Gegenstand der Arbeit ist die Entwicklung eines Verfahrens zur Verbesserung der Qualitätseigenschaften eines softwareintensiven technischen Systems. Dieses Verfahren soll im Speziellen auf die Architekturspezifikation angewendet werden und die Qualitätseigenschaften Sicherheit, Verfügbarkeit, Zuverlässigkeit, Wartbarkeit und Echtzeitfähigkeit verbessern.

Grundlegend für das erstellte Verfahren ist ein zyklischer Prozess, welcher in der Architekturentwurfsphase angewendet wird. In diesem Prozess werden zunächst die Qualitätseigenschaften anhand einer Architekturspezifikation ermittelt. Erfüllt eine Architekturspezifikation die Qualitätsanforderung nicht, so wird die Strukturspezifikation dieser Architektur transformiert.

Die verwendeten Transformationen sollten die Qualitätseigenschaften positiv beeinflussen, ohne dabei aber das funktionale Verhalten des Systems zu verändern. Dadurch lassen sich gezielt die Qualitätseigenschaften verbessern.

Der Hauptbeitrag dieser Arbeit liegt in der Entwicklung einer geeigneten Architekturbeschreibungssprache für softwareintensive technische Systeme und eines Formalismus für die automatische Anwendung von Architekturtransformationen auf Basis dieser Architekturbeschreibungssprache. Als formale Grundlage der Architekturbeschreibungssprache werden hierarchische typisierte Hypergraphen verwendet. Dabei wird jedes Architekturelement auf ein Element eines hierarchischen typisierten Hypergraphen abgebildet. Als Konsequenz lassen sich die Architekturtransformationen als Graphtransformationsregeln in der Kategorie der hierarchischen typisierten Hypergraphen darstellen und automatisch anwenden. Die verwendeten Graphtransformationsregeln werden um Anwendungsbedingungen erweitert, wodurch eine automatische Auswahl der Architekturtransformationen ermöglicht wird. Darüber hinaus wird ein Konzept zur Spezifikation von struktur- und typgenerischen Graphtransformationsregeln eingeführt, welches die Mächtigkeit der Architekturtransformationen erhöht.

Für die Bestimmung der Qualitätseigenschaften einer Architekturspezifikation und somit zur Bestimmung des Erfolgs einer Architekturtransformation wird ein Formalismus vorgestellt, welcher nicht-dekomponierte Architekturelemente mit modularen Evaluationsmodellen annotiert. Beispiele für die verwendeten Evaluationsmodelle sind Fehlerbäume, Markov-Modelle und Scheduling-Modelle.

Ausgehend von diesen Evaluationsmodellen sind die Qualitätseigenschaften des gesamten zu erstellenden Systems auf Basis der Architekturspezifikation mit kompositionsbasierten Evaluationstechniken bestimmbar.

Die praktische Umsetzbarkeit des vorgestellten Verfahrens wird mit der Durchführung von industriellen Fallstudien aus dem Bereich des Personennahverkehrs, der Reaktorsicherheit und der Luft- und Raumfahrt demonstriert. Dazu wird das im Rahmen der Dissertation entwickelte Werkzeug BALANCE genutzt. Dieses Werkzeug bietet die Möglichkeit, Architekturspezifikationen für softwareintensive technischen Systeme zu erstellen, zu evaluieren und zu transformieren.

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