Funktionale vs. nicht-funktionale Anforderungen: Was jeder Ingenieur wissen sollte

In der Welt des Engineering, insbesondere in der Softwareentwicklung und Systementwicklung, ist das Verständnis der kritischen Unterscheidung zwischen funktionalen und nicht-funktionalen Anforderungen für den Projekterfolg von grundlegender Bedeutung. 37 % der Projekte scheitern an unklaren oder falschen Anforderungen, so dass es für Ingenieure, Entwickler, Projektmanager und Stakeholder unerlässlich ist, diese Konzepte gründlich zu verstehen. Diese Anforderungen bilden das Rückgrat des Systemdesigns und beeinflussen direkt alles von der Benutzererfahrung und Systemleistung bis hin zur langfristigen Wartbarkeit und Skalierbarkeit.

Dieser umfassende Leitfaden untersucht sowohl funktionale als auch nicht-funktionale Anforderungen eingehend und bietet praktische Beispiele, Best Practices für die Dokumentation und Strategien für ein effektives Anforderungsmanagement. Ob Sie eine E-Commerce-Plattform erstellen, Unternehmenssoftware entwickeln oder komplexe Systeme entwerfen, die Beherrschung dieser Anforderungen wird Ihre Projektergebnisse erheblich verbessern.

Was sind funktionale Anforderungen?

In der Softwareentwicklung und Systemtechnik definiert eine funktionale Anforderung eine Funktion eines Systems oder seiner Komponente, wobei eine Funktion als Zusammenfassung (oder Spezifikation oder Erklärung) des Verhaltens zwischen Ein- und Ausgängen beschrieben wird.

Funktionelle Anforderungen definieren die Merkmale und Funktionen eines Systems, d.h. sie beschreiben, was das Softwareprodukt unter normalen Bedingungen genau tun muss, um die Bedürfnisse des Benutzers zu erfüllen. Aus Sicht des Entwicklers sind dies die Merkmale, die implementiert werden müssen, um sicherzustellen, dass das System wie vorgesehen funktioniert.

Funktionale Anforderungen können Berechnungen, technische Details, Datenmanipulation und -verarbeitung sowie andere spezifische Funktionen umfassen, die definieren, was ein System leisten soll, und dienen als Grundlage für Entwicklungsteams und liefern klare Richtlinien darüber, was gebaut werden muss und wie das System auf verschiedene Eingaben reagieren sollte.

Hauptmerkmale funktionaler Anforderungen

Funktionale Anforderungen besitzen mehrere definierende Merkmale, die sie von anderen Arten von Anforderungen unterscheiden:

Spezifität: Sie beschreiben genaue Verhaltensweisen und Funktionen, die das System ausführen muss.
Testability: Jede Anforderung kann durch Tests verifiziert werden, um die Implementierung zu bestätigen.
Benutzerfokussiert: Sie beziehen sich direkt auf die Bedürfnisse der Benutzer und Geschäftsziele
Aktionsorientiert: Sie definieren, was das System als Reaktion auf Eingaben tut
Measurability: Sie haben definierte Ergebnisse, die gemessen werden können, wie erfolgreiche Anmeldung mit gültigen Anmeldeinformationen

Arten von funktionalen Anforderungen

Funktionale Anforderungen können in verschiedene Typen eingeteilt werden, basierend auf den Workflows und Verhaltensweisen, die sie beschreiben:

Geschäftsregeln und Logik

Geschäftsregeln sind in der Regel die größte Gruppe, da sie definieren, wie das System auf Befehle im Hauptbenutzerfluss reagiert. Diese Anforderungen spezifizieren die Kerngeschäftslogik, die das Verhalten der Anwendung steuert, einschließlich Berechnungen, Entscheidungsprozessen und Workflow-Automatisierung.

Benutzerauthentifizierung und -autorisierung

Authentifizierungs- und Autorisierungsanforderungen definieren, wie Benutzer auf das System zugreifen und welche Berechtigungen sie haben. Diese Anforderungen legen Anmeldemechanismen, Passwortrichtlinien, rollenbasierte Zugriffskontrolle und Sicherheitsprotokolle für die Überprüfung der Benutzeridentität fest.

Anforderungen an die Datenverwaltung

Datenanforderungen definieren, wie Daten erstellt, gespeichert, geändert und gelöscht werden sollen. Sie sind besonders wichtig, wenn Ihr Produkt sensible Benutzerdaten verarbeitet. Diese Anforderungen umfassen Datenbankoperationen, Datenvalidierungsregeln, Datentransformationsprozesse und Datenaufbewahrungsrichtlinien.

Anforderungen an die Benutzerschnittstelle

UI-Anforderungen legen fest, wie Ihre Benutzer mit Ihrem Produkt interagieren werden. Sie definieren Designelemente, die die Navigation intuitiv machen. Diese Anforderungen beschreiben die visuellen Elemente, Interaktionsmuster, Navigationsflüsse und Benutzerschnittstellenkomponenten, denen Benutzer begegnen werden.

Transaktions- und Verarbeitungsanforderungen

Diese Anforderungen definieren, wie das System Transaktionen verarbeitet, Geschäftsvorgänge abwickelt und Workflows verwaltet, und legen die Schritte fest, die zum Abschluss von Aufgaben erforderlich sind, die Reihenfolge der Operationen und die erwarteten Ergebnisse verschiedener Prozesse.

Umfassende Beispiele für funktionale Anforderungen

Das Verständnis der funktionalen Anforderungen wird durch konkrete Beispiele in verschiedenen Branchen und Anwendungstypen klarer.

E-Commerce Anwendungsbeispiele

Eine E-Commerce-Website muss funktionale Anforderungen haben, die definieren, wie Kunden nach Artikeln suchen, ihre Eigenschaften überprüfen, eine Bestellung tätigen, bezahlen und eine Bestätigung erhalten.

Das System muss es Benutzern ermöglichen, ein Konto mit E-Mail-Adresse und Passwort zu erstellen.
Benutzer sollten in der Lage sein, Produkte nach Kategorie, Preis und Markenfiltern zu durchsuchen
Benutzer müssen in der Lage sein, Produkte zu einem Warenkorb hinzuzufügen und den Warenkorbinhalt anzuzeigen
Der Benutzer kann Artikel im Warenkorb überprüfen, ihre Nummer ändern oder vor dem Auschecken entfernen
Der Benutzer kann den Promocode hinzufügen und vor dem Checkout einen Rabatt erhalten
Das System muss Zahlungstransaktionen sicher über integrierte Zahlungsgateways verarbeiten
Das System sendet eine Bestätigungs-E-Mail an den Benutzer, nachdem er einen Flug gebucht hat
Benutzer sollten in der Lage sein, Feedback zu geben oder Dienstleistungen / Produkte innerhalb der App zu bewerten

Banken und Finanzsysteme

Das System muss es Kunden ermöglichen, Geld zwischen Konten zu transferieren
Benutzer müssen in der Lage sein, den Transaktionsverlauf der letzten 12 Monate anzuzeigen
Die Anwendung muss die Zahlungsplanung von Rechnungen mit wiederkehrenden Zahlungsoptionen ermöglichen
Das System muss monatliche Kontoauszüge im PDF-Format generieren
Benutzer müssen in der Lage sein, Kontobenachrichtigungen für bestimmte Transaktionstypen einzurichten
Das System muss Kontostände vor der Verarbeitung von Auszahlungsanträgen überprüfen

Gesundheitsmanagementsysteme

Das System muss es Gesundheitsdienstleistern ermöglichen, Patiententermine zu planen
Medizinisches Personal muss in der Lage sein, auf Patientenakten zuzugreifen und sie zu aktualisieren
Der Antrag muss die Verwaltung von Verschreibungen und Nachfüllungen ermöglichen.
Das System muss automatisierte Terminerinnerungen per E-Mail und SMS generieren
Gesundheitsdienstleister müssen in der Lage sein, Patiententestergebnisse und Diagnoseberichte einzusehen
Das System muss die Integration elektronischer Patientenakten (EHR) mit externen Systemen unterstützen

Das System muss es Blog-Besuchern ermöglichen, sich für den Newsletter anzumelden, indem sie ihre E-Mails hinterlassen
Benutzer müssen in der Lage sein, Inhalte mit Rich-Text-Formatierung zu erstellen, zu bearbeiten und zu veröffentlichen.
Das System muss die Kategorisierung von Inhalten mithilfe von Tags und Kategorien ermöglichen
Benutzer müssen in der Lage sein, Mediendateien einschließlich Bilder und Videos hochzuladen und zu verwalten.
Die App kann Benachrichtigungen an Benutzer für Updates, Erinnerungen oder Werbeinhalte senden.
Das System muss Suchfunktionalität für alle veröffentlichten Inhalte bereitstellen
Nutzer müssen Inhalte auf externen Social Media Plattformen teilen können

Enterprise Resource Planning (ERP) Systeme

Hotelmanagement-Software muss es den Mitarbeitern ermöglichen, eingehende Reservierungen zu verwalten, Tarifpläne zu erstellen und zu verwalten, Zahlungen anzunehmen, Berichte zu erstellen usw.
Das System muss den Bestandsstand verfolgen und automatische Neuordnungsalarme erzeugen
Benutzer müssen in der Lage sein, Finanzberichte einschließlich Gewinn- und Verlustrechnungen zu erstellen
Die Anwendung muss Multi-Währungs-Transaktionen und -Konvertierungen unterstützen
Das System muss die Zeiterfassung und Lohnabrechnung der Mitarbeiter ermöglichen
Benutzer müssen in der Lage sein, Lieferantenbeziehungen und Bestellungen zu verwalten

Mobile Anwendungsbeispiele

Die App sollte es Benutzern ermöglichen, Konten zu erstellen und sich mit Anmeldeinformationen wie E-Mail und Passwort oder durch Integration in soziale Medien anzumelden.
Die Anwendung muss den Offline-Modus mit Datensynchronisation unterstützen, wenn die Verbindung wiederhergestellt wird
Benutzer müssen in der Lage sein, auf standortbasierte Dienste und Funktionen zuzugreifen
Die App muss Push-Benachrichtigungen für wichtige Updates und Warnungen aktivieren
Benutzer müssen in der Lage sein, die Einstellungen und Präferenzen der App anzupassen
Das System muss die biometrische Authentifizierung einschließlich Fingerabdruck und Gesichtserkennung unterstützen.

What AreNichtfunktionale Anforderungen?

In der Systemtechnik und Anforderungstechnik ist eine nichtfunktionale Anforderung (NFR) eine Anforderung, die Kriterien spezifiziert, die verwendet werden können, um den Betrieb eines Systems zu beurteilen, anstatt spezifische Verhaltensweisen.

Im Großen und Ganzen definieren funktionale Anforderungen, was ein System tun soll, und nicht funktionale Anforderungen definieren, wie ein System sein soll. Nicht funktionale Anforderungen (NFR) definieren, wie ein System funktionieren soll, wobei der Schwerpunkt auf Leistung, Zuverlässigkeit und Benutzererfahrung und nicht auf spezifischen Funktionen liegt. Sie gewährleisten, dass das System im Laufe der Zeit effizient, sicher und wartbar ist.

Nichtfunktionale Anforderungen werden oft als "Qualitätsattribute" eines Systems bezeichnet. Die Gesamteigenschaften des Systems kennzeichnen üblicherweise den Unterschied zwischen dem Erfolg oder Misserfolg des Entwicklungsprojekts. Funktionale Anforderungen gewährleisten zwar die Funktionsfähigkeit des Systems, nichtfunktionale Anforderungen gewährleisten jedoch, dass es gut funktioniert und die Erwartungen der Benutzer in Bezug auf Qualität, Leistung und Zuverlässigkeit erfüllt.

Die Bedeutung nichtfunktionaler Anforderungen verstehen

Die Konzentration auf funktionale Anforderungen auf Kosten nicht funktionaler Anforderungen kann zu großen Problemen führen. Funktionale Anforderungen können als erfüllt angesehen werden, auch wenn die nicht funktionalen Anforderungen nicht erfüllt sind. Eine Transaktion, die 20 Sekunden dauert, um erfolgreich abgeschlossen zu werden, kann funktional sein - aber sie ist sicherlich nicht verwendbar.

Nichtfunktionale Anforderungen wirken sich direkt auf die Zufriedenheit der Benutzer, die Systemakzeptanz und den langfristigen Erfolg aus.Ein System, das alle erforderlichen Funktionen ausführt, aber langsam lädt, häufig abstürzt oder Sicherheitslücken aufweist, wird letztendlich die Geschäftsziele und Benutzeranforderungen nicht erfüllen.

Umfassende Arten von nicht-funktionalen Anforderungen

Informell werden diese manchmal als "Ilities" bezeichnet, aus Attributen wie Stabilität und Portabilität. Eigenschaften - also nicht funktionale Anforderungen - können in zwei Hauptkategorien unterteilt werden: Ausführungsqualitäten wie Sicherheit, Sicherheit und Usability, die während des Betriebs (zur Laufzeit) beobachtbar sind. Evolutionsqualitäten wie Testbarkeit, Wartbarkeit, Erweiterbarkeit und Skalierbarkeit, die in der statischen Struktur des Systems verkörpert sind.

Leistungsanforderungen

Die Leistungsanforderungen legen fest, wie das System auf eine starke Benutzerlast reagieren muss, wobei Metriken wie Startzeit, Reaktionszeit, Latenz und die maximale Anzahl gleichzeitiger Benutzer überprüft werden müssen, die die Anwendung unterstützen kann.

Leistungsanforderungen sind von entscheidender Bedeutung, um sicherzustellen, dass Systeme die erwarteten Arbeitslasten ohne Verschlechterung bewältigen können.

Response Time: Die maximale Zeit, die dem System zur Beantwortung von Benutzeranfragen eingeräumt wird
Durchsatz: Die Anzahl der Transaktionen oder Operationen, die das System pro Zeiteinheit verarbeiten kann
Ressourcennutzung: CPU, Speicher und Bandbreitenverbrauch unter verschiedenen Lastbedingungen
Zugleichige Benutzer: Die Anzahl der gleichzeitigen Benutzer, die das System unterstützen kann
Ladezeit: Wie schnell Seiten, Bildschirme oder Daten für Benutzer geladen werden

Beispiel: Eine Leistungsanforderung für eine Banking-Anwendung wäre, dass sie in der Lage sein sollte, Transaktionen innerhalb von 3 Sekunden zu verarbeiten, auch in Zeiten mit hohem Benutzerverkehr.

Sicherheitsanforderungen

Sicherheitsanforderungen definieren, wie das System Daten schützt, unautorisierten Zugriff verhindert und Vertraulichkeit, Integrität und Verfügbarkeit aufrechterhält.

Sicherheitsanforderungen umfassen:

Authentisierung: Methoden zur Überprüfung der Benutzeridentität
Authorization: Access Control Mechanisms and permission levels
Datenverschlüsselung: Schutz von Daten im Transit und in Ruhe
Audit Trails: Protokollierung und Überwachung sicherheitsrelevanter Ereignisse
Vulnerability Protection: Abwehr gegen gängige Sicherheitsbedrohungen
Datenschutz: Einhaltung von Datenschutzbestimmungen und Datenschutzstandards

Beispiel: Daten müssen sowohl beim Transit mit TLS 1.3 als auch im Ruhezustand mit AES-256 Verschlüsselungsstandards verschlüsselt werden.

Usability-Anforderungen

Bei der Usability geht es im Wesentlichen um die Benutzerfreundlichkeit, d. h. die Produktoberfläche muss intuitiv und einfach zu navigieren sein, ihre Funktionen müssen verständlich und leicht zu finden sein und vor allem müssen sie den Bedürfnissen des Benutzers entsprechen.

Adressdaten der Usability-Anforderungen:

Lernbarkeit: Wie schnell neue Benutzer mit dem System produktiv werden können
Effizienz: Wie schnell erfahrene Benutzer Aufgaben erledigen können
Erinnerungsfähigkeit: Wie leicht können Benutzer nach einer Zeit der Nichtbenutzung zum System zurückkehren
Fehlerprävention: Design-Features, die Benutzerfehler verhindern
Zufriedenheit: Wie angenehm und befriedigend das System ist, es zu benutzen
Zugänglichkeit: Unterstützung für Nutzer mit Behinderungen und unterschiedlichen Bedürfnissen

Beispiel: Neue Benutzer müssen in der Lage sein, ihre erste Transaktion innerhalb von 5 Minuten abzuschließen, ohne externe Hilfe oder Dokumentation zu benötigen.

Anforderungen an Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit

Diese Reihe von NFRs besagt, dass das System so weit wie möglich für den Einsatz verfügbar sein muss und dass Ausfallzeiten minimiert werden müssen.

Zu den wichtigsten Überlegungen gehören:

Uptime: Prozentsatz der Zeit, in der das System betriebsbereit und zugänglich ist
Mittelwertzeit zwischen Fehlern (MTBF): Durchschnittliche Zeit zwischen Systemfehlern
Mittelzeit bis zur Reparatur (MTTR): Durchschnittliche Zeit, die zur Wiederherstellung der Systemfunktionalität erforderlich ist
Fault Tolerance: Systemfähigkeit, trotz Komponentenfehlern weiterzuarbeiten
Disaster Recovery: Prozeduren und Fähigkeiten zur Wiederherstellung von katastrophalen Fehlern

Beispiel: Das System muss 99,9 % der Zeit verfügbar sein, mit Ausnahme der geplanten Wartungsfenster, was nicht mehr als 8,76 Stunden Ausfallzeit pro Jahr bedeutet.

Skalierbarkeitsanforderungen

Die Anforderungen an die Skalierbarkeit definieren, wie das System wächst und sich an die gestiegenen Anforderungen anpasst, sei es in Bezug auf Benutzer, Datenvolumen oder Transaktionsverarbeitung, die für Systeme, die im Laufe der Zeit wachsen sollen, unerlässlich sind.

Horizontale Skalierbarkeit: Fähigkeit, mehr Server oder Knoten hinzuzufügen, um die Last zu verteilen
Vertical Skalierbarkeit: Fähigkeit, Ressourcen auf bestehenden Servern zu erhöhen
Datenskalierbarkeit: Kapazität zur Bewältigung wachsender Datenmengen
Geografische Skalierbarkeit: Unterstützung für die Expansion in neue Regionen oder Standorte

Beispiel: Das System sollte in der Lage sein, 20 Millionen Benutzer ohne Leistungseinbußen zu bewältigen.

Anforderungen an die Instandhaltung

Ein instandsetzbares System muss über seine erwartete Lebensdauer kosteneffizient gewartet werden können und zusätzliche Anforderungen wie Modifizierbarkeit, Konfigurierbarkeit, Erweiterbarkeit und Interoperabilität enthalten können.

Die Wartung umfasst:

Codequalität: Standards für Codelesbarkeit, Dokumentation und Struktur
Modularität: Grad, zu dem Systemkomponenten unabhängig und austauschbar sind
Testbarkeit: Leichtigkeit der Testsystemkomponenten und -funktionalität
Konfigurierbarkeit: Fähigkeit, das Systemverhalten ohne Codeänderungen zu ändern
Erweiterbarkeit: Einfaches Hinzufügen neuer Funktionen und Fähigkeiten

Compliance und regulatorische Anforderungen

Nichtfunktionale Anforderungen in der Kategorie Compliance besagen, dass Softwaresysteme gesetzliche und regulatorische Anforderungen erfüllen müssen; die Auditierbarkeit wird typischerweise auch in dieser Kategorie enthalten.

Compliance-Anforderungen variieren je nach Branche und Gerichtsbarkeit, umfassen jedoch in der Regel:

Das Zahlungsverarbeitungs-Gateway muss PCI DSS-kompatibel sein
Die klinische Software muss HIPAA (Health Insurance Portability and Accountability Act) und DSGVO (Allgemeine Datenschutzverordnung) entsprechen.
Cloud-Rechenzentren müssen die Sicherheitszertifizierung ISO 27001 erfüllen
Systeme müssen branchenspezifische Standards wie SOC 2, FISMA oder FDA-Vorschriften erfüllen.
Audit-Logbuch- und Berichtsfunktionen für die Einhaltung der Vorschriften

Kompatibilitäts- und Interoperabilitätsanforderungen

Diese Anforderungen definieren, wie das System mit anderen Systemen, Plattformen und Technologien arbeitet und gewährleisten eine nahtlose Integration und den Datenaustausch in verschiedenen Umgebungen.

Plattformkompatibilität: Betriebssysteme und Geräte, die das System unterstützen muss
Browser-Kompatibilität: Webbrowser und Versionen, die unterstützt werden müssen
API-Kompatibilität: Standards und Protokolle für die Systemintegration
Datenformat-Kompatibilität: Unterstützung für verschiedene Datenformate und Standards
Legacy System Integration: Fähigkeit, mit bestehenden Systemen zu arbeiten

Beispiel: Ein Programm, das unter Windows 10 ausgeführt wird, muss unter Windows 11 ausgeführt werden können, ohne dass sich sein Verhalten und seine Leistung ändern.

Kapazitätsanforderungen

Die Kapazitätsanforderungen legen das Volumen der Daten, Transaktionen und Benutzer fest, das das System derzeit und in Zukunft aufnehmen muss.

Speicherkapazität: Datenmenge, die das System speichern muss
Benutzerkapazität: Maximale Anzahl registrierter und gleichzeitiger Benutzer
Transaktionsvolumen: Anzahl der pro Zeitraum verarbeiteten Transaktionen
Netzwerkbandbreite: Datentransferanforderungen

Beispiel: Die Website-Seiten sollten in 3 Sekunden mit der Gesamtzahl der gleichzeitigen Benutzer <5 Tausend laden.

Detaillierter Vergleich: Funktionale vs. nicht-funktionale Anforderungen

Die Unterschiede zwischen funktionalen und nicht-funktionalen Anforderungen zu verstehen ist entscheidend für ein effektives Anforderungsmanagement.

Definition und Fokus

Funktionale Anforderungen bestimmen die Anwendungsarchitektur eines Systems, während nicht-funktionale Anforderungen die technische Architektur eines Systems bestimmen. Funktionale Anforderungen beantworten "was" das System tut, während nicht-funktionale Anforderungen "wie gut" es tut.

Dokumentationsstil

Im Allgemeinen werden funktionale Anforderungen in der Form "System muss tun" ausgedrückt, während nicht funktionale Anforderungen die Form "System soll sein" annehmen. Diese sprachliche Unterscheidung spiegelt den grundlegenden Unterschied in dem wider, was jede Art von Anforderung spezifiziert.

Prüfansatz

Funktionale Anforderungen werden typischerweise durch funktionale Testverfahren wie Unit-Testing, Integrationstesting und Benutzerakzeptanztest getestet, wobei jede funktionale Anforderung überprüft werden kann, indem überprüft wird, ob das System die erwartete Ausgabe für bestimmte Eingaben erzeugt.

Nichtfunktionale Anforderungen messen: Funktionen sind leichter zu testen, aber Qualitäten wie Usability, Skalierbarkeit und Zuverlässigkeit sind schwerer zu messen und zu validieren. Nichtfunktionale Anforderungen erfordern spezielle Testansätze wie Performance-Tests, Sicherheitstests, Usability-Tests und Stresstests.

Auswirkungen auf den Projekterfolg

Funktionale und nicht-funktionale Anforderungen sind zwei Seiten derselben Medaille. Und zusammen ergeben sie Software, die vollständig und verwendbar ist. Beide Arten sind wichtig, aber sie beeinflussen Projekte unterschiedlich:

Funktionale Anforderungen bestimmen, ob das System die erforderlichen Aufgaben erfüllen kann
Nicht-funktionale Anforderungen bestimmen, ob Benutzer das System tatsächlich nutzen möchten
Fehlende funktionale Anforderungen führen zu unvollständigen Features
Fehlende nicht-funktionale Anforderungen führen zu schlechter Benutzererfahrung und Systemqualität

Herausforderungen bei der Priorisierung

Funktionale Anforderungen werden oft stärker berücksichtigt, während wichtige Aspekte wie Skalierbarkeit, Sicherheit oder Überwachung übersehen werden können.

Warum beide Anforderungen für den Projekterfolg entscheidend sind

Funktionale Anforderungen sind das Rückgrat erfolgreicher Software- und Systementwicklung. Sie definieren genau, was ein Produkt tun muss, um den Benutzer- und Geschäftsanforderungen gerecht zu werden. Durch die Angabe der Funktionen und Verhaltensweisen, die ein System aufweisen sollte, stellen funktionale Anforderungen sicher, dass jedes Merkmal mit den Erwartungen der Benutzer und den Projektzielen übereinstimmt.

Funktionale Anforderungen allein sind jedoch unzureichend. Beide Arten von Anforderungen arbeiten zusammen, um erfolgreiche Systeme zu schaffen:

Klarheit und Richtung

Having clearly defined functional requirements reduces the risk of miscommunication between stakeholders and your development team. This w