Design, implementation and evaluation of model-driven spreadsheets

Abstract

Spreadsheets are omnipresent tools to solve problems of all sorts. Their usage is simple and flexible, which attracts many of their users. The tabular format comes naturally to present data in many situations. This format simplifies the exchange of data between systems, but also provides simple visualizations of this data using some of the many features spreadsheet software provide nowadays. Moreover, users have advanced features available that make spreadsheets a powerful programming environment with a low-entry barrier. However, spreadsheet users are usually not professional developers and thus lack knowledge and development methodologies to allow them to create error-free spreadsheets with minimal effort. This is even more significant with the freedom spreadsheets provide, where error-prevention and detection features are optional and lack emphasis. A solution to improve spreadsheet development, both preventing errors and improving development performance, is defended in this work. This solution consists in using common software development methodologies and techniques to spreadsheet development, namely usingModel-Driven Engineering, a methodology to specify a solution through abstraction. This work brings a new modelling language to specify spreadsheets at a high level, abstracting the concrete data. It introduces an additional artefact in spreadsheet development that is connected to the actual spreadsheet through a conformance relation. With these two artefacts, spreadsheet development is divided into the definition of the layout and logic, and the input of concrete data. The former part defines constraints on the latter, preventing errors by design. Moreover, taking advantage of model-driven techniques, the whole life cycle of the spreadsheet is kept safe. In addition to the theoretical definition of the modelling language, the conformance relation and other parts involved in the development of spreadsheets, an implementation of this work is provided as an extension to LibreOffice Calc. This implementation demonstrates the feasibility of the approach and allows to evaluate the work. In order to evaluate this work, empirical studies were performed. These have shown the benefits of this work are significant, reducing error rates and improving spreadsheet development by end users.

Folhas de cálculo são ferramentas omnipresentes para resolver problemas de todos os tipos. O seu uso é simples e flexível, atraindo muitos dos seus utilizadores. Em muitas situações, o formato tabular é natural para a apresentação de dados. Este formato simplifica a troca de dados entre sistemas, mas também fornece uma visualização simples dos dados usando algumas das muitas funcionalidades que os programas de folhas de cálculo fornecem hoje em dia. Mais, os utilizadores têm disponível funcionalidades avançadas que tornamas folhas de cálculo umambiente de programação poderoso e acessível. Porém, os utilizadores de folhas de cálculo não são geralmente programadores profissionais, pelo que carecem do conhecimento e das metodologias de desenvolvimento que lhes permitiriam a criação de folhas de cálculo sem erros e com um esforço mínimo. Isto é ainda mais relevante com a liberdade que as folhas de cálculo disponibilizam, onde as funcionalidades de prevenção e de detecção de erros são opcionais e têm pouca ênfase. Uma solução para melhorar o desenvolvimento de folhas de cálculo, tanto prevenindo erros como melhorando o desempenho no seu desenvolvimento, é defendida neste trabalho. Esta solução consiste no uso de metodologias e técnicas de desenvolvimento de software comuns, nomeadamente usando Model-Driven Engineering (engenharia orientada por modelos), uma metodologia para a especificação de uma solução através de abstracção. Este trabalho traz uma nova linguagem de modelação para a especificação de folhas de cálculo a um alto nível, abstraindo os dados concretos. Ele introduz um artefacto adicional no desenvolvimento de folhas de cálculo que está relacionado com a folha de cálculo através de uma relação de conformidade. Este novo artefacto define restrições na folha de cálculo, prevenindo erros por construção. Aliás, tirando partido de técnicas de Model-Driven Engineering, todo o ciclo de vida da folha de cálculo é mantido correcto. Em adição à definição teórica da linguagem, da relação de conformidade e de outra partes envolvidas no desenvolvimento de folhas de cálculo, resulta também deste trabalho uma implementação fornecida como uma extensão para o LibreOffice Calc. Esta implementação demonstra a viabilidade deste trabalho e também permite que ele seja avaliado. Para validar este trabalho ser avaliado, foram desenhados e realizados estudos empíricos. Estes mostramque os benefícios deste trabalho são significativos, prevenindo erros e melhorando o desenvolvimento de folhas de cálculo pelos seus utilizadores.