Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 4
1. АНАЛИЗ СРЕДСТВ МОДЕЛИРОВАНИЯ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ БАЗ
ДАННЫХ БОЛЬШИХ ЭКОНОМИЧЕСКИХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ..9
1.1. ОСОБЕННОСТИ БОЛЬШИХ И СЛОЖНЫХ ЭКОНОМИЧЕСКИХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ 9
1.2. АНАЛИЗ МЕТОДОЛОГИЙ ИНФОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ БОЛЬШИХ И СЛОЖНЫХ ЭКОНОМИЧЕСКИХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ 14
1.3. АНАЛИЗ МЕТОДИК МОДЕЛИРОВАНИЯ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ БАЗ ДАННЫХ БОЛЬШИХ И СЛОЖНЫХ ЭИС ПУТЕМ ПОСТРОЕНИЯ ER -МОДЕЛЕЙ 18
1.3.1. АНАЛИЗ МЕТОДИК ПОСТРОЕНИЯ ER-МОДЕЛЕЙ 18
1.3.1.1. ER-МОДЕЛЬ П.ЧЕНА 18
1.3.1.2. МОДЕЛЬ "ПАРТНЕРСТВА" Ч.БАХМАНА 20
1.3.1.3. ИНФОЛОГИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДИГО СМ 22
1.3.1.4. ER-МОДЕЛЬ Г.ДЖЕКСОНА 25
1.3.1.5. ER-МОДЕЛЬ ORACLE 26
1.3.1.6. IDEF - МЕТОДОЛОГИЯ ИНФОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ 29
1.3.2. АНАЛИЗ АЛГОРИТМОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ БАЗ ДАННЫХ ЭИС .32
1.3.2.1. ПРАВИЛА ПЕРЕХОДА ОТ ИНФОЛОГИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ К ДАТ АЛОГИЧЕСКОЙ П.ЧЕНА 32
1.3.2.2. ПОЛУЧЕНИЕ ОТНОШЕНИЙ ИЗ ER-ДИАГРАММ Г.ДЖЕКСОНА 35
1.3.2.3. АЛГОРИТМ ПРОЕКТИРОВАНИЯ РЕЛЯЦИОННЫХ БАЗ ДАННЫХ ДИГО СМ 36
1.3.2.4. АЛГОРИТМ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ER-МОДЕЛЕЙ В СТРУКТУРЫ ТАБЛИЦ БАЗЫ ДАННЫХ CASE*ORACLE 38
1.3.2.5. МОДЕЛИРОВАНИЕ БАЗЫ ДАННЫХ В CASE IDEF1X 40
1.4. НЕОБХОДИМОСТЬ РАЗРАБОТКИ МЕТОДИКИ МОДЕЛИРОВАНИЯ И
ПРОЕКТИРОВАНИЯ БАЗ ДАННЫХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СРЕДСТВ
АВТОМАТИЗАЦИИ 42
2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ БАЗ ДАННЫХ БОЛЬШИХ И
СЛОЖНЫХ ЭИС С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДОВ ER-MOДEЛИPOBAИИЯ48
2.1. ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ 48
.2. ТЕХНОЛОГИЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭКОНОМИЧЕСКИХ
ПРЕДМЕТНЫХ ОБЛАСТЕЙ МЕТОДОМ ER-МОДЕЛИРОВАНИЯ И
ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИХ БАЗ ДАННЫХ 56
2.3. ИНФОЛОГИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКИХ
ПРЕДМЕТНЫХ ОБЛАСТЕЙ 61
2.3.1. ПОСТРОЕНИЕ ER-МОДЕЛИ 61
2.3.2. ГРАФИЧЕСКОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ER-МОДЕЛЕЙ ДАННЫХ 71
2.4. ДАТ АЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАЗ ДАННЫХ БОЛЬШИХ И
СЛОЖНЫХ ЭИС 76
2.4.1. ТЕХНОЛОГИЯ ДАТ АЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ 76
2.4.2. АЛГОРИТМ ПЕРЕХОДА ОТ ER-МОДЕЛИ К РЕЛЯЦИОННОЙ ДАТАЛОГИЧЕСКОЙ 77
2.4.3. РАЗВИТИЕ АЛГОРИТМА ПРОЕКТИРОВАНИЯ БАЗЫ ДАННЫХ С УЧЕТОМ ТРЕБОВАНИЙ ЭФФЕКТИВНОЙ РАБОТЫ СОД 86
2.5. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЦЕЛОСТНОСТИ БАЗЫ ДАННЫХ 90
2.5.1. КЛАССИФИКАЦИЯ ОГРАНИЧЕНИЙ ЦЕЛОСТНОСТИ 90
2.5.2. РЕАЛИЗАЦИЯ ОГРАНИЧЕНИЙ ЦЕЛОСТНОСТИ С
ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ CASE*ORACLE
2.6. ФИЗИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАЗЫ ДАННЫХ 95
2.7. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ПРОГРАММ ВЕДЕНИЯ БАЗЫ ДАННЫХ 102
3. МОДЕЛИРОВАНИЕ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАЗЫ ДАННЫХ ДЛЯ
ТАМОЖЕННОЙ СИСТЕМЫ РОССИИ 106
3.1. ОПИСАНИЕ ПРОБЛЕМ И ЗАДАЧ ПРОЕКТИРОВАНИЯ 106
3.1.1. ЦЕЛИ И НАЗНАЧЕНИЕ СИСТЕМЫ 106
3.1.2. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ 112
3.1.3. ТРЕБОВАНИЯ К СИСТЕМЕ 115
3.2. ОПИСАНИЕ ER-МОДЕЛИ. СУЩНОСТИ, СВЯЗИ, АТРИБУТЫ 120
3.3. ОПИСАНИЕ ДАТАЛОГИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЕКТА 147
3.4. ФИЗИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАЗЫ ДАННЫХ 148
3.5. ОПИСАНИЕ ОГРАНИЧЕНИЙ ЦЕЛОСТНОСТИ 148
3.6. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ АДМИНИСТРИРОВАНИЯ БАЗЫ ДАННЫХ ГТК 152
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 157
ЛИТЕРАТУРА ? 160
Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Эффективное функционирование таможенной системы имеет огромное общегосударственное значение. Отчисления в бюджет по внешнеэкономическим сделкам в виде таможенных пошлин, налогов и платежей в 1995 году составили более 55 триллионов рублей, за счет этих поступлений формируется порядка тридцати процентов государственного бюджета. Сумма отчислений по внешнеэкономическим сделкам зависит от множества факторов, одним из которых является эффективность процессов управления.
Процесс управления таможенной системой, как и любой большой и сложной
экономической системой, требует обработки и накопления большого количества самой
разнообразной информации. Вместе с тем, эффективность, адекватность и
оперативность принимаемых решений на основе этой информации часто недостаточна,
что требует повышения качества хранимой информации и скорости доступа к данным.
Ядром информационной системы является ее база данных. Проектирование базы данных больших экономических информационных систем - сложный и трудоемкий процесс, состоящий из нескольких этапов - инфологического, даталогического и физического проектирования. Для разработки эффективного проекта базы данных необходимо иметь такое описание предметной области, которое могло бы быть понятным различным классам пользователей, содержать необходимую для них информацию и в то же время быть достаточно формализованным, чтобы исключать двусмысленность и ошибки. Данное описание должно эффективно преобразовываться в логическую структуру базы данных (даталогическую модель), а также быть адаптивным к изменениям предметной области. Для целей его создания используют искусственные формализованные языковые средства, а само описание называется инфологической моделью (ИЛМ) предметной области.
Основным требованием к ИЛМ является требование ее адекватности целям моделирования, а также реальным объектам и процессам предметной области. Формализованная экономическая модель может быть построена с использованием самых разнообразных математических методов и средств. Учитывая цель создания ИЛМ, - разработка базы данных для хранения информации о всех экономических процессах и объектах предметной области для принятия управленческих решений как по каждому процессу (объекту) в отдельности, так и по их совокупности, - круг формализованных методов и средств может быть заметно сужен. Действительно, использование классических математических методов, предлагающих представить экономическую область в виде совокупности формул, чаще всего не позволяет отразить многообразие процессов, объектов и их свойств, а также ограничений, существующих в большой экономической системе. Попытки включения всех процессов, объектов, свойств и ограничений приводят к потере адаптивности модели, что неприемлемо для динамичных экономических систем, тем более для информационного обеспечения принятия управленческих решений в этих системах.
Создание ИЛМ преследует также цели привлечения к разработке автоматизированной ЭИС пользователей-экономистов. Для обеспечения этой цели необходимы наглядные и понятные языковые средства реализации ИЛМ (например, графические).
Таким образом, для моделирования больших и сложных экономических предметных областей с целью разработки их баз данных должны использоваться специальные формализованные средства, позволяющие:
- адекватно и полно отразить экономическую предметную область;
- эффективно преобразовываться в логическую и физическую структуры данных;
- адаптивно изменять модель в условиях динамического развития системы;
- непротиворечиво объединять представления и потребности различных пользователей и проектировщиков;
- четко и понятно представлять объекты, процессы и ограничения как для специалистов в моделируемой предметной области, так для проектировщиков и программистов.
Наиболее подходящим средством моделирования экономических информационных систем, учитывающим вышеизложенные требования, являются модели сущность-связь (Entity-Relationship) или ER-модели.
В настоящее время существует множество работ, связанных с проектированием баз данных. Однако чаще всего в них рассматриваются проблемы проектирования для конкретных СУБД (чаще всего dBASE-подобных, не подходящих для разработки больших экономических информационных систем). В части работ описываются не все этапы процесса проектирования. Существующие инфологические модели не содержат всех типов сущностей, отношений или атрибутов. Некоторые авторы рассматривают процесс проектирования в виде совокупности примеров. Решения, которые предлагаются в данных работах, оптимальны в описанных ситуациях, но могут быть неэффективными в других.
Выбор темы исследования определило наличие проблемы качественного моделирования и проектирования эффективных баз данных больших экономических информационных систем (ЭИС).
Решению задачи моделирования баз данных больших информационных систем, построения алгоритмов перехода от инфологической модели к даталогической, обеспечения целостности и эффективной работы баз данных и использования в этих целях средств автоматизации посвящено данное диссертационное исследование. Его особенностью является комплексное рассмотрение вопросов инфологического, даталогического и физического моделирования, обеспечения целостности и совместного применения современных CASE-средств и "ручного" проектирования.
ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Целью работы Является создание и описание методики моделирования и проектирования баз данных больших ЭИС на основе построения ER-моделей предметной области и эффективного использования
CASE-средств на различных этапах проектирования в условиях динамического развития экономической системы и изменения окружающей среды.
В соответствии с указанной целью в диссертации поставлены и решены следующие задачи:
исследование и классификация объектов и процессов большой экономической предметной области - таможенной системы России;
- определение особенностей больших ЭИС;
- анализ различных видов инфологических моделей для целей моделирования экономической предметной области, особенно класса ER-моделей;
- анализ алгоритмов перехода от ИЛМ к даталогической модели (ДЛМ);
- разработка методики проектирования баз данных больших ЭИС с использованием ER-моделирования и CASE-средств;
- формализация процесса перехода от ER-модели к реляционной ДЛМ;
- разработка методов поддержания целостности базы данных ЭИС и использования с этой целью средств автоматизации проектирования;
- выработка рекомендаций и предложений по эффективному физическому проектированию баз данных;
- реализация предложенной методики при моделировании экономической предметной области - таможенной системы и проектировании центральной базы данных Государственного Таможенного Комитета России.
Объектом исследования является процесс проектирования баз данных больших ЭИС и методика качественного и быстрого проектирования баз данных путем построения ER-моделей.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ. Для решения поставленных в работе задач использовалась российская и зарубежная литература по моделированию экономических систем и проектированию баз данных для ЭИС, реализации их физической структуры и обеспечению достоверности и целостности экономической информации, а также аналитические и обзорные работы по вопросам применения CASE-средств, техническая документация по СУБД и CASE. В ходе изучения методов автоматизированного проектирования были проанализированы несколько современных CASE-продуктов, имеющих в своем составе компоненты моделирования баз данных. При разработке моделей и проекта центральной базы данных ГТК РФ использовались опросы и интервью различных пользователей, изучались существующие нормативные, методические и инструктивные материалы, касающиеся таможенной системы России.
Инструментом исследования послужили методы математического и концептуального моделирования, системного анализа, теории графов, множеств и
реляционной алгебры.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. В диссертационной работе дано новое решение актуальной проблемы эффективного проектирования базы данных ЭИС путем построения ER-моделей предметной области. Новизна решения заключается в следующем:
- предложены методы и средства построения ИЛМ предметной области, обладающей совокупностью мощных возможностей отображения объектов и процессов экономической предметной области (обычные сущности, виды и подвиды, атрибутные и безатрибутные, n-арные, альтернативные отношения, ключевые, обязательные и необязательные атрибуты и др.);
- выполнен анализ алгоритмов перехода от ИЛМ к реляционной ДЛМ, учитывающий полноту преобразования типов сущностей, связей и атрибутов ИЛМ в отношения ДЛМ, эффективность и адекватность данного преобразования для класса экономических систем, наличие средств автоматизации алгоритма и генерации программных компонент компьютерных ЭИС, а также ведения и администрирования баз данных этих систем;
- проанализированы и уточнены основные термины и определения по инфологическому и даталогическому проектированию. Дано новое понятие сущности, экземпляра сущности, введены понятия уникально идентифицирующего атрибута, атрибутной и безатрибутной связи, уточнены термины: ER-модель, даталогическая модель, связь, атрибут, таблица, транзитивная связь и др.;
- разработана мета-модель, сущностями которой являются основные понятия предлагаемой методики моделирования и проектирования баз данных;
- предложен новый алгоритм перехода от ER-модели к реляционной даталогическои, учитывающий отражение ограничений целостности предметной области в ИЛМ и ДЛМ, наличие различных типов сущностей и связей (в т.ч. атрибутных связей). Данный алгоритм формализован, в его представлении использован теоретико-множественный аппарат. В алгоритме предложена универсальная формула для преобразования любых ассоциаций сущностей в отношения ДЛМ;
- обобщены возможности использования CASE-средств для получения реляционной даталогическои модели, даны рекомендации совместного применения данных средств и ПручногоП проектирования;
- уточнена методика построения ER-модели при использовании CASE Oracle;
- предложена технология автоматизированного поддержания целостности базы данных экономических систем, включающая информацию ИЛМ и ДЛМ;
- смоделирована экономическая предметная предметная область - таможенная система, построены ER-модели для таможенной системы, на основе которых разработан проект центральной базы данных Государственного Таможенного Комитета России;
- решены задачи разработки программных средств ведения центральной базы
данных и нормативно-справочной информации ГТК России и создания АСОИ автомобильной таможни на базе Московского регионального таможенного управления. Центральная база данных и нормативно-справочная информация являются ядром для решения экономических задач федерального уровня, а именно: планирования учета и контроля начисления, взимания и поступления в государственный бюджет
таможенных платежей; экспортно-импортного таможеипо-банковского валютного контроля; статистики внешнеэкономической и торговой деятельности; организации борьбы с контрабандой и нарушениями Федерального и таможенного законодательств; контроля таможенного оформления; прогнозирования и планирования таможенных тарифов и преференций; контроля и анализа использования лицензий и квот; анализа среднеконтрактных цен и влияния величины таможенных пошлин, сборов и льгот на их динамику и многих других задач таможенной системы России.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ, РЕАЛИЗАЦИЯ И АПРОБАЦИЯ. Результаты диссертационного исследования могут быть использованы при моделировании экономических предметных областей и проектировании баз данных больших ЭИС. В случае использования средств автоматизации проектирования особое значение приобретает анализ моделей и алгоритмов, произведенный в работе, а также возможность человеко-машинного проектирования для повышения эффективности проектов баз данных.
Предложенная методика была апробирована при моделировании экономической предметной области - таможенной системы - и проектировании центральной базы данных и средств ее администрирования Главного Научно-Информационного Вычислительного Центра (ГНИВЦ) ГТК России. Результатом внедрения данного проекта было повышение эффективности процессов управления таможенной системой за счет снижения времени обработки и стоимости хранения информации, увеличесния ее
достоверности и целостности.
Различные части работы могут эффективно использоваться при обучении студентов проектированию баз данных и информационных систем в целом и повышении квалификации специалистов.
СОСТАВ И СТРУКТУРА РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы из 77 наименований. По теме диссертационного исследования опубликовано шесть работ общим объемом 2,3 п.л.
