Was ist ein UML Diagramm?


Ein Bild sagt mehr als tausend Worte. Genau aus diesem Grund wurden Unified Modeling Language- bzw. UML-Diagramme entwickelt. Man wollte nämlich eine gemeinsame visuelle Sprache für die komplexe Welt der Softwareentwicklung schaffen, die auch für Business-Anwender und alle anderen Personen, die Einblick in ein System erhalten wollen, verständlich ist. Lernen Sie die Grundlagen der UML-Diagramme: Herkunft, Anwendungsbereiche, Konzepte, Typen und Richtlinien für ihre Erstellung unter Verwendung unseres UML-Diagramm-Tools.

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Was ist UML?

Die Unified Modeling Language (UML) wurde entwickelt, um eine gemeinsame, semantisch und syntaktisch umfangreiche visuelle Modellierungssprache für die Architektur, das Design und die Implementierung von komplexen Softwaresystemen zu schaffen – und zwar sowohl für strukturelle als auch für verhaltensbasierte Modelle. Die UML wird weit über die Softwareentwicklung hinaus eingesetzt, so zum Beispiel für Abläufe von Herstellungsprozessen.

Die UML entspricht den Konzepten, die in anderen Bereichen verwendet werden, und besteht aus verschiedenen Diagrammarten. Insgesamt beschreiben UML-Diagramme die Grenzen, die Struktur und das Verhalten von Systemen und den darin enthaltenen Objekten.

UML ist keine Programmiersprache, aber es gibt Tools, die UML-Diagramme nutzen, um Code in verschiedenen Sprachen zu generieren. UML hat einen direkten Bezug zu objektorientierter Analyse und Design.

UML und seine Rolle beim objektorientierten Modellieren und Design

In der Informatik, also der Wissenschaft von Algorithmen und Daten, gibt es viele Paradigmen oder Modelle zur Lösung von Problemen. Dabei stehen vier Modellkategorien für die Problemlösung zur Verfügung: imperative, funktionale, deklarative und objektorientierte Sprachen (OOP). In objektorientierten Sprachen werden Algorithmen durch die Definition von „Objekten“ und die Interaktion der Objekte untereinander ausgedrückt. Diese Objekte können manipuliert werden und sie existieren in der echten Welt. Dabei kann es sich um Gebäude, Widgets auf einem Desktop oder Menschen handeln. 

Objektorientierte Sprachen dominieren die Welt der Programmierung, denn sie können reale Objekte modellieren. UML ist eine Kombination aus mehreren objektorientierten Notationen: objektorientiertes Design, Objektmodellierungstechnologie und objektorientierte Softwareentwicklung.

UML nutzt die Stärken dieser drei Ansätze für ein schlüssigeres Verfahren, das sich einfacher verwenden lässt. UML vereint die Best Practices für die Erstellung und Dokumentation unterschiedlicher Aspekte der Modellierung von Software- und Geschäftssystemen.

Die Geschichte und Ursprünge von UML

Die „3 Amigos“ der Softwareentwicklung – so wurden sie in Fachkreisen genannt – hatten andere Methodiken weiterentwickelt. Sie arbeiteten gemeinsam an einer Lösung, um durch neue Standards Klarheit für Programmierer zu schaffen. Die Zusammenarbeit von Grady, Booch und Rumbaugh verbesserte alle drei Methoden und optimierte das finale Produkt.

Durch den unermüdlichen Einsatz dieser Vordenker kam es 1996 zur Veröffentlichung der UML 0.9- und 0.91-Dokumente. Schnell war klar, dass UML in mehreren Organisationen – darunter Microsoft, Oracle und IBM – als entscheidend für die eigene Geschäftsentwicklung angesehen wurde. Gemeinsam mit vielen anderen Einzelpersonen und Unternehmen erarbeiteten sie Ressourcen, mit denen man eine vollwertige Modellierungssprache entwickeln konnte. Die 3 Amigos veröffentlichten 1999 einen Benutzerleitfaden für einheitliche Modellierungssprache („The Unified Modeling Language User Guide“) und 2005 folgte eine zweite überarbeitete Auflage mit Informationen über UML 2.0.

OMG: Nicht das, was Sie denken! Wir erklären, was diese Abkürzung bedeutet.

Laut ihrer Website ist die Object Management Group® (OMG®) ein internationales, nicht gewinnorientiertes Konsortium zur Förderung von Technologiestandards, das 1989 ins Leben gerufen wurde und auf einem Konzept der offenen Mitgliedschaft basiert. Die OMG-Standards werden von Anbietern, Endnutzern, Bildungseinrichtungen und Behörden festgelegt. OMG Task Forces entwickeln Integrationsstandards für Unternehmen für eine breite Palette an Technologien und eine noch breitere Palette an Branchen. Die Modellierungsstandards von OMG, darunter UML und Model Driven Architecture® (MDA®), machen es möglich, dass Software- und andere Prozesse aussagekräftig visuell dargestellt, ausgeführt und gewartet werden können.

Die OMG überwacht die Definition und Einhaltung der UML-Spezifikationen. Dadurch können Entwickler und Programmierer zu unterschiedlichsten Zwecken in sämtlichen Phasen des Software-Lebenszyklus für Systeme aller Größen auf eine einheitliche Sprache zurückgreifen.

Der Zweck von UML laut OMG

Die OMG definiert den Zweck der UML wie folgt:

  • Systemarchitekten und Softwareentwickler erhalten ein Tool für die Analyse, das Design und die Implementierung von softwarebasierten Systemen sowie für die Modellierung von Geschäfts- und ähnlichen Prozessen.
  • Die Branchensituation soll optimiert werden, indem dafür gesorgt wird, dass Tools zur visuellen Modellierung von Objekten miteinander kompatibel sind. Allerdings ist es für einen sinnvollen Austausch von Modelldaten zwischen Tools notwendig, dass eine einheitliche Notation und Semantik verwendet wird.

UML erfüllt die folgenden Anforderungen:

  • Festlegung einer formalen Definition für ein gemeinsames Metamodell, das auf Meta-Object Facility (MOF) basiert und die abstrakte Syntax der UML spezifiziert. Die abstrakte Syntax definiert die UML-Modellierungskonzepte, ihre Attribute und ihre Beziehungen sowie die Regeln für die Kombination dieser Konzepte zur Entwicklung partieller oder kompletter UML-Modelle.
  • Eine detaillierte Erklärung der Semantik für jedes einzelne UML-Modellierungskonzept. Die Semantiken definieren – in einer von der Technologie unabhängigen Art und Weise –, wie die UML-Konzepte von Computern realisiert werden.
  • Bestimmung der von Menschen lesbaren Notationselemente für die Darstellung individueller UML-Modellierungskonzepte sowie die Festlegung von Regeln für die Kombination solcher Konzepte, um eine Vielzahl von Diagrammarten für verschiedene Aspekte des modellierten Systems erstellen zu können.
  • Festlegung von Methoden, mit denen gewährleistet werden kann, dass UML-Tools mit dieser Spezifizierung übereinstimmen. Dies wird (in einer separaten Spezifizierung) durch eine XML-basierte Spezifizierung von zugehörigen Modell-Austauschformaten (XMI) unterstützt – konforme Tools müssen diesen Prozess dann durchlaufen.

UML und Datenmodellierung

Die UML ist zwar unter Programmierern beliebt, wird aber in der Regel nicht von Datenbankentwicklern verwendet. Einer der Gründe dafür ist, dass die UML-Ersteller ihren Schwerpunkt nicht auf Datenbanken gelegt haben. Dennoch ist die UML für die allgemeine Darstellung von Datenmodellkonzepten geeignet und kann für verschiedene Arten von UML-Diagrammen eingesetzt werden. Für Informationen über die Verwendung von Schichten in einem objektorientierten Klassenmodell in einer relationalen Datenbank lesen Sie diesen Artikel über die Datenbankmodellierung in UML.

Neuerungen bei UML 2.0

UML wird kontinuierlich verbessert. UML 2.0 ist eine erweiterte Variante von UML, mit der noch mehr Aspekte der Entwicklung abgedeckt werden können, so zum Beispiel agile Konzepte. Ziel war es, UML neu zu strukturieren und zu optimieren und somit die Benutzerfreundlichkeit, die Implementierung und die Anpassung zu vereinfachen. Hier sind einige der wichtigsten Neuerungen bezüglich UML-Diagrammen:

  • Bessere Integration zwischen strukturellen und verhaltensbasierten Modellen.
  • Möglichkeit, eine Hierarchie und eine Aufschlüsselung eines Softwaresystems in Komponenten und untergeordnete Komponenten abzubilden.
  • UML 2.0 erhöht die Anzahl an Diagrammen von 9 auf 13.

UML-Begriffsglossar

Machen Sie sich mit dem UML-Vokabular vertraut: In der folgenden Liste finden Sie ausgewählte Begriffe aus dem UML 2.4.1-Dokument, das Nichtmitgliedern der OMG dabei helfen soll, häufig verwendete Begriffe zu verstehen.

  • Einhaltung abstrakter Syntax Benutzer können Modelle von einem Tool auf ein anderes übertragen, selbst wenn sie unterschiedliche Notationen verwenden
  • Common Warehouse Metamodel (CWM) Standard-Schnittstellen, die für den Austausch von Warehouse- und Business-Intelligence-Metadaten zwischen Warehouse-Tools, Warehouse-Plattformen und Warehouse-Metadatenspeichern in verteilten heterogenen Umgebungen verwendet werden.
  • Einhaltung konkreter Syntax Benutzer können weiterhin in unterschiedlichen Tools die Notation verwenden, mit der sie vertraut sind
  • Kern Im Kontext von UML bezieht sich der Begriff „Kern“ in der Regel auf das „Kernpaket“, wobei es sich um ein vollständiges Metamodell handelt, das speziell für eine hohe Wiederverwendbarkeit entwickelt wurde
  • Spracheinheit Besteht aus einer Sammlung eng zusammenhängender Modellierungskonzepte, die Benutzern die Möglichkeit bieten, ausgewählte Aspekte des Systems nach einem bestimmten Paradigma oder Formalismus darzustellen
  • Ebene 0 (E0) Die unterste Compliance-Ebene in der UML-Infrastruktur – eine einzelne Spracheinheit, mit der die Modellierung von verschiedenen Arten von klassenbasierten Strukturen möglich ist, die in den meisten verwendeten objektorientierten Programmiersprachen auftreten
  • Meta Object Facility (MOF) Eine von der OMG eingeführte Modellierungsspezifikation, die die Grundlage für die Metamodelldefinitionen in der MDA-Sprachfamilie der OMG bildet
  • Metamodell Definiert die Sprache und die Prozesse, aus denen ein Modell entwickelt wird
  • Metamodell-Konstrukte (LM) Die zweite Compliance-Ebene in der UML-Infrastruktur – eine zusätzliche Spracheinheit für erweiterte klassenbasierte Strukturen, die für die Entwicklung von Metamodellen (mithilfe von CMOF) wie UML selbst verwendet wird. UML hat nur zwei Compliance-Ebenen
  • Modellgetriebene Architektur (MDA) Ein Ansatz für eine einheitliche Zusammenstellung modellgetriebener Technologiespezifikationen
  • Object Constraint Language (OCL) Eine deklarative Sprache für die Beschreibung von Regeln, die für die Unified Modeling Language gelten. OCL ergänzt UML durch Begriffe und Flussdiagramm-Symbole, die präziser sind als natürliche Sprache, aber nicht so komplex wie Mathematik
  • Object Management Group (OMG) ist ein nicht gewinnorientiertes Konsortium für die Entwicklung von Standards in der Computerbranche, deren Mitglieder die UML-Spezifikation definieren und verwalten
  • UML 1 Erste Version der Unified Modeling Language
  • Unified Modeling Language (UML) Eine visuelle Sprache für die Spezifizierung, Konstruktion und Dokumentation der Artefakte in einem System
  • XMI Eine XML-basierte Spezifikation von zugehörigen Modellaustauschformaten

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Von UML festgelegte Modellierungskonzepte

Die Systementwicklung konzentriert sich im Großen und Ganzen auf drei unterschiedliche Systemmodelle:

  • Funktional: Hierbei handelt es sich um Anwendungsfalldiagramme, welche die Systemfunktionalität aus Sicht des Benutzers beschreiben.
  • Objekt: Hierbei handelt es sich um Klassendiagramme, welche die Systemstruktur im Hinblick auf Objekte, Attribute, Assoziationen und Vorgänge beschreiben.
  • Dynamisch: Interaktionsdiagramme, Zustandsdiagramme und Aktivitätsdiagramme werden verwendet, um das interne Verhalten eines Systems zu beschreiben.

Für die Visualisierung solcher Systemmodelle verwendet man zwei unterschiedliche Diagrammarten: Struktur- und Verhaltensdiagramme.

Objektorientierte Konzepte in UML

Die Objekte in der UML sind Entitäten, die auch in der Realität existieren. In der Softwareentwicklung können Objekte dafür verwendet werden, um das zu erstellende System so zu beschreiben oder zu modellieren, dass es für die Domain relevant ist. Objekte ermöglichen außerdem die Zerlegung komplexer Systeme in verständliche Komponenten, sodass immer nur ein Teilbereich dargestellt wird.

Hier sind einige grundlegende Konzepte einer objektorientierten Welt:

  • Objekte Repräsentation einer Entität und des jeweiligen Grundbausteins.
  • Klasse Plan eines Objekts.
  • Abstraktion Verhalten einer Entität aus der echten Welt.
  • Verkapselung Mechanismus, bei dem Daten zusammengefügt werden, um diese vor der Außenwelt zu verbergen.
  • Vererbung Der Mechanismus, bei dem neue Klassen aus einer vorhandenen erstellt werden.
  • Polymorphismus Definiert den Mechanismus, der angewendet wird, um unterschiedliche Formen anzunehmen.

Arten von UML-Diagrammen

UML verwendet Elemente und verknüpft diese auf unterschiedliche Art und Weise miteinander, um verschiedene Arten von Diagrammen zu erstellen: zum einen Diagramme, die statische oder strukturelle Aspekte eines Systems darstellen, zum anderen verhaltensbasierte Diagramme, die die dynamischen Aspekte eines Systems erfassen.

Strukturelle UML-Diagramme

  • Klassendiagramm Das am häufigsten verwendete UML-Diagramm und die wichtigste Grundlage für jede objektorientierte Lösung. Klassen in einem System, Attribute und Vorgänge sowie die Beziehung zwischen den einzelnen Klassen. Klassen werden gruppiert, um Klassendiagramme zu erstellen, wenn große Systeme als Diagramm dargestellt werden sollen.
  • Komponentendiagramm Stellt die strukturelle Beziehung von Softwaresystemelementen dar. Wird am häufigsten für komplexe Systeme mit mehreren Komponenten eingesetzt. Komponenten kommunizieren über Schnittstellen.
  • Kompositionsstrukturdiagramm Kompositionsstrukturdiagramme werden verwendet, um die interne Struktur einer Klasse darzustellen.
  • Implementierungsdiagramm Illustriert die Systemhardware und die zugehörige Software. Nützlich, wenn eine Softwarelösung auf mehreren Maschinen mit individuellen Konfigurationen implementiert wird.
  • Objektdiagramm Zeigt die Beziehung zwischen Objekten unter Verwendung von Beispielen aus der Realität. Hierbei wird illustriert, wie ein System zu einem bestimmten Zeitpunkt aussieht. Da Daten in Objekten zur Verfügung stehen, können diese ebenfalls dafür verwendet werden, um Beziehungen zwischen Objekten zu verdeutlichen.
  • Paketdiagramm Es gibt zwei spezielle Arten von Abhängigkeiten, die zwischen Paketen definiert werden: Paketimporte und Paketverschmelzungen. Pakete können die unterschiedlichen Ebenen eines Systems darstellen, um die Architektur zu visualisieren. Paketabhängigkeiten können so dargestellt werden, dass die Kommunikationsmechanismen zwischen verschiedenen Schichten erkennbar sind.

Verhaltensbasierte UML-Diagramme

  • Aktivitätsdiagramme Grafisch dargestellte Geschäfts- oder Betriebsabläufe, um die Aktivität eines Teils oder einer Komponente in einem System zu visualisieren. Aktivitätsdiagramme werden alternativ zu Zustandsdiagrammen verwendet.
  • Kommunikationsdiagramm Ähnelt dem Sequenzdiagramm, allerdings liegt der Fokus hier auf der Nachricht, die zwischen Objekten weitergegeben wird. Die gleichen Informationen lassen sich mit einem Sequenzdiagramm und unterschiedlichen Objekten darstellen.
  • Interaktionsübersichtsdiagramm Es gibt sieben Arten von Interaktionsdiagrammen und dieses Diagramm zeigt die Abfolgesequenz von Aktionen im modellierten System.
  • Sequenzdiagramm Zeigt, wie und in welcher Reihenfolge Objekte miteinander interagieren. Solche Diagramme repräsentieren Interaktionen für ein bestimmtes Szenario.
  • Zustandsdiagramm Ähnlich wie Aktivitätsdiagramme beschreibt diese Art von Diagramm das Verhalten von Objekten, die in ihrem aktuellen Zustand unterschiedliche Verhaltensweisen an den Tag legen.
  • Zeitverlaufsdiagramm Wie bei Sequenzdiagrammen wird hier das Verhalten von Objekten in einem bestimmten Zeitraum dargestellt. Wenn es nur ein einziges Objekt gibt, ist das Diagramm recht simpel. Bei mehr als einem Objekt werden die Interaktionen der Objekte während des festgelegten Zeitraums dargestellt.
  • Anwendungsfalldiagramm Stellt eine bestimmte Funktionalität eines Systems dar und wurde entwickelt, um zu illustrieren, wie Funktionen zueinander in Beziehung stehen und welche internen/externen Akteure es gibt.

Ein UML-Diagramm erstellen: Tutorials und Beispiele

Um zu erfahren, wie Sie unterschiedliche Arten von UML-Diagrammen erstellen, schauen Sie sich eines oder alle der folgenden Tutorials an. Dort lernen Sie, wie man Struktur- und Verhaltensdiagramme zeichnet.

Strukturelles Diagramm – Tutorial und Beispiele

KLASSENDIAGRAMME

Klassendiagramme repräsentieren die statischen Strukturen eines Systems, wozu seine Klassen, Attribute, Vorgänge und Objekte gehören. Ein Klassendiagramm kann rechnerische Daten oder organisatorische Daten in Form von Implementierungs- bzw. logischen Klassen darstellen. Zwischen diesen beiden Gruppen kann es zu Überschneidungen kommen.

  1. Klassen werden durch eine rechteckige Form, die aus drei Teilen besteht, dargestellt. Der obere Abschnitt zeigt den Namen der Klasse und im mittleren Abschnitt befinden sich die Attribute der Klasse. Der untere Abschnitt enthält die Vorgänge der Klasse (auch als Methoden bezeichnet).
  2. Fügen Sie Klassenformen zu Ihrem Klassendiagramm hinzu, um die Beziehung zwischen diesen Objekten darzustellen. Es kann sein, dass Sie auch Unterklassen hinzufügen müssen.
  3. Verwenden Sie Linien, um eine Assoziation, Vererbung, Multiplizität oder andere Beziehung zwischen Klassen und Unterklassen darzustellen. Ihr bevorzugter Notationsstil bildet die Grundlage für die Notation dieser Linien.

 

KOMPONENTENDIAGRAMME

Komponentendiagramme zeigen, wie Komponenten miteinander verbunden werden, um größere Komponenten- oder Softwaresysteme zu ergeben. Diese Diagramme dienen dazu, die Abhängigkeiten jeder Komponente im System darzustellen. Eine Komponente ist erforderlich, damit eine Stereotyp-Funktion ausgeführt werden kann. Ein Komponenten-Stereotyp kann aus ausführbaren Programmen, Dokumenten, Datenbanktabellen, Dateien oder Bibliotheksdateien bestehen.

  1. Stellen Sie eine Komponente mithilfe einer rechteckigen Form dar. Eine Komponente sollte zwei kleine Rechtecke an der Seite haben (oder ein Symbol mit dieser Form verwenden).
  2. Fügen Sie Linien zwischen Komponentenformen hinzu, um die relevanten Beziehungen darzustellen.

 

Beispiel für ein UML-Komponentendiagramm

IMPLEMENTIERUNGSDIAGRAMME

Ein Implementierungsdiagramm stellt die physische Implementierung und Struktur von Hardwarekomponenten dar. Implementierungsdiagramme zeigen, wo und wie Komponenten eines Systems gemeinsam operieren.

  1. Verwenden Sie für die Zeichnung von Implementierungsdiagrammen die gleiche Notation wie für das Komponentendiagramm.
  2. Verwenden Sie einen 3D-Würfel, um einen Knoten darzustellen (dieser steht für eine physische oder eine virtuelle Maschine).
  3. Beschriften Sie den Knoten im gleichen Stil wie die Sequenzdiagramme. Fügen Sie bei Bedarf weitere Knoten hinzu, die Sie dann mit Linien verbinden.

 

Beispiel für ein UML-Implementierungsdiagramm

Verhaltensbasiertes Diagramm – Tutorial und Beispiele

Aktivitätsdiagramm

Aktivitätsdiagramme zeigen den ablaufbasierten Kontrollfluss zwischen Klassenobjekten zusammen mit organisatorischen Prozessen wie Business-Workflows. Diese Diagramme verwenden spezielle Formen, die dann mit Pfeilen verbunden werden. Die Notationen für Aktivitätsdiagramme ähneln denen der Zustandsdiagramme.

  1. Beginnen Sie mit einem ausgefüllten Kreis, um Ihr Aktivitätsdiagramm zu zeichnen.
  2. Verbinden Sie den Kreis mit der ersten Aktion, die durch ein Rechteck mit abgerundeten Ecken dargestellt wird.
  3. Verbinden Sie nun jede Aktion mit anderen Aktionen. Verwenden Sie dafür Linien, die Schritt für Schritt den Fluss des gesamten Prozesses demonstrieren.
  4. Sie können auch Verantwortungsbereiche verwenden, um die jeweiligen Objekte darzustellen, welche die einzelnen Aktionen ausführen.

 

Beispiel für ein UML-Aktivitätsdiagramm

Anwendungsfalldiagramm

Ein Anwendungsfall ist eine Abfolge von Schritten, die eine Interaktion zwischen einem Akteur (einem Mensch, der mit dem System interagiert, oder einem externen System) und dem System selbst definiert. Anwendungsfalldiagramme nutzen die Spezifikationen eines Anwendungsfalls und modellieren die funktionalen Bestandteile eines Systems. Diese Diagramme helfen Entwicklungsteams dabei, die Anforderungen ihres Systems zu verstehen, einschließlich der Rolle der menschlichen Interaktion im System und der Unterschiede zwischen verschiedenen Anwendungsfällen. Ein Anwendungsfalldiagramm kann alle Anwendungsfälle eines Systems oder nur eine Gruppe von Anwendungsfällen mit ähnlicher Funktionalität darstellen.

  1. Um ein Anwendungsfalldiagramm zu zeichnen, fügen Sie zuerst eine ovale Form zur Mitte Ihres Arbeitsblattes hinzu.
  2. Tragen Sie den Namen des Anwendungsfalls in die ovale Form ein.
  3. Stellen Sie Akteure mit einem Strichmännchen neben dem Diagramm dar und verwenden Sie dann Linien, um Beziehungen zwischen Akteuren und Anwendungsfällen zu modellieren.

 

Beispiel für ein UML-Anwendungsfalldiagramm

Sequenzdiagramm

Sequenzdiagramme – auch als Ereignisdiagramme oder Ereignisszenarien bekannt – illustrieren, wie Prozesse miteinander interagieren, indem die Aufrufe zwischen verschiedenen Objekten in einer Sequenz dargestellt werden. Diese Diagramme haben zwei Dimensionen: vertikal und horizontal. Die vertikalen Linien zeigen die Sequenz von Nachrichten und Aufrufen in chronologischer Reihenfolge und die horizontalen Elemente zeigen die Objektinstanzen, zu denen die Nachrichten weitergeleitet werden.

  1. Um ein Sequenzdiagramm zu erstellen, zeichnen Sie ein Rechteck, in das Sie den Namen der Klasseninstanz und der Klasse eintragen.
  2. Zeichnen Sie Linien zwischen Klasseninstanzen ein, um den Sender und den Empfänger von Nachrichten darzustellen.
  3. Verwenden Sie geschlossene Pfeilspitzen für synchrone Nachrichten, offene Pfeilspitzen für asynchrone Nachrichten und gestrichelte Linien für Antwortnachrichten.

Beispiel eines UML-Sequenzdiagramms

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