30.01.2019
Автор: Виктор Рудь
Модель данных - это совокупность концептов и их связей. Более точно - это совокупность концептов, выраженных с помощью метаданных, и их связей, выраженных с помощью мета-связей. Дадим простейший пример. Перед нами текст, описывающий бизнес-ситуацию (ситуацию некого фрагмента реальности): клиент по имени Петров оплатил счет в размере 450 рублей и получил чек за три ручки и два карандаша марки "Архитектор" в торговой точке (канцелярский бутик) внутри магазина "ГУМ"; основанием для покупки явилось воздействие рекламной компании, проводимой по радио. Что мы можем выделить из этого текста в качестве концептуальной модели данных (мета-модели)?
Так рождается концептуальная модель, задающая тон всему последующему процессу проектирования информационной системы.
Внимание: модель данных - это не сами данные. Сами данные - это ГУМ, Петров, радио, карандаш, ручка, 450 рублей. Концепты - это метаданные, то есть они указывают не на объекты реальности, а на классы объектов реальности: товары, точки продаж, оплаты, покупки. Обратите внимание, что ГУМ, Петров, радио, карандаш марки "Архитектор" - это именно данные, а не сама реальность. Реальность мы не можем привести здесь в тексте, мы можем лишь репрезентировать её в словах (что мы и делаем) или репрезентировать её в виде записей в СУБД (см. ниже про физический уровнь). Более подробно на эту тему советуем изучить трактат Витгенштейна.
Существует три уровня (уровня абстрактности-детальности) в моделировании данных (их можно считать минимально рекомендованными стадиями проектирования как самих метаданных, так и операций собственно над данными):
Назначение моделей концептуального уровня или зачем это нужно? На концептуальном уровне моделирования (максимально абстрактном с точки зрения реализации в информационных системах) мы выясняем и определяем основные понятия предметной области и их взаимосвязь. На этом уровне мы расчленяем реальность на объекты или концепты. Иногда также используют термин «построение онтологиии предметной области». Концептуальная модель задаёт границы приложения, отражая своим содержанием не только то, чем мы будем заниматься, но также и то, чем мы заниматься не будем. Концептуальная модель не зависит от реализации её в какой-то системе. Её можно подогнать под некоторую реализацию, но изначально она от реализации абсолютно независима.
Базовый элемент концептуальной модели: концепт или бизнес-объект, или бизнес-сущность. Более точно, на языке IT, - класс, то есть совокупность предметов реальности, отнесенных пользователями или экспертами к определенному классу. Примечение: это называют сущностью, если хотят подчеркнуть тот общий признак, ту суть, по которой предметы реальности отбираются в класс. Это называют классом, если хотят подчеркнуть, что речь идет не об единичном предмете, а о множестве предметов с одинаковой сутью. Например, "пишущий прибор" - это и шариковая ручка, и карандаш, и ручка перьевая, и сотни моделей различных ручек разной конструкции и эстетики. "Пишущий прибор" - сущность, суть которой есть нЕчто, позволяющее писать. Но также "пишущий прибор" - указание на класс предметов реальности, с помощью которых можно писать.
Примеры бизнес-сущностей (бизнес-объектов):
Концептуальная модель бизнеса (модель размышления или онтологическая картинка бизнеса), как правило, представлена в документах класса ГЛОССАРИЙ. Это может быть как местная wiki, так и разрозненные главы типа «Глоссарий» в различных документах компании. Качество таких глоссариев не высокое, для автоматизации и тем более цифровизации они не годятся, но безусловно словарь или тезаурус - это первый артефакт, с изучения которого должен начать аналитик. Цель аналитика - построить настоящую концепт-модель из концептуальных объектов данных, где объект данных - это контейнер с атрибутами, имеющий как четкие семантически границы, так и выделенные свойства объекта - атрибуты. Собственно атрибуты-свойства (например, марка карандаша или ручки) и есть лучший способ определения концептуального объекта. Если вы не можете выделить атрибуты (ну естественно речь идет о мета-атрибутах), то такой концепт не важен для автоматизации или цифровизации, хотя может быть важен для понимания полной онтологической картины предметной области. Схематически (графически) наиболее удобным способом представления концептуальной модели является схема типа «диаграмма классов». Изображение каждого класса на схеме содержит:
Например, концепт АВТОМОБИЛЬ может быть задан так: любой предмет реальности, у которого можно выделить такие его свойства, как объем двигателя, габариты, числов возможных пассажиров в кабине. Под такое определение может попасть и кран, и грузовик, и трактор. И это вам решать, имеет ли место быть концептуальная ошибка или нет.
Концептуализация предметов (вещей) является относительно простой задачей. Концептуализация явлений сложнее. Концептуализация ментально-когнитивных явлений наиболее сложна. Дайте концептуальное определение и мета-атрибуты для таких явлений, как ПРОБЛЕМА, ПРЕТЕНЗИЯ, ИНИЦИАТИВА, ИДЕЯ. Легко? Потренируйтесь также в определении того, что есть ТРЕБОВАНИЕ, ОГРАНИЧЕНИЕ, ПРИНЦИП, ИНТЕРЕС, ФУНКЦИЯ, ПРОЦЕССНЫЙ ШАГ.
Бизнес-сущности (бизнес-объекты) имеют связи друг с другом. Связи при именовании полезно «окрашивать» именами действий или отношений из предметной области, например, клиент заключает сделку, заказ состоит из товаров. Наилучшая нотация для концептуального уровня — подборка элементов из слоя Business и Motivation методологии Archimate. В данной нотации рекомендуется использоваться объект Meaning, а также бизнес-сущности могут быть привязаны к ряду других элементов (например, value или capability), что улучшает их окрашивание или лучше структурирует (делает более наглядной) моделируемую предметную область.
Фокус моделирования:
Сложные концептуальные модели, содержащие десятки бизнес-сущностей, разбиваются на домены. Домен — группировка «родственных» сущностей, образующих модель отдельного фрагмента моделируемой предметной области. Иногда концептуальная модель становится существенной частью логической модели. Это бывает в следующих случаях:
В отдельных случаях приходится поддерживать концептуальную модель двух видов:
Примечание: слова "концептуализация" и "объективизация" можно использовать как синонимы. Каждый видит предметный мир по своему, каждый сводит бесконечный предметный мир к конечному миру объектов (концептов) так, как ему удобно, как его научили семья, школа, институт, улица, рабочая среда, личный опыт.
Для дизайна и управления концептуальной моделью данных может быть использована российская СиММА - Система Многослойного Моделирования Архитектуры.
Логическая модель является уточнением и детализацией концептуальной модели. Но это лишь с одной стороны (со стороны концептуального моделирования). С противоположной стороны (со стороны реализации) на построение логической модели влияет:
Назначение моделей логического уровня или зачем это нужно? Логический уровень моделирования — это уровень логики организации данных, то есть какие данные и как сгруппированы и связаны друг с другом. Концептуальный уровень больше заботится о смысловой нагрузке, выраженной в меа-атрибутах и мета-связях, логический - заботится о скрупулезном учете фактических (реальных) связей, предусмотренных программистом между объектами системы (ссылки объектов друг на друга, отношения объектов). Концептуальный уровень оперирует бизнес-сущностями, логический — сущностями будущей или фактически имеющейся информационной системы (например, базы данных). В компаниях с большой историей логический уровень задан фактически развернутыми системами конкретных вендоров. На вопрос "зачем нужен логический уровень?" можно было бы ответить так: "это тот набор мыслей, с которым вы садитесь что-то программировать, его не может не быть".
Примечание: логический - не означает выделенный с точки зрения здравого смысла и причинно-следственных рассуждений. Логический - значит формализованный по законам формальной (!) логики выбранного способа представления данных: таблично-реляционного или объектно-ориентированного, или сетевого, векторного, графового и т.д. Причины неудач в процессной автоматизации связаны с тем, что 9 из 10 аналитиков и программистов не в состоянии формализовать на логическом уровне такое сложное явление как "процесс", потому что никогда не слышали об алгебре процессов (и даже более того - безнадежно застряли в модели акторов). А, как известно, без формализации нет и автоматизации. Точнее сказать, всё ещё наблюдается автоматизация процессов в акторной модели - а это путь в тупик, созданный в далёких 90-х.
Важное замечание №1. В простейших случаях концептуальные объекты (бизнес-сущности) совпадают с объектами логического уровня. В таких случаях фаза концептуального моделирования может совсем не требоваться или совпадать с фазой построения логической модели.
Важное замечание №2. Очень часто молодые системные аналитики пытаются построить сложную логическую модель и проваливают работу, не подозревая о необходимости фазы концептуального моделирования, которая должна выполняться с участием бизнес-аналитиков и самого бизнеса. В настоящее время — время диджитал — концептуализация и цифровизация должны рассматриваться как синонимы. Ну и конечно же не стоит забывать про DDD: чем строже соответствие логической и концептуальной моделей (вплоть до совпадения), тем лучше для качества проекта.
Тип объектов логического уровня соответствует типам объектов избранной СУБД или фреймворка. Для реляционных баз данных - это кортеш из атрибутов одной таблицы. Для объектно-ориентированных баз данных и фреймворков — это собственно "объекты". Объекты логического уровня (их часто называют ENTITY, сущности) - это то, чем оперирует информационная система (база данных или сервер приложений) или программист [в ходе написания кода]. К сущностям логического уровня подвязываются методы работы с этими сущностями. То есть в зависимости от того, какая именно физическая реализация концепт-модели будет выбрана, сущности логического уровня получат опеределенные степени сводобы-несвободы.
Базовый элемент логической модели: сущность или объект (в ООП — класс, где объект - экземпляр класса).
Для проектирования реляционных баз данных используется нотация ERD. Рамками этой нотации фактически и задаётся логический уровень моделирования. Однако для систем, имеющих на верхнем уровне объектную модель, логический уровень описывается диаграммной классов (из нотации UML). Детализирующие (вспомогательные) и часто используемые диаграммы логического уровня моделирования — это диаграммы состояний.
Примеры сущностей (классов):
Фокус моделирования:
Немаловажное влияние на сущности логического уровня и их взаимосвязи оказывает тип проектируемой системы. Если проектируемая система относится к BI-классу, то следует понимать назначение BI-системы, ожидаемые от нее витрины, срезы, аналитики, метод моделирования времени (динамики изменения данных) и т.п.
Если в ходе проектирования разрабатывается логическая модель не одной, а нескольких систем, что часто имеет место быть в крупных компаниях, внедряющих пятую, десятую или сто двадцатую систему, то при разработке логической модели указывают к какой системе принадлежит (или будет принадлежать) та или иная сущность. Распределение сущностей по различным информационным системам даёт возможность грубо наметить (спрогнозировать) будущие информационные потоки (и точки интеграции) между системами.
Важное замечание. При разработке новой информационной системы, являющейся частью комплекса унаследованных систем, часто приходится использовать как проектирование сверху вниз (от концептуального уровня к физическому), так и обратное — снизу вверх: от уже существующих физических моделей к логической и далее мапирование в концептуальную. Это на порядок или даже на 2 порядка усложняет проектирование даже если нужно создать/автоматизировать один сквозной процесс, протекающий через ряд информационных систем.
Иногда при проработке логического уровня возникают сущности, которые трудно подвязать к бизнес-сущностям концептуального уровня и тогда возникает вопрос: нужно ли на концептуальном уровне завести новую бизнес-сущность? Ответ таков:
Каждый вендор информационной системы имеет логическую модель своей системы даже если он и не раскрывает ее своим клиентам. При интеграции нескольких систем приходится сначала увязывать их логические модели на концептуальном уровне моделирования, а лишь потом строить связи между логическими моделями разных систем. Например, в системе автоматизации продаж клиент может быть представлен как PARTY, в ERP-системе той же компании как КОНТРАГЕНТ, а в системе биллинга той же компании, как АБОНЕНТ.
Физический уровень — это уровень таблиц для реляционных моделей данных.
Базовый элемент физической модели: таблица.
Примеры таблиц:
Не исключается, что одна таблица физического уровня может участвовать в моделировании (отражать собой) сразу несколько логических сущностей.
Фокус моделирования:
В простейших случаях логические объекты (сущности) совпадают с объектами физического уровня. Это характерно для самых простых баз данных реляционного типа. Нотация Питера Чена (реализована в СиММА) хорошо подходит для увязывания логического и физического уровня проектирования.
