Информационное моделирование в методике IDEF1X

Концепция IDEF1X

Функциональное моделирование проводится в тех случаях, когда требуется не просто описать объект, а выявить его новое содержание, например, для внедрения ИС или бизнес-процесса реинжиниринга, то все потоки данных (стрелки) в системе должны быть выявлены и описаны достаточно детализировано. Для решения этой задачи разработана методология информационного моделирования IDEF1X. Миссия IDEF1X - определить, какая информация требуется для реализации функций, выявленных диаграммой IDEF0.

IDEF1 - это метод структурного анализа для проектирования сложных ИС, разработанный Т. Рэмей (T. Ramey). Метод служит для моделирования данных и основан на модели “сущность-связь»П. Чена (P. Chen). IDEF1 позволяет разрабатывать концептуальную модель предметной области системы баз данных в форме одной или нескольких ER-диаграмм, эквивалентных отношениям в третьей нормальной форме. Усовершенствованной версией IDEF1 является методология IDEF1X, разработанная с учетом таких требований, как простота изучения и возможность автоматизации.

IDEF1X используется для моделирования реляционных баз данных и имеет в США статус федерального стандарта [15]. Стандарт входит в семейство методологий IDEF, позволяющих исследовать структуру, параметры и характеристики производственно-технических и организационно-экономических систем. Методология IDEF1X адаптирована для совместного использования с IDEF0 в рамках единой технологии моделирования. То есть в рамках IDEF0 детализируются функциональные блоки, а в рамках IDEF1X детализируются стрелки, взаимодействующие с функциями.

Синтаксис IDEF1X

Компоненты синтаксиса языка IDEF1X - это сущности, атрибуты, связи, диаграммы, правила.

Сущность - это некоторое лицо, существо или предмет, принадлежащий предметной области рассматриваемой системы баз данных, либо связанное с ними событие или процесс. Атрибут - это именованная характеристика сущности, представляющая интерес в контексте данной предметной области. Связь - это функциональная зависимость между двумя сущностями (возможна связь сущности с самой собой). Правила определяют как следует применять компоненты. Диаграммы обеспечивают формат графического и словесного описания модели.

Семантика IDEF1X

Сущности

Рисунок 12. Пример диаграммы IDEF1X

Хотя терминология IDEF1X практически совпадает с терминологией IDEF1, существует ряд фундаментальных отличий в теоретических концепциях этих методологий. Сущность в IDEF1X описывает собой набор экземпляров похожих по свойствам, но однозначно отличаемых друг от друга по признакам. Каждый экземпляр является реализацией сущности. Таким образом, сущность в IDEF1X описывает конкретный набор экземпляров реального мира, в отличие от сущности в IDEF1, которая представляет собой абстрактный набор информационных отображений реального мира. Примером сущности IDEF1X может быть сущность “СОТРУДНИК», которая представляет собой всех сотрудников предприятия, а один из них, скажем, Иванов Петр Сергеевич, является конкретной реализацией этой сущности. Каждый экземпляр сущности СОТРУДНИК содержит следующую информацию: ID сотрудника, имя сотрудника, адрес сотрудника и т.п. В IDEF1X модели эти свойства называются атрибутами сущности.

Связи

Связь - это функциональная зависимость между двумя сущностями (возможна связь сущности с самой собой). Если между некоторыми сущностями существует связь, то экземпляры одной сущности ссылаются или некоторым образом связаны с экземплярами другой сущности. Связи - это суть глаголы, которые показывают, как соотносятся сущности между собой. Например, Отдел <состоит из> нескольких Сотрудников или Сотрудник <пишет> разные Отчеты.

Здесь связи между сущностями соответствуют схеме один ко многим. Это означает, что один экземпляр первой сущности связан с несколькими экземплярами второй сущности. Причем первая сущность называется родительской, а вторая - дочерней.

Связи отображаются в виде линии между двумя сущностями с точкой на одном конце и глагольной фразой, отображаемой над линией. На рисунке 12 приводится диаграмма связи между Сотрудником и Отделом [16].

Связь один-к-одному отображает такой характер связей между сущностями, когда каждому экземпляру одной сущности соответствует только один экземпляр другой, и наоборот. Например, муж женат только на одной жене, а жена, в свою очередь, состоит в браке только с одним мужем.

Связь многие-ко-многим представляет ситуацию, где экземпляры одной сущности связаны с одним или большим количеством экземпляров второй сущности, и наоборот, экземпляры второй сущности связаны с одним и большим количеством экземпляров первой сущности. Например, каждый автор может написать много книг, и каждая книга в свою очередь может быть написана несколькими авторами. Связь многие-ко-многим обычно используются на начальной стадии разработки диаграммы. В диаграмме IDEF1X она отображается в виде сплошной линии с точками на обоих концах.

Связь может дополнительно определяться с помощью указания степени или мощности (количества экземпляров сущности-потомка, которое может существовать для каждого экземпляра сущности-родителя). В IDEF1X могут быть выражены следующие мощности связей:

1. каждый экземпляр сущности-родителя может иметь ноль, один или более связанных с ним экземпляров сущности-потомка;

2. каждый экземпляр сущности-родителя должен иметь не менее одного связанного с ним экземпляра сущности-потомка;

3. каждый экземпляр сущности-родителя должен иметь не более одного связанного с ним экземпляра сущности-потомка;

4. каждый экземпляр сущности-родителя связан с некоторым фиксированным числом экземпляров сущности-потомка.

Рисунок 13. Идентификация сущностей IDEF1X

Идентификация сущностей

Сущность описывается в диаграмме IDEF1X графическим объектом в виде прямоугольника. На рисунке 13 приведен пример IDEF1X диаграммы [16]. Каждый прямоугольник, отображающий собой сущность, разделяется горизонтальной линией на часть, в которой расположены ключевые поля и часть, где расположены неключевые поля. Верхняя часть называется ключевой областью, а нижняя часть областью данных. Ключевая область объекта СОТРУДНИК содержит поле “Уникальный идентификатор сотрудника», в области данных находятся поля «Имя сотрудника», «Адрес сотрудника» и т.д.

Ключевая область содержит первичный ключ для сущности. Первичный ключ - это набор атрибутов, выбранных для идентификации уникальных экземпляров сущности. Атрибуты первичного ключа располагаются над линией в ключевой области. Как следует из названия, неключевой атрибут - это атрибут, который не был выбран ключевым. Неключевые атрибуты располагаются под чертой, в области данных.

Сущности в IDEF1X всегда имеют ключевую область и, поэтому в каждой сущности должны быть определены ключевые атрибуты.

Выбор первичного ключа для сущности является очень важным шагом. В качестве первичных ключей могут быть использованы несколько атрибутов или групп атрибутов. Атрибуты, которые могут быть выбраны первичными ключами, называются кандидатами в ключевые атрибуты (потенциальные атрибуты). Кандидаты в ключи должны уникально идентифицировать каждую запись сущности. В соответствии с этим, ни одна из частей ключа не может быть NULL, не заполненной или отсутствующей.

Например, для того, чтобы корректно использовать сущность СОТРУДНИК в IDEF1X модели данных, необходимо иметь возможность уникально идентифицировать записи. Правила, по которым выбирается первичный устанавливают, что атрибуты и группы атрибутов должны:

1. уникальным образом идентифицировать экземпляр сущности;

2. не использовать NULL значений;

3. не изменяться со временем;

4. быть как можно более короткими для использования индексирования и получения данных;

5. если вам нужно использовать ключ, являющийся комбинацией ключей из других сущностей, убедитесь в том, что каждая из частей ключа соответствует правилам.

При выборе первичного ключа для сущности, разработчики модели часто используют дополнительный (суррогатный) ключ, т.е. произвольный номер, который уникальным образом определяет запись в сущности. Атрибут «Номер сотрудника» является примером суррогатного ключа. Суррогатный ключ лучше всего подходит на роль первичного ключа потому, что является коротким и быстрее всего идентифицирует экземпляры в объекте. К тому же суррогатные ключи могут автоматически генерироваться системой так, чтобы нумерация была сплошной, т.е. без пропусков.

Потенциальные ключи, которые не выбраны первичными, могут быть использованы в качестве вторичных или альтернативных ключей. С помощью альтернативных ключей часто отображают различные индексы доступа к данным в конечной реализации реляционной базы.

Если сущности в IDEF1X диаграмме связаны, связь передает ключ (или набор ключевых атрибутов) дочерней сущности. Эти атрибуты называются внешними ключами. Внешние ключи определяются как атрибуты первичных ключей родительского объекта, переданные дочернему объекту через их связь. Передаваемые атрибуты называются мигрирующими.

Классификация сущностей

При разработке модели приходится сталкиваться с сущностями, уникальность которых зависит от значений атрибута внешнего ключа. Для этих сущностей (для уникального определения каждой сущности) внешний ключ должен быть частью первичного ключа дочернего объекта.

Дочерняя сущность, уникальность которой зависит от атрибута внешнего ключа, называется зависимой сущностью. В обозначениях IDEF1X зависимые сущности представлены в виде закругленных прямоугольников.

Зависимые сущности далее классифицируются на сущности, которые не могут существовать без родительской сущности и сущности, которые не могут быть идентифицированы без использования ключа родителя (сущности, зависящие от идентификации).

Сущности, независящие при идентификации от других объектов в модели, называются независимыми сущностями. В IDEF1X независимые сущности представлены в виде прямоугольников.

Различают следующие типы зависимых сущностей [8]:

1. характеристическая - зависимая дочерняя сущность, которая связана только с одной родительской сущностью и по смыслу хранит информацию о характеристиках родительской сущности;

2. ассоциативная - сущность, связанная с несколькими родительскими сущностями, содержит информацию о связях сущностей;

3. именующая - частный случай ассоциативной сущности, не имеющей собственных атрибутов (только атрибуты родительских сущностей, мигрировавших в качестве внешних ключей);

4. категориальная - дочерняя сущность в иерархии наследования.

Иерархия наследования представляет собой особый тип объединения сущностей, которые разделяют общие характеристики. Обычно иерархию наследования создают, когда несколько сущностей имеют общие по смыслу атрибуты или когда сущности имеют общие по смыслу связи. Для каждой категории можно указать дискриминатор - атрибут родового предка, который показы­вает, как отличить одну категориальную сущность от другой.

Типы связей

В IDEF1X концепция зависимых и независимых сущностей усиливается типом взаимосвязей между двумя сущностями. Если вы хотите, чтобы внешний ключ передавался в дочернюю сущность (и, в результате, создавал зависимую сущность), то можете создать идентифицирующую связь между родительской и дочерней сущность.

Идентифицирующие взаимосвязи обозначаются сплошной линией между сущностями.

Неидентифицирующие связи, являющиеся уникальными для IDEF1X, также связывают родительскую сущность с дочерней. Неидентифицирующие связи используются для отображения другого типа передачи атрибутов внешних ключей - передача в область данных дочерней сущности (под линией).

Неидентифицирующие связи отображаются пунктирной линией между объектами. Так как переданные ключи в неидентифицирующей связи не являются составной частью первичного ключа дочерней сущности, то этот вид связи не проявляется ни в одной идентифицирующей зависимости.

Тем не менее, взаимосвязь может отражать зависимость существования, если бизнес правило для взаимосвязи определяет то, что внешний ключ не может принимать значение NULL. Если внешний ключ должен существовать, то это означает, что запись в дочерней сущности может существовать только при наличии ассоциированной с ним родительской записи.

Основным преимуществом IDEF1X, по сравнению с другими многочисленными методами разработки реляционных баз данных, например, как ER является жесткая и строгая стандартизация моделирования. Установленные стандарты позволяют избежать различной трактовки построенной модели, которая несомненно является значительным недостатком ER.

Глава 7. Контрольные вопросы

Содержание

7.1. Вопросы для самопроверки

Вопросы для самопроверки

1. Расскажите историю развития методологий описания деятельности организаций.
2. Проведите сравнительный анализ методологий описания.
3. Методология SADT. Сущность. Достоинства и недостатки.
4. Стандарты IDEF. Сущность. Достоинства и недостатки.
5. Методология DFD. Сущность. Достоинства и недостатки.
6. Методология ARIS. Сущность. Достоинства и недостатки.
7. Методология UML. Сущность. Достоинства и недостатки.
8. Какие требования предъявляют к инструментальным системам для моделирования бизнеса?
9. Инструментальная система ARIS
10. Инструментальная система BPWin.
11. Инструментальная система Rational Rose.
12. Графический редактор Visio.
13. Проведите сравнительный анализ инструментальных средств.
14. Моделирование бизнес-процессов. Принципы, подходы, решения.
15. В чем заключается проблема целостного описания бизнес-процессов?
16. Методологии описания предметных областей деятельности организации?
17. Какие методы анализа вы знаете?
18. Расскажите об анализе соблюдения методологии описания процессов.
19. Расскажите об анализе топологии процесса.
20. Расскажите об анализе данных мониторинга.
21. Расскажите об анализе результатов имитационного моделирования.
22. Расскажите об анализе ресурсного окружения процессов.
23. Расскажите об анализе рисков процесса.