Assistierte Ad-hoc-Entwicklung von kompositen Webanwendungen durch Nicht-Programmierer

Mit der steigenden Verfügbarkeit komponenten- und serviceorientiert bereitgestellter Ressourcen und Dienstleistungen entwickelt sich das Web zu einer geeigneten Plattform für vielfältige Anwendungsszenarien. Darauf aufbauend entstehen komposite Webanwendungen durch das Rekombinieren und Verknüpfen vorhandener Bausteine. Auf diese Weise kann ein funktionaler Mehrwert zur Lösung situationsspezifischer Problemstellungen erzielt werden. Zunehmend wird angestrebt, dass Endnutzer selbst als Anwendungsentwickler in Erscheinung treten. Dieses Prinzip, das End-User-Development, ist ökonomisch lukrativ, da Nischenanforderungen effizienter erfüllt werden können. Allerdings stehen dabei insbesondere Domänenexperten ohne Programmiererkenntnisse noch immer vor substantiellen Herausforderungen, wie der bedarfsgerechten Auswahl von Bausteinen und deren korrekten Komposition. Diese Dissertation stellt daher neue Methoden und Werkzeuge für das assistierte End-User-Development von kompositen Webanwendungen vor. Im Ergebnis entsteht das ganzheitliche Konzept einer Kompositionsplattform, die Nicht-Programmierer in die Lage versetzt, eigenständig Anwendungen bedarfsgerecht zu entwickeln und einzusetzen. Als zentrales Element existiert ein hochiteratives Vorgehensmodell, bei dem die Entwicklung und die Nutzung kompositer Webanwendungen weitgehend verschmelzen. Ein wesentliches Merkmal des Ansatzes ist, dass aus Nutzersicht sämtliche Aktivitäten auf fachlicher Ebene stattfinden, während die Kompositionsplattform die technische Umsetzung übernimmt und vor den Nutzern verbirgt. Grundlage hierfür sind Konzepte zur universellen Komposition und eine umfassende Modellbasis. Letztere umfasst semantikbasierte Beschreibungen von Komponenten sowie Kompositionsfragmenten und von deren Funktionalitäten (Capabilities). Weiterhin wird statistisches und semantisches Kompositionswissen sowie Nutzerfeedback modelliert. Darauf aufbauend werden neue, anwendungsunabhängige Mechanismen konzipiert. Hierzu zählt ein Empfehlungssystem, das prozessbegleitend Kompositionsschritte vorschlägt und das erstmals mit Empfehlungsstrategien in hohem Maße an seinen Einsatzkontext angepasst werden kann. Weiterhin sieht der Ansatz semantikbasierte Datenmediation und einen Algorithmus vor, der die Capabilities von Kompositionsfragmenten abschätzt. Diese Konzepte dienen schließlich als Basis für eine in sich zusammenhängende Werkzeugpalette, welche die Aktivitäten des Vorgehensmodells durchgehend unterstützt. Zum Beispiel assistiert ein Wizard Nicht-Programmierern bei der anforderungsgetriebenen Identifikation passender Kompositionsfragmente. Weitere konzipierte Hilfsmittel erlauben es Nutzern, Anwendungen live zu komponieren sowie anzupassen und deren Funktionsweise nachzuvollziehen bzw. zu untersuchen. Die Werkzeuge basieren maßgeblich auf Capabilities zur fachlichen Kommunikation mit Nutzern, als Kompositionsmetapher, zur Erklärung funktionaler Zusammenhänge und zur Erfassung von Nutzeranforderungen. Die Kernkonzepte wurden durch prototypische Implementierungen und praktische Erprobung in verschiedenen Anwendungsdomänen validiert. Zudem findet die Evaluation von Ansätzen durch Performanz-Messungen, Expertenbefragung und Nutzerstudien statt. Insgesamt zeigen die Ergebnisse, dass die Konzepte für die Zielgruppe nützlich sind und als tragfähig angesehen werden können.:1 Einleitung 1.1 Analyse von Herausforderungen und Problemen 1.1.1 Zielgruppendefinition 1.1.2 Problemanalyse 1.2 Thesen, Ziele, Abgrenzung 1.2.1 Forschungsthesen 1.2.2 Forschungsziele 1.2.3 Annahmen und Abgrenzungen 1.3 Aufbau der Arbeit 2 Grundlagen und Anforderungsanalyse 2.1 CRUISE – Architektur und Modelle 2.1.1 Komponentenmetamodell 2.1.2 Kompositionsmodell 2.1.3 Architekturüberblick 2.1.4 Fazit 2.2 Referenzszenarien 2.2.1 Ad-hoc-Erstellung einer CWA zur Konferenzplanung 2.2.2 Geführte Recherche nach einer CWA 2.2.3 Unterstützte Nutzung einer CWA 2.3 Anforderungen 3 Stand von Forschung und Technik 3.1 Kompositionsplattformen für EUD 3.1.1 Webservice-Komposition durch Endnutzer 3.1.2 Mashup-Komposition durch Endnutzer 3.1.3 Fazit 3.2 Empfehlungssysteme im Mashupkontext 3.2.1 Empfehlungsansätze in Kompositionsplattformen 3.2.2 Nutzerfeedback in Empfehlungssystemen 3.2.3 Fazit 3.3 Eingabe funktionaler Anforderungen 3.3.1 Textuelle Ansätze 3.3.2 Graphische Anfrageformulierung 3.3.3 Hierarchische und facettierte Suche 3.3.4 Assistenten und dialogbasierte Ansätze 3.3.5 Fazit 3.4 Ansätze zur Datenmediation 3.4.1 Ontology Mediation 3.4.2 Vertreter aus dem Bereich (Semantic) Web Services 3.4.3 Datenmediation in Mashup-Plattformen 3.4.4 Fazit 3.5 Fazit zum Stand von Forschung und Technik 4 Assistiertes EUD von CWA durch Nicht-Programmierer 4.1 Assistiertes EUD von Mashups 4.1.1 Modellebene 4.1.2 Basismechanismen 4.1.3 Werkzeuge 4.2 Grobarchitektur 5 Basiskonzepte 5.1 Grundlegende Modelle 5.1.1 Capability-Metamodell 5.1.2 Erweiterungen von Komponentenmodell und SMCDL 5.1.3 Nutzer- und Kontextmodell 5.1.4 Metamodell für kontextualisiertes Feedback 5.2 Semantische Datenmediation 5.2.1 Vorbetrachtungen und Definitionen 5.2.2 Techniken zur semantischen Datenmediation 5.2.3 Architektonische Implikationen und Abläufe 5.3 Ableiten von Capabilities 5.3.1 Anforderungen und verwandte Ansätze 5.3.2 Definitionen und Grundlagen 5.3.3 Übersicht über den Algorithmus 5.3.4 Detaillierter Ablauf 5.3.5 Architekturüberblick 5.4 Erzeugung eines Capability-Wissensgraphen 5.4.1 Struktur des Wissensgraphen 5.4.2 Instanziierung des Wissensgraphen 5.5 Zusammenfassung 6 Empfehlungssystem 6.1 Gesamtansatz im Überblick 6.2 Empfehlungssystemspezifische Metamodelle 6.2.1 Trigger-Metamodell 6.2.2 Pattern-Metamodell 6.3 Architektur und Abläufe des Empfehlungssystems 6.3.1 Ableitung von Pattern-Instanzen 6.3.2 Empfehlungsgründe identifizieren durch Trigger 6.3.3 Empfehlungen berechnen 6.3.4 Präsentation von Empfehlungen 6.3.5 Integration von Patterns 6.4 Zusammenfassung 7 Methoden zur Nutzerführung 7.1 Der Startbildschirm als zentraler Einstiegspunkt 7.2 Live-View 7.3 Capability-View 7.3.1 Interaktive Exploration von Capabilities 7.3.2 Kontextsensitive Erzeugung von Beschriftungen 7.3.3 Verknüpfen von Capabilities 7.3.4 Handhabung von Komponenten ohne UI 7.4 Wizard zur Eingabe funktionaler Anforderungen 7.5 Erklärungstechniken 7.5.1 Anforderungen und verwandte Ansätze 7.5.2 Kernkonzepte 7.5.3 Assistenzwerkzeuge 8 Implementierung und Evaluation 8.1 Umsetzung der Modelle und der Basisarchitektur 8.2 Realisierung der Mediationskonzepte 8.2.1 Erweiterung des Kompositionsmodells 8.2.2 Implementierung des Mediators 8.2.3 Evaluation und Diskussion 8.3 Algorithmus zur Abschätzung von Capabilities 8.3.1 Prototypische Umsetzung 8.3.2 Experten-Evaluation 8.4 Umsetzung des Empfehlungskreislaufes 8.4.1 Performanzbetrachtungen 8.4.2 Evaluation und Diskussion 8.5 Evaluation von EUD-Werkzeugen 8.5.1 Evaluation der Capability-View 8.5.2 Prototyp und Nutzerstudie des Wizards 8.5.3 Prototyp und Nutzerstudie zu den Erklärungstechniken 8.6 Fazit 9 Zusammenfassung, Diskussion und Ausblick 9.1 Zusammenfassung und Beiträge der Kapitel 9.2 Einschätzung der Ergebnisse 9.2.1 Diskussion der Erreichung der Forschungsziele 9.2.2 Diskussion der Forschungsthesen 9.2.3 Wissenschaftliche Beiträge 9.2.4 Grenzen der geschaffenen Konzepte 9.3 Laufende und weiterführende Arbeiten A Anhänge A.1 Richtlinien für die Annotation von Komponenten A.2 Fragebogen zur System Usability Scale A.3 Illustration von Mediationstechniken A.4 Komponentenbeschreibung in SMCDL (Beispiel) A.5 Beispiele zu Algorithmen A.5.1 Berechnung einer bestimmenden Entity A.5.2 Berechnung der Ähnlichkeit atomarer Capabilities A.6 Bewertung verwandter Ansätze Literaturverzeichnis Webreferenze