Проектирование модели данных и структуры ИАС

Построение и анализ предметной области ИАС (ЭИС)

Разработку ЭИС, формирование требований к структуре и функций ЭИС следует начинать формирования и анализа предметной области (ПО). При этом разработчик ЭИС совместно с заказчиком должен в первую очередь выявить:

- объекты предметной области;

- источники первичной информации;

- рабочие места (по объектам ПО), на которых происходит преобразование данных;

- порядок обработки и преобразования данных.

Предметная область экономической информационной системы (ЭИС) – это ограниченная по системному принципу часть реальной действительности (совокупности объектов, производственных и хозяйственных процессов), информация о которой необходима для функционирования системы управления, обслуживаемой данной ЭИС. Следует отметить, что это понятие практически совпадет с понятием предметной области базы данных, которая в большей степени конкретизируется на содержании информационных характеристик объектов предметной области ЭИС.)

На рисунке 4 представлена предметная область информационной системы сопровождения НИД высшей школы, взаимодействующие объекты, сущности и информационные связи между ними.

В роли заказчика можно представить Минобрнауки России, являющееся федеральным органом исполнительной власти, в ведении которого находятся вузы и организации системы высшей школы. Подразделения Заказчика (на схеме — отделы) по направлениям своей деятельности выполняют работу по формированию заказа, организации конкурсов и т.д. Распределение ролей в паре объектов Заказчик — Исполнитель позволяет выявить два основных уровня системного взаимодействия. Условно можно принять, что Заказчик находится на верхнем уровне, а Исполнитель на нижнем уровне данной схемы. Исполнителями работ являются вузы, которые представляют множество однотипных объектов предметной области и рассмотрение их в виде группы объектов на определенном уровне логически оправдано.

Внутри вуза необходимо рассмотреть различные виды НИР, поскольку базовое финансирование, гранты и проекты по научным программам различаются по регламентам организации работ, формам документов, срокам и другим параметрам.

На схеме также необходимо предусмотреть объекты, находящиеся на линии связи верхнего и нижнего уровней, в данном случае обеспечивающие работу заказчика и исполнителя, а также собственно ИАС. Конкурсные комиссии и экспертные советы участвуют в процессах проведения конкурсов и приемки результатов. В процессе их деятельности формируются документы, необходимые для принятия решений на уровне заказчика. Очевидно, что, например, результаты экспертной оценки НИР должны быть однозначно связаны с конкретными работами, результатами и быть доступны для просмотра средствами ИАС на верхнем уровне.

Информационно-аналитический центр является организацией (или подразделением), которая обслуживает ИАС и хранилище данных, а также выполняет задания заказчика по аналитической обработке информации.

Рисунок 4 - Предметная область ИАС сопровождения НИД высшей школы

Информационно-аналитический центр выполняет работы по сопровождению и администрированию ИАС, реализую разносторонний информационный сервис как для верхнего так и для нижнего уровней, а также для внешних абонентов:

1. системное сопровождение всех компонентов ЭИС и администрирование;

2. информационно-сервисное обслуживание абонентов;

3. формирование обобщенных БД (техническая часть работы);

4. актуализация и ведение БД;

5. разработка, настройка и сопровождение АРМ системы верхнего уровня;

6. актуализация справочной и технической информации;

7. подготовка аналитической информации, сборники, обзоры и т.д.

8. поддержка информационного взаимодействия и помощи с использованием глобальной сети Internet.

Ключевой задачей проектирования ИС является определение объектов предметной области, которые являются первичными источниками информации. В данном случае информация должна иметь форму документов, на основании которых следует формировать наборы параметров, характеризующих сущности. Поскольку процесс организации научных работ начинается с подготовки тематики исследований, можно рассмотреть два варианта: первый — задание выдает заказчик, и второй — темы исследований предлагают исполнители. Поскольку как в первом, так и во втором случае комплект документов договора готовит исполнитель (и первым должен подписать со своей стороны), принимаем, что в данной системе входная информация формируется на нижнем уровне, а основным объектом — источником данных о научной деятельности исполнителя является НИР. Но НИР — это процесс, поэтому НИР, как сущность в рамках ИС, определяет комплект документов, содержащих все характерные параметры: название, сроки, объем финансирования, ожидаемые результаты, содержание работ по этапам и т.д. При формировании даталогической модели следует учесть, что по этапам жизненного цикла НИР будут сформированы соответствующие документы — техническое задание, распоряжения о финансировании этапов, отчеты по этапам, акты приемки и др., данные которых необходимо поместить в базу данных или хранилище.

Рассматривая схему предметной области ИАС сопровождения НИД, выявляем следующие объекты предметной области, которые должны быть рассмотрены как сущности при формировании даталогической модели базы данных:

- ВУЗ – объект, данные о котором необходимы для подготовки документов;

- факультет, кафедра – подразделение – исполнитель, данные об этих объектах, как правило, присутствуют в параметрах описания НИР;

- конкретный работник вуза - руководитель НИР и коллектив, участвующий в работе;

Заказчик и/или отделы заказчика рассматриваются как объекты, на которых необходимо работать с данными о выполнении НИР, проводить анализ финансовых потоков, результатов и т.п., необходимо для принятия решений на верхнем уровне. Следовательно, важнейшим функционалом ИАС является поиск данных и сведение информации в заданные формы, таблицы или графики.

Названные объекты и регламенты их взаимодействия определяют структуру системы, требования к методике работы с данными, формам их представления.

На основе представленной предметной области поэтапно реализуются принципы системного подхода.

1 этап. Определение назначения системы (ЭИС) (целевое предназначение)

2 этап. Анализ состава системы, в том числе:

- целостность, свойства системы не могут быть сведены к простой сумме свойств ее элементов (системный эффект – появление нового качества у системы, не свойственного ее отдельным элементам);

- структурность, наличие совокупности отношений (структуры или структур), заданных на множестве подсистем и элементов, образующих некоторую систему;

- иерархичность;

- взаимосвязь элементов системы;

3 этап. Формирование ряда моделей, необходимых для исследования системы в целом и разработки ее компонентов.

Семантической моделью предметной области называют ее смысловое содержание, направленное на выражение того или иного уровня знания об объектах и процессах

Формальное представление смыслового содержания может быть отражено в виде нескольких моделей.

Семантические (смысловые) модели можно построить исходя из того, что нас интересуют следующие знания о предметной области – модели ПО:

- понятийно-сущностная модель- СУЩНОСТИ;

- структурная модель, объекты и связи;

- алгоритмическая (вычислительная) модель;

- проблемная модель (постановка задач: подготовка данных НИР, сбор темпланов и т.д.;

Для проектирования ЭИС целесообразно использовать методику анализа предметной области, основанную на рассмотрении инфологической модели предметной области и даталогической модели базы данных.

Первым шагом разработки ЭИС в части формирования системы баз данных и создания соответствующей СУБД является синтез инфологической модели предметной области и даталогической модели базы данных.

Инфологическая модель (предметной области) – это неформальное описание взаимодействия объектов предметной области (на языке и в символике, которые понятны заказчику и разработчику ЭИС), включает следующие составляющие:

- описание всех устойчивых свойств данных и процессов, в которых эти данные используются;

- характеристики объема данных, временные регламенты информационных обменов;

- описание структур данных и типов данных;

- описание функциональных зависимостей данных и т.д.

Логическое проектирование - синтез схемы БД, поддерживающей семантические свойства объектов ПО, включенных в инфологическую модель. Свойства данных, представленные функциональными зависимостями, должны автоматически поддерживаться в БД при эксплуатации ЭИС.

Даталогическая модель – схема БД конкретного типа, отражающая семантические связи объектов предметной области и сформированная на основе инфологический модели (в первую очередь на основе структур данных).

Объекты предметной области – прямоугольники, представляют сущности, которые будут использованы при формировании базы данных.

Модель данных содержит описание сущностей и связи между ними.

Атрибуты – это свойства объектов, входящих в систему, параметры описания или данные об объектах. Очевидно, что не все свойства следует включать в модель. Учитываются лишь те свойства, которые необходимы с точки зре­ния целей использования системы.

Связи между объектами обозначены линиями. Связи имеют различный смысл и обозначают действия из которых складывается процесс – организация и выполнение НИР.

Есть еще одна характеристика связи — тип связи (в теории баз данных она называется показателем кардинально­сти). Типы связей бывают следующими: «один-к-одному» (1-1), «один-ко-многим» (1-N) и «многие-ко-многим» (N-M).

Такой граф называют информационно-логической моделью или инфологической моделью предметной области. Для отображения инфологической модели Ченом (1976 г.) было предложено использовать диаграммы типа «сущность—связь» (ER-диаграммы). Для того чтобы при­дать схеме на рисунке 4вид ER-диаграммы, к ней следует добавить ромбики с указанием имени связи и овалы с указанием атрибутов объектов.

4 этап. Проектирование базы данных.

На этом этапе должны быть решены следующие задачи:

- формирование структуры БД;

- разработку и выбор методов формализации и представления данных;

- моделирование БД и процессов информационных обменов (транзакций).

На данном этапе целесообразно выполнить проектирование базы данных на основе конкретной СУБД:

- конкретизация понятий инфологической модели предметной области до уровня технического представления объектов;

- проектирование языка конечного пользования и интерфейса;

- логическое проектирование структур данных;

- физическое проектирование таблиц данных;

- имитация операций занесения данных и обработки запросов, оценка эффективности разработанных алгоритмов.

Физическое проектирование – программирование, визуальное или объектное, организация таблиц БД в рамках конкретной СУБД и среды программирования. Критерии оптимизации БД и алгоритмов СУБД:

- минимум времени поиска;

- минимум времени корректировки (при транзакциях);

- минимум объемов для хранения и времени для актуализации;

и т.д., в общем виде «минимум затрат на создание и эксплуатацию»

Постановка задач проектирования БД и результат разработки в большой степени зависят от выбора, классификации и описания объектов и процессов предметной области. Принятие решений при проектировании в большой степени зависит от опыта и интуиции разработчика. Поэтому построение инфологической модели ПО является наименее формализованным процессом и трудно поддается автоматизации.

Наиболее доступными операциями формализации моделей являются декларативные представления о ПО в виде описания элементов предметной области ЭИС, например НИР, МНТП (совокупность НИР, по финансам – сумма, по результатам – более сложная свертка), ВУЗ, исполнитель НИР и т.д. Исходным материалом для формализации представлений об объектах ПО являются управленческие документы, таблицы, ведомости и т.д.

Современными средствами автоматизации проектирования являются:

- средства описания процессов и данных

- UML язык проектирования и средства, которые его реализуют, Rational Rose;

Конкретное отношение абонентов ЭИС (пользователей) к информации, представленной в этих документах выражается в форме запросов или требований к функциональным задачам, включаемым в систему. Анализ формы запросов дает информацию о требованиях к поисковым и расчетным механизмам, включаемым в ЭИС. Часть формы запросов не столь очевидна: проверка достоверности, непротиворечивости и полноты данных (соответствие данных заявки на НИР и отчета и т.д.).

Представленные составляющие информации об инфологической модели ПО не являются застывшими и абсолютными. Они изменяются и уточняются как в процессе проектирования, так и при эксплуатации ЭИС. Осуществляется ввод новых форм документов, коррекция ошибок в представлении данных и их функциональных зависимостей и т.д.