Универсальная логическая модель базы данных

УДК 004.4”422/37:004

МИКЛЯЕВ Иван Александрович, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры прикладной математики и программирования филиала «Севмашвтуз» Санкт-Петербургского государственного морского техническогоуниверсите-та в г. Северодвинске. Автор 32 научных публикаций, в т.ч. 18 учебно-методических пособий

КУДАЕВА Мария Владимировна, старший преподаватель кафедры прикладной математики и программирования филиала «Севмашвтуз» Санкт-Петербургского государственного морского техни-ческогоуниверситета в г. Северодвинске.

УНДОЗЕРОВА Алла Николаевна, кандидат педагогических наук, доцент кафедры прикладной математики и программирования филиала «Севмашвтуз» Санкт-Петербургского государственного морского технического университета в г. Северодвинске. Автор 51 научной публикации, в т.ч одной монографии и!7учебно-методических пособий

УНИВЕРСАЛЬНАЯ ЛОГИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ БАЗЫ ДАННЫХ

Данная модель может применяться в проектировании информационных систем с целью унификации инструментария для структурирования и обработки информации в различных предметных областях, создания приложений, легко перенастраивающихся при изменениях в бизнес-среде без модификации структуры базы данных и программного обеспечения.

Универсальная база данных, информационные системы, сущность

Информационные системы используются практически во всех сферах жизнедеятельности людей и, как правило, ориентированы на обработку государственной, юридической (законодательной), деловой, финансовой, научнотехнической, учебной, развлекательной и прочей информации. На протяжении последних десятилетий в области разработки информационных систем и их основополагающих составляющих - баз данных ведутся интенсивные исследования, подбираются оптимальные подходы и типовые решения проектирования и реализации.

Наиболее адекватной в настоящий период представляется разработка архитектуры сложных прикладных информационных систем на основе эффективного объединения разных видов оборудования и программного обеспечения, применения стандартизованных интерфейсов между компонентами системы и т.п. Такой подход позволяет повторно использовать программные средства на разных вычислительных платформах без перепрограммирования и тем самым экономить значительные финансовые средства, а также поэтапно наращивать вычислительную мощность прикладной системы

в соответствии с потребностями пользователя и его финансовыми возможностями.

Одним из эффективных инструментов для решения подобного рода задач являются CASE-средства (Computer Aided Software/ System Engineering). Но целесообразность их применения определяется возможностью точного учета требований конечного пользователя к проектируемой информационной системе, значительным снижением уровня ошибок в проекте до начала программирования, что порождает существенное увеличение общей трудоемкости разработки и, особенно, отладки программ.

Этапы разработки информационных систем. Традиционно к основным этапам разработки информационных систем относят:

1. Анализ требований, включающий изучение предметной области, построение моделей бизнес-процессов.

2. Проектирование, в т.ч. определение сущностей, их атрибутов и связей, разработка логической модели базы данных.

3. Выбор системы управления базами данных и физическая реализация проекта.

4. Разработка интерфейса и программной логики приложения.

5. Тестирование и отладка.

6. Внедрение и сопровождение.

Прохождение этапов осуществляется строго последовательно, ни один из них нельзя пропустить и перейти к следующему. После каждого этапа происходит анализ соответствия полученных результатов требованиям заказчика. При значительных отклонениях разработчик вынужден возвращаться к предшествующим этапам и проходить последующие шаги заново (рис. 1).

Ввиду того, что этап «Изучение предметной области» является базовым, к нему приходится возвращаться наиболее часто, что приводит к значительному увеличению трудоемкости, затрат времени и ресурсов. Учитывая то, что все знать невозможно, а также то, что все со временем изменяется, получаем бесконечную задачу изучения предметной области и, соответственно, весь последующий комплекс задач.

К сожалению, зачастую самые существенные коррективы разработчик вносит на последних этапах разработки интерфейса, тестирования и отладки приложения в реальных условиях. На это, как правило, существует две причины. Во-первых, разработчик программного

обеспечения обычно не является участником исходного бизнес-процесса, и, соответственно, познание нюансов предметной области происходит во время проектирования. Во-вторых, внедрение автоматизированных информационных систем предполагает изменение производственных процессов. Следовательно, на выходе мы имеем новую предметную область с новыми участниками, обновленными функциями и задачами.

Таким образом, возврат от этапа «Разработка интерфейса приложения» к этапу «Изучение предметной области» практически неизбежен, стоимость модификаций резко возрастает, а текучесть требований создает почти неразрешимые проблемы. Решение задачи видится в использовании при разработке информационных систем модели универсальной базы данных.

Этапы разработки информационных систем с использованием универсальной базы данных. Одним из путей совершенствования технологии разработки информационных систем является исключение промежуточных этапов

проектирования за счет создания универсальной базы данных (УБД), имеющей возможность без изменения структуры содержать в себе информацию любой предметной области.

Получим схему разработки информационных систем, состоящую из следующих этапов (рис. 2):

1. Анализ требований, включающий изучение предметной области, построение моделей бизнес-процессов.

2. Проектирование, в т.ч. определение сущностей, их атрибутов и связей, корректировка логической модели базы данных.

3. Разработка интерфейса и программной логики приложения.

4. Тестирование и отладка.

5. Внедрение и сопровождение.

Очевидно, что в этом случае происходит

перераспределение функций между разработчиком системы управления базами данных (СУБД), разработчиком приложения и пользователем информационной системы (рис. 3). Разработчик СУБД берет на себя все проблемы, связанные с организацией унифицированно-

Использование УБД

Изучение предметной области

-V

Построение модели бизнес-процесса

Использование универсального приложения для работы с информацией в УБД

Определение сущностей и корректировка логической схемы базы данных

Разработка интерфейса приложения

Л-1

\н

Рис. 2. Схема разработки информационных систем с использованием универсальной базы данных

- разработка и корректировка

- использование

Рис. 3. Распределение функций участников разработки и функционирования информационной системы

с использованием универсальной базы данных

го ввода, изменения и удаления информации справочников системы. Разработчику приложения остается лишь создать экранные формы для работы с исходящей информацией проекта по персональным требованиям заказчика, которые, впрочем, могут редактироваться и в унифицированной форме, и реализовать функции системы. Пользователь же получает возможность корректировки структуры информации и без участия разработчика приложения.

Таким образом, процесс разработки приложения значительно упрощается с точки зрения программиста, следовательно, большее время может быть уделено изучению предметной области. Важно учитывать, что при использовании универсальной базы данных тестовая информация для отладки системы может быть внесена на ранних этапах проектирования, без опасений утратить ее в результате поэтапной модификации структуры базы данных. Пользователь же за счет управления справочниками получает возможность самому адаптировать информационную систему к изменяющейся предметной области.

Логическая модель универсальной базы данных. Для создания универсальной базы данных необходимо определить, что характерно для любой предметной области. Как правило, объектная декомпозиция бизнес-среды предполагает получение ответов на три основных вопроса:

1. Что необходимо описать?

2. Что необходимо приписать?

3. Какие значения принимает то, что будет приписано?

Ответы на первые два вопроса обязательны, поскольку объекты предметной области (сущности) характеризуются свойствами (атрибутами). Третий вопрос не всегда актуален в связи с тем, что свойства могут иметь как количественные, так и качественные оценки или не иметь их вовсе, но возможность установления значения для некоторого свойства должна быть предусмотрена. Для учета того, что все развивается во времени и некоторые свойства могут иметь место только в определенный момент времени, целесообразно поставить вопрос:

4. В какой период действует данная информация?

Ответ на последний вопрос может быть реализован в универсальной базе данных и с помощью предшествующих вопросов через две информационные единицы. Тогда какому-либо свойству необходимо приписать «начало действия информации» и «конец действия информации» с соответствующими значениями типа дата/время в качестве ответов на третий вопрос. При этом обслуживание динамики информации является функцией разработчика приложения. В случае признания необходимости ответа на четвертый вопрос при формировании универсальной базы данных, решение проблем, связанных с изменениями информации во времени, переносится на уровень разработки СУБД. Это представляется вполне оправданным в связи с тем, что современным бизнес-средам присуща значительная изменчивость, и, следовательно, в базах данных большое количество записей актуально лить в определенный период времени, а далее они составляют архивный материал. Исключение такой информации из рассмотрения средствами СУБД упрощает процесс разработки программных приложений и существенно повышает их эффективность и быстродействие.

Таким образом, получаем логическую модель универсальной базы данных с определением следующих сущностей (рис. 4):

1. Сущность (первый вопрос).

2. Экземпляр сущности (первый вопрос).

3. Параметр (второй вопрос);

4. Принадлежность (указывает, какие характеристики могут быть использованы при описании той или иной сущности, т.е. ограничения второго вопроса);

5. Возможное значение параметра (третий вопрос);

6. Характеристика экземпляра сущности (основное хранилище информации).

При использовании универсальной базы данных в некоторой предметной области в таблицу 1 «Сущность» вносятся названия таблиц информационной системы (например, «Индивиды»), таблица 2 «Экземпляр сущности» содержит только идентификаторы отдельных экземпляров сущностей (например, строк таблицы «Индивиды» -конкретных физических лиц). Все характеристики экземпляра сущности, составляющие атрибуты таблиц (например, «Фамилия», «Имя»), хранятся в таблице 6 «Характеристика экземпляра сущности», причем названия характеристик устанавливаются через таблицу 4 «Принадлеж-

Рис. 4. Логическая модель универсальной базы данных

ность», показывающую соответствие между сущностями и параметрами, которыми эта сущность может быть описана. Параметром может являться и другая сущность. Значения, которые может принимать параметр, хранятся в таблице 5 «Возможное значение параметра» (в данную таблицу заносятся наиболее распространенные и часто используемые значения).

Атрибутом сущности может быть некоторый простой параметр (из таблицы 3 «Параметр», например «Фамилия» или «Имя») или сложный параметр, в свою очередь, являющийся сущностью (из таблицы 1 «Сущность», например «Подразделение», в котором работает «Индивид») со своим набором атрибутов. Этим обусловлено наличие проверочного ограничения целостности (check) таблицы 4 «Принадлежность». Аналогично значением характеристики экземпляра сущности может быть либо некоторое значение (из таблицы 5 «Возможное значение параметра», например фамилия Иванов), либо значение, которое само является экземпляром какой-либо сущности (из таблицы 2 «Экземпляр сущности», например название подразделения «Отдел главного конструктора»).

Идея разработки универсальной базы данных возникла в результате применения ранее предложенных типовых решений проектирования объектов баз данных с варьируемым числом параметров в таких областях, как учет лекарственного обеспечения пациентов с хроническими заболеваниями (различные параметры для различных заболеваний), учет компьютерной техники (компьютеры могут быть представлены как объекты с иерархической структурой, имеющие различное количество комплектующих), учет операций с недвижимостью и ведение наследственных дел (объекты недвижимости также являются структурами с варьируемым числом параметров).

Описанная методика разработки информационных систем на основе модели универсальной базы данных позволяет унифицировать инструментарий для обработки информации в различных предметных областях, способствует созданию приложений, легко перенастраивающихся при изменениях в бизнес-среде без модификации структуры базы данных и программного обеспечения.

Список литературы

1. Варламов О. О. Эволюционные базы данных и знаний для адаптивного синтеза интеллектуальных систем. Миварное информационное пространство. М., 2002. С. 282.

2. Конноли Т., БеггК. Базы данных. Проектирование, реализация и сопровождение. Теория и практика. 3-є изд.: пер. с англ. М., 2003. С. 1440.

Miklyaev Ivan, Undozerova Alla, Kudaeva Maria UNIVERSAL LOGICAL DATABASE MODEL

The given model is intended for the informational systems design based on the using structuring and processing data unified tools in the different application domains, for the engineering easy update software in the variable business environment without data base structure and software update.

Контактная информация: Микляев Иван Александрович e-mail\ ivanmial@rambler.ru Ундозерова Алла Николаевна e-mail', und-alla@rambler.ru Кудаева Мария Владимировна e-mail', kudamariya@yandex.ru

Реценз ент - Малыгин В.И., доктор технических наук, профессор кафедры технологии машиностроения, заместитель директора по научной работе филиала «Севмашвтуз» Санкт-Петербургского морского технического университета в г. Северодвинске