Modelltransformations-Framework basierend auf Petri-Netzen

Modelltransformationen stellen die Schlüsseltechnologie in der modell-getriebenen Softwareentwicklung dar, um beispielsweise Modellübersetzungen (z.B. ER-Modell in UML-Klassenmodell), Modellerweiterun-gen (z.B. Aspektierung eines Klassenmodells mit Logging-Funktionalität) oder Modellsynchronisationen (z.B. GUI-Modell mit Content-Modell) realisieren zu können. Es existieren mittlerweile unzählige Modelltransformationssprachen, die eine Abbildung zwischen den Metamodellen von Quell- und Zielmodell erlauben und darauf aufbauend die eigentliche Transformation der Modelle vornehmen. Aufgrund gravierender Mängel konnte sich jedoch bis dato keine dieser Sprachen als defakto-Standard in der Praxis durchsetzen. Dies liegt zum einen daran, dass Modelltransformationssprachen meist keine geeigneten Abstraktionsmechanismen zur Verfügung stellen, die den Umgang mit komplexen strukturellen Heterogenitäten zwischen verschiedenen Metamodellen erlauben würden. Zum andern fehlt es existierenden Ansätzen an Mechanismen, die eine Wiederverwendung von Lösungen für wiederkehrende Transformationsprobleme ermöglichen würden. Schließlich weisen diese Sprachen einen "impedance mismatch" zwischen der Spezifikationsebene von Transformationen und der Ausführungsebene auf, wodurch insbesondere Verständlichkeit und Debuggingmöglichkeiten von Transformationen stark beeinträchtigt werden. Das Ziel dieses Projekts liegt in der Entwicklung eines Frameworks zur Spezifikation und Ausführung von Modelltransformationen namens TROPIC (Transformations on Petri Nets in Color). TROPIC ermög-licht die Spezifikation von Modelltransformationen auf unterschiedlichen Abstraktionsstufen, wobei eine deklarative Abbildungssprache basierend auf UML 2 Komponentendiagrammen unterstützt wird, die bei der Überbrückung von Heterogenitäten zwischen Metamodellen von Implementierungsdetails abstrahiert. Um das Potential der Wiederverwendung zu erhöhen, werden generische Transformations-Operatoren in erweiterbaren Bibliotheken zur Verfügung gestellt, wobei diese Operatoren an beliebige Metamodelle gebunden und durch Komposition zu komplexeren Operatoren zusammengefügt werden können. Der "impedance mismatch" zwischen der Spezifikationsebene von Transformationen und der Ausführungsebene wird in TROPIC überwunden, indem ein dezidiertes Laufzeitmodell für die Ausführung von Modelltransformationen in Form von färbigen Petri-Netzen zur Verfügung gestellt wird, das eine homogene Repräsentation aller Transformations-Artefakte (Modelle, Metamodelle sowie Transformationslogik) erlaubt und damit Verständlichkeit und Debugging von Modelltransformationen erleichtert. Die Methode zur Evaluierung von TROPIC basiert auf drei Strategien. Strategie 1 umfasst die Spezifi-kation von Fallstudien für die Transformation heterogener Struktur- und Verhaltensmodelle und deren Realisierung mittels verschiedener existierender Modelltransformationssprachen, sodass eine Evaluierung auf Basis geeigneter Kriterien des Softwarequalitätsstandards ISO 9126 ermöglicht wird. Strategie 2 be-steht in der Durchführung einer empirischen Studie mit den ca. 200 TeilnehmerInnen der Model Enginee-ring Lehrveranstaltungen der TU Wien und der JKU Linz, um die Ergebnisse der Fallstudien kritisch zu reflektieren. Strategie 3 verfolgt das Ziel, den Nutzen von TROPIC durch Workshops mit international renommierten Experten komparativ zu anderen Modelltransformationssprachen zu evaluieren.

Aufgrund der ständig steigenden Komplexität von Software ist die Rationalisierung des Softwareentwicklungsprozesses von entscheidender Bedeutung. Ein aktueller Trend ist die Modell-getriebene Softwareentwicklung, dessen Ziel es ist, Software auf einer abstrakten Ebene zu spezifizieren und immer wiederkehrende Aufgaben durch Codegenerierung zu automatisieren. Dadurch kann nicht nur der Entwicklungsprozess verkürzt, sondern auch die Qualität der entstehenden Software erhöht werden, was vor allem für sicherheitskritische Anwendungen wie beispielsweise in der Flugzeugindustrie von größter Wichtigkeit ist. Für die Spezifikation auf einer abstrakten Ebene werden Softwaremodelle eingesetzt. Entsprechend diesem Prinzip, spielen Modelle die zentrale Rolle im Softwareentwicklungsprozess. Diese Modelle können mit unterschiedlichen Formalismen repräsentiert werden, wobei jeder Formalismus für einen bestimmten Zweck optimiert ist. Um die unterschiedlichen Modelle eines Projekts ineinander zu überführen und damit inkonsistente Spezifikationen zu vermeiden, stellen Übersetzungen zwischen den unterschiedlichen Modellen bzw. Code sogenannte Modelltransformationen den Kernmechanismus dar. Für die Spezifikation und die Ausführung von Modelltransformationen wurden mittlerweile dedizierte Transformationssprachen vorgeschlagen. Im Rahmen des TROPIC-Projekts wurden, um fehlende Wiederverwendungsmechanismen in existierenden Transformationssprachen wett zu machen, einerseits wiederkehrende Probleme identifiziert sogenannte Transformationsmuster und andererseits vorgefertigte Lösungen Komponenten für diese entwickelt, auf die Entwickler bei der Erstellung einer Modelltransformation zurückgreifen können. Dies stellt die Voraussetzung für einen effizienteren und fehlerfreieren Entwicklungsprozess von Modelltransformationen dar. Um darüber hinaus die Fehlersuche in Transformationen zu unterstützen, wurden existierende Transformationssprachen sowie die eigenen vorgeschlagenen Komponenten in einen visuellen Formalismus auf Basis von Petri-Netzen überführt, der es auf Grund seiner formalen Basis erlaubt, Transformationsspezifikationen hinsichtlich Korrektheit automatisiert zu verifizieren.Um die vorgeschlagenen Konzepte zu evaluieren, wurde eine entsprechende prototypische Implementierung umgesetzt. Diese erlaubt es, Modelltransformationen auf Basis der vorgeschlagenen Komponenten graphisch zu spezifizieren. Diese Spezifikation sowie Spezifikationen in anderen gängigen Transformationssprachen können in eine Petri-Netz-basierte Sicht überführt werden, welche sich besonders für das Auffinden von Fehlern in einer Spezifikation eignet.