Dezvoltare conceptuală. Design conceptual și modele de date

Pentru ca utilizatorul să aibă o înțelegere mai clară a funcționării unui anumit sistem, proiectantul creează un model conceptual al unei anumite aplicații. În aceste scopuri, sunt utilizate diverse documentații, grafice, specificații, diagrame și așa mai departe. Pentru a putea înțelege exact ce este un model conceptual, ce urmărește, în acest articol am decis să ne oprim asupra acestui concept mai detaliat.

Sensul termenului

Un model conceptual este o schemă specifică. Pentru a forma structura semantică a unui obiect, ea folosește concepte diferiteși legăturile dintre ele. Cu toate acestea, trebuie avut în vedere faptul că modelul conceptual al sistemului este abstract. Dar acesta nu este singurul sens al termenului. În plus, există un concept „model conceptual. Sensul acestui termen este că o listă de concepte înrudite este folosită pentru a descrie o sferă. În acest scop, o clasificare a definițiilor, caracteristicile și proprietățile acestora, precum și legile procesele care au loc în ele, sunt utilizate.

Scopuri principale

Trebuie remarcat faptul că modelul conceptual este creat în primul rând pentru a facilita percepția informațiilor. utilizator obișnuit... Cu alte cuvinte, o concentrare restrânsă și descriere detaliata acţiuni de structurare. Pentru a realiza a acestui rezultat, este necesar in primul rand sa facem acest model cat mai simplu (in acest scop folositi numarul minim de valori). Și în al doilea rând, încercați să o orientați cât mai mult posibil către îndeplinirea anumitor sarcini (adică să limitați cât mai mult munca utilizatorului cu valori neconfigurabile în acest domeniu).

Obiective de bază

Modelul conceptual are următoarele obiective:

Creați o structură simplă, consecventă și ușor de utilizat și de învățat. În acest scop, zonele de activitate sunt împărțite în concepte care pot fi folosite pentru a lucra cu diferite obiecte.

Menține stabilitatea terminologiei. Acest lucru se realizează prin faptul că modelul conceptual de date, constând din stadiul inițial din dicționarul de termeni, este folosit pentru a recunoaște fiecare acțiune și obiect, pictat în program.

S-a dovedit că neutilizarea acestei terminologii duce la faptul că mai multe concepte sunt folosite pentru a defini o schemă, sau același termen este folosit pentru a descrie diferite scheme.

Dezvoltarea modelului conceptual

Acest proces constă în crearea unei scheme inițiale. În viitor, dezvoltatorul îl va putea folosi pentru a implementa software. Pentru a descrie un sistem complex, se folosește un anumit algoritm de comportament al componentelor acestui sistem, reflectând astfel interacțiunea acestora între ele. Sunt momente când informațiile conținute în descriere nu sunt suficiente pentru a înțelege și studia obiectul modelării. Pentru a corecta această omisiune, ar trebui să reveniți la etapa de compilare a cuprinsului și să adăugați datele, a căror absență a fost stabilită în timpul formalizării obiectului. În plus, după cum arată practica, pot exista mai multe astfel de returnări. Apropo, crearea schemelor luate în considerare în articol pentru structuri simple nejustificat.

Au găsit aplicație diverse modele conceptuale cu structurare diferită. Cel mai adesea, schemele lor sunt ghidate de teorii matematice. Acest lucru duce la probleme de selecție sistem adecvat descrieri ale obiectului cerut de modelare. Deci, de exemplu, pentru schemele discrete se obișnuiește să se utilizeze structuri orientate pe proces. Diagramele de flux ale dinamicii sistemului sunt utilizate pentru a construi un construct continuu. Conceptual este dezvoltat folosind limbaj special, care este ancorat în structura structurală însăși. Pentru a simplifica construcția și programarea unui anumit circuit, sunt utilizate tehnici special dezvoltate de tehnologie de programare.

Componente importante

Ar trebui să știți că modelul conceptual include o serie de elemente importante... În primul rând, acestea includ studiul obiectelor și studiul acțiunilor acestora. Adică, utilizatorul trebuie să examineze lista tuturor aplicațiilor vizibile pentru el și manipulările pe care le poate efectua asupra fiecărui obiect separat. Desigur, alte obiecte pot (și cel mai probabil vor) fi prezente în dezvoltarea sistemului, dar vor fi ascunse de utilizator.

Concluzie

În unele cazuri, la crearea obiectelor model conceptual utilizați principiul organizarea structurală sisteme pe mai multe niveluri. În acest fel, dezvoltatorul realizează un design mai ușor al unui obiect ușor de utilizat. Acest aranjament ajută la gestionarea implementării sistemului și, de asemenea, facilitează crearea structurilor de comandă ale aplicației. Adică, dezvoltatorul poate determina care acțiuni sunt aplicabile diferitelor obiecte, care dintre ele pot fi generalizate. Acest lucru face posibilă ca structura comenzilor să fie cea mai ușor de înțeles pentru utilizator. Adică în loc să studiezi o cantitate mare comenzi orientate pe obiect, trebuie doar să stăpâniți genericul. Analizând toate cele de mai sus, putem spune că modelul conceptual este doar o diagramă care determină proprietățile elementelor structurii planificate și relațiile sale cauză-efect necesare atingerii obiectivului de proiectare stabilit.

REZUMAT AL PRELEGIEI DE REVIZIE

Pentru studenții specialității
T1002 „Software pentru tehnologia informației”

(L.V. Rudikova, Ph.D., conf. univ.)

Întrebarea 31. ARHITECTURA SGBD. MODEL DE DATE RELAȚIONALE

1. Conceptul bazei de date.

2. Arhitectura bazei de date pe trei niveluri.

3. Ciclu de viață Bază de date.

4. Arhitectura DBMS.

5. Model de date relaționale.

6. Proiecta baze de date relaționale date.

7. Forme normale relatii.

8. Algebra relațională.

1. Conceptul de bază de date.

Un sistem de baze de date este orice sistem informatic bazat pe computer în care datele pot fi partajate de mai multe aplicații.

Sistem informatic - un sistem automat care organizează datele și emite informații.

Sistem de management al informației - un sistem care oferă suport informativ management.

Date - fapte dispersate.

informație - date organizate si prelucrate.

Sub Bază de date este înțeles ca un set de grupuri elementare interconectate de date (informații) care pot fi prelucrate de unul sau mai multe sisteme de aplicație. Sistem de baze de date constă dintr-o bază de date; software de uz general numit sistem de management al bazelor de date (DBMS) , și servește la gestionarea bazei de date; echipamentele și oamenii aferente.

Fiecare SGBD trebuie să îndeplinească următoarele cerințe:

· oferă utilizatorului posibilitatea de a crea baze de date noi și de a le defini schema (structura logica a datelor) folosind un limbaj special - limbaj de definire a datelor; acceptă mai multe vizualizări ale acelorași date;

· lăsa " întreba»Date și modificați-le folosind limbajul de interogare, sau limbaj de manipulare a datelor; permit integrarea și partajarea datelor de către diverse aplicații;

· pentru a sprijini stocarea unor cantități foarte mari de date, măsurate în gigaocteți sau mai mult, pentru o perioadă lungă de timp, protejându-le împotriva deteriorării accidentale și a utilizării neautorizate și, de asemenea, - pentru a asigura modificarea bazei de date și accesul la date prin interogări; adică garanta securitatea și integritatea datelor;

· controlează accesul la date pentru mulți utilizatori în același timp; exclude influența cererii unui utilizator asupra cererii altuia și împiedică accesul concomitent, care poate strica datele, de ex. garanta controlul accesului la date simultan.

Sistemul de baze de date este format din următoarele componente:

· Utilizatorii, adică persoanele care folosesc datele.

· Aplicații de ex. programe de utilizator care necesită date din sistem.

· DBMS este un software care controlează accesul la date și oferă funcționalitatea specificată a unui sistem cu o bază de date.

· Date, adică șiruri stocate în fișiere.

· Sistem gazdă - Sistemul informatic care stochează fișiere. Liniile de date sunt accesate de sistemul gazdă. Rolul SGBD este de a genera interogări care să permită funcționalității sistemului de gestionare a fișierelor gazdei să servească diverse aplicații. SGBD-ul este un strat suplimentar de software construit peste software-ul sistemului gazdă.

Astfel, un sistem cu o bază de date poate fi reprezentat ca următoarea secvență de niveluri:

De fapt nivel inferior conține date stocate în fișiere fizice (memoria fizică a bazei de date). Pe nivelul superior- aplicații cu reprezentări proprii ale acelorași date fizice. Fiecare vedere DB este o structură logică specifică construită din datele fizice subiacente. Pentru a oferi o interfață între memoria fizică a bazei de date și diferitele sale versiuni logice (setul de reprezentări suportate), DBMS, la rândul său, trebuie să fie compus din mai multe niveluri.

2. Arhitectura bazei de date pe trei niveluri.

Distincția dintre reprezentările logice și fizice ale datelor a fost recunoscută oficial în 1978, când comitetul ANSI / SPARC a propus o structură generalizată pentru sistemele de baze de date. Această structură se numește arhitectură cu trei niveluri. Cele trei niveluri de arhitectură sunt următoarele: intern, conceptual și extern.

Nivelul interior Este nivelul care determină aspectul fizic baza de date, care este cea mai apropiată de stocarea fizică și este asociată cu metode de stocare a informațiilor pe dispozitivele de stocare fizică. Acest nivel este asociat cu unități, adrese fizice, indici, pointeri etc. Acest nivel este responsabilitatea proiectanților bazelor de date fizice, care decid ce dispozitive fizice vor stoca datele, ce metode de acces vor fi utilizate pentru a prelua și actualiza datele și ce pași ar trebui luati pentru a menține sau îmbunătăți performanța gestionării bazei de date. sistem. Utilizatorii nu ating acest nivel.

Nivel conceptual - nivel structural care defineste schema logica a bazei de date. Pe acest nivel se realizează proiectarea conceptuală a bazei de date, care include analiza nevoilor de informații ale utilizatorilor și determinarea elementelor de date de care au nevoie. Rezultatul designului conceptual este o diagramă conceptuală, o descriere logică a tuturor elementelor de date și a relațiilor dintre ele.

Nivel extern - nivelul structural al bazei de date, care definește vizualizările datelor definite de utilizator. Fiecare grup de utilizatori are propria sa vizualizare a datelor din baza de date. Fiecare astfel de vizualizare de date oferă o descriere orientată către utilizator a elementelor de date care alcătuiesc vizualizarea de date și a relațiilor dintre acestea. Poate fi derivat direct din diagrama conceptuală. Colectarea unor astfel de vizualizări de date personalizate oferă stratul extern.

Vizualizări utilizator și aplicație	Nivel extern
Mapări
Diagrama conceptuală	Nivel conceptual
Afişa	Nivelul interior
Sistem gazdă
Date stocate

Orez. Niveluri DBMS

3. Ciclul de viață al bazei de date.

Procesul de proiectare, implementare și întreținere a unui sistem de baze de date este numit ciclul de viață al bazei de date (ZDBD). Se numește procedura de creare a unui sistem ciclul de viață al sistemului (LCC).

Înțelegerea și abordarea corectă a ZDB este foarte importantă și necesită o analiză detaliată, deoarece se bazează pe abordare, bazate pe date... Elementele de date sunt mai stabile decât funcțiile sistemului. Creare structura corecta datele necesită o analiză complexă a claselor de unități de date și a relațiilor dintre ele. Dacă construiți o schemă de bază de date logică, atunci în viitor puteți crea orice număr de sisteme funcționale folosind această schemă. Abordarea orientată pe funcție poate fi utilizată numai pentru a crea sisteme temporare care sunt proiectate pentru o perioadă scurtă de funcționare.

ZDBD constă din următoarele etape:

1. Planificare preliminară - planificarea bazei de date efectuată în timpul procesului de dezvoltare plan strategic DB. În timpul procesului de planificare, sunt colectate următoarele informații:

· ce programe de aplicație sunt utilizate și ce funcții îndeplinesc;

· ce fișiere sunt asociate cu fiecare dintre aceste aplicații;

· ce aplicații și fișiere noi sunt în curs.

Aceste informații ajută la determinarea modului în care sunt utilizate informațiile aplicației, pentru a determina cerințele viitoare pentru sistemul de baze de date.

Informațiile pentru această etapă sunt documentate sub forma unui model de date generalizat.

2. Verificarea fezabilității . Aici se determină fezabilitatea tehnologică, operațională și economică a planului de creare a bazei de date, adică:

· fezabilitate tehnologică - există o tehnologie care să implementeze OBD-ul planificat?

· fezabilitate operațională - sunt necesare instrumentele și expertiza pentru implementarea cu succes a planului bazei de date?

· fezabilitate economică - se pot trage concluzii? Va da roade sistemul planificat? Pot fi evaluate costurile și beneficiile?

3. Definirea cerințelor include selecția țintelor bazei de date, clarificarea cerințelor de informații de sistem și a cerințelor hardware și software... Astfel, în această etapă de colectare a datelor și definire a cerințelor, a model informativ general, exprimată în următoarele sarcini:

· Obiectivele sistemului sunt determinate prin analiza nevoilor de informații. De asemenea, indică în mod necesar ce bază de date trebuie creată (distribuită, integrală) și ce mijloace de comunicare sunt necesare. Documentul de ieșire este un comentariu care descrie obiectivele sistemului.

· Definirea cerințelor utilizatorilor: documentație sub formă de informații generalizate (comentarii, rapoarte, sondaje, chestionare etc.); fixarea funcţiilor sistemuluiși definirea sistemelor de aplicații care vor îndeplini aceste cerințe. Datele sunt prezentate sub formă de documente relevante.

· Determinați cerințele generale de hardware și software asociate cu menținerea nivelului de performanță dorit. (Aflarea numărului de utilizatori ai sistemului, a numărului de mesaje primite pe zi, a numărului de imprimări). Aceste informații sunt folosite pentru a selecta tipurile de computere și DBMS, capacitatea discului și numărul de imprimante. Datele pentru această etapă sunt prezentate într-un raport care conține configurații aproximative hardware și software.

· Elaborarea unui plan pentru crearea în etape a sistemului, inclusiv selecția aplicațiilor sursă.

4. Concept design - crearea unei scheme conceptuale de bază de date. Specificațiile sunt dezvoltate în măsura în care este necesar pentru a trece la implementare.

Ieșirea principală este o singură model infologic(sau schema conceptuală a bazei de date). La dezvoltarea acestui model se folosesc informații și funcții care trebuie îndeplinite de sistem, determinate în etapa de colectare și determinare a cerințelor pentru sistem. În această etapă, este, de asemenea, de dorit să se definească: 1) reguli pentru date; 2) reguli pentru procese; 3) reguli pentru interfață.

5. Implementarea – procesul de conversie a unui model conceptual într-o bază de date funcțională. Acesta include următorii pași.

1) Selectarea și cumpărarea DBMS-ului necesar.

2) Transformarea unui model conceptual (infologic) de bază de date într-un model de date logic și fizic:

· pe baza modelului de date infologice, este construită o schemă de date pentru SGBD specific, dacă este necesar, se implementează denormalizarea bazei de date pentru a accelera procesarea cererilor în toate aplicațiile critice în timp;

· determină ce procese de aplicație trebuie implementate în schema de date ca proceduri stocate;

· implementează constrângeri menite să asigure integritatea datelor și să aplice regulile pentru date;

· proiectează și generează declanșatori pentru a implementa toate regulile de date definite la nivel central și regulile de integritate a datelor care nu pot fi specificate ca constrângeri;

· dezvoltarea unei strategii de indexare și grupare; evaluați dimensiunile tuturor tabelelor, clusterelor și indicilor;

· definiți nivelurile de acces ale utilizatorilor, dezvoltați și implementați regulile de securitate și audit. Creați roluri și sinonime pentru a oferi acces multi-utilizator cu niveluri consistente de autoritate de acces.

· dezvoltarea unei topologii de rețea a unei baze de date și a unui mecanism de acces fără probleme la datele de la distanță (bază de date replicată sau distribuită).

3) Construirea unui dicționar de date care definește stocarea definițiilor structurii de date a bazei de date. Dicționarul de date conține, de asemenea, informații despre permisiunile de acces, regulile de protecție a datelor și controlul datelor.

4) Completarea bazei de date.

5) Creația programe de aplicație, managementul controlului.

6) Instruirea utilizatorilor.

6. Evaluarea și îmbunătățirea schemei bazei de date. Include sondaje ale utilizatorilor pentru a identifica nevoile funcționale nesatisfăcute. Modificările sunt făcute după cum este necesar, adăugând noi programe și elemente de date pe măsură ce nevoile se modifică și se extind.

Astfel, WCDC include:

· Studiul domeniul subiectuluiși depunerea documentației relevante (1-3).

· Construirea unui model infologic (4).

· Implementare (5).

· Evaluarea performanței și suportul bazei de date (6).

4. Arhitectura DBMS.

Orez. Componentele principale ale unui SGBD

Date, metadate - conține nu numai date, ci și informații despre structura datelor ( metadate). Într-un SGBD relațional, metadatele includ tabelele de sistem (relațiile), numele relațiilor, numele atributelor acelor relații și tipurile de date ale acelor atribute.

Adesea DBMS acceptă indici date. Index este o structură de date care vă ajută să găsiți rapid elemente de date atunci când există o parte din valoarea lor (de exemplu, un index care găsește tupluri ale unei anumite relații care au valoarea stabilită unul dintre atribute). Indexurile fac parte din datele stocate, iar descrierile care indică ce atribute sunt indexate fac parte din metadate.

Manager de memorie -primește informațiile solicitate de la locația de stocare a datelor și modifică informațiile din acesta la solicitarea nivelurilor superioare ale sistemului.

În sistemele de baze de date simple, managerul de memorie poate fi sistemul de fișiere al sistemului de operare. Cu toate acestea, pentru a îmbunătăți eficiența, DBMS monitorizează de obicei memoria direct. Managerul de memorie are două componente:

· Manager de fișiere monitorizează locația fișierelor de pe disc și primește blocul sau blocurile care conțin fișierele la solicitarea managerului de buffer (disc în caz general impartit de blocuri de discuri- zone de memorie adiacente care conțin de la 4000 la 16000 de octeți).

· Manager tampon gestionează memoria principală. Acesta preia blocuri de date de pe disc prin managerul de fișiere și selectează o pagină din memoria principală pentru a stoca un anumit bloc. Poate stoca temporar un bloc de disc în memoria principală, dar îl readuce pe disc atunci când este necesară o pagină de memorie principală pentru un alt bloc. Paginile sunt, de asemenea, returnate pe disc la cererea managerului de tranzacții.

Procesor „Solicitare”. - procesează cereri și solicită modificări ale datelor sau metadatelor. Oferă o modalitate mai bună de a realiza operațiune necesarăși emite comenzile corespunzătoare managerului de memorie.

Procesorul de interogări (managerul) convertește o interogare sau o acțiune cu o bază de date care poate fi efectuată pe o foarte mare nivel inalt(de exemplu, ca cerere SQL ), într-o secvență de interogări pentru datele stocate, cum ar fi tupluri individuale ale unei relații sau porțiuni ale unui index pe o relație. Adesea, partea cea mai grea a manipulării cerere este al lui organizare, adică alegerea unui bun plan de interogare sau o secvență de solicitări către sistemul de memorie care răspunde la cerere.

Manager de tranzacții - este responsabil de integritatea sistemului si trebuie sa asigure procesarea simultana a mai multor cereri, absenta interferentei cererilor (adaos, minim maxim ) și protecția datelor în cazul unei defecțiuni a sistemului. Interacționează cu managerul de solicitări, deoarece trebuie să știe ce date sunt afectate de solicitările curente (pentru a evita conflictele) și poate amâna unele solicitări și operațiuni pentru a evita conflictele. Managerul de tranzacții interacționează și cu managerul de stocare, deoarece schemele de protecție a datelor implică de obicei stocarea unui jurnal de modificări. Dacă ordinea operației este corectă, fișierul înregistrare va conține o înregistrare a modificărilor, astfel încât să puteți reface chiar și acele modificări care nu au ajuns pe disc din cauza unei defecțiuni a sistemului.

SGBD-urile tipice permit utilizatorului să grupeze mai multe interogări și/sau modificări într-o singură tranzacție. Tranzacţie este un grup de operații care trebuie efectuate secvenţial ca un întreg.

De obicei, un sistem de baze de date acceptă mai multe tranzacții în același timp. Este executarea corectă a tuturor acestor tranzacții care asigură manager de tranzacții... Este asigurată executarea corectă a tranzacțiilorACID -proprietăți (atomicitate, consistență, izolare, durabilitate):

· atomicitate- executarea fie a tuturor tranzacțiilor, fie a niciuna dintre ele (de exemplu, retragerea banilor de la un bancomat și efectuarea unui debit corespunzător în contul clientului trebuie să fie singura tranzacție atomică, nefiind permisă efectuarea separată a fiecăreia dintre aceste operațiuni);

· consistenta - starea în care datele îndeplinesc toate așteptările posibile (de exemplu, condiția de consistență pentru baza de date aeriană este ca niciunul dintre locurile din avion să nu fie rezervat pentru doi pasageri);

· izolatie- cand doua sau mai multe tranzactii sunt executate in paralel, rezultatele acestora trebuie izolate unele de altele. Executarea simultană a două tranzacții în același timp nu ar trebui să conducă la un rezultat care nu s-ar fi întâmplat dacă acestea ar fi fost executate secvențial (de exemplu, la vânzarea biletelor pentru același zbor în cazul unui zbor gratuit). ultimul loc când sunt solicitați simultan doi agenți, cererea unuia trebuie îndeplinită, celălalt nu);

· durabilitate - după finalizarea tranzacției, rezultatul nu trebuie pierdut în cazul unei defecțiuni a sistemului, chiar dacă această defecțiune apare imediat după finalizarea tranzacției.

Să luăm în considerare și 3 tipuri de accesare a SGBD:

1. Întrebări - întrebările despre date pot fi generate în două moduri:

A)prin utilizarea interfață comună de interogare(de exemplu, un SGBD relațional permite interogări SQL , care sunt transmise procesorului de cereri și primește, de asemenea, răspunsuri la acestea);

b) folosind interfețele programelor de aplicație- cererile sunt transmise printr-o interfață specială (cererile arbitrare nu pot fi transmise prin această interfață);

2. Modificări sunt operațiuni de modificare a datelor. Ele pot fi, de asemenea, executate fie printr-o interfață comună, fie printr-o interfață de program de aplicație;

3. Modificări ale schemei - acestea sunt comenzi ale administratorilor bazei de date care au dreptul de a modifica schema bazei de date sau de a crea o noua baza de date.

Arhitectura client/server. Multe versiuni de software modern implementează arhitectura client server: un proces (client) trimite o cerere de execuție către alt proces (server). De obicei, baza de date este adesea împărțită într-un proces server și mai multe procese client.

În cea mai simplă arhitectură client/server, întregul SGBD este un server, cu excepția interfețelor de solicitare, care interacționează cu utilizatorul și trimit cereri sau alte comenzi către server. De exemplu, un SGBD relațional folosește adesea limbajul SQL pentru a reprezenta cereri de la client la server. Serverul bazei de date oferă apoi clientului un răspuns (relație) de tip tabel. Există o tendință de a crește sarcina asupra clientului, deoarece pot apărea probleme atunci când există mulți utilizatori concurenți ai bazei de date cu serverul.

5. Model de date relaționale.

RMD-ul unui anumit domeniu este un set de relații care se modifică în timp. Atunci când creați un sistem informațional, un set de relații vă permite să stocați date despre obiecte din domeniul subiectului și să modelați conexiuni între ele.

Atitudine este un tabel bidimensional care conține unele date. Matematic subN relație -ariană R înţelege multe produse carteziene D 1 D 2… D n seturi ( domenii) D 1, D 2, ..., D n (), nu neapărat diferit:

R D 1 D 2 ... D n,

unde D 1 D 2 ... D n - produs cartezian complet, i.e. un set de tot felul de combinatii de n elemente fiecare, unde fiecare element este preluat din domeniul său propriu.

Domeniu este un concept semantic. Un domeniu poate fi privit ca un subset al valorilor unor tipuri de date care au o semnificație specifică. Domeniul este caracterizat de următoarele proprietăți:

· Domeniul are nume unic(în baza de date).

· Domeniul este definit pe unele simplu tip de date sau pe un alt domeniu.

· Domeniul poate avea unele condiție booleană care vă permite să descrieți un subset de date care este valabil pentru un anumit domeniu.

· Domeniul poartă un anumit încărcătură semantică.

Atribut de relație există câteva tipuri<Имя_атрибута: Имя_домена>... Numele atributelor trebuie să fie unice în cadrul relației. Adesea, numele atributelor unei relații sunt aceleași cu numele de domenii corespunzătoare.

Raport definit pe mai multe domenii conține două părți: un antet și un corp.

Antetul relației Este un număr fix de atribute de relație:

Antetul relației descrie produsul cartezian al domeniilor pe care este definită relația. Antetul este static, nu se modifică în timpul lucrului cu baza de date. Dacă relația a modificat, adăugat sau eliminat atribute, atunci rezultatul este deja alte atitudine (chiar cu același nume).

Organul de relație conţine multe tupluri relaţie. Fiecare relație tuplu este un set de perechi de forma<Имя_атрибута: Значение_атрибута>:

astfel încât valoarea atributului să aparțină domeniului. Corpul unei relații este o colecție de tupluri, adică. subset de produs cartezian de domenii. Astfel, corpul unei relații este el însuși o relație în sensul matematic al cuvântului. Corpul relației se poate schimba în timpul lucrului cu baza de date - tuplurile pot fi modificate, adăugate și șterse.

Relația este de obicei scrisă astfel:

sau mai scurt

,

sau pur și simplu

Numărul de atribute dintr-o relație este numit grad (sau -aritate ) relație. Cardinalitatea mulțimii de tupluri ale unei relații se numește putere relaţie.

Diagrama relațiilor se numește o listă de nume de atribute ale acestei relații cu o indicație a domeniului căruia îi aparțin:

Dacă atributele iau valori din același domeniu, atunci ele sunt numite -comparabile, unde este setul de comparații valide specificate pentru acest domeniu. De exemplu, dacă un domeniu conține date numerice, atunci toate operațiunile de comparare sunt permise pentru acesta. Cu toate acestea, chiar și pentru domeniile care conțin date de caractere, nu pot fi specificate numai operațiuni de comparare a egalității și inegalității. Dacă este specificată o ordonare lexicografică pentru un domeniu dat, atunci are și o gamă completă de operații de comparare.

Se numesc schemele celor două relaţii echivalent dacă au același grad și este posibilă ordonarea numelor de atribute în scheme astfel încât atributele comparabile să fie în aceleași locuri, adică atribute care iau valori din același domeniu:

Lasa - diagrama relațiilor. - schema relatiei dupa ordonarea numelor de atribute. Atunci

~

Astfel, pentru relațiile echivalente sunt îndeplinite următoarele condiții:

· Tabelele au același număr de coloane.

· Tabelele conțin coloane cu același nume.

· Coloanele cu același nume conțin date din aceleași domenii.

· Tabelele au aceleași rânduri, deși ordinea coloanelor poate varia.

Toate aceste tabele sunt diferite. Imagini aceeași relație.

Proprietățile relațiilor. Proprietățile unei relații rezultă direct din definiția de mai sus a unei relații. Aceste proprietăți sunt principalele diferențe dintre relații și tabele.

· Nu există tupluri identice într-o relație .

· Tuplurile nu sunt comandate (de sus în jos) .

· Atributele nu sunt ordonate (de la stânga la dreapta) .

· Toate valorile atributelor sunt atomice .

Orez. Reprezentarea schematică a unei relații

Model relațional este o bază de date sub forma unui set de relații interconectate. În fiecare conexiune, o relație poate acționa ca principală, iar cealaltă relație acționează ca o subordonată. Astfel, un tuplu al relației principale poate fi asociat cu mai multe tuplu ale relației subordonate. Pentru a susține aceste relații, ambele relații trebuie să conțină seturile de atribute prin care sunt legate. Practic, este cheia primară a relației care identifică în mod unic tuplu al relației de bază. Într-o relație subordonată, un set de atribute trebuie să fie prezent pentru a modela o relație care se potrivește cu cheia primară a relației primare. Cu toate acestea, aici este deja acest set de atribute cheie secundară sau cheie externă , adică definește un set de tupluri ale unei relații care sunt asociate cu un singur tuplu al relației principale.

6. Proiectarea bazelor de date relaţionale.

La proiectarea unei baze de date relaționale, trebuie rezolvate următoarele probleme:

1) Ținând cont de semantica disciplinei, este necesară reprezentarea în cel mai bun mod a obiectelor disciplinei sub forma unui model de date abstract (design datalogic). Acestea. - să determine schema bazei de date: din ce relaţii ar trebui să constea baza de date, ce atribute ar trebui să aibă aceste relaţii, care sunt conexiunile dintre relaţii.

2) Asigurarea eficienței executării interogărilor la baza de date (proiectarea fizică a bazei de date).

După etapa de proiectare datalogică, trebuie obținute următoarele documente rezultate:

· Construirea unei scheme de date corecte pe baza modelului de date relaționale.

· Descrierea schemei DB în termeni de DBMS selectat.

· Descriere modele externeîn ceea ce privește SGBD-ul selectat.

· Descrierea regulilor declarative pentru menținerea integrității bazei de date.

· Dezvoltarea procedurilor de menținere a integrității semantice a bazei de date.

Deci, sarcina de a proiecta o bază de date relațională este de a alege o schemă de bază de date dintr-o varietate de alternative.

Corect se numește o schemă de bază de date, în care nu există dependențe nedorite între atributele relațiilor. Procesul de dezvoltare a unei scheme corecte de bază de date este numit design logic .

Proiectarea schemei bazei de date poate fi realizată în două moduri:

· Metoda de descompunere (divizare). – setul original de relații inclus în schema bazei de date este înlocuit cu un alt set de relații care sunt proiecții ale relațiilor originale! În acest caz, numărul de relații crește.

· Metoda de sinteză – dispunerea schemei bazei de date din dependențele elementare inițiale date dintre obiectele domeniului de studiu.

Proiectarea clasică a bazelor de date este legată de teorie normalizare care se bazează pe analiză dependențe funcționaleîntre atributele relaţiei. Dependențe funcționale determină relații stabile între obiecte și proprietățile lor în domeniul de subiect considerat.

Metoda de descompunere este un proces de normalizare secvențială a schemelor de relații: fiecare nouă iterație corespunde unei forme normale de ordin superior și are proprietăți mai bune decât cea anterioară. Astfel, inițial se presupune că există o relație universală care conține toate atributele bazei de date; trecerea la mai multe relații de dimensiune inferioară, iar relația inițială trebuie restabilită folosind operația de îmbinare naturală.

Deci, fiecare formă normală corespunde unui anumit set definit de constrângeri, iar o relație este într-o formă normală dacă își satisface setul inerent de constrângeri.

În teoria bazelor de date relaționale, se disting de obicei următoarele forme normale:

prima formă normală (1 NF);

· a doua formă normală (2 NF);

· a treia formă normală (3 NF);

· forma normală Bice-Codd ( BCNF);

· a patra formă normală (4 NF);

· a cincea formă normală sau de proiecție - conexiuni (5 NF sau PYNF).

Proprietățile de bază ale formelor normale:

· fiecare formă normală următoare este într-un fel mai bună decât cea anterioară;

· la trecerea la următoarea formă normală, proprietățile proprietăților normale anterioare sunt păstrate.

Sunt apelate scheme DB echivalent dacă conținutul bazei de date inițiale poate fi obținut printr-o combinație naturală de relații incluse în schema rezultată și nu apar tuplu noi în baza de date originală.

7. Forme normale de relaţii.

Procesul de normalizare se bazează pe reflectarea adecvată a domeniului subiectului sub formă de tabele care conțin date despre obiectul modelat și capacitatea de a schimba starea bazei de date în timp. De regulă, din cauza nepotrivirii modelului de date din domeniul subiectului, pot apărea anomalii care apar atunci când se efectuează operațiunile corespunzătoare:

· Anomalii de inserare (INSERT) - stocarea de informații eterogene într-un singur aspect.

· Anomalii de actualizare (UPDATE) - redundanța relațiilor de date datorită stocării eterogene.

· Ștergeți anomaliile (DELETE) - stocarea de informații eterogene într-un singur aspect.

Ar trebui să se acorde atenție și celor emergente nedefinit ( NUL) valori... În diferite SGBD, la efectuarea diferitelor operații (comparare, unire, sortare, grupare etc.) două NUL -valorile pot fi sau nu egale între ele, afectează în mod diferit rezultatul efectuării operațiunilor pentru determinarea valorilor medii și găsirea numărului de valori. Pentru a elimina erorile din multe SGBD, există posibilitatea înlocuirii NUL -valori zero la efectuarea calculelor, declarând toate NUL -valori egale între ele etc.

Normalizare - împărțirea tabelului în mai multe, care au proprietăți mai bune la actualizarea, inserarea și ștergerea datelor. Acestea. normalizarea este un proces de înlocuire succesivă a unui tabel cu descompunerile sale complete până când toate sunt în 5NF, cu toate acestea, în practică, este suficient să aduceți tabelele la NFBK.

Procedura de normalizare se bazează pe faptul că singurele dependențe funcționale din orice tabel ar trebui să fie dependențe ale formularului, unde este cheia primară și este un alt câmp. Prin urmare, în procesul de normalizare, ar trebui să scăpați de toate „celelalte” dependențe funcționale, adică. din cele care au un aspect diferit de.

Dacă înlocuim codurile cheilor primare (străine) în momentul normalizării, atunci ar trebui luate în considerare 2 cazuri:

1. Tabelul are o cheie primară compusă, de exemplu, și un câmp care depinde funcțional de o parte a acestei chei, de exemplu, de (nu depinde de cheia completă). Se recomandă formarea unui alt tabel care să conțină și (- cheia primară) și ștergerea din tabelul original:

Înlocuiește, cheie primară, FZ

pornit, cheie primară

și cheia primară.

2. Tabelul are o cheie primară (posibilă), un câmp care nu este o cheie posibilă, dar de care depinde funcțional și, de asemenea, un alt câmp non-cheie care depinde funcțional de:. Se recomandă formarea unui tabel care să conțină atât (- cheia primară), cât și - ștergerea din tabelul original: De remarcat că pentru a efectua astfel de operațiuni, trebuie să avem inițial, ca date de intrare, niște relații „mari” (universale).

Def. 1. Atitudinea este în prima formă normală (1NF) dacă și numai dacă niciuna dintre liniile sale nu conține aceeași valoare în niciunul dintre câmpurile sale și niciunul dintre câmpurile cheie ale relației nu este gol.

Prin definiția 1, orice relație va fi în 1NF, adică o relație care satisface proprietățile relațiilor: nu există tupluri identice într-o relație; tuplurile nu sunt ordonate; atributele nu sunt ordonate și diferă după nume; toate valorile atributelor sunt atomice.

Def. 2. Atitudinea este în a doua formă normală (2NF) dacă și numai dacă relația este în 1NF și nu există atribute non-cheie care depind de o parte a unei chei complexe (adică, toate câmpurile care nu sunt incluse în cheia primară sunt complet funcționale dependente de cheia primară).

Dacă cheia candidată este simplă, atunci relația se găsește automat în 2NF.

Pentru a elimina dependența atributelor de o parte a unei chei complexe, este necesar să efectuați descompunere relații pentru relații multiple. Atributele care depind de o parte a unei chei complexe sunt luate într-o relație separată.

Atributele relației sunt numite independent reciproc dacă niciunul dintre ele nu este dependent funcţional de celălalt.

Def. 3. Atitudinea este în a treia formă normală (3NF) dacă și numai dacă relația este în 2NF și toate atributele non-cheie sunt reciproc independente (adică niciunul dintre câmpurile non-cheie ale relației nu depinde funcțional de orice alt câmp non-cheie).

Pentru a elimina dependența atributelor non-cheie, trebuie să descompuneți relația în mai multe relații. În acest caz, acele atribute non-cheie care sunt dependente sunt luate într-o relație separată.

Când se convertesc relații folosind algoritmul de normalizare în relații în 3NF, se presupune că toate relațiile conțin o cheie potențială. Acest lucru nu este întotdeauna adevărat. Există momente când o relație poate conține mai multe chei.

Def. 4. Atitudinea este în Forma normală Bice-Codd (NFBK) dacă și numai dacă determinanții tuturor dependențelor funcționale sunt chei potențiale (sau dacă orice dependență funcțională între perechile sale se reduce la o dependență funcțională completă de o posibilă cheie).

Dacă o relație este în NFBK, atunci este automat în 3NF, ceea ce decurge din Definiția 4. Pentru a elimina dependența de determinanți care nu sunt chei potențiale, este necesar să se efectueze o descompunere, luând acești determinanți și părțile lor dependente într-o formă separată. relație.

Există momente când relația nu conține nicio dependență funcțională. Acestea. relația este complet cheie, adică cheia unei relații este întregul set de atribute. Astfel, avem o dependență multivalorică, întrucât există încă o relație între atribute.

Def. 5. Atitudinea este în a patra formă normală (4NF) dacă și numai dacă relația este în NFBC și nu conține dependențe multivalorice netriviale.

Relațiile cu dependențe multivalorice netriviale apar, de regulă, ca urmare a combinării firești a două relații într-un câmp comun, care nu este cheie în niciuna dintre relații. În realitate, aceasta duce la stocarea într-o singură relație a informațiilor despre două entități independente.

Pentru a elimina dependențele multivalorice non-triviale, puteți descompune relația inițială în câteva noi.

Def. 6. Atitudinea este în a cincea formă normală (5NF) dacă și numai dacă orice dependență de unire existentă este trivială.

Def. 6. identic urmează și definiția.

Def. 7. Un raport nu este în 5NF dacă există o dependență de conexiune netrivială în relație.

Acea. dacă în fiecare descompunere completă toate proiecțiile relației originale conțin o posibilă cheie, putem concluziona că relația este în 5NF. O relație care nu are nicio descompunere completă este, de asemenea, în 5NF.

Fără a ști nimic despre potențialele chei în relație și despre modul în care atributele sunt interconectate, nu se poate argumenta că această relație este în 5NF sau în alte forme normale.

Cheie posibilă relația se numește un set de atribute de relație, care vor determina complet și fără ambiguitate (complet funcțional) valorile tuturor celorlalte atribute ale relației. În cazul general, pot fi mai multe posibile chei... Dintre toate cheile posibile ale relației, de regulă, se alege una, care este considerată cea principală și care se numește cheia primară a relației.

Atribute reciproc independente – acestea sunt atribute care nu depind una de alta. Dacă există mai multe FZ într-o relație, atunci fiecare atribut sau set de atribute de care depinde un alt atribut se numește determinant al relației.

9. Algebră relațională.

Algebra relațională este baza pentru accesarea datelor relaționale. Scopul principal al algebrei este de a oferi o înregistrare a expresiilor. Expresiile pot fi folosite pentru:

· definirea domeniului de aplicare prelevarea de probe, adică definirea datelor pentru selecția acestora, ca urmare a unei operațiuni de selecție;

· definirea domeniului de aplicare reînnoire, adică definirea datelor care urmează a fi inserate, modificate sau șterse ca urmare a unei operațiuni de actualizare;

· definiție (numit) relație virtuală, adică prezentarea datelor pentru vizualizarea lor prin vizualizări;

· definiție instantanee, de ex. definirea datelor care urmează să fie salvate ca „instantaneu” al relației;

· definirea regulilor de siguranță, de ex. definirea datelor pentru care se efectuează controlul accesului;

· definirea cerințelor de sustenabilitate, de ex. definirea datelor care sunt incluse în domeniul de aplicare pentru unele operațiuni concurente de control al accesului;

· definirea regulilor de integritate, de ex. niste reguli speciale pe care baza de date trebuie să le satisfacă, împreună cu reguli generale care reprezintă o parte a modelului relațional și se aplică fiecărei baze de date.

În implementările unor SGBD-uri relaționale specifice, nu este utilizat în prezent în formă pură nici algebră relațională și nici calcul relațional. Standardul de facto pentru accesarea datelor relaționale a devenit Limbajul SQL(Limbajul de interogare structurat).

Algebra relațională definită de Codd constă din 8 operatori, alcătuind 2 grupuri:

• operații tradiționale de set (unire, intersecție, scădere, produs cartezian);
• operații relaționale speciale (eșantionare, proiecție, conectare, împărțire).

În plus, algebra include operația de atribuire, care vă permite să salvați rezultatele calculării expresiilor algebrice în baza de date și operația de redenumire a atributelor, care face posibilă formarea corectă a antetului (schemei) relației rezultate.

Un scurt studiu al operatorilor de algebră relațională.

Probă– Returnează o relație care conține toate tuplurile unei anumite relații care îndeplinesc anumite condiții. Operația de selecție se mai numește și operația de constrângere ( restrânge - limitare, acum eșantionul este acceptat mai des - SELECTAȚI).

Proiecție– returnează o relație care conține toate tuplurile (adică - sub tupluri) unei anumite relații după excluderea unora dintre atributele din aceasta.

Muncă– returnează o relație care conține tot felul de tupluri, care sunt o combinație de două tupluri aparținând respectiv două relații definite.

Uniune– returnează o relație care conține toate tuplurile care aparțin fie uneia dintre cele două relații definite, fie ambelor.

Intersecție -returnează o relație care conține toate tuplurile care aparțin simultan la două relații definite.

Scădere -returnează o relație care conține toate tuplurile care aparțin primei dintre cele două relații definite și nu aparțin celei de-a doua.

Compus (natural) - Returnează o relație ale cărei tupluri sunt o combinație de două tupluri (aparținând, respectiv, două relații definite) care au o valoare comună pentru unul sau mai multe atribute comune ale acestor două relații (și astfel de valori comune apar în tuplul rezultat o singură dată , nu de două ori).

Divizia -pentru două relații, binare și unare, returnează o relație care conține toate valorile unui atribut al relației binare care se potrivesc (în celălalt atribut) cu toate valorile din relația unară.

LITERATURĂ

1. Data C.J. Introducere în sistemele de baze de date, ediția a 6-a: Per. din engleza - LA.; M.; SPb .: Editura „Williams”, 2000. - 848 p.

2. Connolly T., Begg K., Strachan A. Baze de date: proiectare, implementare și întreținere. Teorie și practică, ed. a II-a: Per. din engleza - M .: Editura „Williams”, 2000. - 1120 p.

3. Karpova T.S. Baze de date: modele, dezvoltare, implementare. - SPb .: Peter, 2001 .-- 304 p.

4. Faronov V.V., Shumakov P.V. Delphi 4. Ghidul dezvoltatorului bazelor de date. - M .: „Cunoașterea”, 1999. - 560 p.

5. J. Groff, P. Weinberg. SQL: Ghidul complet: Per. din engleza - К .: Grupul editorial BHV, 2001 .-- 816 p.

6. Ken Getz, Paul Lytwin, Mike Gilbert. Access 2000. Ghidul dezvoltatorului. Vol. 1, 2. Per. din engleza - К .: Grupul editorial BHV, 2000. - 1264 s, 912 s.

7. Maklakov S.V. BPwin și EPwin. CASE-instrumente pentru dezvoltarea sistemelor informatice. - M .: DIALOG-MEPhI, 2001 .-- 304 p.

8. Ullman D., Widom D. Introducere în sistemele de baze de date / Per. din engleza - M .: „Lori”, 2000. - 374 p.

9. Khomonenko A.D., Tsygankov V.M., Maltsev M.G. Baze de date: un manual pentru învățământul superior institutii de invatamant/ Ed. Prof. A.D. Khomonenko. - SPb .: print KORONA, 2000 .-- 416 p.

Designul conceptual este uneori numit design tehnic. Etapele sale principale sunt:

1) proiectare preliminară,

2) design de contur (de lucru sau tehnologic),

3) producerea, testarea și dezvoltarea unui prototip al sistemului.

(IS este un sistem informatic!)

La proiectare, incl. La rezolvarea problemelor de automatizare a proceselor, de obicei se adoptă inițial una dintre cele două opțiuni: crearea unui sistem care rezolvă sarcini imediate sau include sarcini promițătoare („pentru creștere”), ținând cont de nevoile viitoare.

În primul caz, puteți alege o soluție ieftină și o puteți implementa rapid. Cu toate acestea, este foarte probabil ca destul de curând un astfel de sistem va trebui modernizat sau înlocuit semnificativ.

În al doilea caz, va fi necesar un studiu mai serios al cerințelor și soluțiilor tehnice, ceea ce presupune o creștere a intervalului de timp și a costului proiectului.

Nu trebuie trecut cu vederea faptul că dezvoltarea rapidă a științei, tehnologiei și tehnologiei duce la îmbătrânirea rapidă a metodelor și sistemelor utilizate, ceea ce afectează negativ eficiența utilizării acestora. În același timp, faceți modificări pas cu pas componente individuale sistemul este mult mai ușor decât înlocuirea completă. În plus, de obicei este necesar să se ofere o rentabilitate rapidă a investiției, care este destul de dificil de organizat atunci când se implementează soluții complexe.

Trei tipuri principale de proiectare a obiectelor și sistemelor pot fi distinse în funcție de gradul de complexitate, volum și o serie de alți indicatori: proiecte mari, medii și mici (mici).

Atunci când implementează proiecte mari, aceștia recurg de obicei la ajutorul unor mari companii integratoare bine dovedite, inclusiv organizații de consultanță și implementare.

Pentru implementarea proiectelor de dimensiuni medii, aceștia încearcă să se descurce singuri și (sau) folosesc soluții gata făcute care urmăresc să se adapteze la cerințele specifice ale organizației clienților.

Proiectele mici se caracterizează prin utilizarea soluțiilor gata făcute și, în unele cazuri, prin adaptarea acestora la condițiile specifice de utilizare.

Proiectarea SI începe cu întocmirea unui plan de lucru sub formă de text și (sau) grafic. În prima etapă de proiectare, este necesar să se afle cerințele utilizatorilor față de sistem și, pe baza acestor cerințe, să se formeze un model al sistemului. Este de preferat să proiectați într-un mod modular. Proiecta sisteme de informare este direct legată de programarea lor, deci o parte semnificativă a munca de proiectare asociat cu programarea IS.

9. Caracteristici ale analizei de teren

Natural modelarea este realizarea unui studiu asupra unui obiect real cu prelucrarea ulterioară a rezultatelor experimentale pe baza teoriei similitudinii. Modelarea la scară completă este subdivizată în experiment științific, testare complexă și experiment de producție. Un experiment științific se caracterizează prin utilizarea pe scară largă a instrumentelor de automatizare, utilizarea unor mijloace foarte diverse de prelucrare a informațiilor, posibilitatea intervenției umane în experiment. Una dintre varietățile experimentului este testele complexe, în procesul cărora, ca urmare a repetarii testelor obiectelor în ansamblu (sau părți mari ale sistemului), sunt dezvăluite modele generale despre caracteristicile calității și fiabilitatea acestor obiecte. În acest caz, modelarea se realizează prin prelucrarea și generalizarea informațiilor despre un grup de fenomene omogene. Alături de testele special organizate, este posibilă implementarea modelării la scară largă prin generalizarea experienței acumulate în timpul procesului de producție, de exemplu. putem vorbi despre un experiment de producție. Aici, pe baza teoriei similitudinii, se prelucrează materialul statistic proces de producțieși obțineți caracteristicile sale generalizate. Este necesar să ne amintim despre diferența dintre experiment și cursul real al procesului. Constă în faptul că în experiment pot apărea situații critice individuale și pot fi determinate limitele stabilității procesului. În timpul experimentului, noi factori perturbatori sunt introduși în procesul de funcționare a obiectului.

10. Studiul analogilor și probelor

Dinamica schimbării în lumea modernă este asigurată în primul rând datorită activităților intensive de proiect, de care sunt capabili doar subiecții dezvoltării culturale și tehnologice, și nu doar interpreții. Principalul factor de dezvoltare este producerea de noi cunoștințe - determinarea tehnologiilor inteligente, care presupune plecarea unei persoane din sfera transformării directe a materiei și energiei la nivelul managementului și activității creative. Ritmul în continuă accelerare al progresului științific și tehnologic impune cerințe speciale omului modern. Cunoștințele devin rapid învechite și există o nevoie constantă de a actualiza și de a dobândi din ce în ce mai multe cunoștințe noi. În astfel de condiții, cunoștințele de care dispune o persoană sunt insuficiente și este nevoită să le obțină și să le producă într-un ritm din ce în ce mai accelerat.

Succesul și calitatea vieții depind de capacitatea unei persoane de a proiecta - de a identifica în mod independent problemele, contradicțiile și sarcinile realității înconjurătoare (cercetare pre-proiect), de a crea ceva nou (nu anterior) mai eficient, permițând depășirea problemei emergente. , adică prin „ieșirea” din limitele realității cunoscute și crearea uneia noi care nu a devenit încă.

Designul în realitate se realizează conform unor reguli și modele bine stabilite. Designul implică întotdeauna o anumită creștere a stării inițiale a obiectului de proiectare. Rezultatul designului poate fi prezentat ca unele sistem original(IS) și aditiv (increment) A.

Procesul de identificare a unei probleme și de căutare a unei soluții urmează un anumit tipar. Adesea această schemă nu este realizată (rămâne în subconștient). Întregul proces de proiectare poate fi împărțit aproximativ în trei etape mari:

Acest etapă asociat cu identificarea problemei. Baza apariției unei probleme într-o formă adecvată pentru efectuarea unor proceduri logice sau euristice pentru a o rezolva este un disconfort, un inconvenient explicit sau latent pe care îl experimentează o persoană într-o anumită situație de viață, desemnată ca problematică. Conștientizarea disconfortului resimțit intuitiv (fizic, mental, intelectual, spiritual) și a disconfortului duc la înțelegerea de către o persoană a esenței problemei și a formulării acesteia, care este una dintre condițiile pentru rezolvarea problemei. În acest caz, problema se transformă într-o problemă în care obiectul de studiu și/sau transformare, condițiile inițiale și starea, precum și (dacă este necesar) restricții privind viitorul solutii posibile... Cercetarea pre-proiect vă permite să preveniți repetarea proiectelor deja create și să direcționați gândirea creativă către identificarea unor probleme cu adevărat reale și formularea problemelor, a căror rezolvare va elimina problema la un nivel mai ridicat de calitate.

Faza a douaîși propune să creeze un proiect în sine sub formă de descrieri, diagrame, desene, algoritmi, programe, calcule etc. Procesul de creare a unui proiect constă în construirea de imagini mentale ale realității viitoare (idei) folosind metode euristice, asociative-intuitive, raționale, algoritmice și alte metode care activează funcția creatoare a conștiinței și în traducerea ulterioară a imaginilor mentale formate într-un formă accesibilă pentru percepția și înțelegerea vizuală (vizualizare sau design). Crearea unei imagini (aspect) accesibilă a ideii de rezolvare a unei probleme este asigurată de tipuri de activitate mentală umană condiționate reciproc - cercetare și proiectare. Cu o anumită asemănare, ele diferă, în primul rând, prin obiectul cunoașterii, precum și prin metodele și succesiunea de efectuare a procedurilor. Cercetarea și designul pot fi clasificate în funcție de tipul de model. Cercetarea este un model cognitiv axat pe procesul de dobândire a cunoștințelor despre real lumea existentăși elementele sale. Acest model poate fi construit pentru procesul de învățare și pentru procesul de cercetare științifică - acesta este procesul de producere a cunoștințelor despre fenomenele, proprietățile, stările unui obiect real existent, disponibil sau totalitatea acestora. Puteți explora doar ceea ce este în lumea reală. Designul este un model pragmatic, se construiește în situații în care este necesar să se realizeze un fel de transformare a lumii reale pentru a obține un alt rezultat - acesta este procesul de producere a cunoștințelor despre o realitate (virtuală) inexistentă. care poate avea loc în anumite condiţii.

Designul și cercetarea, modelele cognitive și pragmatice nu pot exista unele fără altele. Ele pot fi considerate drept proceduri reciproc dependente ale procesului de satisfacere a nevoilor umane.

11. Studiul standardelor

Standardele sunt orientări metodologice în construcții, sunt un ansamblu de acte normative tehnice, economice și juridice adoptate de autoritățile executive, care reglementează realizarea activităților de urbanism, precum și studii inginerești, proiectare și construcții arhitecturale și de construcții.

Studiul standardelor este fundamental, rol important, deoarece normele în construcții acoperă o zonă imensă de proiectare. De exemplu:

capitol Securitate include (Reglementări de incendiu, încărcări și impacturi, fundații ale clădirilor și structurilor) și multe altele,

Capitol Constructii acoperă toate tipurile de beton și beton armat, aluminiu, azbociment și alte structuri

Capitol Inginerie de rețeași sisteme acoperă canalizarea clădirilor, a rețelelor externe și a structurilor , încălzire, ventilație și aer condiționat , precum și furnizarea de gaz, calculul conductelor din oțel și multe altele.

Capitol Transport acoperă conducte principale, transport industrial, linii de tramvai și troleibuz și multe altele.

De asemenea este si alte sectii de exemplu structuri hidraulice, Urbanism, organizare, producere si receptie lucrari, norme de deviz si altele

Calitatea deținerii acestor cunoștințe formează utilitatea, forța, frumusețea și rentabilitatea obiectului în construcție.

Activitatea principală a companiei Method din momentul înființării până în prezent este dezvoltarea inventiei programe de calculator bazate pe metode de proiectare conceptuală sisteme tehnice.

Concept design este un tip separat de activitate de proiect. Rezultatul său sunt variantele conceptelor sistemului tehnic proiectat (TS) ca întreg și părțile sale individuale.

Conceptul TS are diverse forme de prezentare, diferind prin nivelul de elaborare (specificitate). Aceasta:
Diagrama funcțională, care indică un set de elemente ale vehiculului care îndeplinesc o anumită funcție tehnică și modul de interacțiune a acestora.

Principiul de funcționare determinarea relației dintre fenomenele fizice (chimice etc.) care au loc în vehicul pe diferite etape ciclul său de viață.

Principiul schimbării, indicând modul în care se schimbă materialele, designul, modurile de funcționare și interacțiunea dispozitivului cu mediu inconjurator pentru a-și îmbunătăți performanța.

Schema structurala, care determină compoziția vehiculului, poziția relativă și relația dintre elementele acestuia, caracteristicile designului acestora, materialele utilizate, raport optim parametrii elementelor și alte caracteristici esențiale. De obicei, pentru concizia prezentării, schema constructivă a vehiculului este prezentată sub formă formula distincta... Enumeră doar acele caracteristici de design care disting vehiculul proiectat de prototipul său.

Principalul volum de sarcini de proiectare conceptuală trebuie rezolvat în primele etape ale dezvoltării vehiculului: în timpul dezvoltării unui design conceptual și a unui proiect preliminar. Cu alte cuvinte, atunci când aspectul viitorului produs este determinat. Cu toate acestea, în viitor, în etapele de proiectare detaliată, testare, punere în producție, dezvoltatorii se confruntă cu probleme tehnice complexe. Eliminarea lor necesită și tehnici de design conceptual.

Locul și domeniul de aplicare al designului conceptual ca procedură de căutare separată sunt explicate de următoarea diagramă.

Designul conceptual este o parte esențială a procesului de creare a noului produs. În cele din urmă, numărul de concepte dezvoltate ale viitorului produs este cel care îl determină noutateși calitate, și, prin urmare, ei competitivitatea si volumul vanzarilor.

Aplicarea practică a metodelor de proiectare conceptuală a arătat că acestea sunt indispensabile în rezolvarea unor probleme precum:

• dezvoltarea de noi dispozitive și tehnologii;
• îmbunătățirea calității și reducerea costurilor de producție;
• prognoza dezvoltării unui domeniu specific al tehnologiei;
• obtinerea prioritatii intr-un domeniu tehnic dat;
• managementul cunoștințelor și al proprietății intelectuale a întreprinderii.

Invenție și Concept Design

Invenția și designul conceptual sunt activități conexe, care diferă în principal prin obiectivele lor.

Invenția este o activitate de inițiativă individuală. Scopul inventatorului este de a crea o invenție, adică. solutie tehnica cu noutate mondială... Invenția, ca formă de activitate umană, este asemănătoare cu arta. Prin urmare, de foarte multe ori crearea unei invenții poartă element al hazardului... Multe invenții remarcabile apar „nici atunci” și „nu acolo”, așa cum cere producția reală. Acesta este unul dintre motivele principale ale dificultăților de punere în practică a invenției.

Natura aleatorie a invenției poate întârzia dezvoltarea tehnologiei nu ani de zile, ci milenii! De exemplu, grecii antici cunoșteau toate dispozitivele tehnice elementare pe care Edison le folosea în fonograful său pentru a înregistra și a reproduce sunetul. Ei știau despre proprietățile corzilor de a vibra atunci când bate vântul, despre vibrația membranelor tamburului, au folosit pârghii pentru a crește puterea și au folosit tablete acoperite cu ceară pentru a scrie cuvinte. Cu toate acestea, nu au putut combina toate aceste cunoștințe într-un singur dispozitiv. Apropo, Edison datorează și o pauză norocoasă inventării fonografului.

Spre deosebire de invenție, designul conceptual este planificat activitati de productie ... Scopul său este de a rezolva o problemă tehnică care a fost prezentată dezvoltatorilor într-un interval de timp dat. În acest caz, de obicei, sarcina nu este stabilită pentru a găsi o soluție tehnică fundamental nouă, de ex. invenţie.

Dacă o soluție tehnică este găsită după perioada specificată, atunci, de regulă, este practic imposibil să o implementeze. Utilizarea unei astfel de soluții în proiectul actual este imposibilă, deoarece timp pierdut. În următorul proiect al unui produs similar, această soluție, de asemenea, de obicei nu are loc, deoarece apar noi cerințe și noi soluții.

Scopul designului conceptual - de a asigura soluția sistematică a unei probleme tehnice - este atins prin utilizarea tehnologiilor informaționale moderne. Spre deosebire de invenție, care este dominată de creativitatea umană, designul conceptual este, în primul rând, tehnologie. Ea este cea care permite garanție rezultatul dorit în timp util.

TRIZ și design conceptual

TRIZ - teoria rezolvării inventive a problemelor - a fost dezvoltată de G.S. Altshuler. și studenții săi din URSS în anii 50 - 80 ai secolului trecut. Această metodologie este dezvoltată cu succes în prezent. Metodele TRIZ sunt folosite atât de inventatori individuali, cât și de firme de consultanță din multe țări ale lumii.

TRIZ și designul conceptual sunt metodologii legate. Au același scop - o soluție planificată, intenționată a problemelor tehnice, dar metode diferite.

Arsenalul principal al TRIZ este metode euristice constând din algoritmi speciali, instrucțiuni, instrucțiuniși altele asemenea, care se concentrează pe utilizarea umană. metode TRIZ Ajutor un inventator să analizeze o problemă tehnică, să vină cu o soluție și să-i extindă domeniul de aplicare.

Utilizarea mai largă a metodelor TRIZ în practica ingineriei este limitată de necesitate pre-antrenament... Este posibil să stăpâniți aceste metode la nivelul corespunzător numai după o pregătire pe termen lung în cursuri speciale de la un profesor cu experiență.

Răspunsul corespunzător la problema de învățare a fost crearea de programe de calculator care implementează metodele TRIZ. Cu toate acestea, acest lucru nu evită complet pre-antrenamentul. În aceste programe, computerul este folosit ca ajutor. Cu ajutorul său, inventatorul înregistrează în principal rezultatele rezolvării unei probleme tehnice și găsește, de asemenea, euristice și exemple tehnice adecvate. Atunci când lucrează cu astfel de programe de calculator, inventatorul trebuie să efectueze el însuși întregul domeniu al operațiunilor creative.

În proiectarea conceptuală, pentru a rezolva probleme tehnice, metode formale si mare bază de cunoștințe, care poate fi implementat doar sub formă de programe de calculator. Utilizatorul nu trebuie să știe ce metode (algoritmi) sunt utilizați în aceste programe. Este suficient ca el să indice o problemă tehnică, să apasă butonul „Rezolvare” și să aleagă cea mai bună soluție dintre soluțiile găsite. Astfel, metodele de proiectare conceptuală permit oricărui inginer să rezolve în mod intenționat probleme tehnice fără o pregătire metodologică prealabilă.

În ciuda diferențelor indicate, abordările TRIZ și designul conceptual nu se exclud, ci se completează reciproc. Metodele TRIZ sunt indispensabile atunci când se caută modalități de a rezolva o problemă tehnică. Ele ajută inginerul să treacă de la o problemă tehnică complexă la probleme inventive tipice. După aceea, puteți aplica tehnicile de design conceptual. Chiar și acum, programele inventive bazate pe metode de design conceptual pot rezolva unele probleme inventive de complexitate moderată. Acest lucru este furnizat de baze de date extinse cunoștințe specifice de inginerie si complex algoritmi formali care sunt utilizate în aceste programe.

În plus, după cum arată experiența noastră, cele mai bune rezultate atunci când lucrează cu programe moderne inventive, inginerii care sunt competenți în TRIZ reușesc.

La aceasta trebuie să adăugăm că nu va fi niciodată posibilă formalizarea completă a întregului proces de rezolvare a problemelor tehnice. Evident, în timp, domeniul de aplicare al programelor de calculator inventive se va extinde, dar nu vor înlocui niciodată complet o persoană în această chestiune. Și acest lucru nu este cauzat de faptul că unele probleme matematice nu au fost încă rezolvate sau că nu există suficientă viteză și memorie în calculatoare existente... Există o singură problemă: computerul nu inventează pentru că nu vrea!

Potențialul de inovare se bazează pe rezultatele primelor două etape ale ciclului de inovare, adică. asupra rezultatelor fundamentale şi cercetare aplicată... Aceste rezultate pot fi exprimate în tipuri diferite- din ideea care caracterizează însăşi posibilitatea aplicație practică, la prototipuri, prevazute cu desene tehnice, tehnologie de productie, testate si omologate in productie.

Rezultatul aprobat al lucrărilor de cercetare și dezvoltare (C&D) și al activității de cercetare și dezvoltare (C&D) este de preferat pentru utilizare în întreprinderi, deoarece oferă oportunitatea dezvoltării unei întreprinderi cu anumite riscuri. Primul tip de rezultate științifice testate (ideea de cercetare și dezvoltare) stă la baza potențialului inovator și diferă riscuri mari, care sunt foarte greu de estimat în practică. Prin urmare, astfel de rezultate au o dezvoltare prioritară pe baza administrației publice, care acționează ca un capitalist de risc.

rezultate cercetare științifică, care sunt planificate pentru trecerea la etapa de difuzare inovatoare, stau la baza unei noi etape de cercetare, care se caracterizeaza prin relevanta realizarii cercetarii stiintifice in cercetarea tehnica, tehnologica si inovatoare.

Cercetarea inovatoare determină căile de tranziție de la rezultatele cercetării la difuzarea inovatoare și include cercetarea organizațională și economică, alegerea întreprinderilor și organizațiilor pentru introducerea inovațiilor, inovațiilor și inovațiilor în producție.

Astfel, particularitățile dezvoltării inovatoare includ aspecte caracteristice etapelor incipiente ale proiectării obiectelor și sistemelor tehnice în dezvoltarea tehno-materială a ramurilor societății. A doua componentă a dezvoltării inovatoare este cercetarea inovatoare, determinată de alegerea unei întreprinderi și de formarea parteneriatelor acesteia cu o organizație științifică, o universitate, i.e. cu dezvoltatorul de inovare, inovare, inovare.

Această abordare a organizării managementului dezvoltării inovatoare într-o regiune asigură continuitatea ciclului de inovare ca conditie necesara pentru dezvoltarea activităţilor inovatoare.

Modelarea în stadiile incipiente de proiectare este concepută pentru a rezolva problema designului conceptual, adică. determina și folosește astfel de soluții tehnice și tehnologice care pot oferi în continuare avantaje competitive obiectul tehnic, sistemul, întreprinderea, industria și teritoriul (regiunea) creat.

Modelare conceptuală are trăsături caracteristice etapelor incipiente ale activităților de proiectare (inclusiv ideea) și care se termină cu proiectarea preliminară, ceea ce determină crearea de soluții tehnice și tehnologice noi și promițătoare, care oferă potențial inovator cu avantaje competitive.

Ideile rezultate pot fi: 1) un proiect; 2) programul; 3) direcția lucrărilor de proiectare științifică și experimentală. Crearea pe baza soluției tehnice și tehnologice primite a proiectului determină posibilitățile de planificare a afacerii, i.e. obţinerea unui plan de lucru organizatoric şi economic fundamentat. Programul include un proces de cercetare, al cărui rezultat este un set de proiecte inovatoare interdependente. Realizarea eficienței organizaționale și economice în cadrul programului se realizează în etape pe baza implementării coordonate a unui set de proiecte. Trăsătură distinctivă Direcția inovatoare este o mare parte a cercetării științifice care vizează găsirea unor astfel de soluții tehnice și tehnologice care pot oferi avantaje competitive întreprinderii în dezvoltarea acesteia. Direcția include programe și proiecte.

Efectuarea lucrărilor de proiectare în fiecare dintre cele trei domenii se bazează pe potențialul intelectual al profesioniștilor care folosesc metodele creativității științifice și tehnice, iar în condiții moderne necesită sprijin bazat pe tehnologia informației pentru rezolvarea problemelor științifice și tehnice neformalizate.

Proiectarea conceptuală, inclusiv căutarea ideilor, se distinge prin planificarea țintelor, parametrilor, indicatorilor obiectului tehnic sau sistemului creat. Din punctul de vedere al inovației în design, un rezultat negativ care are chiar și valoare științifică este considerat un eșec. Conform psihologiei cognitive, fiecare designer, constructor are propria sa hartă cognitivă personală, care determină schema viziunii sale asupra imaginii obiectului de design și procesul de implementare a acestuia, prin urmare sarcina este de a alege o imagine inovatoare a designului tehnic. a obiectului.

Procesul de lucru este asociat cu prezența dezvoltatorului a unui model mental, care are o stare actuală și este în continuă schimbare în procesul de cunoaștere, care este procesul de proiectare conceptuală cu utilizarea instrumentală a modelelor cognitive (lat. Cogniție - cunoaștere). , cogniție). În studiile tehnice, aceste modele sunt folosite ca modele de simulare, care sunt concentrate pe prezicerea comportamentului unui operator atunci când interacționează cu sisteme tehnice complexe.

Designul conceptual se caracterizează prin oportunitatea utilizării metodelor de cunoaștere mediată, adică modelare. Caracterizând modelele utilizate în primele etape de proiectare, remarcăm prioritatea atenției la caracteristicile construcției structuri ierarhice modelarea, desfăşurarea proceselor informaţionale, precum şi luarea deciziilor.

Studiul problemei sintezei structurale și parametrice în procesul de proiectare în stadiile incipiente din punct de vedere cognitiv în sisteme tehnice complexe arată două etape clar exprimate: 1) stadiul sintezei structurale și 2) stadiul sintezei parametrice care descrie funcționarea. Etapele includ legături esențiale în orientarea cognitivă. Modelarea cognitivă asistată de computer îmbunătățește eficiența designului. Sarcinile de structurare, aspectul produsului și parametrizare par a fi cele mai promițătoare din punctul de vedere al modelării cognitive.

De exemplu, la crearea unui motor diesel, structura unui produs se poate schimba nesemnificativ, iar principalele dificultăți vor fi asociate cu sinteza parametrică. Situația opusă este atunci când se creează produse alimentare de nouă generație și importanța aproximativ echivalentă a sintezelor structurale și parametrice pentru industria construcțiilor. În același timp, pot exista excepții pentru fiecare dintre industriile indicate în ceea ce privește raportul dintre problemele de sinteză structurală și parametrică, care este determinată de crearea unui sistem de producție flexibil.

Formarea structurii se realizează euristic (metode de creativitate științifică și tehnică) sau structura este selectată dintr-un set de soluții. Simularea etapelor structurale și parametrice (funcționale) într-un singur model este foarte dificilă în același timp și poate fi rezolvată parțial doar cu suport computerizat în sistemul „om-mașină”. În același timp, etapa parametrică (funcționarea) se distinge prin utilizarea teoriei analizei și a similitudinii. Crearea unei teorii a funcționării pentru sisteme tehnice complexe este posibilă doar pentru anumite aspecte.

În primele etape de proiectare, desenele intermediare brute și modelele similare (aproximare verbală, progresivă) își găsesc utilizare.

Modelele de conținut sunt enunțuri verbale ale problemei, programe și planuri de dezvoltare a sistemelor, „arbori” de obiective, management, proiectare etc., care folosesc pe scară largă o abordare sistematică bazată pe conceptele de sistem, subsistem, element structural, ierarhie, proprietăți (parametri), obiective, funcții etc. Acest lucru vă permite să identificați specificul și tiparele sistemelor complexe, să descompuneți în subsisteme și să organizați interacțiunea acestora, ținând cont de influența Mediul extern... În continuare, apare posibilitatea trecerii la utilizarea metodelor formalizate.

Având în vedere modelele utilizate în rezolvarea problemelor de proiectare, putem distinge:

Descrierea ierarhică și strategiile de formare a acesteia;

Modele teoretice de set;

Modele de reprezentare a cunoștințelor: de exemplu: produsele ca formă de furnizare a cunoștințelor; rame; scenarii; modele de predicate; modele de prezentare a datelor.

La proiectare, un scenariu este înțeles ca un sistem de ipoteze despre cursul procesului studiat, pe baza căruia unul dintre opțiuni posibile previziune, se construiește un plan (și un scenariu) pentru implementarea a ceva. În primul rând, este elaborat un scenariu de bază, care arată impactul cel mai probabil al tuturor evenimentelor asupra indicatorilor de bunăstare, iar în paralel este construit un scenariu pesimist. În plus, pentru a ajuta liderul să ia o decizie adecvată, sunt dezvoltate două strategii de acțiune proactivă:

În legătură cu evenimentele care pot fi controlate, sunt planificate acțiuni pentru a se asigura că apar evenimente dezirabile și nu evenimentele nedorite;

Pentru evenimentele necontrolabile, sunt identificate acțiuni care sporesc efectele benefice și le atenuează pe cele adverse.

Rezultatul acestei elaborări este așa-numitul „scenariu forțat”. Există exemple de bună utilizare a scenariilor în proiectare pentru a descrie acțiunile utilizatorului cu mai multe niveluri explicație vizuală... Rezultatele oferă o indicație despre cât de detaliu ar trebui să fie prezentate informațiile pentru a fi utilizate interfețe adaptive... Scenariile sunt o modalitate de prezentare a informațiilor și sunt convenabile pentru reprezentarea cunoștințelor stereotipe care definesc situații tipice într-o anumită zonă. V sisteme inteligente scripturile sunt folosite în procedurile de înțelegere a textelor în limbaj natural, planificarea comportamentului, luarea deciziilor, creșterea eficacității învățării.

Această abordare a proiectării în stadiile incipiente din punctul de vedere al modelării cognitive oferă însăși posibilitatea de a conduce o strategie de dezvoltare inovatoare. În același timp, este posibil să dați deoparte strategia de dezvoltare pentru model de simulare, care se dezvoltă în societatea rusă. În timp ce creați suport informatic a procesului de conceptualizare, este necesară utilizarea activă a potențialului intelectual al profesioniștilor din diferite domenii de cunoaștere, organizații științifice, întreprinderi și industrii.

Modelarea cognitivă a obiectelor și sistemelor tehnice și tehnologice determină posibilitatea unei legături complexe în tehnologia informației a trei componente: 1) conceptualizare; 2) structurare și 3) parametrizare. Conceptualizarea trebuie să aibă un scop, ceea ce implică aplicarea analizei categorice și a teoriei paradigmei.

Odată cu orientarea cognitivă a structurării se determină posibilitatea generării de noi structuri invariante.

Pe baza modelelor verbale, prin realizarea de organigrame, intră în layout procesul de proiectare, care este realizat de un specialist, și trebuie să fie prevăzut cu un sistem de suport personalizat. Pentru parametrizarea componentelor produsului sunt caracteristice lucrările de integrare, ceea ce determină oportunitatea utilizării graficii cognitive pe computer. Designul conceptual este de natură colectivă, care definește caracteristicile tehnologia de informație sustine aceasta activitate.

Trebuie remarcat faptul că, cu cât este considerată mai devreme etapa de proiectare (etapa ideii), cu atât mai competitiv poate fi produsul, obiectul tehnic sau sistemul, tehnologia creat.

Abordările, modelele utilizate în crearea sistemelor tehnice pot fi utilizate în sistemul de control analitic nu numai pentru dezvoltarea de soluții tehnice și tehnologice, ci și pentru dezvoltarea de soluții. managementul sistemului dezvoltarea inovatoare a unei organizații, întreprinderi, industrie, regiune.

Dezvoltarea potențialului inovator se caracterizează prin sistemul „universitar – industrie”, întrucât este necesară combinarea cunoștințelor acestor două sfere de cunoaștere.

Concepte de bază, clasificare