This paper presents a piece of software to automatically extract requirements captured in Microsoft Word files while using domain knowledge. In a subsequent step, these requirements are enhanced for implementation purposes and ultimately saved to ReqIF, an XML-based file format for the exchange of specification documents. ReqIF can be processed by a wide range of industry-standard requirements management tools. By way of this enhancement a formalization of both the document structure and selected elements of its natural language contents is achieved. In its current version, the software was specifically developed for processing the Subset-026, a conceptually demanding specification document covering the core functionality of the pan-European train protection system ETCS. Despite this initial focus, the two-part design of this thesis facilitates a generic applicability of its findings: Section 2 presents the fundamental challenges of weakly structured specification documents and devotes a large part to the computation of unique, but human-readable requirement identifiers. Section 3, however, delves into more domain-specific features, the text processing capabilities, and the actual implementation of this novel software. Due to the open-source nature of the application, an adaption to other use-cases can be achieved with comparably little effort. / Diese Arbeit befasst sich mit einer Software zur automatisierten Extraktion von Anforderungen aus Dokumenten im Microsoft Word Format unter Nutzung von Domänenwissen. In einem nachgelagerten Schritt werden diese Anforderungen für Implementierungszwecke aufgewertet und schließlich als ReqIF, einem XML-basierten Dateiformat zum Austausch von Spezifikationsdokumenten, gespeichert. ReqIF wird von zahlreichen branchenüblichen Anforderungsmanagementwerkzeugen unterstützt. Durch die Aufwertung wird eine Formalisierung der Struktur sowie ausgewählter Teile der natürlichsprachlichen Inhalte des Dokuments erreicht. Die jetzige Version der Software wurde speziell für die Verarbeitung des Subset-026 entwickelt, eines konzeptionell anspruchsvollen Anforderungsdokuments zur Beschreibung der Kernfunktionalität des europaweiten Zugsicherungssystems ETCS. Trotz dieser ursprünglichen Intention erlaubt die zweigeteilte Gestaltung der Arbeit eine allgemeine Anwendung der Ergebnisse: Abschnitt 2 zeigt die grundsätzlichen Herausforderungen in Bezug auf schwach strukturierte Anforderungsdokumente auf und widmet sich dabei ausführlich der Ermittlung von eindeutigen, aber dennoch menschenlesbaren Anforderungsidentifikatoren. Abschnitt 3 befasst sich hingegen eingehender mit den domänenspezifischen Eigenschaften, den Textaufbereitungsmöglichkeiten und der konkreten Implementierung der neuen Software. Da die Software unter open-source Prinzipien entwickelt wurde, ist eine Anpassung an andere Anwendungsfälle mit relativ geringem Aufwand möglich.

L'industrie automobile des systèmes embarqués critiques est confrontée de nos jours à une complexité croissante, tandis que les coûts, les performances en termes d'intelligence, les caractéristiques, les capacités et les délais de commercialisation de leurs produits sont constamment remises en question. Face à cela, l'objectif principal pour les constructeurs et fournisseurs automobiles devient désormais de contrôler la qualité et la fiabilité des systèmes mécatroniques et embarqués. L'existence de normes internationales comme le HIS Automotive SPICE et l’ISO26262 est une contrainte supplémentaire qu'ils doivent prendre en compte s’ils veulent atteindre cet objectif. De plus, assurer la bonne gestion de la sécurité et la qualité du produit ne suffit pas: il est essentiel de veiller à ce que nous produisons un système qui n'est pas seulement sécuritaire et bien, mais aussi que nous produisons le bon système. Cela induit donc une plus grande prise en compte des exigences.Dans cette thèse, nous traitons le challenge du développement des systèmes embarqués automobiles suivant l’Ingénierie Dirigée par les Modèles (IDM) qui répondent aux exigences des utilisateurs et des standards du domaine et qui permettent de maîtriser davantage la qualité des produits développés. Le problème à résoudre a été abordé sur plusieurs phases qui sont ensuite utilisés conjointement. En premier, nous définissons un métamodèle fusionnant les approches orienté qualité produit et qualité processus selon respectivement les normes ISO26262 et SPICE. Puis, dans un but de certification, nous proposons une méthodologie générique basée sur ce métamodèle commun où une évaluation du processus de développement induite par l’HIS standard ainsi qu’une évaluation de la sécurité fonctionnelle induite par l’ISO2626 sont simultanément effectuées. Ce résultat est traduit au travers de la définition d'un framework outillé où nous appliquons la méthode d'évaluation propre au standard SPICE. En deuxième phase, nous définissons un métamodèle pour gérer les actifs de sécurité concernant ces normes automobiles au niveau produit. Ce métamodèle définit comment capturer les exigences et l’architecture d’un système de telle manière qu'ils puissent être traçables entre eux et également traçables depuis des documents de spécifications d’origine. Enfin, une approche à base de modèle où l'interaction des modèles de processus et le produit est géré afin de répondre aux besoins identifiés dans la première phase est développé pour soutenir la gestion de projet. L'approche utilise la modélisation des processus et leur mesure pour améliorer le contrôle et le suivi de projet et de réduire par la même les coûts et les fréquences de replanification.Les avantages de la contribution sont démontrés sur une application pilote automobile, validant ainsi le travail de recherche au vue des faiblesses identifiées préalablement dans le contexte. / The embedded safety-critical systems industry is facing an exponential increase in the complexity and variety of systems and devices while costs, performance in terms of intelligence, features, capacities and time to market are constantly challenged. The main objective for automotive manufacturers and suppliers is now becoming the control of quality and the dependability of embedded and mechatronic systems. The existence of internationally recognized standards such as the Automotive SPICE and ISO26262 is a further constraint that must be managed to meet this objective. Nevertheless, ensuring sound management of safety and viewpoints is insufficient. It is also essential to ensure that we produce a system that is not only compliant and well-defined, but also that we produce the “right” system. Therefore, this leads to greater consideration of the requirements.In this thesis, we address the challenge of development of automotive embedded systems following the model-driven engineering paradigm that meet the user needs and the regulatory constraints of the domain and that further mastered the quality of developed product. We resolve the problem in many steps which are subsequently used jointly. In the first phase, we define a merging approach which embodies a product quality and process quality approaches regarding the ISO26262 and SPICE standards following the model-driven engineering paradigm. Then, in a certification assessment purpose, we propose a generic methodology where an HIS assessment and a functional safety audit is simultaneously performed without altering their original meanings. This commitment results into the definition of a tooled framework where we apply the SPICE assessment method to the common metamodel defined from the merging work. In a second phase, we define a metamodel for manage safety assets regarding these automotive standards at product level. This metamodel defines how the requirements and architecture of a system can be captured in such a way that they can be traceable from each other and from origin specifications documents. Finally, a model-based approach where the interaction of process and product models is managed to address requirements identified in the precedent phases is developed to support project management. The approach uses process modeling and measurement to improve the control and the monitoring of project and to reduce the cost and frequency of re-planning.The benefits of the contribution are demonstrated on an ongoing automotive pilot application, thereby validating the research work against the weaknesses identified prealably in the context.

This paper presents a piece of software to automatically extract requirements captured in Microsoft Word files while using domain knowledge. In a subsequent step, these requirements are enhanced for implementation purposes and ultimately saved to ReqIF, an XML-based file format for the exchange of specification documents. ReqIF can be processed by a wide range of industry-standard requirements management tools. By way of this enhancement a formalization of both the document structure and selected elements of its natural language contents is achieved. In its current version, the software was specifically developed for processing the Subset-026, a conceptually demanding specification document covering the core functionality of the pan-European train protection system ETCS. Despite this initial focus, the two-part design of this thesis facilitates a generic applicability of its findings: Section 2 presents the fundamental challenges of weakly structured specification documents and devotes a large part to the computation of unique, but human-readable requirement identifiers. Section 3, however, delves into more domain-specific features, the text processing capabilities, and the actual implementation of this novel software. Due to the open-source nature of the application, an adaption to other use-cases can be achieved with comparably little effort.:1 Introduction 13 1.1 Motivation 14 1.2 Previous formalization attempts 15 2 Processing specification documents 17 2.1 Structural considerations 17 2.1.1 The input format: DOC 18 2.1.2 Different parts of a specification document 20 2.1.3 The output format: ReqIF 20 2.2 Enhancing requirement content 23 2.2.1 Visualizing dependencies 25 2.2.2 Querying for data 25 2.3 Computing requirement identifiers 28 2.3.1 Unwinding complex structures: Tables 33 2.3.2 Unwinding complex structures: Other structures 37 2.3.3 Summary 38 3 The tool 41 3.1 Basic usage 41 3.1.1 Dealing with embedded media 43 3.2 ReqIF output 45 3.2.1 Data associated with a requirement artifact 46 3.2.2 Links between requirement artifacts 52 3.2.3 Issues with IBM DOORS 55 3.3 Content formalization 56 3.3.1 Detection of recurring elements 56 3.3.2 Sublist dependencies 58 3.3.3 Intra-cell requirements 59 3.3.4 Unformalizable elements 61 3.4 Inner workings 62 3.4.1 List hierarchy algorithm 64 3.4.2 Techniques for natural language content 69 3.5 Comparison to other tools 72 3.6 Applying this tool to other documents 74 3.7 EN 50128 tool qualification 76 4 Outlook 77 5 Conclusion 79 A Appendices 83 A.1 Postprocessing statistics data 83 A.1.1 Clean up spurious external links 83 A.1.2 Merge data of several tool runs 84 A.2 Subset-026 keywords 85 A.2.1 Legal obligation 85 A.2.2 Weak words 85 A.2.3 Other keywords for the implementerEnhanced-field 86 Lists of Figures, Tables and Listings 87 Glossary 89 Terms specific to this thesis 92 Bibliography 93 / Diese Arbeit befasst sich mit einer Software zur automatisierten Extraktion von Anforderungen aus Dokumenten im Microsoft Word Format unter Nutzung von Domänenwissen. In einem nachgelagerten Schritt werden diese Anforderungen für Implementierungszwecke aufgewertet und schließlich als ReqIF, einem XML-basierten Dateiformat zum Austausch von Spezifikationsdokumenten, gespeichert. ReqIF wird von zahlreichen branchenüblichen Anforderungsmanagementwerkzeugen unterstützt. Durch die Aufwertung wird eine Formalisierung der Struktur sowie ausgewählter Teile der natürlichsprachlichen Inhalte des Dokuments erreicht. Die jetzige Version der Software wurde speziell für die Verarbeitung des Subset-026 entwickelt, eines konzeptionell anspruchsvollen Anforderungsdokuments zur Beschreibung der Kernfunktionalität des europaweiten Zugsicherungssystems ETCS. Trotz dieser ursprünglichen Intention erlaubt die zweigeteilte Gestaltung der Arbeit eine allgemeine Anwendung der Ergebnisse: Abschnitt 2 zeigt die grundsätzlichen Herausforderungen in Bezug auf schwach strukturierte Anforderungsdokumente auf und widmet sich dabei ausführlich der Ermittlung von eindeutigen, aber dennoch menschenlesbaren Anforderungsidentifikatoren. Abschnitt 3 befasst sich hingegen eingehender mit den domänenspezifischen Eigenschaften, den Textaufbereitungsmöglichkeiten und der konkreten Implementierung der neuen Software. Da die Software unter open-source Prinzipien entwickelt wurde, ist eine Anpassung an andere Anwendungsfälle mit relativ geringem Aufwand möglich.:1 Introduction 13 1.1 Motivation 14 1.2 Previous formalization attempts 15 2 Processing specification documents 17 2.1 Structural considerations 17 2.1.1 The input format: DOC 18 2.1.2 Different parts of a specification document 20 2.1.3 The output format: ReqIF 20 2.2 Enhancing requirement content 23 2.2.1 Visualizing dependencies 25 2.2.2 Querying for data 25 2.3 Computing requirement identifiers 28 2.3.1 Unwinding complex structures: Tables 33 2.3.2 Unwinding complex structures: Other structures 37 2.3.3 Summary 38 3 The tool 41 3.1 Basic usage 41 3.1.1 Dealing with embedded media 43 3.2 ReqIF output 45 3.2.1 Data associated with a requirement artifact 46 3.2.2 Links between requirement artifacts 52 3.2.3 Issues with IBM DOORS 55 3.3 Content formalization 56 3.3.1 Detection of recurring elements 56 3.3.2 Sublist dependencies 58 3.3.3 Intra-cell requirements 59 3.3.4 Unformalizable elements 61 3.4 Inner workings 62 3.4.1 List hierarchy algorithm 64 3.4.2 Techniques for natural language content 69 3.5 Comparison to other tools 72 3.6 Applying this tool to other documents 74 3.7 EN 50128 tool qualification 76 4 Outlook 77 5 Conclusion 79 A Appendices 83 A.1 Postprocessing statistics data 83 A.1.1 Clean up spurious external links 83 A.1.2 Merge data of several tool runs 84 A.2 Subset-026 keywords 85 A.2.1 Legal obligation 85 A.2.2 Weak words 85 A.2.3 Other keywords for the implementerEnhanced-field 86 Lists of Figures, Tables and Listings 87 Glossary 89 Terms specific to this thesis 92 Bibliography 93

Das Interuniversitäre Doktorandenseminar Wirtschaftsinformatik ist eine regelmäßige Veranstaltung, in deren Rahmen Doktoranden der Universitäten Chemnitz, Dresden, Freiberg, Halle, Ilmenau, Jena und Leipzig ihr Promotionsprojekt präsentieren und sich den kritischen Fragen der anwesenden Professoren und Doktoranden aller beteiligten Universitäten stellen. Auf diese Weise erhalten die Promovierenden wertvolles Feedback zu Vorgehen, Methodik und inhaltlichen Aspekten ihrer Arbeit, welches sie für ihre Promotion nutzen können. Darüber hinaus bietet das Interuniversitäre Doktorandenseminar Wirtschaftsinformatik eine Plattform für eine fachliche Auseinandersetzung mit aktuellen Themen und sich ankündigenden Trends in der Forschung der Wirtschaftsinformatik. Zudem wird ein akademischer Diskurs über die Grenzen der jeweils eigenen Schwerpunkte der Professur hinaus ermöglicht. Das nunmehr 20. Jubiläum des Doktorandenseminars fand in Chemnitz statt. Der daraus entstandene Tagungsband enthält fünf ausgewählte Beiträge zu den Themenfeldern Service Engineering, Cloud-Computing, Geschäftsprozessmanagement, Requirements Engineering, Analytics und Datenqualität und zeigt damit anschaulich die Aktualität und Relevanz, aber auch die thematische Breite der gegenwärtigen Forschung im Bereich Wirtschaftsinformatik. / The inter-university PhD seminar Business Information Systems (“Interuniversitäres Doktorandenseminar Wirtschaftsinformatik”) is an annual one-day event which is organized by the Business Information Systems chairs of the universities of Chemnitz, Dresden, Freiberg, Halle, Ilmenau, Jena and Leipzig. It serves as a platform for PhD students to present their PhD topic and the current status of the thesis. Therefore, the seminar is a good opportunity to gain further knowledge and inspiration based on the feedback and questions of the participating professors and students. The 20th Interuniversitäre Doktorandenseminar Wirtschaftsinformatik took place in Chemnitz in October 2016. The resulting proceedings include five selected articles within the following topic areas: service engineering, cloud computing, business process management, requirements engineering, analytics und data quality. They illustrate the relevance as well as the broad range of topics in current business information systems research. In case of questions and comments, please use the contact details at the end of the articles.