Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Организация переработки информации и управления контейнерным терминалом в условиях функционирования АСУ 14
1.1. Контейнерный терминал и его основные элементы 14
1.2. Обзор работ по автоматизации управления контейнерными терминалами 19
1.2.1. Информационно-управляющие системы контейнерных терминалов с применением ЭВМ 20
1.2.2. Сравнительный анализ типовых АСУ контейнерным терминалом, разработанных и внедренных за рубежом 31
1.3. Анализ основных задач управления контейнеряьм терминалом 34
1.4. Задачи переработки информации и построения АИС КТ 38
1.5. Анализ требований, предъявляемых к СУБД и АИС КТ 43
Выводы 49
Глава 2. Теоретические вопросы разработки базы данных контей нерного терминала 50
2.1. Разработка логической организации базы данных контей нерного терминала 50
2.2. Разработка физической организации базы данных контей нерного терминала 65
2.2.1. Задача оптимизации физической структуры хранения данных 66
2.2.2. Метод адресации в файлах базы данных контейнерного терминала 76
2.2.3. Метод поиска информации 78
2.2.4. Метод описания физической организации базы данных контейнерного терминала 79
2.3. Основные обобщенные функции СУБД КТ 91
2.4. Разработка средств доступа к БД КТ 94
2.4.1. Доступ к БД КТ с помощью стандартных операторов 94
2.4.2. Интерактивный режим запросов 98
Выводы 104
Глава 3. Разработка алгоритмического обеспечения автоматизированной информационной системы контейнерного терминала 105
3.1. Разработка организационно-технологической схемы функционирования АИС КТ 105
3.2. Организация диалога пользователей АИС КТ с ЭВМ . 108
3.2.1. Организация диалога в процессе выборки данных . 110
3.2.2. Организация диалога в процессе обновления данных 123
3.3. Разработка алгоритма интерпретации запросов пользователей 129
3.4. Разработка алгоритмов формирования и выдачи выходных форм 135
3.4.1. Алгоритм генерации выходных форм табличного типа 135
3.4.2. Алгоритм классификации записей по произвольному набору атрибутов 138
3.5. Возможности АИС КТ по обеспечению защиты и восстанов ления данных 143
3.6. Алгоритмы контроля и корректировки данных . 148
3.7. Параметры и последовательность настройки АИС КТ . 151
Выводы 155
Заключение 156
Литература 160
Приложения 167
Результаты внедрений 187
- Контейнерный терминал и его основные элементы
- Обзор работ по автоматизации управления контейнерными терминалами
- Разработка логической организации базы данных контей нерного терминала
- Разработка организационно-технологической схемы функционирования АИС КТ
Введение к работе
В настоящее время контейнеризация является одним из основных направлений совершенствования транспортной системы страны и повышения эффективности и качества транспортного процесса. Под эффективностью понимается снижение затрат общественного труда на перевозку единицы груза, а качественными показателями работы транспорта являются ритмичность и регулярность перевозок, сокращение сроков доставки и сохранность грузов.
Объем контейнерных перевозок постоянно возрастает: в 1975 году только на морском транспорте было перевезено 2,6 млн. тонн внешнеторговых грузов, а в 1980 году - 5,7 млн. тонн. Качественное развитие в СССР контейнерные перевозки получили в IX и X пятилетках. Создана сеть контейнерных терминалов, оснащенных транспортными средствами и погрузо-разгрузочяым оборудованием. Транспортный флот пополнился специализированными судами-контейнеровозами, на железнодорожном и автомобильном транспорте появился специализированный подвижной состав. В соответствии с международными стандартами создан парк крупнотоннажных контейнеров. Сформировалась контейнерная транспортная система (КТС) страны. Внедрение контейнеризации создает необходимые условия для полной механизации и автоматизации погрузо-разгрузочных и складских работ. И в этом направлении ведутся большие работы, о чем свидетельствует значительное число публикаций, посвященных различным вопросам создания автоматизированных систем управления контейнерных терминалов.
Контейнерный терминал (КТ) представляет собой совокупность складских, административных, вспомогательных сооружений, причалов (для морских и речных портов), специализированных погрузо-разгрузочных и внутритерминальных транспортных средств, железнодорожных, автомобильных подъездных дорог и инженерных коммуни-
кадий, предназначенных для обработки транспортных средств и перевалки грузов в контейнерах с одного вида транспорта на другой в минимальные сроки. КТ является важнейшим элементом КТО, в котором сходятся грузопотоки разных видов транспорта, а также сталкиваются интересы многочисленных клиентов. Один из основных путей повышения эффективности капиталовложений в развитие контейнерных перевозок - это повышение эффективности функционирования КТ, которое можно обеспечить тремя путями:
внедрением более производительной погрузо-разгрузочной системы (качественные изменения);
увеличением в допустимых пределах количества погрузо-раз-грузочного оборудования и внутритерминальных транспортных средств, а также мощности всех технологических элементов КТ (количественный рост в рамках старой погрузо-разгрузочной системы);
интенсификацией технологических процессов на базе имеющейся на КТ погрузо-разгрузочной системы за счет разработки и внедрения АСУ.
Первые два пути связаны со значительными капитальными вложениями. Третий путь является наиболее предпочтительным с точки зрения его экономичности и совершенствования системы управления работой терминала.
Расходы на приобретение комплекса технических средств АСУ КТ и разработку информационного и программного обеспечения составляют основную сумму капитальных вложений в систему. Расходы на эксплуатацию в значительной степени влияют на экономическую эффективность ее внедрения. При разработке АСУ КТ важнейшим фактором, определяющим параметры системы, является объем переработки контейнеров на терминале и перспективы его роста. Использование мощных ЭВМ экономически оправдано лишь на крупных КТ, рассчитанных на переработку значительного контейнеропотока [64J. Для
средних КГ, перерабатывающих в год около 50 тыс, контейнеров в 20-футовом исчислении, установка мощных ЭВМ не всегда целесообразна вследствие значительных капитальных расходов на закупку комплекса технических средств системы управления. Широкое развитие мини-ЭВМ и снижение стоимости комплекса технических средств дали возможность начать разработку типовых АСУ КТ для оснащения терминалов средней и малой пропускной способности. Таким образом одним из требований к алгоритмам и методам построения АСУ КТ является возможность их программной реализации на мини-ЭВМ при условии обеспечения требуемых значений основных функциональных характеристик системы.
Создание АСУ КТ предполагает разработку базы данных (БД) и автоматизированной информационной системы (АИС), создание оптимальных организационно-технологических схем обработки контейнеров и транспортных средств, исследование алгоритмов оптимального управления технологическими процессами, разработку алгоритмов планирования, оперативного управления и анализа работы КТ и ряд других задач.
АИС решает задачи информационно-справочного обслуживания и обеспечивает другие подсистемы АСУ КТ данными, на основе которых осуществляется принятие решений, включая их оптимизацию с использованием математических методов и ЭВМ. Именно создание АИС является одним из первоначальных этапов разработки АСУ. Программное обеспечение АИС можно представить в виде трехуровневой системы:
программное обеспечение операционной системы для выбранной ЭВМ;
система управления базами данных (СУБД);
пакеты прикладных программ (ППП).
Необходимо отметить, что при построении многих из существующих АИС КТ не разрабатывалась специализированная СУБД, а исполь-
- 7 -зовались те средства, которые входили в состав математического обеспечения выбранной ЭВМ, например [lk,kM . Такой подход избавляет разработчиков АСУ от довольно длительного и сложного этапа создания системы, а заказчика - от его финансирования, но, как правило, приводит к необходимости выбора достаточно мощной ЭВМ, поскольку так называемые информационные системы общего назначения (обобщенные СУБД по терминалогии Системного комитета C0MSYL) предъявляют высокие требования к вычислительным ресурсам ЭВМ [ill . В СССР и за рубежом вопросам построения АЙС уделяется большое внимание. Имеется значительное количество разработок в этой области, однако число новых систем продолжает расти. Появление этих систем, как правило, связано с тем, что существующие АИС либо не обеспечивают выполнение требуемых функций переработки, хранения, обновления, поиска и выдачи информации в определенных проблемных областях, либо, обеспечивая их выполнение, имеют неприемлимые значения функциональных характеристик. Основная причина этого явления очевидна: БД по существу представляет собой информационную модель объекта, от обоснованностиг точности и достоверности которой во многом зависит эффективность системы управления объектом. КТ, как объект управления, обладает целым рядом особенностей, учет которых позволяет разработать достаточно простые и эффективные методы организации БД и построения СУБД. К числу таких особенностей в первую очередь относится структура данных, отражающих состояние КТ, а также то, что "техноло-логия переработки контейнеров характеризуется поточными и цикли-чно-повторяющимися операциями, которые поддаются алгоритмизации и управлению при помощи ЭВМ" U&1. В то же время процессы, протекающие на КТ, предъявляют целый ряд неприятных для разработчика требований к показателям системы, характеризующим функции поиска и обновления данных, формирования документации и др. Напри-
мер, для современных КТ характерна высокая интенсивность грузопотоков прибывающих и убывающих контейнеров, которая порождает высокую интенсивность включения, удаления и обновления записей в БД. Подобные БД называют изменчивыми [20] .
Актуальность разработки АИС КТ в значительной степени определяется важностью задач учета и слежения за контейнерным парком, решение которых является одной из целей ее создания. Для иллюстрации значения автоматизации решения этих задач можно привести некоторые цифры: в [ 63] сообщается, что многие судоходные компании до ввода в эксплуатацию информационных систем с применением ЭВМ теряли только на текущем учете контейнеров до 20$ и более дохода. Велики были убытки от потерь контейнеров, стоимость каждого из которых составляет от 2500 до 10000 долларов (в среднем 4500 долларов за один контейнер) [22] . Отмечается также, что информационно-управляющие системы с применением ЭВМ уменьшают управленческие расходы компаний на 50^ за счет сокращения операций по учету и ускорению оборачиваемости контейнеров.
Целью диссертационной работы является исследование принципов организации БД КТ и разработка на основании результатов исследования типовой АИС КТ. Для достижения этой цели решены следующие основные задачи:
Анализ требований, предъявляемых к СУБД и АИС КТ.
Исследование и разработка логической и физической организации БД КТ с учетом особенностей структуры информации, отражающей состояние терминала.
Разработка проблемно-ориентированной СУБД КТ, удовлетворяющей совокупности требований, определенных в результате решения задачи I.
4. Разработка алгоритмического обеспечения АИС КТ.
Научная новизна. Определены требования, предъявляемые к
СУБД и АИС КТ с учетом особенностей структуры информации и технологии обработки данных на терминалах, категории пользователей системы, а также ограничений, накладываемых вычислительными ресурсами мини-ЭВМ.
На основе реляционной модели разработана логическая организация БД, которая отображает структуру информации о состоянии КТ. Разработан метод организации словаря данных (метаданных).
Разработан метод физической организации БД КТ. На основании формального описания технологии переработки информации на терминалах решена задача оптимизации физической структуры хранения данных во внешней памяти ЭВМ. Для этой задачи разработан алгоритм направленного конструирования решения с ограниченным перебором, позволяющий оптимально определить количество и структуру файлов БД для любого КТ.
Разработаны методы адресации в файлах БД, поиска информации, описания данных и алгоритмы генерации входных сообщений и выходных форм, обеспечивающие прямой доступ к данным, обработку широ~ кого круга запросов, динамическую независимость данных, а также возможность управления вводом-выводом информации. Совокупность разработанных методов обеспечивает работу с изменчивыми файлами. На основании перечисленных методов создана проблемно-ориентированная СУБД КТ со свойствами замкнутой организации.
В соответствии с категорией пользователей АИС КТ выбраны вид и методы ведения диалога и разработана организация диалога человек-ЭВМ. Разработаны алгоритмы интерпретации запросов пользователей к системе, а также человеко-машинные процедуры контроля и корректировки данных. Определены параметры и последовательность настройки системы.
Разработан пакет прикладных программ АИС КТ.
Методы исследования и обоснованность научных положений. При
решении задач, рассмотренных в диссертационной работе, использовались современные концепции информатики, реляционная алгебра и реляционное исчисление, теория множеств, методы исследования операций и машинного моделирования.
Обоснованность результатов, полученных в диссертации, а также выводов и рекомендаций подтверждена соответствующими доказательствами, результатами машинного моделирования и итогами апробации на различных конференциях, школах и семинарах. Разработанный комплекс программ АИС КТ проверен на практике в процессе опытной эксплуатации.
Практическая ценность работы. В диссертации решены задачи, предусмотренные для уровня контейнерного терминала заданиями 03.07.04 и 03.09 программы ГКНТ по научно-технической проблеме 0.80.09.
Разработана типовая АИС КТ, обеспечивающая работу на мини-ЭВМ в операционной обстановке ДОС АСВТ и ОС РВ. Ценность работы определяется возможностью практического использования АИС КТ, а также построения на ее основе типовой АСУ КТ на различных видах транспорта (в морских и речных портах, на ж/д и автостанциях, в аэропортах).
Комплекс программ АИС КТ может быть легко настроен с учетом параметров информационных потоков, документооборота и особенностей основных технологических элементов конкретного КТ. Программное обеспечение системы не предъявляет высоких требований к комплексу технических средств: для КТ с емкостью одновременного хранения до 10 тыс. контейнеров в 20-футовом исчислении функционирование системы может быть обеспечено на мини-ЭВМ с объемом ОЗУ 64 Кбайт и объемом внешней памяти на магнитных дисках 7,5 Мбайт.
Разработанные методы организации и алгоритмическое обеспечение АИС КТ позволяют решить задачи учета и слежения за контей-
- II -
нерным парком на уровне терминала. Разработанные алгоритмы поиска, обновления данных и выдачи выходных документов позволяют уменьшить время обработки на КТ транспортных средств за счет ускорения переработки информации и автоматизированного формирования учетных и грузосопроводительных документов, что дает значительный экономический эффект. Человеко - машинные процедуры контроля и корректировки данных, разработанные в данной работе, обеспечивают высокую достоверность хранимой и накапливаемой информации, что улучшает качество решений задач планирования и оперативного управления работой терминала на основе этой информации.
Реализация результатов работы. Комплекс программ АИС КТ, разработанный на основе результатов данной диссертационной работы, внедрен и принят в 1983 г. комиссией по приемке АСУ ТП в портах ММФ, назначенной приказом № 232 Министра морского флота СССР, в производственную эксплуатацию на КТ Ленинградского и Рижского морских торговых портов. Ожидаемый экономический эффект от внедрения АИС КТ в этих портах составляет соответственно 94 и 61 тыс.руб. в год.
В ШФ СССР утверждено техническое задание на разработку "Автоматизированной системы управления контейнерными перевозками на морском транспорте" (АСУ "Контейнер"), в соответствии с которым в 1984 году комплекс программ АИС КТ в составе АСУ ТП КТ будет тиражироваться в морских портах европейской части страны, имеющих контейнерные терминалы.
Результаты, составляющие основное содержание диссертационной работы, отражены в печатных работах
Диссертация состоит из введения, 3-х глав, заключения, библиографии и 3-х приложений.
Контейнерный терминал и его основные элементы
Контейнерный терминал и его основные элементы. Согласи рекомендациям Международной организации по стандартизации (ИСО) под универсальным контейнером понимается грузовой контейнер, пригодный для перевозки грузов в любых погодных условиях, имеющий прямоугольную форму, служащий для транспортирования и хранения штучных грузов или сыпучих материалов, защищающий содержащийся в них груз от потерь и повреждений.
Наиболее широкое применение нашли контейнеры длиной 6,1 и 12,2 м (20- и 40-футовые соответственно). Иногда используются контейнеры длиной 3,05 и 9,16 м (Ю- и 30-футовые соответственно)
Любой контейнер характеризуется значениями целого ряда признаков ,, которые называют реквизитами (атрибутами) контейнера: номер контейнера, его типоразмер, техническое состояние, вес (нетто и брутто), наименование груза (контейнер может быть загруженный или порожний), оттиск пломбы, пункты отправления и назначения, местонахождение и др. Общее число реквизитов может превышать 100. "Номер контейнера" - основной реквизит, значение которого однозначно определяет контейнер: в мире не существует двух контейнеров с одинаковыми номерами. Номер представляет собой символьно-цифровую последовательность, которая в соответствии со стандартом ИСО содержит четыре символа, являющихся кодом владельца контейнера, и семь цифр, первые шесть из которых - серийный номер, а седьмая - контрольный разряд. При правильной записи номера контейнера первые четыре символа и шесть цифр, переработанные по спе циальному алгоритму, должны дать цифру, стоящую в контрольном разряде. Рассмотрим кратко технологические элементы на примере КТ морского порта, который является наиболее общим случаем взаимо-действия разных видов транспорта в процессе контейнерных перевозок. КТ морского порта включает следующие основные элементы (рисі): - грузовые контейнерные фронты, специализированные для погрузки-разгрузки подвижного состава различных видов транспорта, обслуживаемых на КТ (морского, железнодорожного, автомобильного); - сортировочная площадь для размещения контейнеров, подлежащих погрузке на ближайшие по времени прихода суда или выгружаемых из судов; - складская площадь для кратковременного хранения контейнеров на терминале (до погрузки на какое-либо транспортное средство или перемещения на сортировочную площадь в ожидании прихода судна); - грузовой фронт неконтейнеризированных грузов со складом комплектации; - контрольно-пропускной пункт для контроля за приемом и выдачей контейнеров, прибывающих на КТ или отправляемых с него на магистральном автотранспорте; - вспомогательные и административные сооружения.
Морской грузовой фронт предназначается для погрузки-разгрузки контейнеров на (из) судов и комплексного обслуживания последних. Он включает: причалы с оперативными площадками, оснащенными специализированным подъемно-транспортным оборудованием для погрузки-разгрзгзки судов и транспортировки контейнеров с (на) сортировочную или складскую площадь, устройства для комплексного обслуживания судов в процессе грузовых работ.
Железнодорожный грузовой фронт предназначается для: приема железнодорожных подач (маршрутов), поступающих из предпортовой станции или районного парка; разгрузки принятых контейнеров с платформ с последующей транспортировкой их на складскую площадь; подвоза со складской площади и погрузки на платформы контейнеров отправляемых по железной дороге. В состав железнодорожного контейнерного фронта входят железнодорожные пути и оперативные площадки,, оснащенные специализированным подъемно-транспортным оборудованием, а также устройства для приема подвижного состава.
Автомобильный грузовой фронт предназначен для приема и погрузки-разгрузки автомобилей с контейнерами. Он включает: оперативные площадки, оборудованные для приема автомобилей, устройства для взвешивания контейнеров, подъемно-транспортное оборудование для погрузки-разгрузки контейнеров и их доставки на складскую площадь и со складской площади.
Сортировочная площадь располагается в непосредственной близости от оперативной площадки морского грузового фронта и может занимать до 50$ территории терминала. Отсортированные по типоразмеру, весу и портам назначения контейнеры, подлежащие отправке на ближайшем по времени прихода судне, устанавливаются на данной площади в соответствии с грузовым планом этого судна. Выгруженные с судна контейнеры также устанавливаются на сортировочной площади. Сортировочная площадь может включать одну или несколько площадок.
Складская площадь предназначается для размещения контейнеров, доставленных на КТ каким-либо транспортным средством, их краткосрочного хранения и подготовки к отправлению на другом транспортном средстве. Складская площадь включает одну или несколько площадок и оснащена специализированным подъемно-транспортным оборудованием для перестановки и перемещения контейнеров на ней или транспортировки контейнеров к друтим технологическим элементам КТ.
Обзор работ по автоматизации управления контейнерными терминалами
Грузовой фронт неконтейнеризированных грузов предназначается для выполнения всех операций с поступающими и отправляемыми неконтейнеризированными грузами.
Контрольно-пропускной пункт (КІШ) КТ предназначен для обслуживания контейнерных перевозок "от двери до двери" с участием магистрального автотранспорта. Здесь осуществляется контроль и учет контейнеров, убывающих и прибывающих на терминал на автотранспорте.
Вспомогательные сооружения (гараж для портальных погрузчиков, тягачей и других транспортных средств, ремонтные мастерские, диспетчерские, бытовые помещения и др.) расположены обычно в тыловой зоне КТ.
Рассмотрим несколько подробнее устройство сортировочной и складской площадей контейнерного терминала.
Сортировочная и складские площади КТ. включают, как правило, несколько площадок, различающихся в общем случае своими размерами и конфигурацией. На рис. I, например, изображен план КТ, сортировочная и складская площади которого содержат четыре площадки: А,Б,В и Г. На площадках нанесена разметка для установки контейнеров г которые можно ставить один на другой в несколько ярусов. Максимально допустимое число ярусов определяется возможностями оборудования применяемой на КТ погрузо-разгрузочной системы. Разметка площадок осуществляется в соответствии с размерами (длиной и шириной) контейнеров типа 1С, т.е. длина ячейки равна 20 футам.
Таким образом, в каждую ячейку можно установить один 20-футовый контейнер или два 10-футовых, 40-футовый контейнер занимает две соседние ячейки.
При многоярусном складировании местоположение контейнера определяется трехмерными координатами: ряд, место, ярус. Для задания местоположения контейнера на КТ должен быть указан также код площадки. Ячейки КТ закодированы в виде последовательности одного символа и трех чисел, например: В, 0І,О/, Оі . Символ означает код площадки, первое двухзначное число определяет номер ряда на данной площадке, второе число - номер места в ряду и, наконец, третье число - номер яруса.
Рассмотрение погрузо-разгрузочных систем, применяемых на КТ в СССР и за рубежом [ 7, 59,40, 50,51, 60, 64, 63, 65, 67, 70, П1 показывает, что независимо от существующих или предлагаемых вариантов складирования контейнеров на терминалах, местоположение любого из них можно однозначно задать с помощью следующей последовательности кодов: А1,А2,АЗ;А4, где А4 - код площадки сортировочной или складской площади или код многоэтажного склада; А2- номер ряда на площадке или номер секции склада; A3- номер места в ряду или секции; А4- номер яруса в штабеле или номер этажа склада. 1.2. Обзор работ по автоматизации управления контейнерными терминалами. В настоящее время известно большое число работ, посвященных вопросам автоматизации управления КТ. Эти работы можно разделить на две группы: - работы, посвященные разработке и исследованию методов и моделей управления КТ с применением ЭВМ; - работы, посвященные разработке информационно-управляющих систем КТ с применением ЭВМ, В данном параграфе не рассматриваются работы, относящиеся к первой группе, поскольку они не имеют непосредственного отношения к теме диссертации, и кроме того в книге [38] дан подробный обзор этих работ. Вопросы построения информационно-управляющих систем контейнерных терминалов с применением ЭВМ рассматриваются в работах [6,24,26,32,41, 4Ь-И, 53-56, 58, 6Z, 68,72.]. Рассматриваемые ниже разработки не являются типовыми, т.е. они ориентированы на конкретные КТ,
В [24,43,46,56, 62.J сообщается, что в портах Елизабет и Нью-Йорк-Нью-Джерси (США) на терминалах компании Мсі/?ЄГ Твшш1$ Itld. введены в строй АИС КТ на базе ЭВМ РЛР IS . Поскольку в основе построения этих систем лежит концепция компании Mather то, несмотря на имеющиеся различия, дальнейшее рассмотрение будет вестись одновременно для обеих систем.
Помимо учета и слежения за движением контейнеров и шасси, цель создания рассматриваемых систем заключается в том, чтобы добиться полной обработки автомобиля, доставившего груз, от момента его прибытия до убытия менее, чем за один час [46] . В любой момент клиент может получить информацию о любом контейнере на терминале или о пункте его назначения, если контейнер отправлен с терминала.
Все перемещения контейнеров по терминалу фиксируются в памяти ЭВМ с обязательным указанием их номеров и местоположений. АРГС обеспечивает контроль за состоянием и движением контейнеров, за оказанием услуг отдельным клиентам, а также значительно ускоряет оформление о прохождение документации [62] . Все контей неры попадают на КТ компании tAbtltr через один из шести контрольно-пропускных пунктов, каждый из которых оборудован катодно-лучевой трубкой ( CRT ), связанной с ЭВМ. CRT используется для автоматического сравнения номеров контейнера и шасси с данными, і .. . . имеющимися в регистраторе ЭВМ, содержащем сведения по всему контейнерному парку компании МЯИ/ , насчитывающему 130 тыс, контейнеров, и сигнализирует о появлении особых контейнеров или шасси [56] . Водитель и его документы фотографируются и регистрируются.
Основным документом для любого контейнера на терминале является расписка о взаимообмене (ТІК ). После обработки документов на контрольно-пропускном пункте через прямую телефонную связь получают код местоположения контейнера на терминале. Маршрут любого находящегося на складе контейнера может быть рассчитан на ЭВМ за 30-45 сек 62,]
В конторе терминала с помощью CRT осуществляется ввод в ЭВМ данных с доковой расписки, ТІ Я , а также данных, полученных от оператора контрольно-пропускного пункта. ЭВМ перерабатывает эти данные и помещает запись о контейнере в банк данных. Кромез того, ЭВМ формирует и выдает информационную карточку, которую отправляют вместе с контейнером на судне. Эта карточка содержит данные о контейнере, представленные в виде пригодном для оптического чтения 47] .
Разработка логической организации базы данных контей нерного терминала
В современных СУБД различают три типа организации данных [20]: внешняя организация, глобальная логическая организация и физическая организация.
Внешняя организация связана с таким представлением данных, каким его понимают прикладные программисты или конечные пользователи. Глобальная логическая организация данных - это общая организация или концептуальная модель БД, на основании которой могут быть получены различные внешние организации. Физическая организация - это физическое представление данных и расположение их на запоминающих устройствах. Данный параграф посвящен разработке логической организации БД КТ.
Анализ задач управления КТ, изучение организации и технологии складирования и хранения контейнеров, а также информационных потоков на терминалах позволяет сделать вывод о целесообразности разработки БД КТ на основе реляционной модели. Действительно, основными объектами, информация о которых необходима для решения задач управления КТ, являются контейнеры, трудовые и технические ресурсы терминала. Заметим, что все контейнеры на контейнерном терминале описываются одним и тем же набором атрибутов (реквизитов). Аналогично, трудовые и технические ресурсы описываются наборами атрибутов одинаковыми для каждого вида ресурсов, но отличными от набора атрибутов контейнеров. Наиболее естественной и ясной для понимания формой представления данных о таких объектах являются двумерные таблицы Г 2.0] . Такой подход позволяет пред -ставить концептуальную модель БД КТ в виде совокупности двумерных таблиц или отношений. Условимся использовать слово "таблица", как если бы оно было синонимом слова "отношение".
Для удобства дальнейшего изложения введем определение отношения, степени отношения и кардинального числа отношения в соответствии с работой [9]. Определение .Дана совокупность множеств Д, %t.--, \ не обязательно различных. Отношение Я , определенное на этих множествах, есть множество упорядоченных П -ок или кортежей (dl, «г,...,"Л ) таких, что di .$1 J dz #2)... dn$n. Множе ства \ , Л)1 ... 7 $п называются доменами отношения R . Величина П называется степенью отношения R . Число кортежей (строк) в отношении называется кардинальным числом.
Для описания логической структуры БД удобно использовать овал-диаграмму [10] , на которой элементы данных (элементы множеств $. і ї 7і ) изображаются поименованными овалами, а связи между ними стрелками, причем стрелки могут быть одинарные и двойные, что соответствует простой и сложной связям. Возможны четыре представления прямой и обратной связи между двумя ассоциированными элементами: "один к одному" (1:1), "один ко многим" (1:М), "многие к одному" (М:1) и "многие ко многим" (М:М). Таким образом, одномерной ассоциации на диаграмме соответствует одинарная стрелка, а М-ассоциации-двойная.
Элементы данных, изображаемые с помощью диаграмм, можно разбить на две категории: первичные ключи и те которые ими не являются. Используем несколько определений из работы [20],
Первичный ключ - это узел с выходящими из него одной или несколькими одинарными (простыми) стрелками. Атрибут - это узел, из которого не выходит ни одна простая стрелка. Корневой ключ - это первичный ключ, который на диаграмме не имеет ни одной простой стрелки, направленной от него к друтому первичному ключу. Исходный ключ - это первичный ключ, который не имеет направленных к нему простых стрелок.
Рассмотрим подробнее отношение КОНТЕЙНЕРЫ ( #/ ), поскольку отношения ТРУДОШЕ РЕСУРСЫ ( R1 ) и ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ ( R2 ) не имеют существенных особенностей и могут быть представлены в третьей нормальной форме, изображенной на рис. 2. Заметим, что ключом для отношения RZ может быть НОМЕР-ВОДИТЕЛЯ (например, табельный номер водителя автоконтейнеровоза), а для отношения Й5 -НОМЕР-ТЕХНИЧЕСКОГО-СРЩСТВА (например, номер автоконтейнеровоза). Условимся считать, что все отношения /7 -арные: отношение Ri имеет степень П. , отношение RZ - П , и R3 - п
К информации о контейнерах предъявляется два важных требования, которые необходимо учесть при формировании отношения Во-первых, необходимо, чтобы в БД хранились не только данные о контейнерах, расположенных в.данный момент на площадях терминала, но также данные о фактическом размещении этих контейнеров, наличии свободных мест, информация о контейнерах, которые должны прибыть на КТ и которые убыли с терминала. Во-вторых, для обеспечения интенсивного включения, удаления и обновления записей о контейнерах каждый кортеж этого отношения должен иметь два ключа: номер контейнера и код местоположения ячейки складирования на терминале. Эти требования взаимосвязаны. Действительно, с точки зрения управленческого персонала конкретного КТ любой контейнер может либо находиться в пути на этот терминал (I состояние), либо храниться на площадях терминала (П состояние), либо быть отправленным с терминала (Ш состояние).
Разработка организационно-технологической схемы функционирования АИС КТ
Одним из основных структурных элементов блок-схемы диалоговой процедуры выборки данных является процедура выбора "меню". В диалоговой процедуре имеется два основных типа "меню": - перечень возможных режимов работы; - перечень элементов метаданных.
Содержание "меню" первого типа следует определять как можно точнее до этапа программирования, поскольку его изменение может потребовать изменения текстов программ. Содержание "меню" второго типа определяется информацией, введенной в файлы метаданных, и его никаких изменений в программах). "Меню" второго типа формируется из элементов файла JLOf? ВД) или файлов, содержащих о - корневые изменение происходит по мере изменения описания данных (при этом не требуется дескрипторы % } р і , г .
Прежде чем перейти к рассмотрению диалоговой процедуры выборки данных для удобства изложения отдельно рассмотрим процедуру ввода в ЭВМ значений, выбранных из "меню" второго типа. В результате работы данной процедуры в рабочую область программы помещаются те элементы метаданных, которые пользователи выбирают из "меню" в процессе ввода в ЭВМ запросов. В системе имеется две таких процедуры ZAPJ и Z.AP2 , которые предназначены для работы с метаданными соответственно логического и физического уровней, причем блок-схемы обеих процедур одинаковы (рис. 13), а отличаются имена рабочих областей. На рис. 13 введены следующие обозначения:
МЛ/р - рабочая область программы, в которую записываются двухзначные числа, вводимые пользователем в процессе выбора "меню"; К - количество введенных пользователем элементов "меню";
MTR - рабочая область программы в которую считываются с ВЗУЦЦ элементы метаданных, соответствующие значениям, записанным в МЛ/. Блок "Начало" на рис. 13 соответствует обращению из диалоговой процедуры, а блок "Конец" - передаче в рабочие области соответствующих элементов метаданных. В блоке контроля осуществляются следующие проверки: - на соответствие формату (символ/цифра); - проверка диапазона значений (например, если в файле L0R&$ описано три отношения, то ввод значения "04/" в процессе работы процедуры ZAPi является ошибкой); - проверка дублирования значений.
Последняя проверка осуществляется не всегда, но она необходима, например, при выборе атрибутов, значения которых требуется получить в ответ на запрос.
Процедура ZAP1 обеспечивает работу с метаданными, хранящимися в файле L0R&$ , использует рабочие области MRP& и ML0 и параметр КГ . Процедура ZAP2 обеспечивает работу с корневыми дескрипторами, использует рабочие области MZP и MTRAF , а также параметр N1
Перейдем к рассмотрению диалоговой процедуры выборки данных. Блок-схема этой процедуры изображена на рис, 14.
Первые три блока предназначены для определения прав пользователя осуществлять операции выборки из БД КТ. В последующих блоках код пользователя (уровень защиты) сравнивается со значениями G - элементов корневых дескрипторов, соответствующих всем ат К о рибутам, значения которых заданы в поисковом предписании. Вопросы защиты данных рассматриваются в 3.5.
Прежде всего ЭВМ предоставляет пользователям возможность получить необходимую им информацию из словаря (блоки 1-9). Эта информация может потребоваться в дальнейшем в процессе ввода в ЭШ запросов. Заметим, что возможность выборки из словаря имеется
Если же пользователь хорошо знаком с описанием данных, то в блоке I он сразу может выбрать второй режим. Заметим, что содержание "меню", предлагаемого пользователям в блоках 6, 13, 25 счи-тывается с ВЗУЦЦ из файла L0R&2) и включает столько позиций, сколько описано в этом файле.
Далее, в блоке 10 ЭВМ предоставляет пользователям возможность выбрать нужный им режим работы. В первом режиме на указанное пользователем устройство отображения информации из записей БД КТ, которые удовлетворяют условиям поиска, выдаются (блок 54) значения тех атрибутов, которые в блоках 25-31 выбирает сам пользователь. Во втором режиме выдается информация о количестве таких записей, а их базовые адреса записываются на ВЗУЦЦ в "Адресный файл" Y/?T для выполнения последующих операций переработки (сортировка, классификация) или корректировка данных (обновление, удаление) (блок 14). Следует отметить, что после сортировки полученные данные с помощью генератора выходных форм могут быть выданы в виде любой из тех форм, описания которых содержатся в каталоге выходных форм, представляющем собой совокупность дескрипторов выходных форм (см. раздел 2.2.4). Алгоритм генерации выходных форм табличного типа разработан в 3.4
Теперь переходим собственно к вводу в ЭВМ содержания запросов. Блоки 13-24 дают возможность пользователям задать условия поиска, то есть в этих блоках формируется предикат, описывающий "определяющее свойство" множества, которое должно быть получено в результате выборки. Сначала в блоках 13 и 15 задаются отношения, а затем в блоках 17 - 20 - атрибуты, входящие в упомянутый предикат. В блоках 22 - 24 вводятся конкретные значения атрибутов. Следует отметить, что если в блоках 13 и 15 было введено два отношения, имеющих общий домен, а в блоках 17-20 были введены атрибуты этих отношений, принимающие значения из этого домена, то это воспринимается как задание на выполнение операции соединения этих отношений и от пользователя не требуется ввода значений указанных атрибутов. Описанный выше контроль осуществляется в блоке 21 на основании данных, содержащихся в файле L0RB3) , и в случае выявления такого запроса происходит переход после блока 21 сразу к блоку 25. Звездочками на рис.14 обозначены конкретные имена отношений или атрибутов, которые ЭВМ выдает пользователю в процессе диалога. Заметим, что поскольку пользователи при выборе "меню" указывают фактически адреса записей в файлах метаданных, обеспечивается прямой доступ к последним.
Блоки 22 и 23 обеспечивают ввод конкретных значений атрибутов, номера которых были введены с помощью блоков 17-20. Следует напомнить, что значение Kl , изображенное в блоке 20, передается из процедуры ZAP1 (блок 15) и равно числу отношений, фигурирующих в упомянутом выше предикате. ЭВМ запрашивает у пользователей системы конкретные значения атрибутов, используя элементы соответствующих дескрипторов (см. раздел 2.2.4), причем при формировании макета ввода в блоке 22 используются элементы а " . и " - ! ЦРИ вводе значений в блоке 23 используются элемен-ты of , d„. , d и а . Необходимо пояснить назначение признака "0/1" в блоке 22. Значение этого признака, равное 0, указывает на необходимость поиска записей, содержащих значение атрибута указанное в поле макета ввода (или принадлежащее диапазону указанных значений). Соответственно значение признака, равное I, указывает на необходимость поиска записей, содержащих все кроме введенного значения атрибута.
