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Towards a reference-model for interaction oriented systems [Elektronische Ressource] / vorgelegt von Malte Philipp Armbruster

218 pages
Towards A Reference-ModelFor Interaction Oriented Systems(RM-IOS)vorgelegt vonDiplom-InformatikerMalte Philipp Armbrustervon der Fakult¨at IV - Elektrotechnik und Informatikder Technischen Universit¨at Berlinzur Erlangung des akademischen GradesDoktor der Ingenieurwissenschaften– Dr.-Ing. –genehmigte DissertationPromotionsausschussVorsitzender: Prof. Dr. Uwe Nestmann1. Gutachter: Prof. Dr. Bernd Mahr2. Gutachter: Prof. Dr. Klaus Robering3. Gutachter: Prof. Dr. Manfred Thuring¨Tag der wissenschaftlichen Aussprache:28. Januar 2011———–D83Berlin 2011AbstractOne of the latest and most significant challenges in the domain of software de-velopment is the successful realization of good usability of the systems generatedby this domain. Given the results of conducted surveys regarding the economicalcosts caused by a lack of software system’s user friendliness this trend is easilycomprehensible and the inevitable consequence. However, the prevalent modelsin the domain of software engineering do not sufficiently reflect the aspects ofgood usability. Thus it is often not possible to include the knowledge and exper-tise offered by usability experts and designers into the development process ofsoftware systems.
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Towards A Reference-Model
For Interaction Oriented Systems
(RM-IOS)
vorgelegt von
Diplom-Informatiker
Malte Philipp Armbruster
von der Fakult¨at IV - Elektrotechnik und Informatik
der Technischen Universit¨at Berlin
zur Erlangung des akademischen Grades
Doktor der Ingenieurwissenschaften
– Dr.-Ing. –
genehmigte Dissertation
Promotionsausschuss
Vorsitzender: Prof. Dr. Uwe Nestmann
1. Gutachter: Prof. Dr. Bernd Mahr
2. Gutachter: Prof. Dr. Klaus Robering
3. Gutachter: Prof. Dr. Manfred Thuring¨
Tag der wissenschaftlichen Aussprache:
28. Januar 2011
———–
D83
Berlin 2011Abstract
One of the latest and most significant challenges in the domain of software de-
velopment is the successful realization of good usability of the systems generated
by this domain. Given the results of conducted surveys regarding the economical
costs caused by a lack of software system’s user friendliness this trend is easily
comprehensible and the inevitable consequence. However, the prevalent models
in the domain of software engineering do not sufficiently reflect the aspects of
good usability. Thus it is often not possible to include the knowledge and exper-
tise offered by usability experts and designers into the development process of
software systems.
To rise to that challenge this thesis proposes the structure and essential content
for a reference model for interaction oriented systems, in an attempt to offer
a fundamental, conceptual basis for an encompassing, interdisciplinary model in
the domain of software development for human-computer-interaction.
One of the main challenges regarding the construction of that model is being
posed by the systemic character of good usability, which is prohibitive of a purely
reductionist approach. Rather, during the conceptual work of the construction
of the model concepts must be accessed which have proven to be capable tools
in the context of systemic modeling. One of these is the concept of a multiple
perspectivebased inspectionofasystem, which isbeingreflected inthestructure
of the model brought forward in this thesis.
The development process of this model follows a rational and analytical approach
and is being anchored in the guidelines, experiences, and suggestions of acknowl-
edged experts in the field of usability, to finally construct a model structure based
on three perspectives. This then enables the independent description of a sys-
tem from the functionality, interaction, and design perspective, thus preparing
thegroundforthenecessary, interdisciplinarydialog. Tosecureasolidfoundation
for the model introduced in this thesis, the Reference Model of Open Distributed
Processing (RM-ODP) is being drawn upon.
The practical relevance of the Reference Model for Interaction Oriented Systems
(RM-IOS) is then being verified during the conduction of a case study which
serves as a proof of concept of the goals formulated in the hypothesis.
iiiKurzfassung
Einederjungsten¨ undbedeutsamstenHerausforderungeninderDom¨anederSoft-
ware Entwicklung ist die erfolgreiche Umsetzung von Benutzerfreundlichkeit der
vonihrhervorgebrachtenSysteme. AngesichtsderErgebnissevondurchgefuh¨ rten
Studienbezu¨glichderdurchmangelndeBenutzerfreundlichkeitverursachtenwirt-
schaftlichen Kosten ist dieser Trend eine leicht nachvollziehbare und unausweich-
licheKonsequenz. Dochdieg¨angigenModellederDom¨anederSoftwareEntwick-
lung reflektieren die Aspekte der Benutzerfreundlichkeit noch nicht ausreichend.
Dadurch ist es h¨aufig nicht m¨oglich, das Wissen, welches Usability Experten und
Designer zur Verfu¨gung stellen, entsprechend in die Entwicklungsprozesse ein-
fließen zu lassen.
Um sich der Herausforderung dieser Situation zu stellen, wird in dieser Arbeit die
Struktur und inhaltliche Basis eines Referenz-Modells fur¨ interaktionsorientierte
Systeme vorgestellt, in dem Versuch, eine fundamentale, konzeptuelle Grund-
lage fu¨r ein umfassendes, interdisziplin¨ares Modell in der Dom¨ane der Software
Entwicklung fu¨r Mensch-Computer-Interaktion zu bereiten.
Eine der Hauptschwierigkeiten hierbei stellt sich in dem systemischen Charakter
guterBenutzbarkeitdar, welchereinenreinreduktionistischenAnsatzausschließt.
Vielmehr muss bei der Modellierungsarbeit auf Konzepte zuruc¨ kgegriffen werden,
die sich im Kontext systemischer Modellierung bew¨ahrt haben. Eines davon ist
das Konzept der multiplen perspektivischen Betrachtung eines Systems, welches
sich in der Struktur des hier vorgestellten Modells widerspiegelt.
Die Entwicklungsarbeit fu¨r die Erstellung dieses Modells folgt einem rationalen,
analytischen Verfahren und wird in den Richtwerten, Erfahrungen und Ratschl¨a-
gen anerkannter Usability-Experten verankert, um schließlich eine auf drei Per-
spektiven basierende Modell-Struktur zu konstruieren. Diese erm¨oglicht dann
eine unabh¨angige Beschreibung eines Systems aus der funktionalen, interaktiven
und gestalterischen Perspektive und ¨offnet somit den Raum fu¨r den notwendigen
interdisziplin¨aren Dialog. Als Basis wird hierfur¨ das Reference Model of Open
Distributed Processing (RM-ODP) herangezogen, wodurch eine solide Grundlage
fu¨r das Modell gesichert wird.
Die praktische Relevanz des hier vorgestellten Reference Model for Interaction
OrientedSystems (RM-IOS)wirdineinerimRahmendieserArbeitdurchgefuh¨ rten
Fallstudie verifiziert, welche als Nachweis der erfolgreichen Umsetzung der in der
Hypothese dieser Arbeit formulierten Ziele dient.
iiiivContents
List of Figures xi
List of Tables xiii
List of Abbreviations xv
1 Introduction 1
1.1 Problem statement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2 Hypothesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.3 Approach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.4 Structure of this Thesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2 Preparing Thoughts 9
2.1 Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.1.1 The “Model” term . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.2 System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.2.1 Software Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.3 Separation of Concern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.3.1 Division of Responsibility and Division of Labor . . . . . . 17
2.3.2 Separation of Concern in Software Systems . . . . . . . . 19
3 State of the Art 25
3.1 Reference Models in UI Development . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.2 Models in the Domain of Software Engineering for the User In-
terface Development . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.3 Models and Methodologies for the MDD Approach in UI Devel-
opment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3.3.1 Model View Controller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
v3.3.2 Unified Modeling Language . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.3.3 RM-ODP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.3.4 UsiXML . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.3.5 UMLi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3.3.6 GOMS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3.4 Dialog Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.4.1 Backus-Naur Form (BNF) grammars . . . . . . . . . . . 39
3.4.2 State Transition Diagrams . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
3.4.3 Statecharts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
3.4.4 Petri Nets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.5 ISO Standards Relevant to UI Development . . . . . . . . . . . . 41
3.5.1 ISO 13407 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.5.2 ISO 9241 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.5.3 ISO 9126 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.5.4 ISO 25000 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.6 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
4 Development and Overview of the RM-IOS 45
4.1 Motivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
4.2 Development of the Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
4.2.1 TowardsaReferenceModelforInteractionOrientedSystems 48
Shneiderman’s Eight Golden Rules of Interface Design . . 48
Collecting Relevant Aspects . . . . . . . . . . . . . . . . 51
Structuring Relevant Aspects . . . . . . . . . . . . . . . 52
Grouping Relevant Aspects . . . . . . . . . . . . . . . . 55
Selecting Relevant Aspects . . . . . . . . . . . . . . . . 56
4.3 RM-IOS - Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
4.3.1 RM-IOS - Foundation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
4.3.2 RM-IOS - Functionality . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
4.3.3 RM-IOS - Interaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
4.3.4 RM-IOS - Style . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
4.3.5 Coverage of the RM-IOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
4.4 RM-IOS - Six Questions for a Model . . . . . . . . . . . . . . . 67
4.4.1 Questions for a model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
What is RM-IOS a model of? . . . . . . . . . . . . . . . 68
What isS a model for? . . . . . . . . . . . . . . . 68
vi