Kapitel 6: Adaptive IT – zukunftsorientierte Software-Architektur
Kapitel 6: Adaptive IT – zukunftsorientierte Software-Architektur
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Vorlesung:<br />
<strong>IT</strong> für Intralogistiksysteme 2013<br />
<strong>Kapitel</strong> 6:<br />
<strong>Adaptive</strong> <strong>IT</strong> - <strong>zukunftsorientierte</strong> <strong>Software</strong>-<strong>Architektur</strong><br />
Prof. Dr.-Ing. Frank Thomas<br />
Dr. Thomas + Partner GmbH & Co. KG, Karlsruhe<br />
Karlsruhe, den 03.07.2013<br />
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<strong>Adaptive</strong> <strong>IT</strong> -<br />
Abbildung von Geschäftsprozessen<br />
durch adaptive <strong>IT</strong>-Prozessbausteine<br />
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<strong>Adaptive</strong> <strong>IT</strong><br />
Die adaptive <strong>IT</strong> steht für die Lösungsphilosophie - statt eines<br />
großen Programms - viele kleine Programm-Module<br />
(<strong>IT</strong>-Prozessbausteine) zu erstellen.<br />
Die Module werden ähnlich wie Bausteine zusammengesetzt<br />
und auf eine Plattform aufgesetzt.<br />
Diese Plattform (Middleware) bezeichnet eine<br />
anwendungsunabhängige Technologie, die zwischen<br />
fachlicher Anwendungssoftware (<strong>IT</strong>-Prozessbausteinen) und<br />
Betriebssystem / Datenbank / Hardware vermittelt.<br />
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<strong>Adaptive</strong> <strong>IT</strong><br />
Zielführend ist daher die Überlegung neue<br />
Anwendungen einer Wiederverwendbarkeit<br />
zugänglich zu machen.<br />
Wiederverwendbarkeit heißt dabei, wenn erstellte Komponenten<br />
bei Bedarf beliebig oft wiederverwendet werden können,<br />
d.h. die Elemente von <strong>Software</strong>systemen sind nach dem<br />
gleichen Muster gebaut.<br />
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Wo liegen die größten Potentiale in Geschäftsprozessen<br />
Aus logistischer Sicht sind die grundlegenden Geschäftsprozesse bei jeder<br />
Intralogistiklösung gleichartig oder zumindest ähnlich.<br />
Aber es werden unterschiedliche, logistische Anforderungen an die<br />
Geschäftsprozesse gestellt:<br />
Datenfluss<br />
WE<br />
WE<br />
Nachschub<br />
Kommissionierung<br />
WA /<br />
Versand<br />
MFCS MFCS MFCS MFCS<br />
Prozessfluss<br />
Wird die Prozesskette mit wieder verwendbaren<br />
Bausteinen adaptiert, dann werden Potentiale sichtbar.<br />
... siehe auch <strong>Kapitel</strong> 5<br />
5<br />
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<strong>Adaptive</strong> <strong>IT</strong> -<br />
Vorteil durch eine <strong>zukunftsorientierte</strong> <strong>Software</strong>-<strong>Architektur</strong><br />
Der implizierte Nutzen von konfigurierbarer <strong>IT</strong> mit<br />
wiederverwendbaren, ausgetesteten und adaptiven<br />
Prozessbausteinen hilft weiter und führt zu ...<br />
➡ geringeren Projektkosten<br />
➡ verkürzten Projektlaufzeiten<br />
➡ einer Steigerung der Lösungsqualität<br />
➡ einer erleichterten Anpassung bei späteren Erweiterungen<br />
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<strong>Adaptive</strong> <strong>IT</strong><br />
<strong>Adaptive</strong> <strong>IT</strong> ist eine Kombination aus Konzepten,<br />
Technologien und Nutzung von entsprechenden Werkzeugen<br />
moderner <strong>Software</strong>entwicklung.<br />
Mit guten Frameworks gelingt es häufig, einen hohen<br />
Wiederverwendungsgrad 80-90 % zu erzielen.<br />
Frameworks sind in <strong>Software</strong> gegossene Konzepte und<br />
Lösungen. Diese Konzepte helfen dem Entwickler beim<br />
Modellieren der Anwendungsdomäne.<br />
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<strong>Adaptive</strong> <strong>IT</strong> durch geeignete <strong>Software</strong>-<strong>Architektur</strong><br />
• Wiederverwendung von <strong>IT</strong>-Prozessbausteinen<br />
• Anpassung der „nicht“-gleichartigen Geschäftsprozessen<br />
WMS (Lauffähiges Kundensystem)<br />
TWS-Standart 80-90%<br />
Projekt-<br />
Spezifika<br />
10-20%<br />
wiederverwendbare Komponenten<br />
anzupassende Prozesse<br />
Frage nach der richtigen <strong>Software</strong>-<strong>Architektur</strong><br />
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<strong>Software</strong>-<strong>Architektur</strong><br />
Die <strong>Software</strong>-<strong>Architektur</strong> ist die grundlegende<br />
Organisation eines Systems und wird verkörpert durch:<br />
➡ ihre Komponenten<br />
➡ deren Beziehungen untereinander und zur Umgebung<br />
➡ die <strong>Architektur</strong>-Prinzipien, die den Entwurf und die<br />
Entwicklung leiten.<br />
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<strong>Software</strong>-<strong>Architektur</strong><br />
Eine einmal eingerichtete <strong>Software</strong>architektur ist später nur<br />
mit hohen Aufwand änderbar.<br />
Die Entscheidung über ihr Design ist somit eine der<br />
kritischsten und wichtigsten Punkte im Entwicklungsprozess<br />
einer <strong>Software</strong>.<br />
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<strong>Software</strong>-Technik<br />
In der <strong>Software</strong>technik sind unter anderem zwei Entwicklungen<br />
festzustellen:<br />
Komplexität der <strong>Software</strong>:<br />
Der Trend geht dahin, daß <strong>Software</strong> immer komplexer wird.<br />
Daraus fogt eine zunehmende Bedeutung der <strong>Software</strong>architektur.<br />
Eine „gute“ <strong>Software</strong>architektur schafft Transparenz.<br />
<strong>Software</strong> muss sich an ständige Veränderungen anpassen:<br />
Neue Marktanforderungen oder Kundenwünsche müssen während oder<br />
nach der Entwicklungsphase ohne großen Aufwand umsetzbar sein<br />
(Entwicklungsprozess mit objektorientierten Werkzeugen).<br />
Es kann sonst ein „Big Ball of Mud“ entstehen, eine gewucherte<br />
<strong>Software</strong>. Eine „gute“ <strong>Software</strong> wirkt dem entgegen.<br />
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Qualität der <strong>Software</strong>-<strong>Architektur</strong><br />
Als Maß für die Qualität der <strong>Software</strong>-<strong>Architektur</strong> gelten:<br />
Mittelbares Maß:<br />
Performance, Sicherheit, Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit,<br />
Robustheit, Funktionsumfang, Benutzbarkeit.<br />
Unmittelbares Maß:<br />
Flexibilität, Testbarkeit, Integrierbarkeit, Wartbarkeit, Änderbarkeit,<br />
Portierbarkeit, Skalierbarkeit, Wiederverwendbarkeit.<br />
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Industrielle <strong>Software</strong>technik<br />
Entwicklungsprozess mit objektorientierten Werkzeugen:<br />
Neu dabei ist:<br />
Man verlässt das Wasserfallprinzip<br />
Im iterativen Prozess nimmt man in jeder Phase<br />
Unvollständigkeiten bewusst in Kauf<br />
Die Rückkehr zu jeder Phase wird durch Werkzeuge (case tools)<br />
unterstützt, die eine permanente Konsistenzprüfung des<br />
Gesamtsystems zulassen<br />
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Entwicklungsschritte eines <strong>Software</strong>systems -<br />
Phasen der <strong>Software</strong>-Entwicklung (II)<br />
Implementierungsphase<br />
Konstruktionsphase<br />
Inbetriebnahmephase<br />
Modellierung<br />
Systemverhalten<br />
Modellierung<br />
Fachkonzept<br />
<strong>Architektur</strong> und<br />
Implementierungsentwurf<br />
Einsatz und Wartung*<br />
*hier fließen Erkenntnisse aus der<br />
Praxis zurück in die Entwicklung<br />
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Abstraktionsprinzip<br />
Im Bereich <strong>Software</strong>architektur gibt es einige spezielle<br />
Teilprinzipien der Abstraktion, die sich auf die<br />
Schnittstellenabstraktion beziehen:<br />
• Explizite Schnittstellen:<br />
Jeder Baustein gibt explizit bekannt, welche Schnittstelle<br />
er an den Klienten herausgibt<br />
• Trennung von Schnittstelle und Implementierung:<br />
Damit sich ein Klient auf die Schnittstelle verlassen kann,<br />
soll die Schnittstelle separat von der Implementierung<br />
beschrieben werden.<br />
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Objektorientierung<br />
Ein wichtiger Aspekt der Objektorientierung ist die Klassifizierung.<br />
Ein Objekt wird als Klasse dargestellt.<br />
Dabei definiert die Klasse ein Muster zur Beschreibung von<br />
Objekten mit gleichen oder ähnlichen Eigenschaften.<br />
Als Hilfsmittel zur Beschreibung von Klassen wird die formale<br />
Sprache UML (Unified Modeling Language) verwendet.<br />
Die Klasse, z.B. LTG, wird mit einem Klassennamen LTG Attribute<br />
(Transportverwaltung, Platzverwaltung, Bestandsverwaltung)<br />
beschreiben die möglichen Zustände einer Klasse.<br />
Operationen (Transport Gut, Lager Gut, Stock) beschreiben das<br />
Verhalten einer Klasse.<br />
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Klasse LTG (LagerTransportGut)<br />
Komponente Verwaltung<br />
Transportverwaltung<br />
Platzverwaltung<br />
Bestandsverwaltung<br />
Abstrakte Klassen<br />
TransportGut<br />
LagerGut<br />
Stock<br />
TWS Plattform<br />
Konkrete Klassen<br />
LTG vereint drei Aspekte:<br />
- Transport<br />
- Lagerung<br />
- Nutzung<br />
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Muster<br />
Abstraktionsgrad<br />
Zweck: Hilfsmittel für die <strong>Software</strong>entwicklung<br />
„Ein Muster beschreibt ein beständig wiederkehrendes Problem und<br />
erläutert den Kern der Lösung für dieses Problem, so dass diese Lösung<br />
beliebig oft angewendet werden kann.“ [Gamma]<br />
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Verbindung von Transportverwaltung und Platzverwaltung<br />
über die Klasse LTG<br />
Interface<br />
TransportGut<br />
Interface<br />
LagerGut<br />
Brücke zur<br />
abstrakten Klasse<br />
TWS-Plattform<br />
LTG<br />
Bestandseinheit<br />
Brücke zur<br />
abstrakten Klasse<br />
Klassendiagramm:<br />
Anwendung des Brückenmusters in<br />
der Bestandsverwaltung<br />
Brücke zur abstrakten Klasse<br />
Interface<br />
Stock<br />
Bestandsverwaltung<br />
<strong>Software</strong>entwicklung nach industriellen Maßstäben,<br />
erhöht die Planungsintelligenz bei Intralogistiksystemen<br />
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Frameworks<br />
Framework bedeutet wörtlich übersetzt Gerüst, Rahmen oder<br />
Skelett. In der Regel wird durch das Framework <strong>–</strong> im<br />
Gegensatz zu einer reinen Klassenbibliothek <strong>–</strong> eine<br />
<strong>Software</strong>architektur für eine Anwendung vorgegeben.<br />
Ein Objektorientiertes Framework legt die Struktur<br />
wesentlicher Klassen und Objekte sowie ein Modell des<br />
Kontrollflusses in der Anwendung fest (Hollywood Prinzip).<br />
In diesem Sinne werden Frameworks mit dem Ziel einer<br />
Wiederverwendung entwickelt und genutzt.<br />
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Frameworks<br />
Um komplexe objektorientierte adaptive <strong>Architektur</strong>en zu<br />
beherrschen, gibt es den zentralen Ansatz des objektorientierten<br />
Frameworks (Rahmenwerk).<br />
Ein Framework im allgemeinen Sinne ist ein wiederverwendbares<br />
System, welches in fertige und halbfertige Subsysteme untergliedert<br />
ist. Es legt dabei die Struktur dieser Systeme und Subsysteme fest.<br />
• Wiederverwendung von Design<br />
• Zur Entwicklung von ähnlichen Anwendungen<br />
+<br />
Komponenten<br />
Framework<br />
Applikation<br />
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Frameworks<br />
TWS-Plattform (Framework)<br />
Komponenten<br />
Hollywood-Prinzip (don´t call us, we´ll call you!)<br />
WE<br />
Nachschub<br />
Komm. WA TV PV BV AV<br />
MFCS<br />
Anwendungsspezifische Teile<br />
Vorgefertigte Teile<br />
• Ablaufsteuerung im wesentlichen vordefiniert<br />
• Kontrollfluss durch Framework („Hollywood-Prinzip“)<br />
• Verbund zusammenhängender Klassen<br />
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Das TWS und das Hollywood-Prinzip<br />
Die Funktion der<br />
Auftragseinlastung ist im<br />
TWS vorhanden<br />
Nicht zwingend können<br />
alle Mandentenvorgaben<br />
befriedigt<br />
werden.<br />
Erweiterung der<br />
TWS-Auftragsdaten<br />
um die mandantenspezifischen<br />
Daten<br />
Es erfolgt eine Anfrage<br />
vom TWS an den<br />
Mandanten („Hollywood-<br />
Prinzip“)<br />
Der Mandant als<br />
„externer<br />
Dienstleister“<br />
Das TWS erfüllt zu 90% die Geschäftsprozesse, unabhängig vom jeweiligen<br />
Mandanten. Der Mandant liefert auf Anfrage die mandatenspezifischen Daten.<br />
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Frameworks - Vorteile<br />
Vorteile:<br />
• Höhere <strong>Software</strong>qualität durch besser durchdachtes Design<br />
• Der Code wird zuverlässiger und robuster (Mehrfachverwendung)<br />
• Der Code wird konsistenter, modularer und standardisierter<br />
• Weniger Code zu implementieren<br />
• Weniger Wartung, falls Framework ausgereift und stabil<br />
• Langfristige Einsparungen durch Wiederverwendung möglich<br />
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Plugins<br />
Plugins sind einzelne Klassen oder Netzwerke von Klassen,<br />
die spezielle Lösungsvarianten für eine konkrete Plattform und/oder<br />
Komponenten implementieren.<br />
Sie müssen nicht mehr den Ansprüchen an Flexibilität genügen,<br />
wie es bei Komponenten oder der TWS-Platform der Fall ist.<br />
Es gibt 3 Typen von Plugins:<br />
• projektspezifische Plugins<br />
• projektübergreifende Nicht-Standard-Plugins<br />
• projektübergreifende Standard-Plugins<br />
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Trennung nach Aspekten und Typisierung von <strong>Software</strong><br />
In einem ersten Schritt wird die <strong>Software</strong> getrennt nach<br />
dem Aspekt:<br />
• Technikbestimmter <strong>Software</strong> und<br />
• Anwendungsbestimmter <strong>Software</strong><br />
Lauffähiges Kundensystem<br />
Anwendungsdomäne Intralogistik<br />
Middleware<br />
Die Anwendungsdomäne bewältigt alle Problemfälle<br />
der Intralogistik.<br />
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Middleware<br />
Die Middleware (Zwischenanwendung)<br />
bezeichnet eine anwendungsunabhängige<br />
Technologie, die in<br />
fachlicher Anwendungs- software und<br />
Betriebssystem / Datenbank / Hardware<br />
vermittelt.<br />
Sie bietet notwendige und hilfreiche<br />
Dienste für die Implementierung und<br />
Laufzeit von Anwendungssoftware.<br />
Sie ist aber nicht dem Bereich der<br />
Anwendungssoftware zuzuordnen.<br />
Middleware<br />
Laufzeitumgebung<br />
Persistence<br />
Fremdgewerkskommunikation<br />
Interprozesskommunikation<br />
Eventhandling<br />
Dialoganbindung<br />
Fehler- und Ausnahmebehandlung<br />
MDA-Werkzeuge<br />
Das Modul Persistence hat die Aufgabe,<br />
die Verbindung zwischen Anwendung<br />
und relationaler Datenbank herzustellen.<br />
Utilities<br />
Logging / Tracing, XML Handling<br />
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Typisierung der WMS-<strong>Software</strong> / TWS ®<br />
Lauffähiges Kundensystem<br />
Anwendungsdomäne<br />
Projektspezifika<br />
Komponente<br />
Middleware<br />
Plugin<br />
Die Anwendungsdomäne bewältigt alle Aufgaben der<br />
Problemfelder innerhalb der Intralogistik.<br />
Sie strukturiert sich nach dem Grad der Wiederverwndbarkeit,<br />
Komponenten, TWS Plattform, Plugins und Profektspezifika.<br />
TWS - Platform<br />
Datenbank<br />
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Typisierung der WMS-<strong>Software</strong> / TWS ®<br />
Lauffähiges Kundensystem<br />
Anwendungsdomäne<br />
Projektspezifika<br />
Plugin<br />
Plugin<br />
(projektspezifisch)<br />
Plugin<br />
(projektübergreifend)<br />
Plugin (Standard)<br />
(projektübergreifend)<br />
Komponente<br />
Wareneingang<br />
Nachschub<br />
Kommissionierung<br />
Warenausgang<br />
MFCS<br />
Transportverwaltung<br />
Platzverwaltung<br />
Bestandsverwaltung<br />
Auftragsverwaltung<br />
Geräteverwaltung<br />
Middleware<br />
Laufzeitumgebung<br />
Persistence<br />
Fremdgewerkskommunikation<br />
Interprozesskommunikation<br />
Eventhandling<br />
Dialoganbindung<br />
Fehler- und Ausnahmebehandlung<br />
MDA-Werkzeuge<br />
Utilities<br />
Logging / Tracing, XML Handling<br />
TWS - Platform<br />
Bedeutung A<br />
Datenbank<br />
B: A verwendet B<br />
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SAIL und <strong>Adaptive</strong> <strong>IT</strong><br />
• Beide Konzepte, SAIL und <strong>Adaptive</strong> <strong>IT</strong>, haben den Einsatz<br />
moderner <strong>Software</strong>technik, Objektorientierte Programmierung (OOP)<br />
wie Funktionskapselung, Modularisierung und den Aspekt der<br />
Wiederverwendbarkeit gemeinsam.<br />
• Vorteile beider Konzepte sind unter anderem:<br />
• eine große Transparenz<br />
• eine höherer Planungssicherheit<br />
• eine Kostenreduzierung in der Angebotsphase<br />
• eine Risikominimierung bei der Phase der Inbetriebnahme<br />
... siehe auch <strong>Kapitel</strong> 3<br />
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