The QDAcity-RE-RS Method for Creating Complete, Consistent, and Traceable Requirements Specifications
Die QDAcity-RE-RS Methode zur Erstellung von vollständigen, konsistenten und nachvollziehbaren Anforderungsspezifikationen
Creators: name: Mucha, Julia
Publisher: name: Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
Year: 2023

description: Resolving issues that arise in a software project becomes more expensive as the project advances. Hence, it is crucial for a requirements engineer to develop a complete, consistent, and traceable Requirements Specification (RS). To create such a high-quality RS, the requirements engineer must develop a deep understanding of the problem domain. In science, researchers face a similar challenge when building theories. Constructing a theory requires considering all related resources to capture a broad diversity of characteristics. In addition, researchers must document the theory-building process to demonstrate high quality and ensure traceability for other researchers who want to build on the theory. Therefore, researchers developed methods for theory building, from which we draw inspiration for our research. In this dissertation, we present the development and evaluation of the tool-supported QDAcity- RE-RS method, which utilizes Qualitative Data Analysis (QDA). Thus this method supports the analysis of stakeholder information, such as interview transcripts to create natural language RS. We followed the design science process proposed by Peffers et al. [139], which focuses on developing and evaluating an innovative artifact to solve a clearly defined problem. To identify the problem, we performed a Systematic Literature Review (SLR) and conducted an exploratory qualitative survey with 14 Requirements Engineering (RE) experts from the industry. Based on the findings, we developed the QDAcity-RE-RS method and implemented its tool-support. To demonstrate the method, we conducted a case study and triangulated it using a focus group session with 38 RE experts from the industry. Subsequently, we evaluated the artifact by using two approaches. Firstly, we evaluated the tool-support using a heuristic evaluation, which uncovered five usability issues and nine additional improvements. Secondly, we evaluated the QDAcity-RE-RS method by performing an evaluatory case study in an industry project. This study reveals that the method supports various activities within the RE process, such as documenting decisions and preparing stakeholder meetings. The RS resulting from the QDAcity-RE-RS method was complete concerning the analyzed stakeholder information but lacked requirements on topics that were not explicitly discussed, such as requirements for the backend. Notably, the RS demonstrated a strong suit in maintaining consistent usage of technical terms, whereas the requirements in the industry project exhibited numerous variations of technical terminology. The pre-Requirements Specification Traceability (RST) of the requirements to their origin and thus to decisions was found to be very helpful by the requirements engineer of the industry project, as it facilitates the transfer of information to other requirements engineers. The resulting tool-supported QDAcity-RE-RS method facilitates the creation of a natural language RS, enables the documentation of the creation process, and thereby realizes pre-RST. By linking requirements to their origin, the method allows for assessing completeness and identifying inconsistencies.
description: Das Lösen von Problemen in einem Softwareprojekt wird teurer, um so fortgeschrittener das Projekt ist. Daher sollte ein Anforderungsingenieur bereits zu Beginn eines Projektes eine möglichst vollständige, konsistente und nachvollziehbare Anforderungsspezifikation erstellen. Dafür ist es nötig, ein tiefes Verständnis für die Domaine des Nutzers zu entwickeln. In der Wissenschaft stehen Forscher vor einer ähnlichen Herausforderung, wenn es um die Entwicklung einer Theorie geht. Es müssen alle relevanten Ressourcen berücksichtigt werden, um eine breite Vielfalt von Merkmalen zu erfassen. Darüber muss der Prozess des Theoriebildung dokumentiert werden, um eine hohe Qualität nachzuweisen und die Nachvollziehbarkeit für andere Forscher zu gewährleisten, die auf der Theorie aufbauen möchten. Aus diesem Grund haben Forscher Methoden für die Theoriebildung entwickelt und im Laufe der Zeit verbessert, aus denen wir für unsere Forschung Inspiration schöpfen. In dieser Dissertation präsentieren wir die Entwicklung und Evaluation der softwareunterstützten QDAcity-RE-RS-Methode, welche die Praktiken der etablierten qualitativen Datenanalyse (QDA) nutzt. Diese Methode unterstützt den Nutzer bei der Analyse von Stakeholder-Informationen, wie beispielsweise Interviewtranskripte, um eine natürlichsprachliche Anforderungsspezifikation zu erstellen. Für die Forschung folgten wir dem iterativen Design Science Prozess, beschrieben von Peffers et al. [139]. Dieser Prozess fokussiert die Forschung auf die Entwicklung und Evaluation eines innovativen Artefakts zur Lösung eines klar definierten Problems. Um das Problem zu identifizieren, analysierten wir die wissenschaftliche Literatur und führten eine explorative qualitative Umfrage unter 14 RE Experten aus der Industrie durch. Basierend auf den Erkenntnissen entwickelten wir die QDAcity-RE-RS Methode inklusive einer entsprechenden Softwareunterstützung. Um die Wirksamkeit der Methode zu demonstrieren, führten wir eine Fallstudie durch und triangulierten sie mit einer Fokusgruppensitzung mit 38 Anforderungsingenieuren aus der Industrie. Für die Evaluation der softwareunterstützten Methode nutzten wir zwei Ansätze. Als erstes evaluierten wir die Softwareunterstützung mithilfe einer heuristischen Evaluation. Als Resultat identifizieten wir fünf Usability-Probleme und neun zusätzliche Verbesserungsvorschläge. Als zweites, evaluierten wir die QDAcity-RE-RS-Methode anhand einer evaluierenden Fallstudie in einem Industrieprojekt. Diese Fallstudie zeigt, dass die Methode verschiedene Aktivitäten im RE-Prozess unterstützt, wie beispielsweise die Dokumentation von Entscheidungen und die Vorbereitung von Nutzertests. Die aus der QDAcity-RE-RS-Methode resultierende Anforderungsspezifikation war hinsichtlich der analysierten Stakeholder-Informationen vollständig, enthielt jedoch keine Anforderungen zu Themen, die nicht explizit diskutiert wurden, wie beispielsweise Backend-Anforderungen. Auffällig war, dass die Anforderungsspezifikation eine hohe Konsistenz bei der Verwendung technischer Begriffe aufwies, während die Anforderungen im Industrieprojekt zahlreiche Variationen technischer Terminologie aufwiesen. Die Rückverfolgbarkeit der Anforderungen zu ihrem Ursprung inklusive vorangegangener Entscheidungen wurde vom Anforderungsingenieur des Industrieprojekts als sehr hilfreich bewertet, da sie den Informationsaustausch mit anderen Anforderungsingenieuren erleichtert. Die resultierende, software-unterstützte QDAcity-RE-RS-Methode erleichtert die Erstellung einer natürlichsprachlichen RS, ermöglicht die Dokumentation des Erstellungsprozesses und realisiert damit Nachvollziehbarkeit (pre-RST). Durch die Verknüpfung von Anforderungen zu ihrem Ursprung ermöglicht die Methode die Bewertung der Vollständigkeit und die Identifizierung von Inkonsistenzen.