Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

1. Концептуальное проектирование

1.1 Определение типов сущности

1.2 Определение атрибутов и связывание их с типами сущности

1.3 Определение доменов атрибутов

1.4 Сведения об альтернативных и первичных ключах

2. Логическое проектирование

2.1 Преобразование локально концептуальной модели данных в локальную логическую модель

2.2 Проверка моделей с помощью правил нормализации

2.3 Проверка модели в отношении транзакций пользователя и выполнения запросов

2.4 Построение окончательной диаграммы "Сущность связь"

Заключение

Список использованной литературы

Введение

База данных - представленная в объективной форме совокупность самостоятельных материалов (статей, расчётов, нормативных актов, судебных решений и иных подобных материалов), систематизированных таким образом, чтобы эти материалы могли быть найдены и обработаны с помощью электронной вычислительной машины (ЭВМ).

СУБД скрывает от пользователя выполняемые ей последовательные просмотры таблиц, выполняя их наиболее эффективным образом. Очень важная особенность реляционных систем состоит в том, что результатом выполнения любого запроса к таблицам БД является также таблица, которую можно сохранить в БД и/или по отношению к которой можно выполнять новые запросы. проектирование концептуальный ключ

Основным назначением информационных систем является хранение сведений об окружающем мире и процессах происходящих в нем, которые в конечном итоге предоставляются пользователям. Поскольку для различных групп людей интерес представляют только определенные части реального мира, то и данные каждой информационной системы будут относится к определенной области. Часть реальной системы, подлежащая исследованию с целью ее описания, называется предметной областью.

Различают полную предметную область и ее фрагменты, при этом каждый фрагмент может представлять свою предметную область. Например, для университета можно выделить следующие фрагменты: учебный отдел, бухгалтерия, отдел кадров, бюро расписаний и т. д.

Информация, необходимая для описания предметной области, может включать сведения о людях, предметах, документах, событиях, понятиях и т.д.

Каждая предметная область характеризуется множеством объектов - элементов реальных систем и процессов, использующих объекты, а также множеством пользователей, характеризуемых единым взглядом на предметную область. В частности, для бухгалтерии объекты - всевозможные документы. Процессы бухгалтерии - расчет заработной платы, материальный учет, учет банковских операций и др. Наконец пользователи этого фрагмента сотрудники бухгалтерии, работники финансовых органов, руководители предприятия и т. д.

Каждый объект обладает определенным набором свойств, которые запоминаются в информационной системе. При обработке данных часто приходится иметь дело с совокупностью однородных объектов, например, таких, как студенты или факультеты, и записывать информацию об одних и тех же свойствах для каждого из них. Совокупность объектов, обладающих одинаковым набором свойств, называется классом объектов. Для объектов одного класса набор свойств будет одинаков, хотя значения этих свойств для каждого объекта могут быть разными.

Часто класс объектов называют сущностью. Каждая сущность обладает атрибутами. Атрибут - это свойство объекта, характеризующее его экземпляр. Сущность "студент" может иметь атрибуты "имя", "год рождения", " дата поступления" и т. д. Таким образом сущность можно определить, как множество индивидуальных объектов одного типа (экземпляров), причем все эти объекты различны, т. е. набор атрибутов одинаков, а их значения различны.

Цель моей работы - разработать базу данных для учета продаж и доставок товаров комплектов и комплектующих ПК. Так же это будет использоваться учета движения товара между поставщиком и получателем.

Задачи работы:

Определить типы сущностей

Определить типы связи

Определить атрибуты и связать их с сущностями

Определить домены атрибутов

Определить альтернативные ключи (атрибуты)

Создать диаграмму "сущность связь"

Преобразовать локально концептуальную модель в локальную логическую модель данных

Проверить модели с помощью правил нормализации

Проверить модель в отношении транзакций пользователя и выполнить запросы

Построить окончательную диаграмму "Сущность связь"

1. Концептуальное проектирование

Концептуальное (инфологическое) проектирование - построение семантической модели предметной области, то есть информационной модели наиболее высокого уровня абстракции. Такая модель создаётся без ориентации на какую-либо конкретную СУБД и модель данных. Термины "семантическая модель", "концептуальная модель" и "инфологическая модель" являются синонимами. Кроме того, в этом контексте равноправно могут использоваться слова "модель базы данных" и "модель предметной области" (например, "концептуальная модель базы данных" и "концептуальная модель предметной области"), поскольку такая модель является как образом реальности, так и образом проектируемой базы данных для этой реальности.

Конкретный вид и содержание концептуальной модели базы данных определяется выбранным для этого формальным аппаратом. Обычно используются графические нотации, подобные ER-диаграммам.

Чаще всего концептуальная модель базы данных включает в себя:

Описание информационных объектов или понятий предметной области и связей между ними.

Описание ограничений целостности, т.е. требований к допустимым значениям данных и к связям между ними.

1.1 Определение типов сущности

Сущность - любой различимый объект (объект, который мы можем отличить от другого), информацию о котором необходимо хранить в базе данных. Сущностями могут быть люди, места, самолеты, рейсы, вкус, цвет и т.д. Необходимо различать такие понятия, как тип сущности и экземпляр сущности.

Сущность это собирательное понятие, некоторая абстракция реально существующего объекта, процесса, явления или некоторого представления об объекте, информацию о котором требуется хранить в базе данных.

Необходимо различать такие понятия, как тип сущности и экземпляр сущности. Понятие тип сущности относится к набору однородных личностей, предметов, событий или идей, выступающих как целое. Экземпляр сущности относится к конкретной вещи в наборе. Например, типом сущности может быть ГОРОД, а экземпляром - Москва, Киев и т.д.

Выделяют три вида сущностей: стержневая, ассоциативная (ассоциация) и характеристическая (характеристика). Кроме этого во множестве ассоциативных сущностей также определяют подмножество обозначений. Дадим теперь определение видам сущностей.

Стержневая сущность.

Стержневая (сильная) сущность - независящая от других сущность. Стержневая сущность не может быть ассоциацией, характеристикой или обозначением (см. ниже).

Ассоциация.

Ассоциативная сущность (или ассоциация) выражает собой связь "многие ко многим" между двумя сущностями. Является вполне самостоятельной сущностью. Например, между сущностями МУЖЧИНА и ЖЕНЩИНА существует ассоциативная связь, выражаемая ассоциативной сущностью БРАК.

Характеристика.

Характеристическую сущность еще называют слабой сущностью. Она связана с более сильной сущностью связями "один ко многим" и "один к одному". Характеристическая сущность описывает или уточняет другую сущность. Она полностью зависит от нее и исчезает с исчезновением последней.

Обозначение.

Обозначение это такая сущность, с которой другие сущности связаны по принципу "многие к одному" или "один к одному". Обозначение, в отличие характеристики является самостоятельной сущностью. Например, сущность Факультет обозначает принадлежность студента к данному подразделению института, но является вполне самостоятельной.

Определение типов связи

Связь - это графически изображаемая ассоциация, устанавливаемая между двумя типами сущностей. Как и сущность, связь - это типовое понятие, все экземпляры обоих связываемых типов сущностей подчиняются устанавливаемым правилам связывания. Поэтому правильнее говорить о типе связи, устанавливаемой между типами сущности, и об экземплярах типа связи, устанавливаемых между экземплярами типа сущности. В обсуждаемом здесь варианте ER-модели эта ассоциация всегда является бинарной и может существовать между двумя разными типами сущностей или между типом сущности и им же самим (рекурсивная связь). В любой связи выделяются два конца (в соответствии с существующей парой связываемых сущностей), на каждом из которых указываются имя конца связи, степень конца связи (сколько экземпляров данного типа сущности должно присутствовать в каждом экземпляре данного типа связи), обязательность связи (т. е. любой ли экземпляр данного типа сущности должен участвовать в некотором экземпляре данного типа связи).

Связь представляется в виде. При этом в месте "стыковки" связи с сущностью используются:

Трехточечный вход в прямоугольник сущности, если для этой сущности в связи могут (или должны) использоваться много экземпляров сущности;

Одноточечный вход, если в связи может (или должен) участвовать только один экземпляр сущности.

Обязательный конец связи изображается сплошной линией, а необязательный - прерывистой линией.

Связь между сущностями БИЛЕТ и ПАССАЖИР, связывает билеты и пассажиров. Конец связи с именем "для" позволяет связывать с одним пассажиром более одного билета, причем каждый билет должен быть связан с каким-либо пассажиром. Конец связи с именем "имеет" показывает, что каждый билет может принадлежать только одному пассажиру, причем пассажир не обязан иметь хотя бы один билет.

Рис. 1 . Пример типа связи

· каждый БИЛЕТ предназначен для одного и только одного ПАССАЖИРА;

· каждый ПАССАЖИР может иметь один или более БИЛЕТОВ.

Рекурсивная связь

На следующем примере (рис. 2) изображена рекурсивная связь, связывающая сущность МУЖЧИНА с ней же самой. Конец связи с именем "сын" определяет тот факт, что несколько людей могут быть сыновьями одного отца. Конец связи с именем "отец" означает, что не у каждого мужчины должны быть сыновья.

Рис. 2 . Пример рекурсивного типа связи

Лаконичная устная трактовка изображенной диаграммы состоит в следующем:

Каждый МУЖЧИНА является сыном одного и только одного МУЖЧИНЫ;

Каждый МУЖЧИНА может являться отцом одного или более МУЖЧИН.

Виды связей между таблицами

Связь позволяет моделировать отношения между объектами предметной области.

Существует 4 типа связей:

1. " Один-к-одному " - любому экземпляру сущности А соответствует только один экземпляр сущности В, и наоборот.

У любого конкретного ученика может быть только одна характеристика, и эта характеристика относится к единственному ученику.

2. " Один-ко-многим " - любому экземпляру сущности А соответствует 0, 1 или несколько экземпляров сущности В, но любому экземпляру сущности В соответствует только один экземпляр сущности А.

Ученику ставят много оценок; поставленная оценка принадлежит только одному ученику.

3. " Многие-к-одному " - любому экземпляру сущности А соответствует только один экземпляр сущности В, но любому экземпляру сущности В соответствует 0, 1 или несколько экземпляров сущности А.

Преподаватель работает только в одном кабинете, однако рабочий кабинет может быть закреплен за несколькими преподавателями.

4. " Многие-ко-многим " - любому экземпляру сущности А соответствует 0, 1 или несколько экземпляров сущности В, и любому экземпляру сущности В соответствует 0, 1 или несколько экземпляров сущности А.

Ученик Иванов учится у нескольких преподавателей. И каждый преподаватель работает со многими учениками.

1.2 Определение атрибутов и связывание их с типами сущности

Атрибутом сущности является любая деталь, которая служит для уточнения, идентификации, классификации, числовой характеристики или выражения состояния сущности. Имена атрибутов заносятся в прямоугольник, изображающий сущность, под именем сущности и изображаются малыми буквами, возможно, с примерами.

Пример типа сущности ЧЕЛОВЕК с указанными атрибутами показан на (рис.3) С технической точки зрения атрибуты типа сущности в ER-модели похожи на атрибуты отношения в реляционной модели данных. И в том, и в другом случаях введение именованных атрибутов вводит некоторую типовую структуру данных, имя которой совпадает с именем типа сущности в случае ER-модели или с именем переменной отношения в случае реляционной модели. Этой типовой структуре должны следовать все экземпляры типа сущности или все кортежи отношения.

Рис. 3. Пример типа сущности с атрибутами

При определении атрибутов типа сущности в ER-модели указание домена атрибута не является обязательным, хотя это и возможно (см. ниже). Обсудим, чем вызвана эта возможность "ослабленного" определения атрибутов. Прежде всего, семантические модели данных используются для построения концептуальных схем БД, и эти схемы преобразуются в реляционные схемы БД, которые поддерживаются той или иной СУБД.

Как отмечалось выше, при определении типа сущности необходимо гарантировать, что каждый экземпляр сущности является отличимым от любого другого экземпляра той же сущности. Поскольку сущность является абстракцией реального или представляемого объекта внешнего мира, это требование нужно иметь в виду уже при выборе кандидата в типы сущности. Уникальным идентификатором сущности может быть атрибут, комбинация атрибутов, связь, комбинация связей или комбинация связей и атрибутов, уникально отличающая любой экземпляр сущности от других экземпляров сущности того же типа. Приведем несколько примеров. На (рис. 4) показан тип сущности КНИГА, пригодный для использования в базе данных книжного склада. При издании любой книги в любом издательстве ей присваивается уникальный номер - ISBN. Понятно, что значение атрибута isbn будет уникально идентифицировать партию книг на складе. Кроме того, конечно, в качестве уникального идентификатора годится и комбинация атрибутов <автор, название, номер издания, издательство, год издания>.

Рис. 4 Тип сущности, экземпляры которого идентифицируются атрибутами

На (рис. 5) диаграмма включает два связанных типа сущности. У каждого взрослого человека имеется один и только один и каждый паспорт может принадлежать только одному взрослому человеку. Тогда связь человека с его паспортом уникально идентифицирует взрослого человека, т. е., грубо говоря, паспорт определяет взрослого человека. Поскольку могут существовать паспорта, еще не выданные какому-либо человеку, эта связь не является уникальным идентификатором сущности ПАСПОРТ.

Рис. 5 Тип сущности, экземпляры которого идентифицируются связью

На (рис. 6) диаграмма включает три связанных типа сущности. Профессора обладают знаниями в нескольких учебных дисциплинах. Преподавание каждой дисциплины доступно нескольким профессорам. Другими словами, между сущностями ПРОФЕССОР и ДИСЦИПЛИНА определена связь "многие ко многим". Каждый профессор может готовить курсы по любой доступной ему дисциплине. Каждой дисциплине может быть посвящено несколько учебных курсов. Но каждый профессор может готовить только один курс по любой доступной ему дисциплине, и каждый курс может быть посвящен только одной дисциплине. Тем самым, каждый экземпляр типа сущности КУРС уникально идентифицируется экземпляром сущности ПРОФЕССОР и экземпляром сущности ДИСЦИПЛИНА, т. е. парой связей с именами концов ГОТОВИТСЯ и ПОСВЯЩЕН на стороне сущности КУРС. Заметим, что сущности ПРОФЕССОР и ДИСЦИПЛИНА связями не идентифицируются.

Рис. 6 . Тип сущности, экземпляры которого идентифицируются комбинацией связей

Наконец, на (рис. 7) приведен пример типа сущности, уникальный идентификатор которого является комбинацией атрибутов и связей. У каждого человека могут быть дети, и у каждого человека имеется отец. Тогда, если предположить, что близнецам, появившимся на свет одновременно, не дают одинаковых имен, то уникальным идентификатором типа сущности ЧЕЛОВЕК может быть комбинация атрибутов.

Рис. 7 . Тип сущности, экземпляры которого идентифицируются комбинацией атрибутов и связей

1.3 Определение доменов атрибутов

Домен в реляционной модели данных - тип данных, то есть допустимое множество значений.

Понятие типа данных является фундаментальным; каждое значение, каждая переменная, каждый параметр, каждый оператор чтения, и особенно каждый реляционный атрибут относится к тому или иному типу.

Примерами могут являться типы "целое" (множество всех целых чисел), "строка" (множество всех строк), "номер детали" (множество всех номеров деталей) и т. д. Таким образом, когда мы говорим, что некоторое отношение имеет атрибут типа "целое", мы имеем в виду, что все значения этого атрибута принадлежат множеству "целое" и никакому другому.

По аналогии с математикой, типы данных делят на скалярные и нескалярные . Значение нескалярного типа (нескалярное значение) имеет множество видимых пользователю компонентов, а значение скалярного типа (скалярное значение) не имеет такового. Примерами нескалярного типа являются тип отношения и тип кортежа; пример скалярного типа - тип "целое".

Ограничения реализации систем баз данных на компьютерах накладывают на определение типов некоторую условность. Так, теоретически тип INTEGER представляет собой множество всех возможных целых чисел, однако фактически INTEGER - это множество всех целых чисел, которые могут быть представлены в рассматриваемой компьютерной системе (поскольку, безусловно, есть такие целые числа, которые превышают возможности представления в любой компьютерной системе).

Следует отличать тип как таковой (логическое понятие) и формат физического представление значений этого типа в конкретной компьютерной системе; типы относятся к уровню логической модели , а физическое представление значений - к уровню реализации . Например, операции, определённые для типа "строка", не имеют смысла для типа "число", даже если числа в конкретной реализации физически представлены строками. Значения типа "дата" нередко физически представлены вещественным числом, однако большинство операций, имеющих смысл для типа "число", бессмысленны для типа "дата".

Реляционная модель данных не предписывает обязательной поддержки каких-либо предопределённых типов, за исключением логического типа (BOOLEAN), без которого при выполнении операций обойтись невозможно. Обычно некоторый набор типов поддерживается системой, другие типы пользователь может конструировать дополнительно.

1.4 Сведения об альтернативных и первичных ключах

Перви чный ключ - в реляционной модели данных один из потенциальных ключей отношения, выбранный в качестве основного ключа (или ключа по умолчанию).

Если в отношении имеется единственный потенциальный ключ, он является и первичным ключом. Если потенциальных ключей несколько, один из них выбирается в качестве первичного, а другие называют "альтернативными ".

С точки зрения теории все потенциальные ключи отношения эквивалентны, то есть обладают одинаковыми свойствами уникальности и минимальности . Однако в качестве первичного обычно выбирается тот из потенциальных ключей, который наиболее удобен для тех или иных практических целей, например для создания внешних ключей в других отношениях либо для создания кластерного индекса. Поэтому в качестве первичного ключа, как правило, выбирают тот, который имеет наименьший размер (физического хранения) и/или включает наименьшее количество атрибутов.

1.6 Построение диаграммы сущность-связь

2. Логическое проектирование

Логическое проектирование БД Представляет собой процесс конструирование моделей информационной структуры предприятия выполнимые в соответствии с требованиями выбранной схемы организации информации. Однако создаваемая логическая модель не зависит от особенностей конкретных СУБД и других физических условий реализации.

2.1 Преобразование локально концептуальной модели данных в локальную логическую модель

1. Первым этапом является удаление связи "многие ко многим". Такая связь присутствует между сущностями "Комплект" и "Фирма заказчик". Разобьем эти связи путем введения промежуточной сущности "Список"

2. Удаление сложных связей. Сложные связи это связи в которых учавствуют три и более типов сущностей. В моей работе таких связей нет.

3. Удаление рекурсивных связей. Рекурсивные связи - связи в которые сущности взаимодействуют сами с сбой. В моей работе таких связей нет.

4. Удаление связей с атрибутами.

5. Удаление множественных атрибутов в моей работе есть один множественный атрибут -телефон. Разделим "телефон получателя" на "домашний телефон получателя" и "мобильные телефон получателя". "Телефон поставщика" на "мобильный телефон поставщика" и "домашний телефон поставщика".

6. Удаление избыточных связей. В моей работе таких связей нет.

2.2 Проверка моделей с помощью правил нормализации

Технология проектирования реляционных баз данных связано с теорией нормализации, основанной на анализе функциональных зависимостей между атрибутами отношений. Понятие функциональной зависимости является фундаментальным в теории нормализации реляционных баз данных. Функциональные зависимости определяют устойчивые отношения между объектами и их свойствами в рассматриваемой предметной области. Именно поэтому процесс поддержки функциональных зависимостей, характерных для данной предметной области, является базовым для процесса проектирования.

В теории реляционных баз данных обычно выделяетсяследущая последовательность нормальных форм:

1. 1 нормальная форма

2. 2 нормальная форма

3. 3 нормальная форма

Первая нормальная форма (1NF)

Переменная отношения находится в первой нормальной форме (1НФ) тогда и только тогда, когда в любом допустимом значении отношения каждый его кортеж содержит только одно значение для каждого из атрибутов.

В реляционной модели отношение всегда находится в первой нормальной форме по определению понятия отношение. Что же касается различных таблиц, то они могут не быть правильными представлениями отношений и, соответственно, могут не находиться в 1НФ.

Вторая нормальная форма (2NF)

Переменная отношения находится во второй нормальной форме тогда и только тогда, когда она находится в первой нормальной форме, и каждый неключевой атрибут неприводимо (функционально полно) зависит от ее потенциального ключа.

Третья нормальная форма (3NF)

Переменная отношения находится в третьей нормальной форме тогда и только тогда, когда она находится во второй нормальной форме, и отсутствуют транзитивные функциональные зависимости неключевых атрибутов от ключевых.

2.3 Проверка модели в отношении транзакций пользователя и выполнения запросов

1. Сведения об имеющихся комплектующих указанного источника;

SELECT комплектующие. название комплектующей, фирма поставщик. название фирмы поставщика, комплектующие, номер поставщика

FROM комплектующие, поставщик

WHERE фирма поставщик, название фирмы поставщика "AMD"

AND фирма поставщик, номер фирмы поставщика=комплектующие, номер фирмы поставщика;

2. Сведения об комплектах, заказанных определенным заказчиком с указателем имени получателя;

SELECT комплект, название комплекта, список, номер комплекта, номер фирмы заказчика, фирма заказчик, название фирмы заказчика, получатель, ФИО получателя

FROM комплект, список, заказчик, получатель

WHERE фирма заказчик, название фирмы заказчика- "Интерком"

AND список номер комплекта-комплект. номер комплекта AND список, номер фирмы заказчика=фирма заказчик, номер фирмы заказчика AND получатель, номер получателя=комплект номер получателя;

2.4 Построение окончательной диаграммы " Сущность связь "

Заключение

В данной курсовой работе я разработал базу данных для автоматизации работы компьютерного салона. На начальном этапе я составил модель предметной области, которой необходимо определить объекты, которые представляют наибольший интерес для пользователей. Для этого я составил подробное описание предметной области и связей, которые присутствуют между данными объектами, проверил свою модель на наличие таких видов связей как сложная, рекурсивная, связь с атрибутами, разделил связи многие ко многим, а также определил типы сущности и типы атрибутов, и на основании этих данных построил диаграмму "сущность-связь"

На 2 уровне я сделал проверку связи и проверку моделей с помощью правил нормализации. Моя модель данных находилась в первой и второй нормальной форме, в 3 нормальную форму я привел модель путем нахождения транзитивных зависимостей и перенесением их в другую сущность (список). Проверил модель в отношении транзакций пользователей и выполнения запросов, а затем построил окончательную диаграмму "сущность-связь". На основе проведенной мной работы могу сказать, что моя база данных будет хорошо помогать в работе компьютерного салона.

Список использованной литературы

1. Базы данных. Учебник А.Д. Хомоненко

2. Вейскос Дж. Эффективная работа с MS Access 2000

3. Википедия

4. Дейт К. Дж. Введение в систему баз данных

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Исходные данные для проектирования комплекса производств лакокрасочных материалов и растворителей общей мощностью 7000 т/г. Основание для разработки исходных данных и общие сведения о технологии. Описание принципиальных технологических схем производства.

курсовая работа , добавлен 17.02.2009


Характеристика этапов автоматизированного проектирования. Методика и алгоритм расчета норм расхода основных материалов на женское демисезонное пальто с помощью программ Basiq Norma 1 и Norma 2. Особенности автоматизации обработки данных с помощью ЭВМ.

курсовая работа , добавлен 06.05.2010


Подбор электродвигателя и проектирование двухступенчатого червячного редуктора. Критерии проектирования: выбор размеров и материалов редуктора. Расчет быстроходной и тихоходной передачи. Конструирование червяков и червячных колес. Компоновка редуктора.

курсовая работа , добавлен 12.01.2012


Составление исходных данных для проектирования птичника. Определение требуемого термического сопротивления теплопередаче. Расчет площадей отдельных зон пола. Расчет теплопотери через ограждающие конструкции. Расчет тепловоздушного режима и воздухообмена.

курсовая работа , добавлен 10.09.2010


Основные сведения о силикатном кирпиче. Производство известково-кремнеземистого вяжущего. Силос для гашения сырьевой смеси. Процесс автоклавной обработки материалов. Расчет потребности сырья. Входной контроль материалов. Расчет проектирования складов.

дипломная работа , добавлен 27.01.2014


Правила проектирования и реконструкции механических производственных цехов: общие сведения о проектировании механосборочного производства, описание рабочего проекта и рабочей документации, интерьера спроектированного участка изготовления детали.

контрольная работа , добавлен 28.12.2008


Характеристика продукции завода железобетонных изделий и бетонных смесей. Расчет производительности программы приготовления бетонных смесей. Выбор технологического оборудования. Определение объемов запасов хранения материалов и выбор типов складов.

курсовая работа , добавлен 11.06.2015


Функции системы автоматизированного проектирования одежды. Художественное проектирование моделей одежды. Антропометрический анализ фигур. Методы проектирования конструкций моделей. Разработка семейства моделей, разработка лекал и определение норм расхода.

дипломная работа , добавлен 26.06.2009


Условия эксплуатации машинного агрегата, служащего приводом качающегося подъемника. Двигатель для его проектирования, кинематический расчет привода. Выбор материалов червячной передачи и определение допускаемых напряжений. Расчет валов и подшипников.

курсовая работа , добавлен 16.06.2011


Обоснование выбора системы и схемы водопровода, гидравлический расчет сети и подбор счетчика. Определение требуемого напора. Нормы проектирования канализационной системы, расчет внутренней и дворовой сети. Спецификация материалов и оборудования.

Предпосылкой создания своей методологии явился такой диагноз С.П.Никанорова существующему положению в развитии организаций: происходит накопление несистемных решений, повсеместно распространяется сиюминутное, ситуационное мышление, которое приводит к, так называемому, феномену складывания - процессу произвольного возникновения чего-то под действием многих факторов, которые проявляются стихийно. Если что-то неэффективно работает, то часто говорят: «Так сложилось, никто не виноват». Следствием складывания являются неконтролируемые области жизни и возникающие проблемы, которые требуют действий для их решения.
У кого возникают проблемы? Они могут быть только у субъектов, то есть у тех, кто имеет возможности и имеет интересы. Проблема для субъекта и состоит в несоответствии интересов возможностям. Субъекты могут приблизительно одинаково воспринимать то, что происходит, но они относят его к своим интересам и возможностям, которые не поднимаются выше определенного уровня. Поэтому то, что происходит, не воспринимается ими как единая цельная проблема, что и приводит к несистемным решениям.
Какие есть подходы к решению этих проблем? Некоторые субъекты надеются управиться с ними с помощью проблемно-ориентированного подхода, при котором исследуются выявленные недостатки, сдерживающие достижение субъектом его целей. Рафинированная форма этого подхода - системный анализ, который использует идеологию целенаправленных систем. Но устранить феномен складывания с помощью проблемно- ориентированных методов невозможно, так как возникают не отдельные проблемы, а клубок проблем. И если стараться решить какую-нибудь одну проблему, то клубок проблем только увеличивается и спутывается, как и обычный клубок ниток при вытягивании одной нити. Надо разрубить клубок с помощью нормативного подхода, который основан на полагании желаемого класса систем. При создании систем этот подход должен координироваться с проблемно-ориентированным подходом. Нелепо устранять недостатки изжитой системы. Надо не проблемы решать, а строить все заново, подчиняя этой идее и свои интересы, и свои возможности. Рафинированной формой нормативного подхода являются системы с идеалом, к которому они должны стремиться.
Недостатком этих подходов, возникших в 60-х годах 20-го столетия и являющихся продуктами гонки вооружений, является отсутствие представления о развитии, в частности, о переходе из устаревшего качества в новое качество, которое задается последовательностью целей.
В начале 1970-х годов, задолго до осознания широкими кругами разработчиков бесперспективности создания автоматизированных систем на базе традиционных методологий, С.П. Никаноров сформировал новый методологический подход, в котором объектом автоматизированного проектирования являлись не АСУ, а системы организационного управления (СОУ) . К этим системам отнесены любые организации, в которых осуществлялось производство, управление, проектирование, обучение и другие виды деятельности с использованием компьютерных информационных систем. Идея о необходимости и проблемах проектирования организаций рассмотрена в предисловии к переведенной под его редакцией книге С.Янга ( в разделе 1).
На основе этого подхода к 1978-му году был выпущен технический проект автоматизированной системы проектирования (АСП) СОУ . Эта
АСП должна была разрешить проблему обеспечения управляемости процесса проектирования в условиях непрерывных изменений внутренней и окружающей среды, как проектируемой системы, так и проектирующей ее системы с помощью методов математического концептуального моделирования предметной области. Должен был быть обеспечен теоретический контроль проектных процессов, начиная от формирования первичного замысла и заканчивая рабочим проектированием и созданием организации.
Сущность методологии. Перед непосредственным проектированием системы организационного управления формируется ее общая математическая концептуальная модель. Процесс проектирования сводится к управляемой конкретизации общей модели и последующей ее интерпретации. Это обеспечивает целостность проекта системы, в отличие от традиционной технологии, когда проект является совокупностью автономно разрабатываемых частей. Полученный дедуктивным способом проект затем сопоставляется с исходными требованиями. При выявлении несоответствий концептуальная модель корректируется и затем осуществляется повторное проектирование.
Таким образом, в этой методологии процесс математической концептуализации является итерационным, и он не сводится к однозначной формализации объекта и процесса проектирования, как это имеет место, например, при проектировании теплоэнергетического комплекса, осуществляемого системой МАВР.
В разработанном техническом проекте АСП СОУ методы моделирования и проектирования были ориентированы на логически направленное и поэтому управляемое теоретическое и инструментально-технологическое проектирование. Прежде всего, обеспечивалась полнота понятийного пространства проектирования за счет логического формирования всевозможных комбинаций элементов понятийной конструкции с применением морфологического и иных методов. А математическая экспликация давала возможность оперировать понятийными конструкциями вне зависимости от прикладного содержания и знакового оформления.
Функции системы АСПСОУ показаны в табл.7.1. Теоретизация предметной области основывается на выявлении проблем, установлении их системной природы и возможных путей решения. При проектировании знаковой системы определяется состав баз данных, формы документов и т.п.
Таблица 7.1 Функции Выход Вход 1. Определение и реализация концепции теоретизации предметной области
Операционная трактовка теоретических схем. Определение процедур управления с их входами и выходами
Проектирование знаковой реализации СОУ и пространственно-временной привязки.
Документирование проекта СОУ 1. Модель (теория) предметной области
Проект системы организационного управления 1. Метамодели,
описывающие поня-тия организационных систем управления и их элементов
Метамодели формализованных теорий
Для реализации этой методологии был разработан набор теоретических схем, названных конструктами, используемых для формирования с помощью логических методов теории предметной области и модели объекта проектирования. Разработка конструктов и последующий синтез конкретных теорий с контролируемым формированием производных понятий осуществлялись с использованием математического аппарата теории структур Бурбаки . Были созданы различные технологии оперирования конструктами, позволяющие на их базе формировать сложные и при этом легко изменяемые понятийные схемы.
Из описания функциональной структуры видно, что, в отличие от системы концептуального программирования ПРИЗ (см.раздел 2), теории предметной области и модели объекта проектирования являются не входом, а выходом системы АСП СОУ. А уже затем формируются проекты СОУ, как производный результат логического вывода на построенных моделях предметной области и последующей интерпретации абстрактных математических конструкций. Входом в процесс проектирования являются сформированные с использованием заранее создаваемых абстрактных метаматематических схем (конструктов), метамодели, описывающие понятия СОУ и их элементов, и метамодели, описывающие имеющиеся формализованные теории, необходимые для моделирования СОУ. К ним относятся теории технических систем, теории производственных систем, теории целенаправленных систем и т.д. Новым здесь явилось также использование аксиоматического представления теорий.
Функциональная структура АСП СОУ
Универсальность этой методологии предопределяется сформированной общей метамоделью проектируемой системы с использованием
конструктов, которые имеются в памяти системы, и возможностями ее конкретизации при проектировании. Если при интерпретации конкретизированной метамодели с помощью понятий охватываемой предметной области, СОУ и ее элементов выявляется ее неадекватность, то выбираются, либо другие способы конкретизации, либо корректируется общая концептуальная модель.
Математические модели понятий формируются с использованием различных теорий таких, таких, как теория структур, теория множеств, категорная теория систем и т.д., в разных знаковых формах - текстах, таблицах, формулах, графиках и т.д., в разных языках, шрифтах и с разным размещением на различных носителях. Это может быть выражено с помощью, предложенной в 70-х годах С.П.Никаноровым, теоретической схемы, названной «логосинотопотех». В ней выделялась логическая сущность («лог»), представляющий ее знак («син») и место расположения знака («топ») на носителе («тех»). Главным в этой схеме было семантическое отношение: «лог» раскрывает смысл знакового представления «син».
В этом подходе объектом проектирования является и функциональная структура организации и процесс ее проектирования. Методология включает дедуктивный и индуктивный этапы проектирования. Дедуктивный этап осуществляется с помощью предварительно разработанных и сохраняемых в памяти метасистемы концептуальных аксиоматических описаний необходимых областей знаний в разных математических формах - теоретико- множественной, категорной, теоретико-системной конструктов в шкалах множеств Н. Бурбаки. Потом для сформированных метамоделей системы осуществляется выбор методов и, в конечном итоге, выбор технологий с использованием базы разных теорий, моделей, методов и средств.
Индуктивный этап наступает при контроле адекватности сформированных проектов и последующем итеративном корректировании начальных теоретических схем.
Применяемость рассматриваемой методологии для проектирования организаций ограничена ориентацией на специалистов высокой квалификации, владеющих инструментарием создания и использования математических конструктов, осуществляемого в течение последних трех десятков лет научным коллективом, возглавляемым С.П. Никаноровым.
В настоящее время имеется несколько сотен конструктов и набор методов оперирования ими. Силами сравнительно небольшого коллектива специалистов был разработан информационно-программный инструментарий для автоматизированной поддержки формирования математических метамоделей предметных областей с использованием накапливаемой базы конструктов. Были созданы автоматизированная система , обеспечившая запросный режим и выполнение операций синтеза, порождения, визуализации и т.д., синтаксический и семантический анализаторы, а также лингвистический интерпретатор родов структур. Дальнейшее развитие инструментария ориентировалось на поддержку процесса проектирования организационных процедур и форм документов.
К сожалению, для реализации этой методологии при ее появлении не были разработаны детальный технологический проект и полная инструментальная система. Для получения промышленного результата требовалось задействовать мощные организации, специализирующиеся на разработке информационно-программного обеспечения, на что была нужна серьезная государственная поддержка. Когда-то академик В.М.Глушков, директор Киевского института кибернетики, говорил, что создание общегосударственной автоматизированной системы (ОГАС) необходимо финансировать так же, как космические программы или атомную промышленность. Но, к сожалению, этого не произошло.
Рассматривая эту методологию с современных позиций, видно, что в ней недостаточно внимания уделялось непосредственному, конкретному моделированию и развитию действующих организаций в рамках теорий производственных и экономических систем. Она была ориентирована на разработку новых систем, что соответствовало существовавшей в тот период времени ориентации на создание автоматизированных систем производства, проектирования и управления.
Хотя формально тогда и требовалось проведение предварительного обследования и анализа действующих систем, согласно имеющейся регламентирующей документации, и даже были разработаны детальные методики диагностического обследования и моделирования организаций, но на практике это осуществлялось редко. При отсутствии соответствующего инструментария данный этап требовал огромных усилий и времени, а результат работы проектировщиков учитывался по сданному госкомиссии проекту новой системы и ее опытному внедрению.
При выбранном методе дедуктивного формирования проекта становится затруднительным переход к имеющемуся разнообразию содержания реальных процессов, при котором осуществляется модельная интерпретация, когда элементы модели отображают конкретные элементы систем организационного управления, обозначаемые терминами исходной области знаний. В метамодельной интерпретации термам теоретических конструкций приписываются так называемые лингвистические переменные. Но как перейти к конкретным элементам системы организационного управления, если предварительно не построена ее исходная модель? И как формировать для нее математическую модель с заданным набором определенных ограничений и целевой функцией, адекватной реальности?
Такие модели нужно было создавать при развитии действующих организаций и накапливать модели-прототипы для использования при проектировании новых систем. Но надо помнить, что использование этих моделей в наглядном виде стало возможным только после появления компьютеров с большим быстродействием и огромной памятью, а также инструментальных средств, обеспечивающих формирование таких моделей. Без таких моделей невозможно производить операционное сопоставление теоретических результатов с требованиями, заданными в исходной области знаний и определять адекватность использованных абстрактных схем.
С другой стороны, если имеется конкретная содержательная модель, построенная в понятиях исходной области знаний, а инструментальная система может логически обрабатывать и нематематические понятия, то необходимо обосновать целесообразность применения математических концептуальных моделей в условиях использовании сетей компьютеров с большой памятью и быстродействием.
При использовании рассматриваемой методологии следует учитывать, что, уменьшая разнообразие и удерживая разработку системы в определенных теоретических границах, применение конструктов одновременно огрубляет предметную область, ограничивая возможности понятийного моделирования профессионалов. Когда конструкт создается, то рассматривается и идеализируется некоторая сторона сущности. Будучи созданным, конструкт может иметь много материальных и знаковых воплощений, но при этом он отображает лишь математический аналог некоторой стороны сущности, а не саму содержательную сторону сущности, которую адекватно может воспринимать профессионал в этой области. При этом природа знаний в предметных областях зачастую такова, что фразы, с помощью которых общаются профессионалы, являются лишь намеком на образы реальной сущности, возникающие у них при обучении и в результате приобретения опыта. Эти образы активизируются при восприятии фразы в сознании специалиста, но для передачи смысла фраз специалистам из других областей знаний соответствующие образы требуют расшифровки намеков.
Проблемой является и обеспечение теоретического контроля процесса создания конструктов, в частности, обоснования выбора аспектов сущности, лежащих в основе разработки математических конструкций, и корректности ее выполнения. Используемые математические конструкты должны обеспечивать интеграцию методов и средств, имеющихся в разных предметных областях, выполняя функцию их теоретической надстройки. Учитывая огромную масштабность и сложность областей знаний, которые необходимо охватывать современному разработчику, эти конструкты могут выполнять и гносеологическую функцию.
В при анализе этого подхода отмечено, что он ориентирован на прямое обеспечение при проектировании систем желаемых их свойств. Но для его реализации необходимо накопить требуемые конструкты, обеспечивающие такие возможности, опробовать необходимые методы синтеза, конкретизации и интерпретации и их программное обеспечение, доведя его до промышленного уровня. Ограниченность применения этого подхода может быть связана с проблемами перехода от общих конструктов к имеющемуся понятийному разнообразию исходной области знаний, а также с тем, что его эффективно могут реализовать только специалисты, умеющие работать с конструктами.
Полная библиография публикаций по концептуальному анализу и проектированию за период с 1967 по 2003 год приведена в . В ней представлено 742 публикации, сгруппированные по алфавиту авторов, по годам публикации и по тематике. Авторский указатель охватывает 189 авторов, а тематический - 83 рубрики.

Аннотация

ПРОБЛЕМАТИКА КОНЦЕПТУАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

Бутенко Л.Н.

Статья посвящена проблемам концептуального проектирования технических систем. Показана актуальность междисциплинарной интеграции методов, применяемых для получения новых технических решений.

Problems of Conceptual design

The aim of this article is demonstration of problems and methods of conceptual design theory. Discussing intellectual problems in development theory achievements aspect. Shows the intersubject research for successful solving of this problems. This production can to change a scientific paradigm.

In this article we present this studies, procedures, metarules, which can management of relationship designing and some semantic describes of this aspect.

ПРОБЛЕМАТИКА КОНЦЕПТУАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

Бутенко Л.Н.

Волгоградский государственный технический университет
400131, г. Волгоград, проспект им. В.И. Ленина, 28, [email protected]

«Того, кто не задумывается о далёких трудностях,
непременно поджидают близкие неприятности»
Конфуций

«-Голова – она может всё». Граф Калиостро
Григорий Горин «Формула Любви»

В настоящее время высокую актуальность приобрели исследования в области концептуального проектирования ввиду того, что применение традиционных детерминированных методов описания, контроля и управления выявило их большую ограниченность, а порой и невозможность построения моделей проектируемых систем.

Современное состояние исследований в методологических дисциплинах (исследование операций, системотехника, системный анализ) а также теории принятия решений, многоуровневых иерархических систем, автоматического управления, катастроф таково, что не позволяет исследовать сложные, плохо структуризованные, динамичные предметные области.

Математическое моделирование в настоящее время ориентировано на параметрический синтез.

Лучшие из методов автоматизации программирования (логическое, структурное и объектно-ориентированное программирование CASE-технологии) не имеют в своем составе развитых познавательных средств. Мощные средства автоматизации проектно-конструкторских работ (например, AutoCAD) не имеют средств для представления сложных развивающихся объектов.

Методы и средства искусственного интеллекта (ситуационное управление, экспертные системы, инженерия знаний, базы знаний) не имеют средств для углубления понимания предметных областей, они лишь мобилизуют имеющиеся знания.

Методы проектирования организаций (проблемно-ориентированный подход, функциональный подход, системное проектирование и другие) не имеют средств для восстановления целостности интересов организаций и областей их деятельности.

Мощные познавательные методы, развитые в рамках философской диалектики, теории познания, в логике и методологии науки, в теории мышления, структурализма пока еще не стали средствами прикладной, инженерной работы.

Теория систем в своем развитии находится в методологическом тупике и не выработала методов постулирования сложных классов систем.

Синергетика имеет предметом физические или физикалистские процессы.

Математический аппарат (теория множеств, теория категорий и функторов, теория структур, теория топосов) широко применяется в теории систем и в ряде прикладных задач (проектирование баз данных), но до сих пор не был способен обеспечить исследование сложных предметных областей и проектирование сложных объектов.

Концептуальное проектирование системы – это стадия, на которой принимаются определяющие ее последующий облик решения на различных системных уровнях, проводится исследование созданных решений и их предварительное согласование.

Приведем ряд базовых определений:

Концепт (лат. conceptus - понятие) – понятие;

Термин «концептуальный» обозначает характер процесса (описания, представления и т.д.) или объекта (модели, структуры, результата и т.д.), отличающийся тем, что качественная определенность объектов представляется в форме понятий ; Концептуально мыслить - это базовая способность человеческого мышления с большими скоростями «свертывать» и обобщать информацию любого рода. Свертка информации может находить отображение в понятиях, числе, временной или пространственной структуре.

Рассмотрим массив интеллектуальных задач и способы их решения с точки зрения системного подхода к концептуальному проектированию систем любого класса.

Наиболее современное определение системы приведено в

Система = (элементы, отношения, внешняя среда, наблюдатель, язык)

Рассмотрим проблемы концептуального проектирования с точки зрений современного представления того, что называется системой. Первое, что бросается в глаза, то, что это определение статично, в нем отсутствуют правила построения систем. Только в последнее время в определении появляться новые объекты, которые влияют на эффективность процесса концептуального проектирования систем, например, Наблюдатель (проектировщик), Язык (язык проектирования). Формулировка первой проблемы заключается в том, что для обеспечения свойств системы должны быть созданы массивы правил их обеспечения. Приведем перечень инвариантных свойств системы, которые образуют кортеж :

S = (a,b,c,d,f, … , ),

где:a–первичность целого (системы); b–неаддитивность системы;c–размерность системы;d–сложность структуры системы;e–жесткость системы;f–вертикальная целостность системы;g – горизонтальная обособленность системы;h – иерархичность системы;i–множественность (разная глубина) описания системы;j–взаимозависимость системы и внешней среды;k–степень самостоятельности системы;l–открытость системы;m–совместимость системы;n–целенаправленность системы;o–наследственность системы;p–приоритет качества;q–приоритет интересов системы более высокого уровня;r–надёжность системы;s–оптимальность системы;t–неопределенность информационного обеспечения системы;u–эмерджентность системы;v–мультипликативность системы;w–непрерывность функционирования и развития системы;x–альтернативность путей функционирования и развития системы; y–синергичность системы;z–инерционность системы;–адаптивность системы;–организованность системы;–уровень стандартизации системы;–инновационный характер развития системы.

Для того, чтобы система была целостным объектом необходимо определить характер и последовательность интеллектуальных процедур, обеспечивающих проявление всех вышеназванных свойств.

Отметим, что свойства любой системы только в частном случае могут быть определены функцией структуры этой системы, более приемлемым, по нашему мнению, является зависимость «свойства–организация» системы. Под организацией будем понимать множество элементов и отношений, а также взаимодействие между элементами. В этом случае, концептуальное проектирование систем должно подчиняться закономерностям организации систем, как с точки зрения строения, так и функционирования. Здесь обнаруживается необходимость существования и, соответственно, проектирования такой надсистемы, которая осуществляет целепорождение и координацию всех проявлений свойств системы. Такая надсистема принципиально отлична от внешней среды.

Интеллектуальной проблемой является также создание «границ» системы с внешней средой, где главным является сохранение целостности и обеспечение устойчивости.

Влияние наблюдателя на процесс концептуального проектирования может быть определено через взаимодействие субъекта и объекта. В данном случае необходимо решить задачу о возникновении, формировании, развитии и воплощении идеи проектируемой системы. Приведем самые распространенные определения идеи:

Идея – форма постижения в мысли явлений объективной реальности ;

Идея – это терм, окруженный релевантным знанием ;

Идея – это зафиксированное в каком-либо коде представление об устройствах объекта, о сути процесса, о причинах и следствиях явлений .

Полная цепь развертывания идеи об объекте как о системе обозначена в : Наблюдатель порождает интенции, т.е. исходные намерения в границах аспекта. Следующий шаг проявления идеи – результат развития намерения в конкретной среде. Здесь знание становиться можно уже «рассматривать», это выражение сущности явления. Далее – этап проявления сущности. Это этап системообразования, здесь сущность как нечто целое обнаруживает различие своих частей. и, «наконец», этап восхождения к классам систем при помощи новых аксиом. Как следует из описания, вопрос о том, как появляется идея, является очень сложным, а процедуры ее усложнения, происходящие в Наблюдателе описаны в психологии недостаточно четко. В психолингвистике было уточнено понятие концепта и оказалось, что концепт не равнозначен термину понятия . Концепт существует в ментальном мире человека не в виде четких понятий, а как «пучок» представлений, понятий, знаний, ассоциаций, переживаний, который сопровождает слово. Концепты не только мыслятся, они «переживаются», они предмет эмоций, симпатий и антипатий,а иногда и столкновений. Концепт трактуют как некоторую базовую когнитивную сущность, позволяющую связывать смысл с употребляемым словом, как содержательную единицу процесса концептуализации, посредством которого действительность преломляется в голове человека.

Таким образом, мы выходим на проблему получения выводного знания. Человек может проявлять новое знание «методом открытия» и «методом постулирования». Отметим, что в данном контексте возникают проблемы учета изменения информации в процессе выводного знания (т.е. вывод является немонотонным), а также проблемы горизонтального и вертикального синтеза, средоточием которых является проблема совместимости между элементами и между системными уровнями проектирования.

Для концептуального проектирования особое значение имеет получение именно новых решений. Укажем на взаимосвязь этой проблемы с проблемой системогенеза, а также с проблемой получения выводного знания.

Отметим также, что особой актуальностью обладает концептуальное проектирование систем в аспекте обеспечения их инновационного развития. Это непосредственно связано с качественными переходами между системами, требующими изменения организации этих систем. Эту новую область исследований, по нашему мнению следует назвать гетеродинамикой. На рис.1 показаны возможные направления дальнейших междисциплинарных исследований. Подчеркивая прагматическую направленность, мы хотели бы указать на тесную взаимосвязь с задачами стратегического планирования, стратегического менеджмента, стратегического маркетинга для самых разных предметных областей.

Библиографический список:

1. Никаноров С. П. Метод концептуального проектирования систем организационного управления и его применение. Электронный научно-информационный журнал «СИСТЕМНОЕ УПРАВЛЕНИЕ. ПРОБЛЕМЫ и РЕШЕНИЯ» http://www.situation.ru/app/j_art_960.htm

2. Теслинов А.Г. Развитие систем управления: методология и концептуальные структуры. М.: «Глобус», 1998. 229с.

3. Волкова В.Н., Денисов А.А.Основы теории систем и системного анализа

4. Стратегический маркетинг: Р.А.Фатхутдинов. – СПб.: Питер, 2003.

5. Философский энциклопедический словарь. М: Советская Энциклопедия. 1983

6. Финн В.К.Философские проблемы логики интеллектуальных систем. Журнал Российской Ассоциации искусственного интеллекта. «Новости искусственного интеллекта» № 1. Москва 1999. с. 36.

7. Птушенко А. «Техника Молодёжи» № 3, 2003, стр 24.

8. Залевская А.А. Введение в психолингвистику. Российск.гос.гуманит.ун-т. М., 2000, 382 с.

9. Александров Е.А.Основы теории эвристических решений. М. Советское радио, 1975, 254 с.

10. Бутенко Дм.В. Взаимосвязь стратегического планирования и концептуального проектирования. // XXX Юбилейная Международная конференция и дискуссионный научный клуб IT+SE`2003 Новые информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации и бизнесе. Украина, Крым, Ялта-Гурзуф, 2003г., с. 107

Понятие концептуального проектирования относится к начальной стадии проектирования ИС и примерно соответствует стадиям 1 – 3 разработки АС по ГОСТ 34 или этапам от определения требований до проектирования в моделях жизненного цикла.

Определению требований к ИС предшествует определение целей, для которых эта система будет разрабатываться. Цели ИС определяют границы предметной области, объекты которой, их свойства и взаимосвязи существенны с точки зрения поставленных целей и которые будут представлены в ИС (это информация о предметной области – ПО-информация). Цели ИС также определяют, каких пользователей и какие именно информационные потребности система будет обслуживать (это информация о потребностях пользователей – ПП-информация). Две эти составляющие: ПО-информация (являющаяся объективным отражением предметной области) и ПП-информация (отражающая отчасти субъективные представления пользователей) одинаково необходимы и важны для построения концептуальной модели, что и показано на рис. 14 7 . Иногда превалирует второе слагаемое в концептуальной модели, основанной на учёте текущих и предвидимых приложений, т.к. это позволяет быстрее и легче создать систему. Однако такие системы оказываются плохо приспособленными для обработки неформализованных, изменяющихся и непредвиденных заранее задач и запросов. Адекватное отражение в системе ПО-информации придает ей необходимую гибкость и адаптивность к изменяющимся условиям.

Общая схема концептуального проектирования:

Схема на рис. 16 представляет два этапа проектирования: сбор и содержательный анализ информации о предметной области и прикладных задачах пользователей; концептуальный анализ данных и синтез концептуальной модели.

Первый этап - сбор данных о предметной области, которые могут быть получены в результате измерений или наблюдений, изучения отчётов и документов, опроса специалистов, и выявление перечня задач, которые должны решаться с помощью разрабатываемой системы. Получаемая при этом информация может быть отчасти субъективной. Для повышения её объективности используют методы экспертных оценок, проводят содержательный анализ для устранения дублирования информации, выявления противоречий и неоднозначности и так далее.

Модели ис и методики проектирования

Главная особенность разработки современных информационных систем состоит в концентрации сложности на начальных этапах анализа требований и проектирования спецификаций системы. Нечёткость и неполнота системных требований, нерешённые вопросы и ошибки, допущенные на этапах анализа и проектирования, порождают на последующих этапах трудные, часто неразрешимые проблемы и, в конечном счете, приводят к неуспеху всей работы в целом.

К проектированию ИС непосредственное отношение имеют два направления деятельности: 1) собственно проектирование ИС конкретных организаций на базе готовых программных и аппаратных компонентов с помощью специальных инструментальных средств разработки; 2) проектирование упомянутых компонентов ИС и инструментальных средств, ориентированных на многократное применение при разработке многих конкретных информационных систем. 8

Для обозначения первого направления используется термин "системная интеграция". В этом случае разработчик ИС должен быть специалистом в области системотехники, хорошо знать международные стандарты, состояние и тенденции развития информационных технологий и программных продуктов, владеть инструментальными средствами разработки приложений (CASE-cредствами) и быть готовым к восприятию и анализу автоматизируемых прикладных процессов в сотрудничестве со специалистами соответствующей предметной области.

Второе направление в большей мере относится к области разработки математического и программного обеспечения для реализации функций ИС - моделей, методов, алгоритмов, программ на базе знания методов анализа и синтеза проектных решений, технологий программирования, операционных систем и т.п.

Как на этапе обследования, так и на последующих этапах целесообразно придерживаться определённой дисциплины фиксации и представления получаемых результатов, основанной на той или иной методике формализации спецификаций. Формализация нужна для однозначного понимания исполнителями и заказчиком требований, ограничений и принимаемых решений.

При концептуальном проектировании применяют ряд спецификаций, среди которых центральное место занимают модели преобразования, хранения и передачи информации. Модели, полученные в процессе изучения предметной области, в том числе обследования организации, являются моделями её функционирования, В процессе разработки ИС модели, как правило, претерпевают существенные изменения и в окончательном виде они рассматриваются уже, как модели проектируемой ИС.

Различают функциональные, информационные, поведенческие и структурные модели 9 . Функциональная модель системы описывает совокупность выполняемых системой функций. Информационные модели отражают структуры данных – их состав и взаимосвязи. Поведенческие модели описывают информационные процессы (динамику функционирования), в них фигурируют такие категории, как состояние системы, событие, переход из одного состояния в другое, условия перехода, последовательность событий. Структурные модели характеризуют морфологию системы (её построение) – состав подсистем, их взаимосвязи.

Таким образом, функции (отвечающие на вопрос "Что сделать?") в совокупности с исходными данным ("Над чем произвести действия?"), ограничениями (время, финансовые и материальные средства, нормативные документы или бизнес-правила и т.п.), средствами реализации ("Чем сделать?") и результатом ("Что сделано?") описывают проектируемую ИС.

Существует ряд способов построения и представления моделей, различных для моделей разного типа. Основой является структурный анализ – метод исследования системы, который начинается с её общего обзора и затем происходит детализация, формирующая иерархическую структуру с всё большим числом уровней. Все наиболее распространенные методологии структурного подхода базируются на ряде общих принципов. Базовыми принципами являются:

принцип "разделяй и властвуй" - принцип решения сложных проблем путем их разбиения на множество меньших независимых задач, лёгких для понимания и решения;

принцип иерархического упорядочивания - принцип организации составных частей проблемы в иерархические древовидные структуры с добавлением новых деталей на каждом уровне.

Выделение двух базовых принципов не означает, что остальные принципы являются второстепенными, поскольку игнорирование любого из них может привести к непредсказуемым последствиям (в том числе и к провалу всего проекта). Основными из этих принципов являются следующие:

принцип абстрагирования - заключается в выделении существенных аспектов системы и отвлечения от несущественных;

принцип формализации - заключается в необходимости строгого методического подхода к решению проблемы;

принцип непротиворечивости - заключается в обоснованности и согласованности элементов;

принцип структурирования данных - заключается в том, что данные должны быть структурированы и иерархически организованы.

В настоящее время известно порядка 90 разновидностей структурного системного анализа, которые могут быть классифицированы по отношению к школам (для моделирования программных систем или систем вообще), по порядку построения модели (декларирующие первичность функционального или информационного моделирования), по типу целевых систем (информационные системы или системы реального времени) 10 . Несмотря на такое обилие методов, практически во всех из них используются три группы средств:

DFD (Data Flow Diagrams) - диаграммы потоков данных или SADT (Structured Analysis and Design Technique) диаграммы, иллюстрирующие функции, которые система должна выполнять;

ERD (Entity-Relationship Diagrams) - диаграммы "сущность-связь", моделирующие отношения между данными;

STD (State Transition Diagrams) - диаграммы переходов состояний, моделирующие зависящее от времени поведение системы (аспекты реального времени).

Кроме этих моделей на этапе структурного проектирования используются техники структурных карт, предназначенные для описания отношений между модулями (структурные карты Константайна) и внутренней структуры модулей (структурные карты Джексона).

Наиболее существенное различие между разновидностями структурного анализа заключается в методах и средствах функционального моделирования, поскольку для информационного и поведенческого моделирования в настоящее время практически нет альтернативы ERD и STD соответственно. Далее рассмотрим основные понятия, связанные с вышеназванными методиками проектирования.

Концептуальное проектирование оперирует информацией, независимой от любой фактической реализации (ᴛ.ᴇ. от любой конкретной системы технического или программного обеспечения). Цель концептуального проектирования именно в том состоит, чтобы представить информацию в доступной пользователю форме, не зависящей от спецификации системы, но реализуемой несколькими системами.

Этап концептуального проектирования связан с описанием и синтезом разнообразных информационных требований пользователœей в первоначальный проект БД. Результатом этого этапа является высокоуровневое представление информационных требований, к примеру, такое как диаграмма "сущность – связь". Основу этой диаграммы составляет набор сущностей, который представляет или модернизирует определœенную совокупность сведений, специфицированную в требованиях. Сущности бывают описаны атрибутами, позволяющими детализировать свойства сущности. Один или несколько атрибутов могут служить идентификатором для обозначения отдельных экземпляров сущности. Связи между сущностями отображают функциональные аспекты информации, представленной сущностями.

В большинстве случаев пользователи описывают свои информационные требования в терминах сущностей, атрибутов и связей (диаграмма типа "сущность – связь" или ER-диаграммы) или в терминах записей, элементов и наборов, используя языки описания данных СУБД.

Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, концептуальное проектирование можно рассматривать с двух точек зрения – обычного представления и моделирования сущностей, указанных на рисунке.

Первый подход включает формулирование, определœение и интеграцию объектов высокого уровня, используемых для построения модели. Основное внимание при этом уделяется интеграции понятий (концепции), представляющих объекты. Основными вопросами, решаемыми при этом подходе, являются следующие. Что понимать под объектами? Каковы контекстное содержание этих объектов, описательные и идентификационные свойства каждого объекта.

Второй подход к концептуальному проектированию моделирование сущностей – заключается в моделировании и интеграции представлений пользователœей в терминах диаграмм сущностей. Техника построения диаграмм сущностей, являясь в основном неформализованной, имеет конечным результатом спецификацию сущностей, атрибутов и связей. Этот подход является наиболее широко известным и практикуемым из всœех подходов. Он берет свое начало со времени первых попыток использования систем управления БД в серединœе 60-х годов. В связи с этим следует рассмотреть данный подход более подробно.

Для представления информации в модели "сущность – связь" конструктивными элементами модели служат сущности, атрибуты и связи. Основным конструктивным элементом является сущность. Пользователь описывает интересующие его объекты предметной области с помощью сущностей, затем определяет свойства сущностей, используя атрибуты, и, наконец, описывает соответствия между сущностями, используя связи.

Сущность представляет собой основное содержание того явления или процесса, о котором крайне важно собрать информацию, она является узловой точкой сбора информации. В качестве сущности может выступать личность, место или вещь, информацию о которых нужно хранить. Необходимо различать такие понятия, как тип сущности и экземпляр сущности. Понятие тип сущности относится к набору однородных предметов или вещей, выступающему как целое. Экземпляр сущности относится к конкретной вещи в наборе. К примеру, типом сущности может быть СЛУЖАЩИЙ, а экземпляром сущности – Петров В.М., Сидоров А.Г., Терентьев М.С. и т.д.

Средством, с помощью которого определяются свойства сущностей, являются атрибуты. Атрибут - ϶ᴛᴏ поименованная характеристика сущности. Его наименование должно быть уникальным для конкретного типа сущности, но может быть одинаковым для различных типов сущностей (к примеру, ЦВЕТ может быть определœен для многих сущностей). Хотя сущности существуют сами по себе, атрибуты используются для определœения того, какая информация должна быть собрана о сущности. Примерами атрибутов для сущности СЛУЖАЩИЙ являются ИМЯ. АДРЕС. ОТДЕЛ и т.д. Здесь также существует основное различие между типом и экземпляром. Тип атрибута ОТДЕЛ имеет множество экземпляров или значений: ОПТ, ОГМ и т.д. При этом каждому экземпляру сущности присваивается только одно значение атрибута.

Атрибут имеет следующие характеристики:

Наименование – уникальное имя атрибута.

Описание – повествовательное изложение смысла атрибута.

Роль – конкретное использование атрибута. Атрибут может быть использован в любой роли, описанной ниже.

Наиболее часто встречающейся ролью атрибута является описание свойства сущности. Другой важной ролью является идентификация сущности, когда атрибут может использоваться для однозначного распознавания экземпляров сущности. К примеру, атрибут ТАБЕЛЬНЫЙ-НОМЕР, имеющий уникальный набор значений, позволяет отличать друг от друга экземпляры сущности СЛУЖАЩИЙ, даже если несколько служащих имеют одну и ту же фамилию. Среди других ролей атрибута крайне важно отметить:

1. представление связей между сущностями:

2. использование в процессе получения других выводимых величин:

3. обеспечение информацией, которая используется в особых случаях, к примеру диапазон значений домена, количество экземпляров, единица измерения.

Сущности соотносятся в предметной области между собой, а механизм связей используется для отображения этого соответствия в модели. Более подробно связи были рассмотрены ранее в разд. 1.5.