ФОРМУЛИРОВКА ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОНЦЕПТУАЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ МОДЕЛИ ОРГАНИЗАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ

Ветошкин Владимир Михайлович

профессор, д-р техн. наук,

 профессор ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, г. Москва

 E-mail: vetvm@yandex.ru

Саяпин Олег Викторович

доцент, канд. техн. наук,

докторант 27 ЦНИИ Минобороны России, г. Москва  E-mail: tmaec@mail.ru

FORMULATION OF THE DESIGN PROBLEM CONCEPTUAL MODEL OF ORGANIZATIONAL INFORMATION SYSTEM

Vladimir Vetoshkin

Professor, Doctor of Technical Sciences, ProfessorVVIA them. prof. N.E. Zhukovsky, Moscow

Oleg Sayapin

27 Central Research Institute of the Ministry of Defense of Russia, Moscow, Federation Summary

АННОТАЦИЯ

В статье рассматривается структура процесса проектирования баз данных автоматизированных информационных и управляющих систем. Рассматриваются вопросы анализа содержания и взаимосвязи этапов фазы системного анализа и проектирования информационной базы.

ABSTRACT

The paper describes the structure of the process of database design automation systems. An analysis of the content and relationship stages phases of system analysis and design information base.

Ключевые слова: организационная система; система баз данных; инфологическая; концептуальная; логическая; физическая модели; этапы системного анализа; автоматизированная система.

Key words: organizational system; Database System; infological; conceptual; logical and physical models; stages of system analysis; automated system.

Настоящая статья развивает основные положения методологии проектирования систем баз данных (СБД) для автоматизированных информационных и управляющих систем (АС) широкого спектра предназначения. Основы данной методологии были разработаны на кафедре автоматизированных систем управления Военно-воздушной инженерной академии им. проф. Н.Е. Жуковского и широко использовались при разработке практических проектов и в учебном процессе.

Содержательная формулировка рассматриваемой проблемы заключается в создании за минимальное время хорошо продуманной системы баз данных, обладающей свойствами расширяемости (учет новых требований) и целостности. Эту проблему необходимо и целесообразно рассматривать в сопоставлении и соответствии с этапами жизненного цикла системы баз данных [2, 3]. Жизненный цикл системы баз данных делится на две основные фазы: фазу системного анализа проектирования, включающую этапы информационно-логического (инфологического), концептуального, логического и физического проектирования, и фазу реализации, функционирования и модификации, состоящую из этапов реализации баз данных (БД), анализа функционирования, модернизации и адаптации.

Здесь не нашли отражения два важнейших этапа создания автоматизированной системы: выбор (или разработка) системных технических средств (комплекса средств автоматизации, вычислительных комплексов и т. д.) и системного программного обеспечения (операционных систем и систем управления базами данных). Основой для решения этих вопросов являются этапы инфологического и концептуального проектирования, которые позволяют обоснованно сформировать систему требований, определяющих желаемый облик создаваемой АС и ее технического и программного обеспечений. Только после того, как будут приняты основные проектные решения по составу и типам вычислительного комплекса, операционным системам и системам управления базами данных, специалисты по этим компонентам на основе концептуального проекта смогут приступить к логическому и физическому проектированию БД, а также к завершению разработки специального математического и программного обеспечений.

Схема, представленная на рис. 1., иллюстрирует содержание и взаимосвязь этапов фазы системного анализа и проектирования информационной базы. Решение представляется в реализации двух взаимосвязанных действий: структурирования самих процессов и функций организационной системы (разработка модели функционирования) и структурирования информационного содержания процессов, функций и задач (инфологическое и концептуальное проектирование СБД).

Рисунок 1.  Содержание и взаимосвязь этапов фазы системного анализа и проектирования информационной базы

Одним из результатов информационно-функционального анализа является инфологическая модель данных системы, соответствующая анализируемой части предметной области. Инфологическая модель (ИЛМ) данных формализуется семантической сетью в виде инфологического графа (ИЛГ):

М_ил=<S_ил,P_ил,Q_ил>,

где S_ил — множество типов информационных объектов (сущностей) и информационных связей (отношений), задаваемых именами типов и составом типов своих свойств (характеристик, атрибутов) и их значений; P_ил — правила интерпретации семантической сети (ИЛГ) данных; Q_ил — закономерности предметной области, существенные для контроля целостности и согласованности информационной модели.

Инфологическая модель обеспечивает первоначальную (предварительную) формализацию описания информационного содержания автоматизируемых процессов, согласовывая и объединяя в себе представления всех категорий пользователей. Основными критериями оценки качества ИЛМ являются её полнота и простота понимания, детальность, ясность и согласованность описания элементов.

Концептуальное проектирование имеет целью формирование обобщенной точки зрения на создаваемую информационную систему для всех категорий пользователей создаваемой автоматизированной системы, независимой от технических и системных программных средств, а также создание модели обработки данных (транзакций) в виде последовательности взаимосвязанных действий с базой данных в процессе её ведения.

Концептуальная модель (КМ) информационной системы понимается как математически точное формализованное описание элементов данных, их семантических связей и организационной структуры с указанием ограничений целостности и согласованности данных, а также соответствующих алгоритмов их контроля. Кроме того, КМ должна быть ясной и однозначно понимаемой, легко трансформируемой при изменении требований или появлении новых приложений. Перечисленным требованиям к описанию КМ наилучшим образом удовлетворяет расширенные и уточненные формальные средства описания реляционной модели данных [2]. В этом случае

М_к=<S_к,P_к,Q_к>,

где S_к — схема модели; P_к — система операторов реляционной алгебры; Q_к — система ограничений целостности.

Логическое проектирование состоит из двух взаимосвязанных процессов: проектирование логической модели БД (формулирование КМ на языке описания данных — ЯОД) и проектирование программ обработки данных (модели транзакций на языке манипулирования данными — ЯМД конкретной СУБД). В результате этого этапа разрабатывается логическая схема данных и структурированное описание обрабатывающих программ в терминах языковых средств конкретной системы.

Физическое проектирование состоит в определении способов размещения базы данных на носителях информации и в окончательной отладке программ обработки данных, специфицированных на предыдущих этапах. Результатом этого этапа является полностью готовая к внедрению система баз данных.

Итак, процесс проектирования БД определяется как процесс преемственной последовательной трансформации и наследования свойств моделей различных уровней друг в друга:

М_ИЛ                         М_К                    М_Л              М_Ф,

где М_Л, М_Ф — соответственно модели данных логического и физического уровней.

Данный процесс целесообразно реализовывать в рамках единой интегрированной САПР БД, позволяющей проектировщику БД накапливать информацию, необходимую для проведения проектных расчетов, анализировать решения и запоминать их варианты, разрабатывать проектную документацию, возвращаться с любого последующего этапа на любой предыдущий в случае получения неудовлетворительных результатов, получать по запросам необходимую справочную информацию о состоянии проекта и т.п. Поэтому в базах данных САПР накапливаются метаданные (данные о данных, которые будут содержаться в разрабатываемых БД) создаваемой АС. Они играют роль базы знаний, которая может передаваться, использоваться и пополняться на стадиях опытной и практической эксплуатации АС [1, 2]. Поэтому созданная АС должна содержать в себе информацию о самой себе, которая необходима и может быть быстро доступна персоналу для решения возникающих проблем.

Таким образом, разработка концептуальных проектов систем БД основывается на анализе и структурном представлении процессов функционирования конкретных организационных (организационно-технических) систем. В результате такой деятельности выявляются, формализуются и систематизируются знания о создаваемых АС. При этом объем баз знаний определяется масштабами и задачами автоматизации.

Список литературы:

1.Базанов В.М., Ветошкин В.М., Лялюк И.Н., Саяпин О.В., Сельвесюк Н.И. Автоматизированные системы управления полетами и воздушным движением авиации РФ. — М.: ВУНЦ ВВС «ВВА им. профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А Гагарина», 2010. — 209 с.

2.Ветошкин В.М. Базы данных. – М: ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 2005. — 388 с.

3.Дейт, К.Дж. Введение в системы баз данных, 7-е издание.: Пер. с англ. — М: Издательский дом «Вильямс», 2001. — 1072 с.