{"id":5775,"date":"2016-02-08T06:00:38","date_gmt":"2016-02-08T05:00:38","guid":{"rendered":"http:\/\/www.johner-institut.de\/blog\/?p=5775"},"modified":"2024-11-03T11:29:35","modified_gmt":"2024-11-03T10:29:35","slug":"schichtenarchitektur","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.johner-institut.de\/blog\/systems-engineering\/schichtenarchitektur\/","title":{"rendered":"Schichtenarchitektur: Achten Sie bei Medizinprodukten darauf"},"content":{"rendered":"\n<p>Eine Schichtenarchitektur ist ein Architekturstil, der h\u00e4ufig bei Software-Systemen Anwendung findet. Vielen Herstellern sind die Nachteile eine mehrschichtigen Architektur und eines Denkens in Layern nicht bewusst.<br><\/p>\n\n\n\n<!--more-->\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Schichtenarchitektur: Beispiele<\/h2>\n\n\n\n<p>Je nach Anwendungsfall zerlegen die Software-Architekten eine Software in verschiedene Schichten (Layer) z.B. in<\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\">\n<li>Interaktionsschicht<\/li>\n\n\n\n<li>Pr\u00e4sentationsschicht<\/li>\n\n\n\n<li>Service-Schicht<\/li>\n\n\n\n<li>Funktionsschicht<\/li>\n\n\n\n<li>Datenzugriffsschicht<\/li>\n\n\n\n<li>Datenhaltungsschicht<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"600\" height=\"461\" src=\"https:\/\/www.johner-institut.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2013\/04\/Schichtenarchitektur.jpg\" alt=\"Schichtenarchitektur\" class=\"wp-image-12658\" srcset=\"https:\/\/www.johner-institut.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2013\/04\/Schichtenarchitektur.jpg 600w, https:\/\/www.johner-institut.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2013\/04\/Schichtenarchitektur-300x231.jpg 300w, https:\/\/www.johner-institut.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2013\/04\/Schichtenarchitektur-150x115.jpg 150w\" sizes=\"auto, (max-width: 600px) 100vw, 600px\" \/><\/figure>\n\n\n\n<p><\/p>\n\n\n\n<p>Diese Schichten kann man noch weiter unterteilen oder zusammenfassen, wie in der obigen Abbildung gezeigt.<\/p>\n\n\n\n<p>Im Fall einer Hardware-nahen&nbsp;Entwicklung finden sich h\u00e4ufig Schichten wie<\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\">\n<li>Hardware-Abstraction-Layer<\/li>\n\n\n\n<li>Kommunikationsschicht<\/li>\n\n\n\n<li>UI-Schicht<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">These: Vorteile von Schichtenarchitekturen<\/h2>\n\n\n\n<p>Die Aufteilung einer Software-Architektur in Schichten&nbsp;bringt Vorteile mit sich:<\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\">\n<li>Die Schichten lassen sich unabh\u00e4ngig von einander entwickeln und testen (insbesondere &#8222;bottom-up&#8220;)<\/li>\n\n\n\n<li>Die Schichten lassen sich auf verschiedene Rechner verteilen und erm\u00f6glichen dadurch eine bessere Skalierung und damit Performance<\/li>\n\n\n\n<li>Die Schichten lassen sich bei\u00a0Bedarf austauschen. Beispielsweise ist es m\u00f6glich die UI (Darstellungsschicht) auszutauschen, ohne den Rest der Software \u00e4ndern zu m\u00fcssen.<\/li>\n\n\n\n<li>Die\u00a0Schichten lassen sich als Komponenten im Sinne einer IEC 62304 interpretieren, so dass Hersteller damit die entsprechenden Forderungen der Norm erf\u00fcllen k\u00f6nnen.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n<p>Zudem k\u00f6nnen die Entwickler&nbsp;Regeln an die Schichtenarchitektur formulieren, beispielsweise dass immer nur ein Aufruf von oben nach unten erfolgen darf. Gegenfalls darf eine Schicht sogar nur die direkt folgende Schicht aufrufen. Das f\u00fchrt zu einer konzeptionellen Integrit\u00e4t der Software-Architektur.<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"353\" height=\"354\" src=\"https:\/\/www.johner-institut.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2013\/04\/Schichtenarchitektur-Abha\u0308ngigkeiten.jpg\" alt=\"Schichtenarchitektur: Wie die Schichten voneinander abh\u00e4ngen d\u00fcrfen\" class=\"wp-image-12659\" srcset=\"https:\/\/www.johner-institut.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2013\/04\/Schichtenarchitektur-Abha\u0308ngigkeiten.jpg 353w, https:\/\/www.johner-institut.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2013\/04\/Schichtenarchitektur-Abha\u0308ngigkeiten-150x150.jpg 150w, https:\/\/www.johner-institut.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2013\/04\/Schichtenarchitektur-Abha\u0308ngigkeiten-300x300.jpg 300w\" sizes=\"auto, (max-width: 353px) 100vw, 353px\" \/><\/figure>\n\n\n\n<p><\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Antithese: Probleme mit Schichtenarchitekturen<\/h2>\n\n\n\n<p>Eine&nbsp;Schichtenarchitektur (wie gef\u00e4llt Ihnen der Begriff Lasagne-Architektur?) ist aber noch lange keine Best Practice und sicher kein Garant f\u00fcr eine wartbare und testbare Architektur.<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image alignnone size-medium\"><a href=\"https:\/\/www.johner-institut.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2016\/02\/lasagne-iStock_000008037131Small.jpg\" data-rel=\"lightbox-image-0\" data-rl_title=\"\" data-rl_caption=\"\" title=\"\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"300\" height=\"201\" src=\"https:\/\/cdn.johner-institut.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2016\/02\/lasagne-iStock_000008037131Small-300x201.jpg\" alt=\"Bild zeigt Lasagne als Metapher f\u00fcr Schichtenarchitekturen\" class=\"wp-image-5379903\" srcset=\"https:\/\/www.johner-institut.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2016\/02\/lasagne-iStock_000008037131Small-300x201.jpg 300w, https:\/\/www.johner-institut.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2016\/02\/lasagne-iStock_000008037131Small-768x514.jpg 768w, https:\/\/www.johner-institut.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2016\/02\/lasagne-iStock_000008037131Small.jpg 847w\" sizes=\"auto, (max-width: 300px) 100vw, 300px\" \/><\/a><figcaption class=\"wp-element-caption\">Schichtenarchitekturen<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n<p>Ich m\u00f6chte sogar von dem ausschlie\u00dflichen Denken in Schichten warnen.<\/p>\n\n\n\n<ol class=\"wp-block-list\">\n<li><strong>Zu ungenau und zu unspezifisch<\/strong><br>Eine Architektur, die nur Schichten kennt, ist viel zu grobgranular. Manchmal\u00a0sehe ich in Architekturdokumenten nur Darstellungen von Referenz-Architekturen\u00a0(oft aus dem Web kopiert), die\u00a0unspezifisch f\u00fcr das zu entwickelnde Produkt sind.<\/li>\n\n\n\n<li><strong>Fehlende Systematik<\/strong><br>Wer in Schichten denkt, denkt nicht in Funktionen. Aber nur eine Denken in gekapselten Funktionalit\u00e4ten f\u00fchrt zu schwachgekoppelten Komponenten. Nur so k\u00f6nnen Sie ein PEMS systematisch in PESS und andere Komponenten, die wiederum in Hardware und Software und\u00a0die wiederum in Software-Komponenten und Software-Einheiten zerlegen.<\/li>\n\n\n\n<li><strong>Schlechte Architektur<\/strong><br>Dies hat zur direkten Folge, dass Sie eine suboptimale System- bzw. Software-Architektur erstellen. Nur schwach gekoppelte Komponenten sind\n<ol class=\"wp-block-list\">\n<li>wiederverwendbar (Problem f\u00fcr Produktfamilien),<\/li>\n\n\n\n<li>testbar (Problem f\u00fcr Qualit\u00e4t des Produkt),<\/li>\n\n\n\n<li>\u00e4nderbar (ohne dass alles kollabiert. Problem f\u00fcr Wartungsgeschwindigkeit und G\u00fcte des Produkts)<\/li>\n\n\n\n<li>austauschbar (Problem f\u00fcr Wartbarkeit des Produkts),<\/li>\n\n\n\n<li>geeignet um die Ausbreitung von Risiken zu begrenzen (Problem f\u00fcr Sicherheit der Patienten und Anwender).<\/li>\n<\/ol>\n<\/li>\n\n\n\n<li><strong>Falsche Motivation: Organisation<\/strong><br>Die Aufteilung von Systemen in die Schichten Mechanik, Elektronik und Software &#8212; auch eine Schichtenarchitektur &#8212; ist in vielen Firmen organisationsbedingt: Es gibt\u00a0f\u00fcr jede Schicht eine entsprechende\u00a0Abteilung. Sie sehen die Schichten z.B. in Form von Platinen f\u00f6rmlich. Wer aber alles auf einer Platine verbaut &#8212; um diese Metapher weiter zu nutzen &#8212; hat keine funktionalen Komponenten entworfen. Die Konsequenzen und Nachteile haben wir eben benannt.<\/li>\n<\/ol>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Synthese<\/h2>\n\n\n\n<p>Die genannten Probleme sollen aber kein Argument gegen Schichtenarchitekturen sein. L\u00f6sen Sie den Widerspruch der genannten These und Antithese wie folgt auf:<\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\">\n<li>Alternative 1:\u00a0Sie zerlegen innerhalb Ihrer Schichtenarchitektur die Schichten in funktionale Komponenten. Voraussetzung daf\u00fcr ist, dass die einzelnen Schichten bereits konzeptionell einheitlich Aufgaben haben.<\/li>\n\n\n\n<li>Alternative 2: Sie zerlegen Ihr System erst funktional, und dann zerlegen Sie die\u00a0identifizieren\u00a0Komponenten in Schichten. Das entspricht\u00a0\u00fcbrigens dem gerade popul\u00e4ren Architekturstil der Micro-Services.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n<p>Die IEC 62304 erlaubt beides. Sie ist schon gl\u00fccklich, wenn \u00fcberhaupt irgendwelche Komponenten und deren Schnittstellen beschrieben sind. Sic(!): Es gen\u00fcgt nicht, die Schichten bzw. Komponenten zu identifzieren. Es gilt die Schnittstellen derer zu beschreiben. Das gelingt bei Alternative 2 \u00fcbrigens meist deutlich einfacher.<\/p>\n\n\n\n<div class=\"greenmarketbox\">\n<figure><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"alignnone wp-image-10992\" src=\"https:\/\/www.johner-institut.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2015\/06\/Christian-Johner-klein-ps-300x233.png\" alt=\"Prof. Dr. Christian Johner\" width=\"200\" height=\"155\"><\/figure><div class=\"blogmarket\" style=\"width: 33%;\"><\/div>\n<div class=\"blogmarket\" style=\"width: 62%;\">\n<div class=\"buttonspace\">Sind Sie unsicher, ob Ihre Software-Architektur wirklich auf Dauer tragf\u00e4hig ist? Professor Johner und sein Team helfen gerne! Nehmen Sie Kontakt auf!<\/div>\n<div class=\"buttonspace\"><a class=\"buttonsmallGreen\" href=\"\/kontakt\/\">Kontakt aufnehmen<\/a><\/div>\n<\/div>\n<div class=\"blog-clear\">&nbsp;<\/div>\n<\/div>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Eine Schichtenarchitektur ist ein Architekturstil, der h\u00e4ufig bei Software-Systemen Anwendung findet. 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Als Auditor, als Mitglied eines Normen-Komitees, als Ausbilder benannter Stellen sowie als Autor mehrerer B\u00fccher und Leitf\u00e4den tr\u00e4gt der promovierte Physiker zur Weiterentwicklung der regulatorischen Landschaft bei. Davon zeugen auch Leitf\u00e4den, die er f\u00fcr die WHO und die Benannten Stellen entwickelt hat. Sein Unternehmen, das Johner Institut, unterst\u00fctzt Medizinproduktehersteller weltweit beim Aufbau von QM-Systemen, bei der Zulassung und Pr\u00fcfung ihrer Produkte sowie bei der digitalen Transformation regulatorischer Prozesse. Es bietet Weiterbildungen wie E-Learning und Seminare an und \u00fcbernimmt f\u00fcr Hersteller Prozesse wie die \u00dcberwachung der Regularien und der Produkte im Markt. Christian Johner lehrte an mehreren Universit\u00e4ten u.a. an der Hochschule Konstanz, der Universit\u00e4t St. Gallen, der Universit\u00e4t W\u00fcrzburg sowie der Stanford University v.a. 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