Konceptualni razvoj. Idejni dizajn i modeli podataka

Kako bi korisnik imao jasnije razumijevanje funkcioniranja pojedinog sustava, dizajner izrađuje konceptualni model određene aplikacije. U te svrhe koristi se različita dokumentacija, grafikoni, specifikacije, dijagrami i tako dalje. Kako biste točno razumjeli što je konceptualni model, čemu teži, u ovom članku odlučili smo se detaljnije zadržati na ovom konceptu.

Značenje pojma

Konceptualni model je definirana shema. Kako bi se formirala semantička struktura određenog objekta, koristi se razni koncepti i veze među njima. Međutim, treba uzeti u obzir da je konceptualni model sustava apstraktan. Ali ovo nije jedino značenje tog pojma. Osim toga, postoji pojam "konceptualni model". Značenje ovog pojma je da se popis povezanih pojmova koristi za opisivanje bilo kojeg područja. U tu svrhu, klasifikacija definicija, njihovih karakteristika i svojstava, kao i koriste se zakoni procesa koji se u njima odvijaju.

Glavni zadaci

Treba napomenuti da je konceptualni model stvoren prvenstveno kako bi se olakšala percepcija informacija. redoviti korisnik. Drugim riječima, usko usmjerena i Detaljan opis strukture djelovanja. Postići dati rezultat, potrebno je prije svega ovaj model učiniti što jednostavnijim (u tu svrhu koristi se minimalni broj vrijednosti). I drugo, pokušajte ga što je više moguće usredotočiti na izvođenje određenih zadataka (odnosno, ograničiti rad korisnika s nefigurirajućim vrijednostima u ovom području što je više moguće).

Osnovni ciljevi

Konceptualni model ima sljedeće ciljeve:

Stvorite strukturu koja je jednostavna, dosljedna i laka za korištenje i učenje. U tu svrhu, područja zadataka podijeljena su u koncepte koji se mogu koristiti za rad s različitim objektima.

Održavajte terminologiju stabilnom. To se postiže činjenicom da konceptualni model podataka, koji se sastoji od početno stanje iz rječnika pojmova, koristi se za prepoznavanje svake radnje i objekta opisanog u programu.

Dokazano je da nekorištenje ove terminologije dovodi do toga da se za definiranje jednog kruga koristi više koncepata, odnosno da se isti termin koristi za opisivanje različitih sklopova.

Izrada konceptualnog modela

Ovaj proces je stvaranje početne sheme. U budućnosti, programer će ga moći koristiti za implementaciju softvera. Za opis složenog sustava koristi se određeni algoritam ponašanja komponenti ovog sustava, koji odražava njihovu međusobnu interakciju. Postoje slučajevi kada informacije sadržane u opisu nisu dovoljne za razumijevanje i proučavanje objekta modeliranja. Da bi se ispravio ovaj propust, treba se vratiti na fazu sastavljanja sadržaja i dodati podatke čiji je nedostatak utvrđen tijekom formalizacije objekta. Štoviše, kao što pokazuje praksa, može biti nekoliko takvih povrata. Usput, stvaranje shema koje se razmatraju u članku za jednostavne strukture nije opravdano.

Različiti konceptualni modeli s različitim strukturiranjem našli su primjenu. Najčešće su njihove sheme vođene matematičkim teorijama. To dovodi do problema s odabirom. odgovarajući sustav opis potrebnog objekta modeliranja. Tako je, na primjer, za diskretne sklopove uobičajeno koristiti procesno orijentirane strukture. Za izradu kontinuirane konstrukcije koriste se dijagrami toka dinamike sustava. Konceptualni se razvija pomoću poseban jezik, koji je fiksiran u samoj strukturnoj strukturi. Kako bi se pojednostavila konstrukcija i programiranje sklopa, koriste se posebno razvijene tehnike tehnologije programiranja.

Važne komponente

Trebali biste biti svjesni da konceptualni model uključuje niz važni elementi. Prije svega, oni uključuju proučavanje objekata i proučavanje njihovih radnji. Odnosno, korisnik mora ispitati popis svih aplikacija koje su mu vidljive i manipulacije koje može izvršiti na svakom objektu pojedinačno. Naravno, drugi objekti mogu (i najvjerojatnije će) biti prisutni u razvoju sustava, ali će biti skriveni od korisnika.

Zaključak

U nekim slučajevima, prilikom stvaranja objekata konceptualni model koristiti princip strukturna organizacija višerazinski sustavi. Na taj način programer postiže lakši dizajn objekta prilagođenog korisniku. Takva konstrukcija pomaže u kontroli implementacije sustava, a također olakšava stvaranje naredbenih struktura aplikacije. To jest, programer može odrediti koje su radnje primjenjive na različite objekte, koje se od njih mogu generalizirati. To omogućuje da se struktura naredbi učini dostupnijom korisniku. Odnosno, umjesto studiranja velika količina objektno orijentirane naredbe, samo trebate svladati one generalizirane. Analizirajući sve navedeno, možemo reći da je idejni model samo shema koja određuje svojstva elemenata planirane strukture i njezine uzročno-posljedične veze potrebne za postizanje cilja projektiranja.

SAŽETAK KONTROLNOG PREDAVANJA

Za studente specijalnosti
T1002 "Softver informacijske tehnologije"

(dr.sc. L.V. Rudikova, izv. prof.)

Pitanje 31. ARHITEKTURA DBMS-a. MODEL RELACIJSKIH PODATAKA

1. Koncept baze podataka.

2. Troslojna arhitektura baze podataka.

3. Životni ciklus Baza podataka.

4. Arhitektura DBMS-a.

5. Relacijski model podataka.

6. Oblikovati relacijske baze podataka podaci.

7. normalni oblici odnosima.

8. Relacijska algebra.

1. Koncept baze podataka.

Sustav baze podataka je svaki računalni informacijski sustav u kojem se podaci mogu dijeliti među mnogim aplikacijama.

Informacijski sistem - automatski sustav koji organizira podatke i izdaje informacije.

Informacijski i upravljački sustav - sustav koji osigurava informacijska podrška upravljanje.

Podaci - razbacane činjenice.

Informacija - organizirani i obrađeni podaci.

Pod, ispod baza podataka odnosi se na skup međusobno povezanih elementarnih skupina podataka (informacija) koje može obraditi jedan ili više aplikacijskih sustava. Sustav baze podataka sastoji se od baze podataka; softver opće namjene tzv sustav upravljanja bazom podataka (DBMS) , i služi za upravljanje bazom podataka; odgovarajuću opremu i ljude.

Svaki DBMS mora ispunjavati sljedeće zahtjeve:

· korisniku omogućiti stvaranje novih baza podataka i njihovo definiranje shema (logička struktura podataka) koristeći poseban jezik jezik definicije podataka; podržavaju višestruke prikaze istih podataka;

· neka " zahtjev» podatke i mijenjati ih pomoću jezik upita, ili jezik za manipulaciju podacima; omogućiti integraciju i dijeljenje podataka između različitih aplikacija;

· podupiru pohranu vrlo velikih nizova podataka mjerenih u gigabajtima ili više na duže vrijeme, štiteći ih od slučajnog oštećenja i neovlaštene uporabe; osigurati sigurnost i integritet podataka;

· istovremeno kontrolirati pristup podacima za više korisnika; isključiti utjecaj zahtjeva jednog korisnika na zahtjev drugog korisnika i spriječiti istovremeni pristup koji može oštetiti podatke, t.j. osigurati kontrolu istodobnog pristupa podacima.

Sustav baze podataka sastoji se od sljedećih komponenti:

· Korisnici, tj. ljudi koji koriste podatke.

· Prijave, tj. korisničke programe koji zahtijevaju podatke iz sustava.

· DBMS - softver koji upravlja pristupom podacima i pruža navedenu funkcionalnost sustava baze podataka.

· Podaci, tj. nizovi pohranjeni u datotekama.

· Glavni sustav je računalni sustav u kojem se pohranjuju datoteke. Glavni sustav pristupa redcima podataka. Uloga DBMS-a je generirati upite koji omogućuju funkcionalnost upravljanja datotekama glavnog sustava da služi raznim aplikacijama. DBMS je dodatni softverski sloj izgrađen na vrhu softvera glavnog sustava.

Dakle, sustav s bazom podataka može se predstaviti kao sljedeći slijed razina:

Zapravo niži nivo postoje podaci pohranjeni u fizičkim datotekama (fizička memorija baze podataka). Na vrhunska razina– aplikacije s vlastitim prikazima istih fizičkih podataka. Svaki pogled baze podataka je specifična logička struktura izgrađena od temeljnih fizičkih podataka. Kako bi osigurao sučelje između fizičke memorije baze podataka i njezinih različitih logičkih verzija (skup podržanih prikaza), DBMS se zauzvrat mora sastojati od nekoliko razina.

2. Arhitektura baze podataka na tri razine.

Razlika između logičkog i fizičkog predstavljanja podataka službeno je priznata 1978. kada je odbor ANSI / SPARC predložio generaliziranu strukturu sustava baza podataka. Ova struktura se naziva troslojna arhitektura. Tri razine arhitekture su: unutarnja, konceptualna i vanjska.

unutarnja razina je razina koja određuje fizički izgled baza podataka, koja je najbliža fizičkoj pohrani i povezana je s načinom na koji se informacije pohranjuju na fizičkim uređajima za pohranu. Pogoni, fizičke adrese, indeksi, pokazivači itd. povezani su s ovom razinom. Ovaj sloj je odgovornost dizajnera fizičke baze podataka, koji odlučuju koji će fizički uređaji pohraniti podatke, koje metode pristupa će se koristiti za dohvaćanje i ažuriranje podataka i koje mjere treba poduzeti za održavanje ili poboljšanje brzine upravljanja bazom podataka. sustav. Korisnici ne dodiruju ovu razinu.

Konceptualna razina – strukturna razina koja definira logičku shemu baze podataka. Na zadanu razinu provodi se idejno rješenje baze podataka koje uključuje analizu informacijskih potreba korisnika i definiranje potrebnih elemenata podataka. Rezultat idejnog projektiranja je konceptualna shema, logički opis svih elemenata podataka i odnosa među njima.

Vanjska razina – strukturna razina baze podataka koja definira prikaze korisničkih podataka. Svaka grupa korisnika dobiva svoj vlastiti prikaz podataka u bazi podataka. Svaki takav prikaz podataka pruža korisnički orijentiran opis elemenata podataka koji čine prikaz podataka i odnosa između njih. Može se izravno izvesti iz konceptualne sheme. Ukupnost takvih korisnički definiranih prikaza podataka daje vanjsku razinu.

Pogledi korisnika i aplikacije	Vanjska razina
Zasloni
koncept dijagram	Konceptualna razina
Prikaz	unutarnja razina
Sustav domaćina
Pohranjeni podaci

Riža. DBMS razine

3. Životni ciklus baze podataka.

Proces projektiranja, implementacije i održavanja sustava baze podataka tzv životni ciklus baze podataka (ZhTsBD). Procedura za stvaranje sustava zove se životni ciklus sustava (LCS).

Razumijevanje i ispravan pristup LCBD-u vrlo je važan i zahtijeva detaljno razmatranje, budući da se temelji na pristupu vođen podacima. Stavke podataka su stabilnije od izvođenih funkcija sustava. Stvaranje ispravna struktura podaci zahtijevaju složenu analizu klasa jedinica podataka i odnosa među njima. Ako izgradite logičku shemu baze podataka, tada u budućnosti možete stvoriti bilo koji broj funkcionalnih sustava koristeći ovu shemu. Funkcionalno orijentirani pristup može se koristiti samo za stvaranje privremenih sustava koji su dizajnirani za kratko razdoblje rada.

LCBD se sastoji od sljedećih koraka:

1. unaprijed planiranje – planiranje baze podataka koje se provodi tijekom procesa razvoja strateški plan DB. Tijekom procesa planiranja prikupljaju se sljedeće informacije:

· koji se aplikacijski programi koriste i koje funkcije obavljaju;

· koje su datoteke povezane sa svakom od ovih aplikacija;

· koje su nove aplikacije i datoteke u procesu.

Ove informacije pomažu odrediti kako se koriste informacije o aplikaciji, kako bi se odredili budući zahtjevi za sustav baze podataka.

Informacije ove faze dokumentirane su u obliku generaliziranog modela podataka.

2. Provjera izvodljivosti . Ovdje se utvrđuje tehnološka, ​​operativna i ekonomska izvedivost plana izrade baze podataka, tj.:

· tehnološka izvedivost - postoji li tehnologija za implementaciju planirane baze podataka?

· operativna izvedivost – postoje li alati i stručnjaci potrebni za uspješnu provedbu plana baze podataka?

· ekonomska izvedivost – mogu li se zaključci utvrditi? Hoće li se planirani sustav isplatiti? Mogu li se procijeniti troškovi i koristi?

3. Definicija zahtjeva uključuje odabir ciljeva baze podataka, pojašnjenje zahtjeva za informacijama za sustav i zahtjeva za opremom, i softver. Dakle, u ovoj fazi prikupljanja podataka i definiranja zahtjeva, a opći informacijski model, izražen u sljedećim zadacima:

· Analizom informacijskih potreba određuju se ciljevi sustava. Također nužno ukazuje koju bazu podataka treba izraditi (distribuiranu, holističku) i koji su komunikacijski alati potrebni. Izlazni dokument je komentar koji opisuje ciljeve sustava.

· Definicija zahtjeva korisnika: dokumentacija u obliku generaliziranih informacija (komentari, izvješća, ankete, upitnici itd.); fiksiranje funkcija sustava i definiranje aplikacijskih sustava koji će ispuniti te zahtjeve. Podaci su prikazani u obliku relevantnih dokumenata.

· Određivanje općih zahtjeva za hardver i softver koji se odnose na održavanje željene razine performansi. (Doznavanje broja korisnika sustava, broja ulaznih poruka po danu, broja ispisa). Ove informacije se koriste za odabir vrsta računala i DBMS-a, volumena diskova, broja pisača. Podaci ove faze navedeni su u izvješću koje sadrži približne konfiguracije hardvera i softvera.

· Izrada plana za faznu izradu sustava, uključujući odabir početnih aplikacija.

4. Konceptualni dizajn – izrada konceptualne sheme baze podataka. Specifikacije se razvijaju u mjeri potrebnoj za prelazak na implementaciju.

Glavni izlazni dokument je jedan infološki model(ili shema baze podataka na konceptualnoj razini). Prilikom razvoja ovog modela koriste se informacije i funkcije koje sustav mora obavljati, utvrđene u fazi prikupljanja i utvrđivanja zahtjeva za sustav. U ovoj fazi također je poželjno definirati: 1) pravila za podatke; 2) pravila za procese; 3) pravila za sučelje.

5. Implementacija – proces pretvaranja konceptualnog modela u funkcionalnu bazu podataka. Uključuje sljedeće korake.

1) Odabir i nabava potrebnog DBMS-a.

2) Transformacija konceptualnog (infološkog) modela baze podataka u logički i fizički model podataka:

· na temelju infološkog modela podataka izrađuje se podatkovna shema za specifični DBMS po potrebi se provodi denormalizacija baze podataka kako bi se ubrzala obrada zahtjeva u svim vremenski kritičnim aplikacijama;

· odrediti koji se aplikacijski procesi trebaju implementirati u shemu podataka kao pohranjene procedure;

· implementirati ograničenja osmišljena da osiguraju integritet podataka i provedu pravila o podacima;

· dizajnirati i generirati okidače za implementaciju svih centralno definiranih pravila podataka i pravila integriteta podataka koja se ne mogu specificirati kao ograničenja;

· razviti strategiju indeksiranja i grupiranja; izvršiti dimenzioniranje svih tablica, klastera i indeksa;

· definirati razine pristupa korisnika, razviti i implementirati pravila sigurnosti i revizije. Stvorite uloge i pseudonime za pružanje pristupa više korisnika s dosljednim razinama dopuštenja pristupa.

· razviti topologiju mreže baze podataka i mehanizam za besprijekoran pristup udaljenim podacima (replicirana ili distribuirana baza podataka).

3) Izrada rječnika podataka, koji definira pohranu definicija strukture podataka baze podataka. Rječnik podataka također sadrži informacije o pravima pristupa, pravilima zaštite podataka i kontroli podataka.

4) Popunjavanje baze podataka.

5) Stvaranje aplikativni programi, kontrola upravljanja.

6) Obuka korisnika.

6. Evaluacija i poboljšanje sheme baze podataka. Uključuje anketu korisnika kako bi se identificirale funkcionalne nezadovoljene potrebe. Promjene se vrše prema potrebi, dodajući nove programe i stavke podataka kako se potrebe mijenjaju i proširuju.

Dakle, LCBD uključuje:

· Istraživanje predmetno područje i dostavljanje relevantne dokumentacije (1-3).

· Izgradnja infološkog modela (4).

· Provedba (5).

· Procjena izvedbe i podrška bazi podataka (6).

4. Arhitektura DBMS-a.

Riža. Glavne komponente DBMS-a

Podaci, metapodaci - sadrže ne samo podatke, već i informacije o strukturi podataka ( metapodataka). U relacijskom DBMS-u, metapodaci uključuju tablice sustava (relacije), imena odnosa, nazive atributa tih odnosa i tipove podataka tih atributa.

Često DBMS podržava indeksi podaci. Indeks je struktura podataka koja pomaže da se brzo pronađu elementi podataka kada postoji dio njihove vrijednosti (na primjer, indeks koji pronalazi torke određene relacije koji imaju postavljena vrijednost jedan od atributa). Indeksi su dio pohranjenih podataka, a opisi koji pokazuju koje atribute imaju indeksi dio su metapodataka.

Upravitelj memorije - prima tražene informacije s mjesta pohrane podataka i mijenja informacije u njemu na zahtjev viših razina sustava.

U jednostavnim sustavima baza podataka, upravitelj memorije može biti datotečni sustav operacijskog sustava. Međutim, kako bi se poboljšala učinkovitost, DBMS obično provodi izravno praćenje memorije. Upravitelj memorije sastoji se od dvije komponente:

· Upravitelj datotekama kontrolira lokaciju datoteka na disku i dobiva blok ili blokove koji sadrže datoteke na zahtjev upravitelja međuspremnika (disk u opći slučaj podjeljeno sa disk blokovi- susjedna memorijska područja koja sadrže od 4000 do 16000 bajtova).

· Upravitelj međuspremnika upravlja glavnom memorijom. Prima blokove podataka s diska putem upravitelja datoteka i odabire glavnu memorijsku stranicu za pohranu određenog bloka. Može privremeno pohraniti blok diska u glavnu memoriju, ali ga pušta na disk kada je glavna memorijska stranica potrebna za drugi blok. Stranice se također vraćaju na disk na zahtjev upravitelja transakcija.

procesor "zahtjeva". - obrađuje zahtjeve i zahtijeva izmjene podataka ili metapodataka. Nudi najbolji način za to nužna operacija i izdaje odgovarajuće naredbe upravitelju memorije.

Procesor upita (upravitelj) čini upit ili radnju iz baze podataka koja se može izvesti u vrlo visoka razina(na primjer, u obliku zahtjeva SQL ), u slijed upita za pohranjene podatke kao što su pojedinačni nizovi relacije ili dijelovi indeksa na relaciji. Često najteži dio obrade zahtjev je njegov organizacija, tj. izbor dobra plan upita ili slijed zahtjeva memorijskom sustavu koji odgovara na zahtjev.

Voditelj transakcija - odgovoran je za integritet sustava i mora osigurati istovremenu obradu više zahtjeva, izostanak zahtjeva za smetnjom (dodatak, min, max ) i zaštitu podataka u slučaju kvara sustava. Interagira s upraviteljem upita jer mora znati na koje podatke utječu trenutni upiti (kako bi se izbjegli sukobi), a može odgoditi neke upite i operacije kako bi izbjegao sukobe. Upravitelj transakcija također je u interakciji s upraviteljem memorije, budući da sheme zaštite podataka obično uključuju pohranu datoteke dnevnika promjene podataka. S ispravnim redoslijedom operacije, datoteka registracija sadržavat će zapis promjena, tako da možete ponoviti čak i one promjene koje nisu došle na disk zbog kvara sustava.

Tipični DBMS-ovi omogućuju korisniku grupiranje više upita i/ili promjena u jednoj transakciji. transakcija je skupina operacija koje se moraju izvoditi uzastopno, kao cjelina.

U pravilu, sustav baze podataka podržava mnoge transakcije u isto vrijeme. Ispravno izvršenje svih takvih transakcija osigurava upravitelj transakcija. Osigurano je pravilno izvršenje transakcijaKISELINA -Svojstva (atomičnost, konzistencija, izolacija, trajnost):

· valentnost- izvršenje ili svih transakcija ili nijedna od njih (npr. podizanje novca s bankomata i odgovarajuće terećenje računa klijenta mora biti jedna atomska transakcija, nije dopušteno obavljanje svake od ovih operacija zasebno);

· dosljednost - stanje u kojem podaci ispunjavaju sva moguća očekivanja (na primjer, uvjet konzistentnosti za bazu podataka zrakoplovnih linija je da nijedno sjedalo u zrakoplovu nije rezervirano za dva putnika);

· izolacija- kada se dvije ili više transakcija izvršavaju paralelno, njihovi rezultati moraju biti izolirani jedan od drugog. Istodobno izvršenje dviju transakcija u isto vrijeme ne bi smjelo dovesti do rezultata koji ne bi bio da su obavljene uzastopno (npr. kod prodaje karata za isti let u slučaju besplatnog posljednje mjesto kada se zahtijevaju dva agenta u isto vrijeme, zahtjev jednog mora biti ispunjen, a drugog - ne);

· dugovječnost - nakon završetka transakcije, rezultat ne bi trebao biti izgubljen u slučaju kvara sustava, čak i ako se taj kvar dogodi neposredno nakon završetka transakcije.

Razmotrite i 3 vrste pristupa DBMS-u:

1. Zahtjevi Pitanja o podacima mogu se generirati na dva načina:

a)preko zajedničko sučelje upita(na primjer, relacijski DBMS dopušta upite SQL , koji se prosljeđuju procesoru zahtjeva i također primaju odgovore na njih);

b) uz pomoć sučelja aplikacijskih programa- zahtjevi se prenose putem posebnog sučelja (preko ovog sučelja ne mogu se slati proizvoljni zahtjevi);

2. Izmjene su operacije izmjene podataka. Također se mogu izvršiti ili kroz zajedničko sučelje ili kroz sučelje aplikacijskog programa;

3. Modifikacije kruga su naredbe administratora baze podataka koji imaju pravo promijeniti shemu baze podataka ili stvoriti novu bazu podataka.

Arhitektura klijent/poslužitelj. U mnogim varijantama modernog softvera implementirana je arhitektura klijent/poslužitelj: jedan proces (klijent) šalje zahtjev za izvršenje drugom procesu (poslužitelju). Obično je baza podataka često podijeljena na poslužiteljski proces i više klijentskih procesa.

U najjednostavnijoj arhitekturi klijent/poslužitelj, cijeli DBMS je poslužitelj, osim sučelja upita koja komuniciraju s korisnikom i šalju upite ili druge naredbe poslužitelju. Na primjer, relacijski DBMS često koristi jezik SQL za predstavljanje zahtjeva od klijenta do poslužitelja. Poslužitelj baze podataka tada daje klijentu odgovor u obliku tablice (relacija). Postoji tendencija povećanja opterećenja klijenta, jer ako postoji više korisnika baze podataka koji istovremeno rade s poslužiteljem, mogu nastati problemi.

5. Relacijski model podataka.

RDM određenog predmetnog područja skup je odnosa koji se mijenjaju tijekom vremena. Prilikom izrade informacijskog sustava, skup odnosa omogućuje pohranjivanje podataka o objektima predmetnog područja i modeliranje odnosa među njima.

Stav je dvodimenzionalna tablica koja sadrži neke podatke. Matematički podN -aran odnos R razumjeti skup kartezijanskog proizvoda D 1 D 2 … D n setovi ( domene) D 1, D 2 , …, D n (), izborno različito:

R D 1 D 2 … D n ,

gdje je D 1 D 2 … D n je potpuni kartezijanski proizvod, t.j. razne kombinacije n svaki element, pri čemu je svaki element preuzet iz vlastite domene.

Domena je semantički koncept. Domena se može smatrati podskupom vrijednosti neke vrste podataka koje imaju određeno značenje. Domenu karakteriziraju sljedeća svojstva:

· Domena ima jedinstveno ime(unutar baze podataka).

· Domena je definirana na nekima jednostavan tip podataka ili na drugoj domeni.

· Domena možda ima neke booleovo stanje A koji vam omogućuje da opišete podskup podataka koji je važeći za ovu domenu.

· Domena nosi određenu semantičko opterećenje.

atribut odnosa postoji par vrsta<Имя_атрибута: Имя_домена>. Nazivi atributa moraju biti jedinstveni unutar odnosa. Često su nazivi atributa relacije isti kao i nazivi odgovarajućih domena.

Omjer , definiran na više domena, sadrži dva dijela: zaglavlje i tijelo.

Zaglavlje odnosa je fiksni broj atributa relacije:

Naslov relacije opisuje kartezijanski proizvod domena na kojima je relacija definirana. Zaglavlje je statičko, ne mijenja se tijekom rada s bazom podataka. Ako su atributi promijenjeni, dodani ili uklonjeni u odnosu, onda ćemo kao rezultat već dobiti drugo odnos (čak i s istim imenom).

Tijelo veze sadrži mnoge torke odnos. Svaki relacija tuple je skup parova oblika<Имя_атрибута: Значение_атрибута>:

tako da vrijednost atributa pripada domeni . Tijelo relacije je skup torki, t.j. podskup kartezijanskog proizvoda domena. Dakle, tijelo relacije je zapravo relacija u matematičkom smislu riječi. Tijelo relacije može se mijenjati tijekom rada s bazom podataka - korke se mogu mijenjati, dodavati i uklanjati.

Odnos se obično piše kao:

ili kraće

,

ili jednostavno

Broj atributa u odnosu se zove stupanj (ili -arnost ) odnos. Kardinalnost skupa torki u odnosu naziva se vlast odnos.

Shema odnosa poziva se popis naziva atributa ove relacije, koji označava domenu kojoj pripadaju:

Ako atributi uzimaju vrijednosti iz iste domene, tada se nazivaju -usporedivi, gdje je skup valjanih operacija usporedbe specificiranih za danu domenu. Na primjer, ako domena sadrži numeričke podatke, tada su za nju dopuštene sve operacije usporedbe, a zatim . Međutim, za domene koje sadrže znakovne podatke, ne mogu se specificirati samo operacije usporedbe za jednakost i nejednakost vrijednosti. Ako je leksikografski poredak specificiran za danu domenu, tada ima i cijeli niz operacija usporedbe.

Zovu se sheme dviju relacija ekvivalent , ako imaju isti stupanj i moguće je rasporediti nazive atributa u shemama tako da će usporedivi atributi biti na istim mjestima, odnosno atributi koji preuzimaju vrijednosti iz iste domene:

Neka - dijagram odnosa. – shema odnosa nakon naručivanja imena atributa. Zatim

~

Dakle, za ekvivalentne odnose su zadovoljeni sljedeći uvjeti:

· Tablice imaju isti broj stupaca.

· Tablice sadrže stupce s istim naslovima.

· Stupci s istim nazivima sadrže podatke iz istih domena.

· Tablice imaju iste retke, s tim da se redoslijed stupaca može razlikovati.

Sve takve tablice su različite Slike isti odnos.

Svojstva odnosa. Svojstva relacija izravno proizlaze iz gornje definicije relacije. Ova svojstva su glavne razlike između relacija i tablica.

· Nema identičnih tuple u odnosu .

· Torke nisu poredane (od vrha do dna) .

· Atributi nisu poredani (s lijeva na desno) .

· Sve vrijednosti atributa su atomske .

Riža. Shematski prikaz odnosa

relacijski model je baza podataka u obliku skupa međusobno povezanih odnosa. U svakoj vezi jedan odnos može djelovati kao glavni, a drugi kao podređen. Dakle, jedna torka glavne relacije može biti povezana s nekoliko torki podređene relacije. Kako bi podržali ove odnose, oba odnosa moraju sadržavati skupove atributa kojima su povezani. Uglavnom, ovo odnos primarni ključ , koji jedinstveno identificira torbu temeljne relacije. Relacija podređena mora imati skup atributa koji odgovaraju primarnom ključu roditeljske relacije kako bi se modelirao odnos. Međutim, ovdje se već nalazi ovaj skup atributa sekundarni ključ ili strani kljuc , tj. definira skup relacijskih torki koje su povezane s jednom glavnom torkom relacija.

6. Projektiranje relacijskih baza podataka.

Prilikom projektiranja relacijske baze podataka potrebno je riješiti sljedeće probleme:

1) Uzimajući u obzir semantiku predmetnog područja, potrebno je na najbolji način prikazati objekte predmetnog područja u obliku apstraktnog modela podataka (logički dizajn podataka). Oni. - odlučiti o shemi baze podataka: od kojih bi se relacija trebala sastojati baza podataka, koje atribute bi ti odnosi trebali imati, kakvi su odnosi između relacija.

2) Osigurati učinkovitost izvršavanja upita baze podataka (fizički dizajn baze podataka).

Nakon faze datalogičkog dizajna potrebno je pribaviti sljedeće rezultirajuće dokumente:

· Izgradnja ispravne sheme podataka na temelju relacijskog modela podataka.

· Opis sheme baze podataka u smislu odabranog DBMS-a.

· Opis vanjski modeli u smislu odabranog DBMS-a.

· Opis deklarativnih pravila za održavanje integriteta baze podataka.

· Razvoj procedura za održavanje semantičkog integriteta baze podataka.

Dakle, zadatak projektiranja relacijske baze podataka je odabrati shemu baze podataka između niza alternativnih opcija.

ispravan naziva se shema baze podataka u kojoj nema neželjenih ovisnosti između atributa odnosa. Proces razvoja ispravne sheme baze podataka naziva se logičan dizajn .

Dizajn sheme baze podataka može se izvesti na dva načina:

· Metoda dekompozicije (particioniranja). – izvorni skup relacija uključen u shemu baze podataka zamjenjuje se drugim skupom relacija koji su projekcije izvornih relacija! Istovremeno se povećava broj veza.

· Metoda sinteze – povezivanje sheme baze podataka iz zadanih početnih elementarnih ovisnosti između objekata predmetnog područja.

Klasični dizajn baze podataka povezan je s teorijom normalizacija , koji se temelji na analizi funkcionalne ovisnosti između atributa odnosa. Funkcionalne ovisnosti definiraju stabilne odnose između objekata i njihovih svojstava u predmetnom području koje se razmatra.

Metoda dekompozicije je proces uzastopne normalizacije shema odnosa: svaka nova iteracija odgovara normalnom obliku višeg reda i ima bolja svojstva od prethodne. Dakle, u početku se pretpostavlja postojanje univerzalne relacije koja sadrži sve atribute baze podataka; prijelaz na nekoliko relacija manjih dimenzija, a izvorna relacija se mora vratiti pomoću operacije prirodnog spajanja.

Dakle, svaki normalni oblik odgovara nekom specifičnom skupu ograničenja, a relacija je u nekom normalnom obliku ako zadovoljava svoj vlastiti skup ograničenja.

U teoriji relacijske baze podataka obično se razlikuju sljedeći normalni oblici:

prvi normalni oblik (1 NF);

· drugi normalni oblik (2 NF);

· treći normalni oblik (3 NF);

· Bayes-Codd normalni oblik ( BCNF);

· četvrti normalni oblik (4 NF);

· peti normalni oblik ili projekcijski oblik - veze (5 NF ili PYNF).

Glavna svojstva normalnih oblika:

· svaki sljedeći normalni oblik je u nekom smislu bolji od prethodnog;

· prilikom prijelaza na sljedeći normalni oblik, svojstva prethodnih normalnih svojstava se čuvaju.

Pozivaju se sheme baze podataka ekvivalent, ako se sadržaj izvorne baze podataka može dobiti prirodnom vezom relacija uključenih u rezultirajuću shemu, a u izvornoj bazi podataka ne pojavljuju se novi tuple.

7. Normalni oblici odnosa.

Proces normalizacije temelji se na adekvatnom odrazu predmetnog područja u obliku tablica koje sadrže podatke o modeliranom objektu, te mogućnosti promjene stanja baze podataka tijekom vremena. U pravilu, zbog neusklađenosti modela podataka domene, mogu se pojaviti anomalije koje se pojavljuju prilikom izvođenja odgovarajućih operacija:

· Umetanje anomalija (INSERT) - pohranjivanje heterogenih informacija u jednom pogledu.

· Ažuriranje anomalija (AŽURIRANJE) – redundantnost relacijskih podataka zbog heterogene pohrane.

· Anomalije brisanja (DELETE) - pohranjivanje heterogenih informacija u jednom pogledu.

Također treba uzeti u obzir nedefiniran ( NULL) vrijednosti. U različitim DBMS-ima, prilikom izvođenja različitih operacija (usporedba, objedinjavanje, razvrstavanje, grupiranje, itd.), dvije NULL -vrijednosti mogu ili ne moraju biti jednake jedna drugoj, različito utjecati na rezultat izvođenja operacija za određivanje prosječnih vrijednosti i pronalaženje broja vrijednosti. Za uklanjanje pogrešaka u mnogim DBMS-ima moguće je zamijeniti NULL -vrijednosti nula prilikom izvođenja izračuna, deklariranja svih NULL -vrijednosti jednake jedna drugoj itd.

Normalizacija - dijeljenje tablice na nekoliko, koje imaju bolja svojstva kod ažuriranja, umetanja i brisanja podataka. Oni. normalizacija je proces uzastopne zamjene tablice s njezinim potpunim dekompozicijama dok sve ne budu u 5NF, međutim, u praksi je dovoljno svesti tablice na BCNF.

Postupak normalizacije temelji se na činjenici da jedine funkcionalne ovisnosti u bilo kojoj tablici trebaju biti ovisnosti oblika , gdje je primarni ključ, a neko drugo polje. Stoga se u procesu normalizacije treba riješiti svih "drugih" funkcionalnih ovisnosti, t.j. od onih koji imaju drugačiji izgled od .

Ako zamijenimo kodove primarnih (stranih) ključeva s vremenom normalizacije, onda bismo trebali razmotriti 2 slučaja:

1. Tablica ima složeni primarni ključ, na primjer, i polje koje funkcionalno ovisi o dijelu tog ključa, na primjer, o (ne ovisi o punom ključu). Preporuča se formirati drugu tablicu koja sadrži i ( - primarni ključ) i izbrisati iz izvorne tablice:

Zamijeni , primarni ključ , FZ

na , primarni ključ

i , primarni ključ .

2. Tablica ima primarni (mogući) ključ, polje koje nije mogući ključ, ali funkcionalno ovisi o , i drugo neključno polje koje funkcionalno ovisi o : . Preporuča se formirati tablicu koja sadrži oba ( - primarni ključ) i - brisanje iz izvorne tablice: Treba napomenuti da za izvođenje takvih operacija u početku treba imati neke "velike" (univerzalne) odnose kao ulaz.

Def.1. Veza je in prvi normalni oblik (1NF) ako i samo ako niti jedan njegov redak ne sadrži jednu vrijednost ni u jednom od svojih polja i nijedno od ključnih polja relacije nije prazno.

Po definiciji 1, bilo koja relacija će biti u 1NF, t.j. relacija koja zadovoljava svojstva relacija: u relaciji nema identičnih torki; tuple se ne naručuju; atributi nisu poredani i razlikuju se po nazivu; sve vrijednosti atributa su atomske.

Def.2. Veza je in drugi normalni oblik (2NF) ako i samo ako je relacija u 1NF i nema atributa koji nisu ključ koji ovise o dijelu složenog ključa (to jest, sva polja koja nisu dio primarnog ključa u potpunosti su funkcionalno ovisna o primarnom ključu).

Ako je ključ kandidata jednostavan, tada je relacija automatski u 2NF.

Da bi se eliminirala ovisnost atributa o dijelu složenog ključa, potrebno je raspad odnos u više odnosa. Atributi koji ovise o dijelu složenog ključa izvode se u zasebnu relaciju.

Atributi odnosa se nazivaju međusobno neovisni ako niti jedno od njih nije funkcionalno ovisno o drugome.

Def.3. Veza je in treći normalni oblik (3NF) ako i samo ako je relacija u 2NF i svi neključni atributi su međusobno neovisni (to jest, nijedno od neključnih polja relacije nije funkcionalno ovisno o bilo kojem drugom neključnom polju).

Da biste eliminirali ovisnost ne-ključnih atributa, trebate relaciju rastaviti na nekoliko relacija. U ovom slučaju, oni neključni atributi koji su ovisni izdvajaju se u zasebnu relaciju.

Kada se relacije svode pomoću algoritma normalizacije na relacije u 3NF, pretpostavlja se da sve relacije sadrže jedan ključ kandidata. To nije uvijek istina. Postoje slučajevi kada relacija može sadržavati više ključeva.

Def.4. Veza je in Bays-Codd normalni oblik (NFBK) ako i samo ako su determinante svih funkcionalnih ovisnosti potencijalni ključevi (ili - ako se bilo koja funkcionalna ovisnost između njezinih blijeda svede na potpunu funkcionalnu ovisnost o mogućem ključu).

Ako je relacija u BCNF, onda je automatski u 3NF, što proizlazi iz definicije 4. Da bi se eliminirala ovisnost o determinantama koje nisu potencijalni ključevi, treba dekomponirati, uzimajući te determinante i njihove zavisne dijelove u zasebnu relaciju.

Postoje slučajevi kada relacija ne sadrži nikakve funkcionalne ovisnosti. Oni. odnos je potpuno ključan, t.j. ključ relacije je cijeli skup atributa. Dakle, imamo viševrijednu ovisnost, budući da još uvijek postoji odnos između atributa.

Def.5. Veza je in četvrti normalni oblik (4NF) ako i samo ako je relacija u BCNF-u i ne sadrži netrivijalne viševrijedne ovisnosti.

Relacije s netrivijalnim viševrijednim ovisnostima nastaju u pravilu kao rezultat prirodne povezanosti dviju relacija duž zajedničkog polja, koje nije ključno ni u jednoj relaciji. U stvarnosti, to dovodi do pohranjivanja informacija o dva neovisna entiteta u jednoj relaciji.

Da biste eliminirali netrivijalne ovisnosti s više vrijednosti, možete rastaviti izvornu relaciju na nekoliko novih.

Def.6. Veza je in peti normalni oblik (5NF) ako i samo ako je bilo koja vezana ovisnost trivijalna.

Def.6. identično također slijedi definiciju.

Def.7. Relacija nije u 5NF ako relacija ima netrivijalnu ovisnost pridruživanja.

Da. ako u svakoj potpunoj dekompoziciji sve projekcije izvorne relacije sadrže mogući ključ, možemo zaključiti da je relacija u 5NF. Relacija koja nema nikakvu potpunu dekompoziciju također je u 5NF.

Bez znanja o tome koje potencijalne ključeve relacija ima i kako su atributi povezani, ne može se reći da je relacija u 5NF ili drugim normalnim oblicima.

mogući ključ odnos je skup atributa odnosa koji potpuno i nedvosmisleno (funkcionalno cjelovit) određuje vrijednosti svih ostalih atributa odnosa. Općenito, može ih biti nekoliko mogući ključevi. Među svim mogućim ključevima relacije, u pravilu se bira jedan koji se smatra glavnim i koji se naziva primarnim ključem relacije.

Međusobno neovisni atributi – To su atributi koji ne ovise jedni o drugima. Ako u vezi postoji nekoliko FD-ova, tada se svaki atribut ili skup atributa o kojem ovisi drugi atribut naziva determinantom relacije.

9. Relacijska algebra.

Relacijska algebra je temelj za pristup relacijskim podacima. Glavna svrha algebre je pružiti način za pisanje izraza. Izrazi se mogu koristiti za:

· definicije područja uzorci, tj. definiranje podataka za odabir kao rezultat operacije dohvaćanja;

· definicije područja nadopune, tj. određivanje podataka koji se ubacuju, mijenjaju ili brišu kao rezultat operacije ažuriranja;

· definicija (imenovani) virtualni odnosi, tj. prezentacija podataka za njihovu vizualizaciju kroz prikaze;

· definicija snimka, tj. određivanje podataka za pohranu kao "snimku" odnosa;

· definiranje sigurnosnih pravila, t.j. utvrđivanje podataka za koje se provodi kontrola pristupa;

· utvrđivanje zahtjeva održivosti, t.j. određivanje podataka koji su uključeni u područje za neke operacije kontrole istodobnosti;

· definicija pravila integriteta, t.j. neki posebna pravila da baza podataka mora zadovoljiti, zajedno sa Opća pravila, koji predstavlja dio relacijskog modela i primjenjuje se na svaku bazu podataka.

Implementacije specifičnih relacijskih DBMS-a trenutno se ne koriste u čistom obliku ni relacijska algebra ni relacijski račun. De facto standard za pristup relacijskim podacima postao je SQL jezik(Strukturirani jezik upita).

Relacijska algebra koju je definirao Codd sastoji se od 8 operatora koji čine 2 grupe:

• tradicionalne skupne operacije (unija, presjek, oduzimanje, kartezijanski proizvod);
• posebne relacijske operacije (izbor, projekcija, veza, podjela).

Osim toga, algebra uključuje operaciju dodjele, koja omogućuje spremanje rezultata izračuna algebarskih izraza u bazu podataka, i operaciju preimenovanja atributa, što omogućuje ispravno formiranje naslova (shema) rezultirajuće relacije.

Kratki pregled operatora relacijske algebre.

Uzorak– vraća relaciju koja sadrži sve skupove određene relacije koji zadovoljavaju neke uvjete. Operacija odabira se također naziva operacija ograničenja ( ograničiti - ograničenje, uzorkovanje je sada češće prihvaćeno - IZABERI ).

Projekcija– vraća relaciju koja sadrži sve torke (tj. podtuple) određene relacije nakon što se iz nje izuzmu neki atributi.

Raditi– vraća relaciju koja sadrži sve moguće torke koji su kombinacije dviju torki koje pripadaju dvije definirane relacije.

Udruga– vraća relaciju koja sadrži sve torke koji pripadaju jednom od dva navedena odnosa ili oba.

raskrižje -vraća relaciju koja sadrži sve torke koji istovremeno pripadaju dva definirana odnosa.

oduzimanje -vraća relaciju koja sadrži sve torke koje pripadaju prvoj od dvije definirane relacije, a ne pripadaju drugoj.

Veza (prirodna) - vraća relaciju čiji su tokovi kombinacija dvaju torki (koji pripadaju dvije specifične relacije) koji imaju zajedničku vrijednost za jedan ili više zajedničkih atributa ova dva odnosa (i takve se zajedničke vrijednosti pojavljuju samo jednom u rezultirajućem tupleu, ne dvaput).

divizija -za dvije relacije, binarnu i unarnu, vraća relaciju koja sadrži sve vrijednosti jednog atributa binarne relacije koje odgovaraju (u drugom atributu) svim vrijednostima u unarnoj relaciji.

KNJIŽEVNOST

1. Datum K.J. Uvod u sustave baza podataka, 6. izdanje: Per. s engleskog. - TO.; M.; Sankt Peterburg: Izdavačka kuća Williams, 2000. - 848 str.

2. Connolly T., Begg K., Strachan A. Baze podataka: dizajn, implementacija i održavanje. Teorija i praksa, 2. izd.: Per. s engleskog. – M.: Williams Publishing House, 2000. – 1120 str.

3. Karpova T.S. Baze podataka: modeli, razvoj, implementacija. - Sankt Peterburg: Petar, 2001. - 304 str.

4. Faronov V.V., Šumakov P.V. Delphi 4. Vodič za razvojne programere baze podataka. - M .: "Znanje", 1999. - 560 str.

5. J. Groff, P. Weinberg. SQL: Potpuni vodič: Per. s engleskog. - K .: Izdavačka grupa BHV, 2001. - 816 str.

6. Ken Getz, Paul Litvin, Mike Gilbert. Pristupite 2000 Developer's Guide. T.1, 2. Per. s engleskog. - K .: Izdavačka grupa BHV, 2000. - 1264 str., 912 str.

7. Maklakov S.V. BPwin i EPwin. CASE-alati za razvoj informacijskih sustava. - M.: DIALOG-MEPhI, 2001. - 304 str.

8. Ulman D., Widom D. Uvod u sustave baza podataka / Per. s engleskog. - M.: "Lori", 2000. - 374 str.

9. Homonenko A.D., Tsygankov V.M., Maltsev M.G. Baze podataka: udžbenik za viš obrazovne ustanove/ Ed. Prof. A.D. Homonenko. - Sankt Peterburg: KRUNA tisak, 2000. - 416 str.

Idejni dizajn se ponekad naziva tehničkim. Njegovi glavni koraci su:

1) idejni projekt,

2) nacrt (radni ili tehno-radni) projekt,

3) proizvodnja, ispitivanje i fino podešavanje prototipa sustava.

(IS - informacijski sustav!)

Prilikom projektiranja, uklj. pri rješavanju problema automatizacije procesa obično se u početku prihvaća jedna od dvije opcije: stvaranje sustava koji rješava trenutne zadatke ili uključuje obećavajuće zadatke (“za rast”) koji uzimaju u obzir buduće potrebe.

U prvom slučaju možete odabrati jeftino rješenje i brzo ga implementirati. Međutim, vrlo je vjerojatno da će takav sustav uskoro morati biti opsežno nadograđen ili zamijenjen.

U drugom slučaju bit će potrebna ozbiljnija studija zahtjeva i tehničkih rješenja, što podrazumijeva povećanje vremena i troškova projekta.

Ne treba zanemariti da nagli razvoj znanosti, tehnologije i tehnologije dovodi do brzog starenja korištenih metoda i sustava, što negativno utječe na učinkovitost njihove uporabe. Istovremeno, postupno uvodite promjene u pojedinačne komponente sustav je puno lakši nego potpuno ga zamijeniti. Osim toga, obično je potrebno osigurati brzi povrat ulaganja, što je prilično teško organizirati prilikom implementacije složenih rješenja.

Postoje tri glavne vrste projektiranja objekata i sustava prema stupnju njihove složenosti, obujmu i nizu drugih pokazatelja: veliki, srednji i mali (mali) projekti.

Prilikom provedbe velikih projekata obično pribjegavaju pomoći dobro etabliranih velikih tvrtki integratora, uključujući konzultantske i implementacijske organizacije.

Za realizaciju projekata srednje veličine nastoje se samostalno snaći i (ili) koristiti gotova rješenja koja nastoje prilagoditi specifičnim zahtjevima organizacije korisnika.

Male projekte karakterizira korištenje gotovih rješenja i, u nekim slučajevima, njihova prilagodba specifičnim uvjetima korištenja.

Dizajn IS-a započinje izradom plana rada u tekstualnom i (ili) grafičkom obliku. U prvoj fazi projektiranja potrebno je saznati zahtjeve korisnika prema sustavu i na temelju tih zahtjeva formirati izgled sustava. Poželjno je projektiranje izvesti na modularni način. Oblikovati informacijski sustavi izravno je vezan uz njihovo programiranje, dakle značajan dio projektantski rad povezano s programiranjem IS-a.

9. Značajke prirodne analize

Prirodno modeliranjem se naziva provođenje studije na stvarnom objektu s naknadnom obradom rezultata eksperimenta na temelju teorije sličnosti. Puna simulacija podijeljena je na znanstveni eksperiment, složena ispitivanja i proizvodni eksperiment. Znanstveni eksperiment karakterizira široka uporaba alata za automatizaciju, korištenje širokog spektra alata za obradu informacija i mogućnost ljudske intervencije u procesu provođenja eksperimenta. Jedna od varijanti pokusa su složeni testovi, tijekom kojih se, kao rezultat ponavljanja ispitivanja objekata u cjelini (ili velikih dijelova sustava), otkrivaju opći obrasci o karakteristikama kvalitete i pouzdanosti tih objekata. U ovom slučaju modeliranje se provodi obradom i generalizacijom informacija o skupini homogenih pojava. Uz posebno organizirane testove moguće je provesti simulaciju punog opsega sažimanjem iskustva stečenog tijekom procesa proizvodnje, tj. možemo govoriti o proizvodnom eksperimentu. Ovdje se na temelju teorije sličnosti obrađuje statistička građa prema proces proizvodnje i dobiti njegove generalizirane karakteristike. Potrebno je zapamtiti razliku između eksperimenta i stvarnog tijeka procesa. Ona leži u činjenici da se u eksperimentu mogu pojaviti pojedinačne kritične situacije i odrediti granice stabilnosti procesa. Tijekom eksperimenta u proces funkcioniranja objekta uvode se novi čimbenici remetalnih utjecaja.

10. Proučavanje analoga i uzoraka

Dinamika promjene u moderni svijet Osigurava se prvenstveno kroz intenzivne projektne aktivnosti, za koje su sposobni samo subjekti kulturnog i tehnološkog razvoja, a ne samo izvođači. Glavni čimbenik razvoja je proizvodnja novog znanja - određivanje intelektualnih tehnologija, što podrazumijeva odlazak osobe iz sfere izravne transformacije materije i energije na razinu upravljanja i kreativne aktivnosti. Neprestano ubrzani tempo znanstvenog i tehnološkog napretka postavlja posebne zahtjeve pred suvremenog čovjeka. Znanje brzo zastarijeva, a postoji stalna potreba za ažuriranjem i stjecanjem novih znanja. U takvim uvjetima čovjeku dostupna znanja nisu dovoljna i on ih je prisiljen izvlačiti i proizvoditi sve ubrzanijim tempom.

Uspjeh i kvaliteta života ovise o sposobnosti osobe da dizajnira - da samostalno identificira probleme, proturječnosti i zadatke okolne stvarnosti (pretprojektno istraživanje), da stvori nešto novo (ne prethodno) učinkovitije, omogućujući prevladavanje problem u nastajanju, odnosno "izlaskom" izvan granica poznate stvarnosti i stvaranjem nove, koja još nije postala.

Dizajn se u stvarnosti provodi prema nekim dobro uhodanim pravilima i obrascima. Dizajn uvijek uključuje neki prirast prema početnom stanju objekta dizajna. Rezultat dizajna može se predstaviti kao neki izvorni sustav(IP) i aditiv (prirast) A.

Proces identificiranja problema i pronalaženja rješenja za njega odvija se prema određenoj shemi. Često se ova shema ne ostvaruje (ostaje u podsvijesti). Cijeli proces dizajna može se uvjetno podijeliti u tri velike faze:

Ovaj pozornica povezana s identifikacijom problema. Osnova za nastanak problema u obliku prikladnom za izvođenje logičkih ili heurističkih postupaka za njegovo rješavanje je neka nelagoda, očita ili skrivena neugodnost koju osoba doživljava u određenoj životnoj situaciji, označena kao problematična. Svijest o intuitivno osjećanoj nelagodi (tjelesnoj, mentalnoj, intelektualnoj, duhovnoj) i neugodnosti dovode do čovjekovog razumijevanja suštine problema i njegove formulacije, što je jedan od uvjeta za rješavanje problema. U ovom slučaju, problem se pretvara u zadatak, gdje su predmet proučavanja i/ili transformacije, početni uvjeti i stanje, kao i (ako je potrebno) ograničenja u budućnosti. moguća rješenja. Predprojektno istraživanje omogućuje sprječavanje ponavljanja već stvorenih projekata i usmjeravanje kreativne misli prema identificiranju stvarno stvarnih problema i formuliranju zadataka čije će vam rješenje omogućiti da problem otklonite na višoj razini.

Druga faza ima za cilj izraditi sam projekt u obliku opisa, dijagrama, crteža, algoritama, programa, proračuna itd. Proces kreiranja projekta sastoji se u izgradnji mentalnih slika buduće stvarnosti (ideja) na heuristički, asocijativno-intuitivni, racionalni, algoritamski i drugi način koji aktivira kreativnu funkciju svijesti, te u naknadnom prevođenju formiranih mentalnih slika u oblik dostupan vizualnoj percepciji i razumijevanju (vizualizacija ili dizajn). Stvaranje pristupačne slike (izgled) ideje o rješavanju problema osiguravaju međusobno određene vrste ljudske mentalne aktivnosti - istraživanje i dizajn. Unatoč određenoj sličnosti, razlikuju se, prije svega, po predmetu znanja, kao i po metodama i slijedu postupaka. Istraživanja i dizajn mogu se podijeliti prema vrsti modela. Istraživanje je kognitivni model usmjeren na proces stjecanja znanja o stvarnom postojeći svijet i njegovih elemenata. Ovaj model se može izgraditi za proces učenja i za proces znanstvenog istraživanja – to je proces proizvodnje znanja o pojavama, svojstvima, stanjima postojećeg, dostupnog stvarnog objekta ili njihovoj kombinaciji. Možete istraživati ​​samo ono što je u stvarnom svijetu. Dizajn je pragmatičan model, izgrađen u situacijama kada je potrebno izvršiti neku vrstu transformacije stvarnog svijeta kako bi se dobio drugi drugačiji rezultat – to je proces proizvodnje znanja o nepostojećoj (virtualnoj) stvarnosti koja može odvijati pod određenim uvjetima.

Dizajn i istraživanje, kognitivni i pragmatični modeli ne mogu postojati jedan bez drugog. Mogu se smatrati međusobno uvjetovanim postupcima za proces zadovoljavanja ljudskih potreba.

11. Proučavanje propisa

Standardi su smjernice u graditeljstvu, to je skup normativnih akata tehničke, ekonomske i pravne prirode koje donose tijela izvršne vlasti kojima se uređuje provedba urbanističkih poslova, kao i inženjerskih istraživanja, arhitektonsko-građevinskog projektiranja i građenja.

Proučavanje propisa igra glavnu ulogu, važna uloga, budući da norme u građevinarstvu pokrivaju ogromno područje dizajna. Na primjer:

poglavlje Sigurnost uključuje (standardi zaštite od požara, opterećenja i udari, temelji zgrada i građevina) i još mnogo toga,

Poglavlje Konstrukcije pokriva sve vrste betonskih i armiranobetonskih, aluminijskih, azbestno-cementnih i drugih konstrukcija

Poglavlje Mrežni inženjering i sustavi obuhvaća kanalizaciju zgrada, vanjske mreže i građevine , grijanje, ventilacija i klimatizacija , kao i opskrba plinom, proračun čeličnih cjevovoda i još mnogo toga.

Poglavlje Prijevoz pokriva magistralne cjevovode, industrijski transport, tramvajske i trolejbuske linije i još mnogo toga.

Postoji također drugo dijelovi npr. hidraulički objekti, urbanizam, organizacija, proizvodnja i prijem radova, procijenjeni normativi i dr.

Kvaliteta posjedovanja ovog znanja oblikuje korisnost, snagu, ljepotu i isplativost objekta u izgradnji.

Osnovna djelatnost tvrtke Method od osnutka do danas je razvoj inventivnosti računalni programi na temelju metoda idejnog projektiranja tehnički sustavi.

Konceptualni dizajn je zasebna vrsta projektne aktivnosti. Njegov rezultat su varijante koncepata projektiranog tehničkog sustava (TS), kako u cjelini, tako i u pojedinim dijelovima.

Koncept TS ima različite oblike prezentacije, koji se razlikuju po stupnju razrađenosti (konkretnosti). Ovaj:
Funkcionalni dijagram, koji označava skup elemenata vozila koji obavljaju određenu tehničku funkciju i način na koji međusobno djeluju.

Princip rada, koji određuje odnos između fizikalnih (kemijskih i sl.) pojava koje se javljaju u TS na razne faze njezin životni ciklus.

Princip promjene, s naznakom kako promijeniti materijale, dizajn, načine rada i interakciju uređaja s okoliš poboljšati svoju izvedbu.

Strukturna shema, koji određuje sastav vozila, relativni položaj i odnos između njegovih elemenata, značajke njihovog dizajna, korištene materijale, optimalan omjer parametri elemenata i druga bitna obilježja. Obično se, radi kratkoće, shema dizajna vozila prikazuje u obliku prepoznatljiva formula. Navodi samo one značajke dizajna koje razlikuju dizajnirano vozilo od njegovog prototipa.

Najveći dio zadataka idejnog projektiranja potrebno je riješiti u ranim fazama razvoja TS-a: u izradi idejnog projekta i idejnog projekta. Drugim riječima, kada se odredi izgled budućeg proizvoda. Međutim, u budućnosti, u fazama detaljnog dizajna, testiranja i proizvodnje, programeri se suočavaju sa složenim tehničkim problemima. Njihovo uklanjanje također zahtijeva metode idejnog projektiranja.

Mjesto i opseg idejnog rješenja kao zasebnog postupka pretraživanja objašnjen je sljedećim dijagramom.

Idejni dizajn je bitan dio procesa stvaranja novog proizvoda. U konačnici, broj razvijenih koncepata budućeg proizvoda ga određuje. novost i kvaliteta, i, posljedično, njegov konkurentnosti i prodaje.

Praktična primjena metoda idejnog projektiranja pokazala je da su one nezamjenjive u rješavanju problema kao što su:

• razvoj novih uređaja i tehnologija;
• poboljšanje kvalitete i smanjenje troškova proizvodnje;
• prognoza razvoja pojedinog područja tehnologije;
• dobivanje prioriteta u danom području tehnologije;
• upravljanje znanjem i intelektualnim vlasništvom poduzeća.

Invencija i idejno rješenje

Izum i idejno rješenje su povezane djelatnosti, koje se uglavnom razlikuju po svojim ciljevima.

Izum je individualna inicijativna aktivnost. Svrha izumitelja je stvoriti izum, t.j. tehničko rješenje s svjetska novost. Invencija, kao vrsta ljudske djelatnosti, srodna je umjetnosti. Stoga, vrlo često stvaranje izuma nosi element slučajnosti. Mnogi prekrasni izumi pojavljuju se "ne tada" i "ne tamo" kako to zahtijeva prava proizvodnja. To je jedan od glavnih razloga teškoće provedbe izuma u praksi.

Nasumična priroda izuma može odgoditi razvoj tehnologije ne godinama, već tisućljećima! Primjerice, stari Grci poznavali su sve elementarne tehničke uređaje koje je Edison koristio u svom fonografu za snimanje i reprodukciju zvuka. Znali su za svojstva struna da vibriraju kada puše vjetar, za vibraciju membrana bubnja, koristili su polugu za povećanje čvrstoće i koristili su voskom obložene tablete za pisanje riječi. Međutim, sve to znanje nisu mogli spojiti u jedan uređaj. Inače, izum fonografa Edison također duguje sretnu nesreću.

Za razliku od izuma, idejni projekt je planirani proizvodna djelatnost . Njegov je cilj riješiti tehnički problem koji se postavlja pred programere u zadanom vremenskom okviru. U ovom slučaju obično se ne postavlja zadatak pronaći bitno novo tehničko rješenje, t.j. izum.

Ako se tehničko rješenje nađe nakon roka, tada ga je, u pravilu, gotovo nemoguće provesti. Korištenje takvog rješenja u trenutnom projektu je nemoguće, jer izgubljeno vrijeme. U sljedećem projektu sličnog proizvoda ovom rješenju također obično nije mjesto, jer. postoje novi zahtjevi i nova rješenja.

Svrha idejnog rješenja - osiguranje planskog rješenja tehničkog problema - ostvaruje se korištenjem suvremenih informacijskih tehnologija. Za razliku od invencije u kojoj dominira ljudska kreativnost, idejni dizajn je prije svega tehnologija. Ona je ta koja dopušta jamčitiželjeni rezultat na vrijeme.

TRIZ i idejno rješenje

TRIZ - teoriju inventivnog rješavanja problema - razvio je Altshuler G.S. i njegovih učenika u SSSR-u u razdoblju 50-80-ih godina prošlog stoljeća. Ova metodologija se danas uspješno razvija. TRIZ metode koriste i pojedinačni izumitelji i konzultantske tvrtke u mnogim zemljama širom svijeta.

TRIZ i idejno rješenje su srodne metodologije. Imaju isti cilj - planirano, ciljano rješenje tehničkih problema, ali različite metode.

Glavni arsenal TRIZ-a je heurističke metode, koji se sastoji od posebnih algoritama, uputa, smjernice i slično, koji su orijentirani na ljudsku upotrebu. TRIZ metode Pomozite izumitelj analizira tehnički problem, dođe do rješenja i proširi opseg njegove primjene.

Šira primjena TRIZ metoda u inženjerskoj praksi ograničena je potrebom predobuka. Ove metode moguće je svladati na odgovarajućoj razini tek nakon dugotrajne obuke na posebnim tečajevima s iskusnim učiteljem.

Odgovarajući odgovor na problem učenja bilo je stvaranje računalnih programa koji implementiraju TRIZ metode. Međutim, time se u potpunosti ne izbjegava predtrening. U tim programima računalo se koristi kao pomoćno sredstvo. Uz njegovu pomoć izumitelj uglavnom bilježi rezultate rješavanja tehničkog problema, a također pronalazi prikladne heuristike i tehničke primjere. Pri radu s takvim računalnim programima izumitelj mora sam izvesti cijeli volumen kreativnih operacija.

Idejno rješenje se koristi za rješavanje tehničkih problema. formalne metode i veliki baza znanja, koji se može implementirati samo u obliku računalnih programa. Korisnik ne mora znati koje se metode (algoritmi) koriste u tim programima. Dovoljno je da naznači tehnički problem, klikne gumb "Riješi" i odabere najbolje pronađeno rješenje. Dakle, metode idejnog projektiranja omogućuju svakom inženjeru da namjerno rješava tehničke probleme bez prethodne metodološke obuke.

Unatoč tim razlikama, TRIZ pristupi i idejno rješenje ne isključuju, već se nadopunjuju. TRIZ metode su nezamjenjive kada se traže načini rješavanja tehničkog problema. Oni pomažu inženjeru da prijeđe sa složenog tehničkog problema na tipične inventivne probleme. Nakon toga se mogu primijeniti metode idejnog projektiranja. Čak i sada izmišljanje programa temeljenih na metodama konceptualnog dizajna može riješiti neke inventivne probleme srednje složenosti. To osigurava opsežne baze specifično inženjersko znanje i složena formalni algoritmi koji se koriste u ovim programima.

Štoviše, prema našem iskustvu, najbolji rezultati pri radu s suvremenim invencijskim programima postižu inženjeri koji posjeduju TRIZ.

Tome treba dodati da se nikada neće moći u potpunosti formalizirati cjelokupni proces rješavanja tehničkih problema. Očito, s vremenom će se opseg inventivnih računalnih programa proširiti, ali nikada neće u potpunosti zamijeniti osobu u ovom pitanju. A to nije uzrokovano činjenicom da neki matematički problemi još nisu riješeni ili nema dovoljno brzine i memorije za postojeća računala. Postoji samo jedan problem: računalo ne izmišlja jer ne želi!

Inovacijski potencijal temelji se na rezultatima prve dvije faze inovacijskog ciklusa, tj. na rezultate temeljnih i primijenjeno istraživanje. Ovi rezultati se mogu izraziti u različiti tipovi- od ideje koja karakterizira samu mogućnost praktična aplikacija, do prototipova opremljenih crtežnom i tehničkom dokumentacijom, tehnologijom proizvodnje, ispitanim i odobrenim u proizvodnji.

Dokazani rezultat istraživačkog rada (R&D) i istraživačko-razvojnog rada (R&D) je poželjniji za korištenje u poduzećima, jer pruža mogućnosti za razvoj poduzeća pod određenim rizicima. Prva vrsta provjerenih znanstvenih rezultata (ideja istraživanja i razvoja) temelj je inovacijskog potencijala i ističe se visoki rizici koje je u praksi vrlo teško procijeniti. Stoga takvi rezultati imaju prioritetni razvoj na temelju javne uprave koja djeluje kao rizični kapital.

rezultate znanstveno istraživanje, koji su planirani za prijelaz u fazu inovativne difuzije, temelj su za novu fazu istraživanja koju karakterizira relevantnost izvođenja istraživanja i razvoja tehničkih, tehnoloških i inovativnih istraživanja.

Inovativno istraživanje određuje putove prijelaza s rezultata istraživanja na inovativnu difuziju i uključuje organizacijska i ekonomska istraživanja, izbor poduzeća i organizacija za uvođenje inovacija, inovacija i inovacija u proizvodnju.

Dakle, značajke inovativnog razvoja uključuju pitanja koja su karakteristična za rane faze projektiranja tehničkih objekata i sustava u tehno-supstancijalnom razvoju grana društvenog života. Druga komponenta inovativnog razvoja je inovativno istraživanje, određeno izborom poduzeća i stvaranjem partnerstva sa znanstvenom organizacijom, sveučilištem, tj. s programerom inovacija, inovacija, inovacija.

Ovakvim pristupom organiziranju upravljanja inovativnim razvojem u uvjetima regije osigurava se kontinuitet inovacijskog ciklusa kao potrebno stanje za razvoj inovativne aktivnosti.

Modeliranje u ranim fazama projektiranja osmišljeno je za rješavanje problema idejnog projektiranja, t.j. identificirati i koristiti takva tehnička i tehnološka rješenja koja mogu dalje pružiti konkurentska prednost stvoren tehnički objekt, sustav, poduzeće, industrija i teritorij (regija).

Modeliranje koncepta ima značajke karakteristične za rane faze projektantskih aktivnosti (uključujući ideju) i završavajući idejnim projektom, što određuje stvaranje novih i perspektivnih tehničko-tehnoloških rješenja koja pružaju inovativni potencijal s konkurentskim prednostima.

Iz stvorene ideje proizlazi: 1) projekt; 2) program; 3) smjer znanstvenog i eksperimentalnog projektiranja. Izrada na temelju zaprimljenog tehničko-tehnološkog rješenja projekta određuje mogućnosti poslovnog planiranja, t.j. dobivanje razumnog organizacijskog i ekonomskog plana rada. Program uključuje istraživački proces čiji je rezultat skup međusobno povezanih inovativnih projekata. Postizanje organizacijske i ekonomske učinkovitosti u okviru programa provodi se u fazama na temelju koordiniranog provođenja niza projekata. Prepoznatljiva značajka inovativni smjer je veliki udio znanstvenih istraživanja usmjerenih na pronalaženje takvih tehničko-tehnoloških rješenja koja mogu pružiti konkurentsku prednost poduzeću u njegovom razvoju. Smjer uključuje programe i projekte.

Izvođenje projektantskih radova u svakom od tri područja oslanja se na intelektualni potencijal stručnjaka koji koriste metode znanstvenog i tehničkog stvaralaštva, au suvremenim uvjetima zahtijeva podršku temeljenu na informacijskoj tehnologiji za rješavanje neformaliziranih znanstvenih i tehničkih problema.

Idejni projekt, uključujući potragu za idejama, odlikuje se planiranjem ciljnih pokazatelja, parametara, pokazatelja tehničkog objekta ili sustava koji se stvara. S pozicije inovacije u dizajnu, negativan rezultat, čak i znanstvene vrijednosti, smatra se neuspjehom. Prema kognitivnoj psihologiji, svaki dizajner ima svoju osobnu kognitivnu kartu, koja određuje shemu njegove vizije slike projektnog objekta i procesa njezine implementacije, pa je zadatak odabrati inovativnu sliku tehničkog dizajna objekta. objekt.

Proces rada povezan je s tim da programer ima neki mentalni model koji ima trenutno stanje i stalno se mijenja u procesu spoznaje, a to je proces konceptualnog oblikovanja uz instrumentalnu upotrebu kognitivnih modela (lat. kognicija - znanje, spoznaja) . U tehničkim studijama ovi se modeli koriste kao simulacijski modeli, koji su usmjereni na predviđanje ponašanja operatera u interakciji sa složenim tehničkim sustavima.

Idejni dizajn karakterizira svrsishodnost korištenja metoda posredovane spoznaje, t.j. modeliranje. Opisujući modele korištene u ranim fazama projektiranja, bilježimo prioritet pozornosti na značajke konstrukcije hijerarhijske strukture modeliranje, odvijanje informacijskih procesa, kao i donošenje odluka.

Proučavanje problema strukturalne i parametarske sinteze u procesu projektiranja u ranim fazama s kognitivnih pozicija u složenim tehničkim sustavima pokazuje dvije različite faze: 1) fazu strukturalne sinteze i 2) fazu parametarske sinteze koja opisuje funkcioniranje. Faze uključuju bitne poveznice kognitivne orijentacije. Kognitivno modeliranje s računalnom podrškom povećava učinkovitost dizajna. Čini se da su zadaci strukturiranja, izgleda proizvoda i parametrizacije najperspektivniji sa stajališta kognitivnog modeliranja.

Na primjer, pri izradi dizelskog motora, struktura proizvoda može se neznatno promijeniti, a glavne poteškoće bit će povezane s parametarskom sintezom. Obrnuta je situacija u stvaranju prehrambenih proizvoda nove generacije, a otprilike jednaka važnost strukturne i parametarske sinteze je za građevinsku industriju. Istodobno, za svaku od ovih industrija mogu postojati iznimke u pogledu omjera zadataka strukturne i parametarske sinteze, koji je određen stvaranjem fleksibilnog proizvodnog sustava.

Formiranje strukture provodi se na heuristički način (metode znanstvenog i tehničkog stvaralaštva), ili se struktura bira iz skupa rješenja. Modeliranje strukturnih i parametarskih (funkcionalnih) faza u jednom modelu je istovremeno vrlo teško i može se djelomično riješiti samo uz računalnu podršku u sustavu "čovjek-stroj". Istodobno, parametarski stupanj (funkcioniranja) odlikuje se korištenjem teorije analize i sličnosti. Stvaranje teorije funkcioniranja složenih tehničkih sustava moguće je samo za određene aspekte.

U ranim fazama projektiranja koriste se grubi crteži srednjeg izgleda i slični modeli (verbalni, temeljeni na sukcesivnoj aproksimaciji).

Sadržajni modeli su verbalni problemski iskazi, programi i planovi razvoja sustava, "stabla" ciljeva, upravljanja, projektiranja itd., koji naširoko koriste sustavni pristup zasnovan na konceptima sustava, podsustava, strukturnog elementa, hijerarhije, svojstva (parametri), ciljevi, funkcije itd. To vam omogućuje da identificirate specifičnosti i obrasce složenih sustava, rastavite ih na podsustave i organizirate njihovu interakciju, uzimajući u obzir utjecaj vanjsko okruženje. Nadalje, prikazana je mogućnost prijelaza na korištenje formaliziranih metoda.

S obzirom na modele koji se koriste u rješavanju problema dizajna, možemo razlikovati:

Hijerarhijski opis i strategije za njegovo formiranje;

Teorijski modeli skupova;

Modeli predstavljanja znanja: na primjer: proizvodi kao oblik pružanja znanja; okviri; scenariji; predikatski modeli; modeli prezentacije podataka.

Pri projektiranju se pod scenarijem podrazumijeva sustav pretpostavki o tijeku procesa koji se proučava, na temelju kojih se jedan od opcije prognoza, gradi se plan (također scenarij) za provedbu nečega. Najprije se razvija osnovni scenarij koji pokazuje najvjerojatniji utjecaj svih događaja na pokazatelje blagostanja i paralelno se gradi pesimistički scenarij. Nadalje, kako bi se menadžeru pomoglo da donese adekvatnu odluku, razvijaju se dvije proaktivne strategije:

Što se tiče kontroliranih događaja, planiraju se radnje kako bi se osiguralo da se poželjni događaji dogode, a nepoželjni ne;

Za nekontrolirane događaje planiraju se radnje koje povećavaju korisne učinke i ublažavaju štetne.

Rezultat ove studije je takozvani "prisilni scenarij". Postoje primjeri uspješne upotrebe skripti u dizajnu za opisivanje radnji korisnika na nekoliko razina vizualno objašnjenje. Rezultati pokazuju kako treba dati detaljne informacije za korištenje u adaptivna sučelja. Scenariji su način prezentiranja informacija i prikladni su za predstavljanje stereotipnog znanja koje definira tipične situacije u određenom predmetnom području. V inteligentni sustavi scenariji se koriste u postupcima za razumijevanje tekstova na prirodnom jeziku, planiranje ponašanja, donošenje odluka i povećanje učinkovitosti učenja.

Takav pristup dizajnu u ranim fazama sa stajališta kognitivnog modeliranja pruža samu mogućnost provođenja inovativne razvojne strategije. Istodobno je moguće potisnuti strategiju razvoja za simulacijski model koji je razvijen u ruskom društvu. Tijekom stvaranja računalna podrška u procesu konceptualizacije, potrebno je aktivnije koristiti intelektualni potencijal stručnjaka iz različitih područja znanja, znanstvenih organizacija, poduzeća, industrija.

Kognitivno modeliranje tehničko-tehnoloških objekata i sustava utvrđuje mogućnost složenog povezivanja triju komponenti u informacijsku tehnologiju: 1) konceptualizacije; 2) strukturiranje i 3) parametriziranje. Konceptualizacija mora biti svrhovita, što uključuje korištenje kategoričke analize i teorije paradigme.

S kognitivnom usmjerenošću strukturiranja utvrđuje se mogućnost generiranja novih invarijantnih struktura.

Na temelju verbalnih modela, kroz izradu dijagrama tijeka, proces dizajna ide do izgleda koji stručnjak izvodi, a mora mu biti osiguran personalizirani sustav podrške. Parametarizaciju komponenti proizvoda karakterizira integracijski rad, koji određuje izvedivost korištenja kognitivne računalne grafike. Idejno rješenje je kolektivne prirode, što određuje značajke informacijska tehnologija podršku ovoj aktivnosti.

Treba napomenuti da što se ranija faza projektiranja (faza ideje) razmatra, to stvoreni proizvod, tehnički objekt ili sustav, tehnologija može biti konkurentniji.

Pristupi, modeli koji se koriste u izradi tehničkih sustava mogu se koristiti u sustavu analitičkog upravljanja ne samo za razvoj tehničko-tehnoloških rješenja, već i za razvoj rješenja. upravljanje sustavom inovativni razvoj organizacije, poduzeća, industrije, regije.

Razvoj inovativnog potencijala karakterizira sustav “sveučilište-industrija”, budući da je potrebno kombinirati znanja ova dva područja znanja.

Osnovni pojmovi, klasifikacija