Аис1

содержанием, т.е. о создании методики построения моделей, адекватно описывающих процессы в изучаемой системе, во времени (динамике). Описание и количественная оценка преобразований требуют создания математических моделей, разворачивающиеся во времени, которые должны отображать (имитировать) физические, экономические, организационные,

финансовые, логические и т.п. отношения между сущностями, входящими в IDEF0модель.

IDEF1 - методология информационного моделирования

Метод IDEF1, разработанный Т.Рэмей (T.Ramey), основан на подходе П.Чена и позволяет построить модель данных, эквивалентную реляционной модели в третьей нормальной форме. IDEF1 является методом изучения и анализа, в отличие от очень сходного по терминологии и семантике стандарта IDEF1X, предназначенного для разработки структуры реляционных баз данных и оперирующего с конкретными объектами физического мира.

Назначение стандарта

Деятельность любого предприятия можно представить как непрерывное изменение состояния физических и интеллектуальных объектов, имеющих отношение к предприятию, таких как сотрудники, средства производства, производимые продукты, идеи, финансы и т.д.. Для эффективного менеджмента этим процессом, каждое изменение того или иного объекта должно иметь свое документальное отображение.

При построении информационной модели проектировщик всегда оперирует с двумя основными глобальными областями, каждой из которой соответствует множество характерных объектов. Первой из этих областей является реальный мир, или же совокупность физических и интеллектуальных объектов, таких, как люди, места, вещи, идеи и т.д., а также все свойства этих объектов и зависимости между ними. Второй же является информационная область. Она включает в себя существующие информационные отображения объектов первой области и их свойств. Информационное отображение, по существу, не является объектом реального мира, однако изменение его, как правило, является следствием некоторого изменения соответствующего ему объекта реального мира. Методология IDEF1 разработана как инструмент для исследования статического соответствия вышеуказанных областей и установления строгих правил и механизмов изменения объектов информационной области при изменении соответствующих им объектов реального мира.

Для эффективного менеджмента этим процессом, каждое изменение того или иного объекта должно иметь свое документальное отображение. Этими отображениями служат личные дела сотрудников, отчеты, рекламная продукция, служебные записки и т.д. Их совокупность можно определить, как информационная область предприятия, а движение информации (например, документооборот) и называется информационными потоками. Очевидно, что любому бизнес процессу, а также любому изменению физических объектов должен соответствовать определенный

71

информационный поток. Более того, руководство, при построении стратегических планов развития и управлении деятельностью предприятия, (издавая приказы, распоряжения и т.д.), фактически руководствуется информационными потоками и вносит в них изменения, таким образом осуществляя информационный менеджмент.

Стандарт IDEF1 был разработан как инструмент для анализа и изучения взаимосвязей между информационными потоками в рамках деятельности предприятия. Целью подобного исследования является дополнение и структуризация существующей информации и обеспечение качественного менеджмента информационными потоками. Необходимость в подобной реорганизации информационной области, как правило, возникает на начальном этапе построения корпоративной информационной системы, и методология IDEF1 позволяет достаточно наглядно обнаружить "черные дыры" и слабые места в существующей структуре информационных потоков. Применение методологии IDEF1, как инструмента построения наглядной модели информационной структуры предприятия по принципу «Как должно быть» позволяет решить следующие задачи:

выяснить структуру и содержание существующих потоков информации на предприятии;

определить какие проблемы, выявленные в результате функционального анализа и анализа потребностей, вызваны недостатком управления соответствующей информацией;

выявить, информационные потоки, требующие дополнительного управления для эффективной реализации модели.

Спомощью IDEF1 происходит изучение существующей информации о различных объектах в области деятельности предприятия. Характерно то, что IDEF1-модель включает в рассмотрение не только автоматизированные компоненты, базы данных и соответствующую им информацию, но также и реальные объекты, такие как сами сотрудники, кабинеты, телефоны и т.д. Миссия методологии IDEF1 состоит в том, чтобы выявить и четко постулировать потребности в информационном менеджменте в рамках коммерческой деятельности предприятия. В отличие от методов разработки структур баз данных (например, IDEF1X), IDEF1 является аналитическим методом и используется преимущественно для выполнения следующих действий:

определения самой информации и структуры ее потоков, имеющей отношение к деятельности предприятия;

определение существующих правил и законов, по которым осуществляется движение ин-формационных потоков, а также принципов управления ими;

выяснение взаимосвязей между существующими информационными потоками в рамках предприятия;

выявление проблем, возникающих вследствие недостатка качественного информационного менеджмента.

Результаты анализа информационных потоков могут быть использованы для стратегиче-ского и тактического планирования деятельности предприятия и улучшения информационного менеджмента.

Однако основной целью использования методологии IDEF1 все же остается исследование движения потоков информации и принципов управления ими на начальном этапе процесса проектирования корпоративной информационноаналитической системы, которая будет способствовать более эффективному использованию информационного пространства. Наглядные модели IDEF1 обеспечивают базис для построения мощной и гибкой информационной системы.

72

Основные преимущества IDEF1

IDEF1 является аналитическим методом и используется для определения:

информации и структуры ее потоков, имеющей отношение к деятельности предприятия;

существующих правил и законов, по которым осуществляется движение информационных потоков, а также принципов управления ими;

взаимосвязей между существующими информационными потоками в рамках предприятия;

проблем, возникающих вследствие недостатка качественного

информационного менеджмента.

Методология IDEF1 позволяет на основе простых графических изображений моделировать информационные взаимосвязи и различия между:

реальными объектами;

физическими и абстрактными зависимостями, существующими среди реальных объектов;

информацией, относящейся к реальным объектам;

структурой данных, используемой для приобретения, накопления, применения и управления информацией.

Одним из основных преимуществ методологии IDEF1 является обеспечение последовательного и строго структурированного процесса анализа информационных потоков в рамках деятельности предприятия. Другим отличительным свойством IDEF1 является широко развитая модульность, позволяющая эффективно выявлять и корректировать неполноту и неточности существующей структуры информации, на всем протяжении этапа моделирования. При построении информационной модели проектировщик всегда оперирует с двумя основными глобальными областями, каждой из которой соответствует множество характерных объектов. Первой из этих областей является реальный мир, или же совокупность физических и интеллектуальных объектов, таких, как люди, места, вещи, идеи и т.д., а также все свойства этих объектов и зависимости между ними. Второй же является информационная область. Она включает в себя существующие информационные отображения объектов первой области и их свойств. Информационное отображение, по существу, не является объектом реального мира, однако изменение его, как правило, является следствием некоторого изменения соответствующего ему объекта реального мира. Методология IDEF1 разработана как инструмент для исследования статического соответствия вышеуказанных областей и установления строгих правил и механизмов изменения объектов информационной области при изменении соответствующих им объектов реального мира.

Терминология и семантика

Методология IDEF1 разделяет элементы структуры информационной области, их свойства и взаимосвязи на классы.

Центральным понятием методологии IDEF1 является понятие СУЩНОСТИ. Класс сущностей представляет собой совокупность информации, накопленной и хранящейся в рамках предприятия и соответствующей определенному объекту или группе объектов реального мира. Основными концептуальными свойствами сущностей в IDEF1 являются:

устойчивость. Информация, имеющая отношение к той или иной сущности постоянно нака-пливается;

73

уникальность. Любая сущность может быть однозначно идентифицирована из другой сущности.

Каждая сущность имеет своё имя и атрибуты. АТРИБУТЫ представляют собой характерные свойства и признаки объектов реального мира, относящихся к определенной сущности. Класс атрибутов представляет собой набор пар, состоящих из имени атрибута и его значения для оп-ределенной сущности. Атрибуты, по которым можно однозначно отличить одну сущность от другой называются ключевыми атрибутами. Каждая сущность может характеризоваться несколькими ключевыми атрибутами. Класс взаимосвязей в IDEF1 представляет собой совокупность взаимосвязей между сущностями. Взаимосвязь между двумя отдельными сущностями считается существующей в том случае, класс атрибутов одной сущности содержит ключевые атрибуты другой сущности. Каждый из вышеописанных классов имеет свое условное графиче-ское отображение, согласно методологии IDEF1.

На рис. 1 приведен пример IDEF1 – диаграммы. На ней представлены две сущности с именами “Отдел” и “Сотрудник” и взаимосвязь между ними с именем “работает в”. Имя взаимосвязи всегда выражается в глагольной форме. Если же между двумя или несколькими объектами реального мира не существует установленной зависимости, то с точки зрения IDEF1, ме-жду соответствующими им сущностями взаимосвязь также отсутствует.

IDEF1X - методология построения реляционных структур

В настоящее время на основе совершенствования методологии IDEF1 создана ее новая версия - методология IDEF1X, разработанная с учетом таких требований, как простота изуче-ния и возможность автоматизации. IDEF1X-диаграммы используются рядом распространенных CASE-средств (в частности, ERwin, Design/IDEF).

Назначение IDEF1X

74

IDEF1X - методология моделирования данных, основанная на семантике, т.е. на трактовке данных в контексте их взаимосвязи с другими данными. Методология IDEF1X используется для создания информационной модели в виде набора ERDдиаграмм, которые представляют собой структуру информации, необходимой для поддержки функций производственной системы или среды.

Диаграммы “Сущность-связь”(ERD) предназначены для разработки моделей данных и обеспечивают стандартный способ определения данных и отношений между ними. С помощью ERD осуществляется детализация хранилищ данных проектируемой системы, а также документируются сущности системы и способы их взаимодействия, включая идентификацию объектов, важных для предметной области(сущностей), свойств этих объектов (атрибутов) и их отношений с другими объектами(связей).Нотация была введена Ченом (Chen) и получила дальнейшее развитие в работах Баркера (Barker).

Методология IDEF1X определяет стандарты терминологии, используемой при информационном моделировании, и графического изображения типовых элементов на диаграммах.

IDEF1X является методом разработки реляционных БД основанном на применении условного синтаксиса, специально разработанного для построения концептуальных схем. КОНЦЕПТУАЛЬНАЯ СХЕМА - универсальное представление структуры данных в рамках предприятия, независимое от конечной реализации БД и аппаратной платформы.

IDEF1X является статическим методом проектирования логической структуры БД после того, как все информационные ресурсы исследованы (например, с помощью метода IDEF1), определены с помощью функциональной модели информационные потоки предприятия и принято решение о внедрении реляционной БД, как части корпоративной ИС.

Однако, в связи с тем, что методология IDEF1X разработана специально для построения реляционных ИС, то создаваемая аналитиком IDEF1X-модель является некорректной для при-менения методов объектно-ориентированной реализации. IDEF1X не следует применять для построения не реляционных систем:

IDEF1X требует от проектировщика определить ключевые атрибуты, для того чтобы отли-чить одну сущность от другой, в то время как объектноориентированные системы не тре-буют задания ключевых ключей, в целях идентификации объектов;

в тех случаях, когда более чем один атрибут является однозначно идентифицирующим сущность, проектировщик должен определить один из

этих атрибутов первичным ключом, а все остальные вторичными. Поэтому, если существует необходимость проектирования объектноориентированной системы, то лучше избрать другие методы моделирования.

Преимущества

Основным преимуществом IDEF1X, по сравнению с другими многочисленными методами разработки реляционных баз данных, такими как ER и ENALIM является жесткая и строгая стандартизация моделирования. Установленные стандарты позволяют избежать различной трактовки построенной модели, которая, несомненно, является значительным недостатком ER.

По сравнению с обычным (неупорядоченным) способом проектирования БД преимущества IDEF1X моделей заключается в том, что система сама отслеживает переносимость ключевых признаков к зависимым сущностям. Другой немаловажный моментструктура БД может быть экспортирована в формат внешних (« коммерческих» ) СУБД с архитектурой клиент-сервер без каких-либо доработок.

75

имена атрибутов внутри блоков. Фундаментальные понятия информационных моделей:

объект - нечто информационное, существующее и различимое (например, редуктор);

атрибут - свойство, характеристика объекта (например, стандартизированное обозначение редуктора);

значение атрибута - например, «Одноступенчатый цилиндрический».

Атрибут и уровни информационной модели

АТРИБУТ объекта - каждое отдельное свойство объекта, характеризующее его экземпляр, в то же время это характеристика, общая для всех возможных экземпляров. Например, необходимо создать информационную модель в виде БД литературы, находящейся в библиотеке. В данном случае, можно считать, что это некоторое количество однородных объектов, причем в каждом из литературных источников содержится определенная информация.

Простейшая модель библиотеки – это просто список всех книг, составленный в произвольной форме, с указанием, например, номера книги, ее названия, количества страниц и т. п. Однако такая информационная модель не может быть обработана компьютером. Поэтому для библиотеки разрабатывается специальный набор атрибутов. Для каждого литературного источника можно задать: инвентарный номер книги; название; фамилию автора; год издания; классификационный номер согласно рубрикатора; краткое содержание; объем и т. д. При таком определении атрибутов объекта может быть получена более или менее полноценная информационная модель, которую уже можно использовать в компьютерной технологии.

Одновременно из этого примера видно, что модель содержит не всю, а только существенную информацию о наборе объектов. В любой момент времени может быть произведено уточнение модели, путем дополнения ее новыми атрибутами, например: тип литературного источ-ника (книга, журнал, дискета, CD-ROM, и т. п.); тематическая направленность; издательство и т. п. Точность модели можно повышать, но собрать всю информацию о моделируемом объекте в принципе не возможно.

Возможны две точки зрения на информационную модель и, соответственно, два уровня модели:

1.Логический (точка зрения пользователя) - описывает данные, задействованные в бизнес-процессе предприятия. Логический уровень означает прямое отображение фактов из ре-альной жизни. Например, люди, столы, отделы, собаки и компьютеры являются реальными объектами. На логическом уровне не рассматривается использование конкретной СУБД, не определяются типы данных (например, целое или вещественное число) и не определяются индексы для таблиц. Логическая модель представляется на ERD-диаграммах сущностями, атрибутами и отношениями.

2.Физический - определяет представление информации в БД. Это уровень

представляющий собой целевую СУБД, имена объектов и типы данных, индексы составляют.

Сущность и ее атрибуты

77

IDEF1X описывает собой совокупность/набор экземпляров похожих по свойствам, но однозначно отличаемых друг от друга по одному или нескольким признакам. Каждый экземпляр является реализацией сущности, т.о. сущность в IDEF1X описывает конкретный набор экземпляров реального мира, в отличие от сущности в IDEF1, которая представляет собой абстрактный набор информационных отображений реального мира.

СУЩНОСТЬ - это множество экземпляров реальных или абстрактных объектов (человек, место, вещь, событие, состояние, концепция, идея, предмет и т.п.), обладающих общими атрибутами или характеристиками, и о которых необходимо хранить информацию. Любой объект системы может быть представлен только одной сущностью, которая должна быть уникальной. При этом имя сущности должно отражать тип или класс объекта, а не его конкретный экземпляр (например, Заказчик, а не Петров). Сущности именуются обычно существительными, такими как « покупатель», «компьютер» , « служащий» , « продажа» .

Более точно, сущность - это множество индивидуальных объектов - экземпляров, причем все эти объекты являются различными. Сущность - это логическое понятие, которой может со--ответствовать таблица в реальной СУБД.

Общепринятым видом графического изображения реляционной модели данных является ER-диаграмма, на которой сущности изображаются прямоугольниками, соединенные между собой связями. Такое графическое представление облегчает восприятие структуры базы дан-ных по сравнению с текстовым описанием. Примером сущности IDEF1X может быть сущность « СОТРУДНИК» , которая представля-ет собой всех сотрудников предприятия, а один из них, скажем, Иванов Петр Сергеевич, явля-ется конкретной реализацией этой сущности. В примере, приведенном на рис.1, каждый экземпляр сущности СОТРУДНИК содержит следующую информацию: ID сотрудника, имя сотрудника, адрес сотрудника и т.п. В IDEF1X модели эти свойства называются атрибутами сущности. Каждый атрибут содержит только часть информации о сущности.

Сущность описывается в диаграмме IDEF1X графическим объектом в виде прямоугольника. В зависимости от режима представления диаграммы прямоугольник может содержать имя сущности, ее описание, список ее атрибутов и другие сведения. Уникальное имя и номер, разделяются косой чертой « /» и помещаются над блоком.

На рис.2 приведен пример IDEF1X диаграммы. Горизонтальная линия прямоугольника разделяет атрибуты сущности на два набора - атрибуты, составляющие первичный ключ в верхней части, и прочие (не входящие в первичных ключ) - в нижней части.

Верхняя часть называется ключевой областью, а нижняя часть областью данных. Ключевая область объекта СОТРУДНИК содержит поле « Уникальный идентификатор сотрудника» , в области данных находятся поля « Имя сотрудника» , « Адрес сотрудника» , « Телефон сотрудника» и т.д.

Ключи сущности

78

Сущности в IDEF1X всегда имеют ключевую которая содержит первичный ключ для сущности. ПЕРВИЧНЫЙ КЛЮЧ - это атрибут или набор атрибутов, выбранных для идентификации уникальных экземпляров сущности. Если несколько наборов атрибутов могут уникально идентифицировать сущность, то выбор одного из них осуществляется субъективно на основании анализа предметной области. Атрибуты первичного ключа изображаются в виде списка имен внутри блока сущности и располагаются наверху списка над линией в ключевой области и отделяются от других атрибутов горизонтальной чертой.

Как следует из названия, не ключевой атрибут - это атрибут, который не был выбран ключевым. Не ключевые атрибуты располагаются под чертой, в области данных. Выбор первичного ключа для сущности является очень важным шагом, и требует большого внимания. В качестве первичных ключей могут быть использованы несколько атрибутов или групп атрибутов. Атрибуты, которые могут быть выбраны первичными ключами, называются кандидатами в ключевые атрибуты (потенциальные атрибуты). Кандидаты в ключи должны уникально идентифицировать каждую запись сущности. В соответствии с этим, ни одна из частей ключа не может быть NULL, не заполненной или отсутствующей.

Поэтому при создании сущности в IDEF1X модели, одним из главных вопросов, на который нужно ответить, является: « Как можно идентифицировать уникальную запись?» . Для этого в сущности требуется уникальная идентификация каждой записи, позволяющая правильно создать логическую модель данных.

Например, для того, чтобы корректно использовать сущность СОТРУДНИК в IDEF1X мо-дели данных (а позже в базе данных), необходимо иметь возможность уникально идентифицировать записи. Правила, по которым выбирается первичный ключ из списка предполагаемых ключей, очень строги, однако могут быть применены ко всем типам БД и информации. Правила устанавливают, что атрибуты и группы атрибутов должны:

уникальным образом идентифицировать экземпляр сущности;

не использовать NULL значений;

не изменяться со временем. Экземпляр идентифицируется при помощи ключа. При изменении ключа, соответственно меняется экземпляр;

быть как можно более короткими для использования индексирования и получения данных. Если нужно использовать ключ, являющийся

комбинацией ключей из других сущностей, то необходимо убедится в том, что каждая из частей ключа соответствует правилам.

Процесс определения первичного ключа, приведен на сущности « СОТРУДНИК» :

атрибут « ID сотрудника» является потенциальным ключом, так как он уникален для всех экземпляров сущности СОТРУДНИК;

атрибут « Имя сотрудника» не подходит для потенциального ключа, так как среди служащих на предприятии может быть, к примеру, двое Иванов Петровых;

атрибут « Номер страхового полиса сотрудника» является уникальным, но имеется большая вероятность того, что у СОТРУДНИКА может не иметься страхового полиса;

комбинация атрибутов « имя сотрудника» и « дата рождения сотрудника»

может оказаться достаточно подходящей для достижения поставленных целей и стать искомым потенциальным ключом.

После проведенного анализа можно назвать два потенциальных ключа - первый « Номер сотрудника» и комбинация, включающая поля « имя сотрудника» и « Дата рождения сотрудника» . Так как атрибут « Номер сотрудника» имеет самые короткие и уникальные значения, то он лучше других подходит для первичного ключа.

При выборе первичного ключа для сущности, разработчики модели часто используют ДО--ПОЛНИТЕЛЬНЫЙ КЛЮЧ (суррогатный), т.е. произвольный номер,

79

который уникальным образом определяет запись в сущности. Атрибут « Номер сотрудника» является примером суррогатного ключа. Суррогатный ключ лучше всего подходит на роль первичного ключа потому, что яв-ляется коротким и быстрее всего идентифицирует экземпляры в объекте. К тому же суррогат-ные ключи могут автоматически генерироваться системой так, чтобы нумерация была сплошной, т.е. без пропусков.

Потенциальные ключи, которые не выбраны первичными, могут быть использованы в качестве вторичных или альтернативных ключей. АЛЬТЕРНАТИВНЫЙ КЛЮЧ - это атрибут (или группа атрибутов), несовпадающий с первичным ключом и уникально идентифицирующий экземпляр сущности. Атрибуты, составляющие альтернативный ключ, однозначно (уникально) идентифицируют экземпляры сущности. Например, для сущности служащий (идентификатор служащего, фамилия. имя, отчество) группа атрибутов « фамилия» , « имя» , « отчество» может являться альтернативным ключом (в предположении, что на предприятии не работают полные тезки). С помощью альтернативных ключей часто отображают различные индексы доступа к данным в конечной реализации реляционной базы. Одни и те же атрибуты сущности могут входить в несколько различных групп ключей.

Если сущности в IDEF1X диаграмме связаны, связь передает ключ (или набор ключевых атрибутов) дочерней сущности. Эти атрибуты называются внешними ключами (Foreign Key), , которые могут использоваться в качестве части или целого первичного ключа или неключевого атрибута. ВНЕШНИЕ КЛЮЧИ определяются как атрибуты первичных ключей родительского объекта, переданные дочернему объекту через их связь. Передаваемые атрибуты называются МИГРИРУЮЩИМИ. Внешний ключ изображается с помощью помещения внутрь блока сущности имен атрибутов, после которых следуют буквы FK в скобках.

При разработке модели, приходится встречаться с сущностями, уникальность которых зависит от значений атрибута внешнего ключа. Для уникального определения каждой сущности внешний ключ должен быть частью первичного ключа дочернего объекта.

Зависимые и независимые сущности

Дочерняя сущность, однозначная идентификация которой зависит от атрибута внешнего ключа (от отношения к другой сущности), называется ЗАВИСИМОЙ СУЩНОСТЬЮ. Зависимая сущность представляет данные, зависящие от других сущностей в системе. Поэтому она всегда должна иметь отношения с другими сущностями. В примере на рис.1 сущность СОТРУДНИК является зависимой сущностью потому, что его идентификация зависит от сущности ОТДЕЛ. В обозначениях IDEF1X зависимые сущности представлены в виде закругленных прямоугольников.

Зависимые сущности далее классифицируются на сущности, которые не могут существовать без родительской сущности и сущности, которые не могут быть идентифицированы без использования ключа родителя (сущности, зависящие от идентификации). Сущность СОТРУДНИК принадлежит ко второму типу зависимых

80