtsvorschriften im Semantic Web als Ausgangspunkt
Der Lösungsansatz dieses Projektes beginnt bei den Rechtsvorschriften im Vorfeld der Anforderungsspezifikation. Sie liegen nichtmehr nur in Papierform, sondern zunehmend im Internet oder im verwaltungsinternen Intranet vor. Damit sind sie auch für die Techniken der Semantic Web zugänglich.
Mit dem Semantic Web ist die Idee verbunden, Inhalte des WWW durch Annotationen zu ergänzen, so dass sie auch von Maschinen und nicht wie bisher nur von Menschen interpretiert werden können. Eine Annotation kann kurz als eine semantische Hinzufügung bzw. Ergänzung verstanden werden, die von einer Maschine verarbeitet werden kann. Sie ist definitionsgemäß immer über einen Annotationskontext mit dem annotierten Element verbunden.
Es lassen sich hierdurch Textpassagen von Rechtsvorschriften mit solchen Annotationen versehen.
Im Jahr 2009 hat das W3C mit RDFa (Resource Description Framework in attributes) auch eine Möglichkeit geschaffen, solche Annotation standardisiert in HTML und XHTML-Dokumente einzufügen.
Weitere Voraussetzung für die maschinelle Verarbeitung ist eine geeignete Ontologie, aus der sich die Semantik der Annotation ergibt. Unter einer Ontologie wird hier nach Gruber die "formale Spezifikation einer gemeinsamen Konzeptionalisierung" verstanden.
Im Rahmen des Projektes wurde eine Ontologie des Verwaltungshandelns entwickelt. Sie kann zur Annotationen der Rechtsvorschriften verwendet werden. Eine Annotation hat dadurch eine Semantik, die sich aus der Ontologie ergibt und ist gleichzeitig mit der Textpassage der Rechtsvorschrift verbunden.
Konvergenz von Modellierungsstandards und Ontologiesprachen
Aktuell ist zu beobachten, dass Standards aus dem Bereich der Ontologiesprachen und die Standards der Softwareentwicklung in ersten Ansätzen konvergieren. Dies führte in 2009 zur Verabschiedung des Ontology Definition Metamodels (ODM) durch die OMG. Damit ist es beispielsweise möglich, Ontologien und ihre Individuen basierend auf MOF, etwa mit der Unified Modeling Language (UML) auszudrücken.
Das ODM erlaubt es, die Annotationen auf ein neuartiges Modell im Vorfeld der Anforderungsspezifikation abzubilden. Dieses Pre-Requirements Model (PRM) stellt Aspekte vereinfacht dar, die Ursprünge von Anforderungen sind und aus denen Anforderungen resultieren können. PRMs zeigen die Klassen, Properties und Individuen der Ontologie dann als Elemente der UML. Es unterscheidet sich damit insbesondere von der Anforderungsspezifikation, da es in deren Vorfeld existiert und noch keine fixierten Anforderungen darstellt.
Das Modell ermöglicht es, Aspekte einfließen zu lassen, die sich nicht oder nicht vollständig aus den annotierten Texten ergeben haben. So können in diesem Modell insbesondere die Spezifika des Verwaltungshandelns einfließen. Außerdem bietet es als Modell Anschluss an die modellgetriebe Softwareentwicklung.
Abb 2: Teil 1 des Lösungsansatzes
Anschluss an die Model Driven Architecture
Um diesen Anschluss dazustellen, muss die bisher in Anlehnung an Gotel und Finkelstein verwendete Illustrartion so angepasst werden, dass sie die Standardmodelltypen der hier verwendeten Model Driven Architecture (MDA) zeigt.
Die MDA führt vier Modelltypen ein, die auf unterschiedlichem Abstraktionsniveau Aspekte des zu modellierten Systems formalisieren. Dadurch versucht die MDA die Komplexität der gesamten Modellierungsaufgabe aufzubrechen und dadurch handhabbar zu machen. Außerdem soll so Plattformunabhängigkeit sowie Interoperabilität erreicht werden.
Modelle des Typs Computation Independent Model (CIM) entsprechen den Modellen einer Anforderungsspezifikation. Die plattformunabhängigen und plattformspezifischen Modelle sowie das Plattformmodell konkretisierten die Inhalte des CIM hinsichtlich umsetzungsrelevanter Aspekte und sind daher hier nur indirekt relevant.
Neben den Modelltypen sind Modelltransformationen das zentrale Kernelement der MDA. Hierfür steht seit 2008 der Standard MOF Query/View/Transformation (QVT) zur Verfügung.
Mit QVT werden die Elemente eines Modells durch Abbildungsregeln im Rahmen von Transformationen auf die Modellelemente eines anderen Modells abgebildet.
Nutzung von Modelltransformationen
Im Kontext der MDA wird die Darstellung der Transformation eines PIM in ein PSM verbreitet. Dadurch entsteht der Eindruck, als könne immer von der Existenz eines Modells ausgegangen werden, das es zu transformieren gilt. Für das CIM trifft dies in der MDA aber nicht zu und es wird in der MDA auch keine Aussage zu seiner initialen Erstellung gemacht.
Vor dem Hintergrund der bisher noch unzulänglich unterstützen Verfolgbarkeit im Vorfeld der Anforderungsspezifikation ist dieser Aspekt aber von besonderem Interesse.
Deshalb wird im Rahmen dieses Projektes die Erweiterung der MDA um den Modelltyp Pre-Requirements Model (PRM) vorgeschlagen, so dass das PRM auch als Ausgangsmodell für die Modelltransformationen in ein initiales CIM genutzt werden kann.
Bei dieser Transformation ist aber eine semantische Lücke zu überbrücken. Die Lücke besteht deshalb, weil im PRM Ursprünge von Anforderungen als Klassen, Properties und Individuen der Ontologie formalisiert sind. Im CIM hingegen Anforderungen beispielsweise als Anwendungsfallmodelle und Prozessmodelle dargestellt sind.
Eine vergleichbare semantische Lücke ist auch bei der PIM nach PSM Transformation zu überbrücken. Dies wird durch den Einsatz des Plattform Modells erreicht, das als Hilfsmodell verwendet wird. Dieser Ansatz lässt sich auch auf andere Modelltypen übertragen.
Im Rahmen dieses Projektes werden analog hierzu für die PRM nach CIM-Transformation spezielle Hilfsmodelle verwendet. Das ist für die Modelltransformationen konzeptioneller Modelle neu.
Damit ist insgesamt der Anschluss an die modellgetriebene Softwareentwicklung nach MDA gefunden. Ausgehend von annotierten Rechtsvorschriften können diese unter Nutzung des ODM über das PRM mit Hilfe von QVT bis zur initialen Anforderungsspezifikation eines CIM überführt werden.
Abb 3: Teil 2 des Lösungsansatzes, inkl. einem Anschluss an die MDA der OMG
Durchgängige Verfolgbarkeit
Dieser Anschluss ist Voraussetzung eine durchgängige Verfolgbarkeit.
In jedem dieser Schritte werden die durchgeführten Transformationen und die in ihnen beteiligten Elemente aufgezeichnet. Die bisher dargestellten Verbindungen zwischen den Elementen sind über die aufgezeichneten Informationen konstruierbar.
Für QVT-Transformationen ist die Aufzeichnung als Teil des Standards verbindlich. Für die ODM-Abbildung wurde in diesem Projekt eine entsprechende Ergänzung entwickelt, die sich am Format des QVT-Standards orientiert. Durch Kombination der aufgezeichneten Verfolgbarkeitsinformationen ist die Konstruktion einer Gesamtsicht und eines durchgängigen Ansatzes möglich.
Die nachfolgenden Ausführungen beschränken sich auf die unmittelbar für die Fragestellung relevanten Modelltypen.
Aus deren aufgezeichneten Verfolgbarkeitsinformationen wurden pro Modelltyp ein oder mehrere Hypertextdokumente generiert werden.
So existiert beispielsweise zum CIM ein Dokument, zum PRM Dokumente.
Auch für die Annotationen wird eine solche Dokumentation erzeugt, in die das Ausgangsdokument mit einbettet wird. Diese Hypertextdokumente sind eine Möglichkeit zur Nutzung von Verfolgbarkeitsinformationen.
Im Hypertextdokument sind die Modellelemente über Hyperlinks mit der Dokumentation eines anderen Modelltyps verbunden. Dadurch ist es beispielsweise möglich, entlang der Hyperlinks von einer annotierten Textpassage zum resultierenden Element im PRM und weiter zum Element im CIM zu navigieren. Die prototypische Implementierung ermöglicht auch die Navigation ausgehend von einem Modellelement in der Diagrammdarstellung zu seinem Abbild in der Verfolgbarkeitsdokumentation, um dann weiter entlang der beschriebenen Hyperlinks. Dadurch werden sowohl die horizontale vorwärts- und rückwärtsgerichtete, sowie die vertikale Verfolgbarkeit unterstützt.
Damit ist der Anschluss an die modellgetriebene Softwareentwicklung gefunden. Die Anforderungsspezifikation kann nun mit etablierten Werkzeugen und Techniken weiter verfeinert werden.
Abb 4: Durchgängige Verfolgbarkeit
Zusammenfassung
Im Rahmen des Projektes wurde eine Ontologie des Verwaltungshandelns zur Annotation von Rechtsvorschriften erstellt. Sie kann auf entsprechende Texte angewandt werden. Mit Hilfe des Ontology Definition Metamodels (ODM) können diese annotierten Rechtsvorschriften in ein neuartiges Modell im Vorfeld der Anforderungsanalyse, das sogenannte Pre-Requirements Model (PRM) überführt werden. Dieses Modell stellt eine Erweiterung der bekannten Modelltypen der MDA dar und ermöglicht die Formalisierung verwaltungsspezifischer Aspekte im Vorfeld der eigentlichen Anforderungsanalyse. Eine PRM/CIM-Transformation, in die die E-LoGo-Referenzmodellen einfließen ermöglicht die Erzeugung eines initialen CIM, das als Anforderungsspezifikation dient. Die dabei aufgezeichneten Informationen können genutzt werden, um im Vorfeld von E-Government-Anwendungen die horizontale vorwärts- und rückwärtsgerichtete und vertikale Verfolgbarkeit zu unterstützen.
Der durch diese Arbeit erzielte Erkenntnisfortschritt resultiert aus der Kombination verschiedener, losgelöster Entwicklungen, u. a. E-Gov., MDA und Semantic Web, zur Konstruktion eines neuartigen Ansatzes, der einen Beitrag zur bisher nur unzureichend unterstützten Verfolgbarkeit im Vorfeld der Softwareentwicklung liefert. Es werden durch den Ansatz Standards des W3C und der OMG genutzt, sowie SAGA (Standards und Architekturen für eGovernment-Anwendungen) berücksichtigt.
Ausblick
Für die Praxis wird es möglich, Änderungen an annotierten Passagen eines Gesetzes bis in die Softwareentwicklung zu verfolgen. Dadurch können Auswirkungen von Gesetzesänderungen analysiert werden, indem gezielt die betroffenen Bestandteile der E-Government-Anwendung identifiziert werden.
Für einen solchen Ansatz eröffnet sich ein breites Nutzungsspektrum. Es ergeben sich beispielsweise folgende exemplarische Verwendungsmöglichkeiten:
Im Entwicklungsprozess eines Softwaresystems kann eine Situation eintreten, in der aufgrund sich unvorhersehbar ergebender Zeit- oder Ressourcen-Restriktionen die Priorisierung von Anforderungen erforderlich ist. Dann können durch diesen Ansatz die Anforderungen identifiziert werden, die auf Elemente von Rechtsvorschriften zurückgehen und einen Beitrag zur Erfüllung des gesetzlichen Auftrags leisten. Die Umsetzung anderer, weitergehender Anforderungen kann dann auch nachfolgende Releases verschoben werden.
Bei Gesetzesänderungen können die betroffenen Passagen der Rechtsvorschrift bis zu den Elementen der Anforderungsspezifikation verfolgt werden. Ausgehend von der Anforderungsspezifikation können dann in Kombination mit etablierten Techniken die zu ändernden Elemente des Anwendungssystems identifiziert werden. Dies erlaubt die Abschätzung des Aufwands und die gezielte Anpassung an eine Gesetzesänderung.
Erfolgt die Abschätzung zu einem Zeitpunkt, wo es im Gesetzgebungsverfahren noch Spielraum bei der Ausgestaltung der Änderung gibt, kann durch Vergleich mehrerer Alternativen diejenige gewählt werden, die den wenigsten Aufwand verursacht oder eine schnelle Umsetzung ermöglicht. Das NKRG schreibt in §2 eine vergleichbare Analyse des Erfüllungsaufwands heute bereits vor.
Die Zusammenhänge können auch ausgewertet werden, um die Rechtmäßigkeit der Umsetzung der Rechtsvorschriften in dem Anwendungssystem gezielt nachvollziehen zu können. Jeder hat beispielsweise das Recht, eine als Verfahrensverzeichnis bezeichnete Aufstellung der in einer Behörde eingesetzten automatisierten Verfahren zur Erhebung, Verarbeitung und Nutzung personenbezogener Daten, sowie die gespeicherten Daten und den Zweck ihrer Speicherung einzusehen. Durch Nutzung dieses Ansatzes lässt sich der Erstellungsaufwand für diese Dokumentation, der in der Praxis erheblich sein kann, reduzieren.
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