Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ предметной области «Контроль параметров промышленных объектов» 11
1.1. Анализ целей создания системы и ее" предполагаемых пользователей 11
1.2. Описание предметной области 14
1.3. Анализ существующих систем контроля и мониторинга параметров промышленных объектов 17
1.3.1. ИС«Недвижимость» 17
1.3.1.1.Состав ИС «недвижимость» 17
1.3.1.2. Функции системы 20
1.3.2.ИС"БТИ" 23
1.3.2.1. Устройство системы 25
1.3.2.2. Возможности системы 26
1.3.3. ИС "Мониторинг состояний зданий" 26
1.3.3.1. Основные функции системы 26
1.3.3.2. Основные информационные блоки системы... 27
1.3.3.3. Анализ состояний здания 27
1.4 Разработка архитектуры ИС «Контроль параметров промышленных объектов государства Иран» 28
Выводы по главе 1 30
ГЛАВА 2. Разработка методов и средств представления и описания данных на концепиуальном уровне 31
2.1. Анализ моделей данных концептуального уровня ЗІ
2.2. Формализованное описание концептуальной модели данных 44
2.3. Средства описания данных на концептуальном уровне 52
Выводы по главе 2 67
ГЛАВА 3. Разработка семантических моделей и реляционной схемы по предметной области «Контроль параметров промышленных объектов» 68
3.1. Построение локальных взглядов пользователей 68
3.2. Разработка концептуальной схемы предметной области 75
3.3. Выбор СУБД 77
3.3.1.1. СУБД Oracle8i 78
3.3.1.2.СУБД Microsoft SQL Server 79
3.3.1.3. СУБД IBM DB2 80
3.3.1.4. СУБД от Informix 82
3.4. Разработка реляционной схемы 86
3.5. Разработка словаря-справочника данных 97
Выводы по главе 3 101
ГЛАВА 4. Реализация ИС «Контроль параметров промышленных объектов» 102
4.1 Выбор архитектуры ВС ИС 102
4.1.1. Варианты типовых архитектурных решений ВС 102
4.1.1.1. Телеобработка 102
4.1.1.2. Файловый сервер 104
4.1.1.3. Технология «клиент/сервер» 105
4.2 Архитектура ВС ИС «Контроль параметров промышленных объектов» 108
4.2.1. Сервер ПО
4.2.2. Клиент ПО
4.3. Общая схема функционирования и режимы работы системы 111
Выводы по главе 4 124
Заключение 125
Литература 127
Приложение 136
- Анализ существующих систем контроля и мониторинга параметров промышленных объектов
- Разработка архитектуры ИС «Контроль параметров промышленных объектов государства Иран»
- Средства описания данных на концептуальном уровне
- Разработка словаря-справочника данных
Введение к работе
Актуальность темы. Проблемы контроля технического состояния инженерных сооружений актуальны в большей или меньшей степени во всех государствах с развитой или развивающейся промышленностью. В Иране эти проблемы стоят особенно остро в силу его административно-территориальной системы и относительно большой площади государства и сложной экологической обстановки.
Каждое инженерное сооружение должно в течение заданного срока эксплуатации удовлетворять потребительским качествам, которые выражаются в ряде требований: технических (прочность, устойчивость, долговечность), пожарной безопасности, экономичности в постройке и, особенно, в эксплуатации и некоторым другим. Функционирование его должно быть целесообразным, т.е. должно наиболее полно отвечать своему назначению в течение эксплуатационного срока.
Чтобы обеспечить нормальное функционирование здания или сооружения, следует в течение всего эксплуатационного срока отслеживать множество параметров, таких как изменение состояния грунта, состояние фундаментов, перекрытий, кровли, стен, несущих конструкций (для зданий); температура, влажность, газовый состав воздуха в помещениях и др.
Все эти требования обычно удовлетворяются на стадии проектирования путем следования СНиП (нормам). Но в процессе строительства (а иногда и неудачного или неграмотного проектирования) и эксплуатации проявляются ошибки, вызывающие кроме, износа деформирование отдельных элементов сооружений и многие другие дефекты, снижающие надежность зданий и сооружений. Подмеченные во время осмотров или по сигналам потребителей дефекты потребуют выяснения степени их опасности, причин их появления, предложений по устранению, восстановлению или даже усилению конструкций.
Зачастую принятие оперативного решения о проведении тех или иных процессов на объекте напрямую зависит от полноты и достоверности информации о процессах, проводимых ранее, а также от наличия полной технической документации по объекту. В большинстве случаев вся эта информация если и существует, то в разрозненном виде, нередко она фрагментирована и требует восстановления. Почти всегда документация находится в руках различных организаций и получение доступа к ней занимает значительное время.
Таким образом, исследование методов организации информации и построения соответствующей информационной системы (ИС) представляется весьма актуальной.
Объектом исследования является множество промышленных объектов, параметры которых должны контролироваться на территориальном уровне.
Целью диссертационной работы является разработка методов организации информации и соответствующей ИС для процесса контроля параметров промышленных объектов государства Иран.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе последовательно решены следующие задачи:
Анализ существующих систем контроля и мониторинга параметров промышленных объектов
В этом разделе будет проведен сравнительный анализ существующих систем, выполняющих схожие задачи. В диссертации анализируются 3 таких системы - это ИС «БТИ», созданная новосибирской фирмой НПП ИКСТЕХ, ИС «Недвижимость» московской фирмы ЗАО «ЭЛКО Технологии» и ИС «Мониторинг зданий» - продукт Информационно-аналитического центра Департамента образования г.Москвы.
1.3.1 ИС «Недвижимость»
ИС «Недвижимость» создана для учета и управления большим фондом ведомственной недвижимости в России и за рубежом.
1.3.1.1 Состав ИС «недвижимость» .
В состав системы входят программно-функциональные комплексы: Оперативный учет объектов недвижимости Управление эксплуатацией и текущим ремонтом (техпаспорт, планирование ремонтов, договора, сметы, акты и т.п.)
Управление строительством и реконструкцией (отслеживание хода строительных проектов, договора, различные виды смет, в т.ч. ресурсные)
Финансово-экономический учет и анализ (аренда, купля-продажа, страхование, налогообложение, анализ доходов и расходов)
Правовое обеспечение (правовые и контрактные документы, регистрация и обременения прав и т.д.)
Графическое описание объектов недвижимости (поэтажные планы, фото-, видео- и другие документы)
Маркетинг недвижимости (заявки на объекты, коммерческие предложения)
В ИС «Недвижимость» реализована интегрированная среда, объединяющая разнородные информационные технологии:
Технико-экономическая обработка данных;
Текстовый редактор и электронные таблицы;
Гипертекстовый обработчик документов;
Геоинформационные технологии;
Средства работы с мультимедийной информацией.
Описание объекта недвижимости содержит: ? Блок технической информации (геодезия, картография земельных участков, площади, этажность объектов, поэтажные планы, характеристики конструктивных элементов, описание инженерных систем, нормативные сроки ремонтных работ, планы эксплуатации и т.п.);
Блок экономической информации (доходы по аренде, расходы по эксплуатации и ремонту, налогообложение и страхование, балансовая, полная восстановительная и рыночная стоимость объекта с хронологией переоценок, дебиторская задолженность и т.п.);
Блок юридической информации (правоустанавливающая документация по объекту, охранные обязательства, договора и справки об управляющих и эксплуатирующих организациях, арендные договора и т.п.);
Блок маркетинговой информации (фотографии фасадов, интерьеров и видов из окна, историко-архитектурные справки, планы помещений, подъездные пути, удобства, дополнительные услуги, ключевые условия арендных договоров и т.п.).
Детальное описание зданий и сооружений включает данные о помещениях, квартирах, пристройках, гаражах и. т.д. 1.3.1.2 Функции системы.
Система позволяет проводить финансово-экономический учет и анализ управления недвижимостью.
Анализ баланса доходов и расходов по объектам недвижимости;
Учет расходов по аренде, стоимости средств связи, абонентной платы за коммунальные услуги, страхования, налогообложение;
Учет балансовой, общей восстановительной и действительной стоимости объекта недвижимости с хронологией переоценок;
Анализ использования площадей по заселенности и доходности;
Учет дебиторской задолженности;
Учет эксплуатации по общему и развернутому плану
Разработка архитектуры ИС «Контроль параметров промышленных объектов государства Иран»
Проведенный в главе анализ существующих систем позволил разработать общую архитектуру информационной системы для контроля параметров промышленных объектов. Система имеет распределенный характер. Включает ряд территориальных информационных систем, объединяющих соответствующие приложения и центральную базу данных, хранящую интегрированную информацию об общем состоянии объектов. Для оптимизации расчетов в систему включено множество вторичных баз данных. Для ведения совокупности баз данных в систему включен словарь-справочник данных, позволяющий администратору базы данных управлять асинхронными процессами обновления информации в различных территориальных базах данных.
Пользователи имеют возможность реализовывать локальные запросы к территориальным базам данных, а также осуществлять распределенные транзакции и обращаться, при соответствующем статусе, к центральной интегрированной базе данных. Все базы данных объединены в единую вычислительную сеть с использованием соответствующих каналов связи и средств телекоммуникации. Общая архитектура системы представлена на рис. 1.3.
1. Проведен анализ предметной области «Контроль параметров промышленных объектов государства Иран» и определены основные цели и задачи системы.
2. Проведен анализ существующих систем контроля параметров различных объектов, позволяющих определить основные требования к ИС.
3. Предложена общая архитектура ИС «Контроль параметров промышленных объектов государства Иран» и рассмотрены основные компоненты и их взаимосвязи. ГЛАВА 2. Разработка методов и средств представления и описания данных на концептуальном уровне
В главе дается анализ методов представления данных на концептуальном уровне. Проведенный анализ служит основой для разработки концептуальной модели данных и средств описания данных. 2.1. Анализ моделей данных концептуального уровня
Модель данных играет ключевую роль на всех этапах проектирования БД. Под МД понимается множество базовых концепций, правил порождения и операций манипулирования данными, т.е. совокупность методов и средств, позволяющих абстрагироваться от существа физических объектов и их взаимосвязей и описать информационное содержание ПО [ 6 ] .
Каждая модель предлагает свой подход к описанию схемы данных (СД) ПО. Однако, в общем случае, она должна определять [13,16]:
- статические свойства (структуру) данных;
- динамические свойства данных;
- ограничения целостности.
Структурная часть МД описывается языком определения данных (ЯОД) и использует следующие концепции [ 24 ]:
- структурные элементы для определения элементарных объектов, их свойств и классификации объектов;
- структурные отношения для определения связей между объектами;
- структурные абстракции для описания сложных объектов, созданных над структурными элементами и отношениями.
Динамическая часть МД описывается языком манипулирования данными (ЯМД) и определяет:
-элементарные операторы доступа, включения, исключения данных; - правила композиции элементарных операторов: последовательность, выбор и прочие;
- сложные операторы (транзакции) контроля целостности, вычисления значений, описания запросов и другие.
Ограничения целостности представляют логические ограничения, которые вводятся в МД для повышения ее семантичности. Наиболее распространенными являются ограничения на значения данных и на связи между данными. По способу задания они разделяются на внутренние (базовые свойства концепций МД), явные, задаваемые пользователем в явном виде, и неявные, являющиеся следствием первых двух [ 102 ]. Эти ограничения могут быть представлены декларативно в описании структуры и/или процедурно в динамической части модели.
Выбор МД определяется соответствием предоставляемых ею возможностей и средств целям и области ее применения. [ 92 ] КМД должна удовлетворять некоторым общим требованиям:
- описывать только концептуально важные аспекты, не касаясь представления данных и их физической реализации; - обеспечивать богатые и выразительные концепты, с помощью которых можно было бы определить все относящиеся к ПО правила, понятия и ограничения; - учитывать особенности последующих этапов проектирования БД. Так как при сравнении различных МД необходимо рассматривать их с общих, более абстрактных позиций, позволяющих выявить их относительные достоинства и недостатки, то для целей анализа существующих КМД в работе используются следующие характеристики: 1. Возможности МД по определению сложных структур данных ПО и возможности ЯМД по описанию динамических свойств. 2. Формальное математическое определение основных концепций модели, обеспечивающее их однозначное толкование. 3. Формальное описание семантики ЯОД и ЯМД, базирующихся на наборе первичных концепций МД. 4. Простота и наглядность средств, предоставляемых МД, т.е. небольшое число основных концепций, наличие графической интерпретации структурной и динамической части СД. 5. Связь с последующими этапами проектирования. МД должна поддерживаться хотя бы одной из существующих СУБД, либо должны существовать правила и процедуры отображения в МД логического уровня: иерархическую, сетевую, реляционную. В настоящее время существует свыше сорока МД, используемых на этапе концептуального проектирования и смежных с ним этапах [ 89 ].
Средства описания данных на концептуальном уровне
Для использования разработанной КМД в процессе проектирования необходимо формально определить средства описания СД в терминах модели, а именно: технику ER-диаграмм, ЯОД и ЯМД. На рисунках 2.2 - 2.4 дано графическое изображение на ER - диаграмме основных конструкций модели: типов сущностей, типов связей, атрибутов, абстракций агрегации, обобщения, ассоциации. Обозначения соответствуют принятым в[ 66 ] . На рисунках 2.5 - 2.6 дан пример описания основных конструкций КМД в виде ER-диаграммы. Рисунок 2.5 представляет "верхний" уровень диаграммы, отражающий типы сущностей и связи между ними. "Нижний" уровень диаграммы (рис. 2.6) описывает атрибуты типов сущностей и типов связей.Несмотря на наглядность и простоту восприятия диаграммы не отражают всех свойств данных. Основным средством документирования СД для проектировщиков являются ЯОД и ЯМД КМД . Разработанный ЯОД включает операторы двух типов:
- операторы описания среды проектирования (пользователей, функций, документов и т.д.), которые определяются методикой, описанной в п. 1.2;
- операторы описания схемы, определяемые видом и особенностями КМД.
ЯМД является аналогом языка GORDAS, разработанного для ECR-модели, и включает все его возможности по описанию зацросов, вычисляемых функций, процедур.
Синтаксис ЯОД и ЯМД представлен в нотации Бэкуса-Наура.. Применяемые обозначения:
... - нетерминальные символы;
[х] - конструкция х повторяется 0 или 1 раз;
{ х } - конструкция х повторяется 0 или более раз;
( , ) " терминальные символы ( и );
(xl, х2,..., xN )-одна из конструкций xl, х2,..., xN.
Язык описания данных, операторы определения . := оператор определения {, оператор определения оператор определениям := ОПРЕДЕЛИТЬ ( оператор описания среды оператор описания схемы ) оператор описания среды ::= оператор идентификации пользователя оператор описания подразделения оператор описания функции оператор описания документа оператор описания триггера оператор описания системы оператор идентификации пользователя := ПОЛЬЗОВАТЕЛЬ ф.и.о. ДОЛЖНОСТЬ должность ТЕЛЕФОН телефон ф.и.о. ::= имя имя имя имя ::= буква { цифра буква } должность ::= строка символов строка символов ::= число имя число имя строка символов строка символов телефон ::= целое число целое число ::= цифра цифра буква - буквы латинского и русского алфавита, цифра ::= 0 1 23456789 число ::= целое число [. целое число ] оператор описания подразделения)::= ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ: название подразделения ,{ , название подразделения } название подразделения ::= строка символов оператор описания функции ::- ФУНКЦИЯ название функции ИСПОЛНИТЕЛЬ название подразделения ОТВЕТСТВЕННЫЙ ф.и.о " ОПИСАНИЕ краткое описание ..( ПОДФУНКЦИИ: название функции {, название функции } характеристика задачи {, характеристика задачи }).. название функции ::= строка символов краткое описание : := строка символов Характеристика задачи ::= КОЛИЧИСПОЛНИТЕЛЕЙ целое число ЧАСТОТАРЕШЕНИЯ частота ТРЕБУЕМОЕВРЕМЯ время ПРИОРИТЕТ (НИЗШИЙ ВЫСШИЙ СРЕДНИЙ) (РЕГЛАМЕНТ СЛЗАПРОС) описание реализации описание на ЯМД [ (ВХОДНЫЕ ВЫХОДНЫЕ) ДОКУМЕНТЫ: документ {, документ } ] [ПРИЛОЖЕНИЕ название приложения ] [ ТРИГГЕР имя триггера ]
Разработка словаря-справочника данных
Каждая СУБД сохраняет метаданные (данные о данных) - детальную информацию обо всех объектах системы. Примерами таких объектов могут служить таблицы, представления, ограничения целостности, триггеры, правила безопасности и т.д. В разных СУБД применяются даже разные названия для метаданных - системный каталог или словарь данных. Однако общим свойством всех современных реляционных СУБД является то, что каталог/словарь сам состоит из таблиц. В результате пользователь может обращаться к метаданным так же, как и к своим данным - используя оператор SQL SELECT. Изменения же в каталоге/словаре производятся автоматически при выполнении пользователем операторов SQL, изменяющих состояние объектов базы данных.
Одно из определений словаря данных звучит следующим образом: словарь данных - это таблица, содержащая информацию обо всех таблицах . базы данных. Информация, хранящаяся в словаре данных, представляет собой метаданные, или данные о данных, например длинные имена таблиц и полей, правила проверки достоверности и триггеры, а также определения объектов базы данных, таких как представления и именованные соединения.
Примеры содержимого ССД:
Имена пользователей сервера.
Привилегии, предоставленные пользователям.
Имена объектов базы данных (таблиц, представлений, индексов и т.д). Табличные ограничения.
Учетная информация (например, о том, кто обращался к конкретным объектам базы данных или обновлял их).
Концептуальная схема ССД. Концептуальная схема метаобъектов среды представлена на рис. 3.10 Тип сущности ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ определяет состав подразделений предприятия или организации. Тип сущности ФУНКЦИЯ дает описание функций ПО, а типы связей ВЫПОЛНЯЕТ и ОТВЕЧАЕТ определяют их исполнителей и ответственных . Ответственный за выполнение данной функции дает оценку необходимости и возможности ее автоматизации (атрибут ОЦЕНКААВТОМАТИЗАЦИЯ). Тип связи ИМЕЕТПОДФУНКЦИИ определяет иерархическую структуру функций ПО. Из множества всех функций выделено подмножество элементарных функций (тип сущности ЗАДАЧА), для которых указывается КОЛИЧЕСТВО_ИСПОЛНИТЕЛЕЙ, ЧАСТОТАРЕШЕНИЯ, ПРИОРИТЕТ выполнения (высший, средний, низший), наличие автоматизированных процедур решения задачи (НАЛИЧИЕРЕАЛИЗАЦИИ) и ТИПЗАДАЧИ (регламентированная задача или случайный запрос). Для задач определяется множество используемых входных и выходных (атрибут ПРИЗНАК_ИСПОЛЬЗОВАНИЯ) документов (тип сущности ДОКУМЕНТ). Регламентированным запросам может быть задано предварительное условие выполнения (тип сущности ТРИГГЕР).
В целом словарь-справочник данных позволяет автоматизировать общий процесс сопровождения системы баз данных контроля параметров промышленных объектов государства Иран. Выводы по главе 3
1. На основании проведенного в главе 2 формализованного описания концептуальной модели данных разработана система локальных семантических моделей данных по предметной области «Контроль параметров промышленных объектов».
2. Разработана общая концептуальная схема предметной области путем интеграции полученных локальных моделей.
3. Обоснован выбор СУБД Microsoft SQL Server для реализации базы данных для контроля параметров промышленных объектов.
4. Используя методику отображения ER-диаграмм в реляционную модель данных, получена реляционная схема БД «Контроль параметров промышленных объектов».
5. Предложена концептуальная схема словаря-справочника данных и разработана соответствующая реляционная схема ССД.
