介紹IDEF1x建模方法

IDEF的含義是集成計算機輔助製造(Integrated ComputerAidedManufacturingICAM)DEFinition。最初的IDEF方法是在美國空軍ICAM項目建立的。根據用途,可以把IDEF族方法分成兩類:第一類IDEF方法的作用是溝通系統集成人員之間的信息交流。主要有:IDEF0IDEF1IDEF3IDEF5IDEF0通過對功能的分解、功能之間關係的分類(如按照輸入、輸出、控制和機制分類)來描述系統功能。IDEF1用來描述企業運作過程中的重要信息。IDEF3支持系統用戶視圖的結構化描述。IDEF5用來採集事實和獲取知識。第二類IDEF方法的重點是系統開發過程中的設計部分。目前有兩種IDEF設計方法:IDEF1XIDEF4IDEF1X可以輔助語義數據模型的設計。IDEF4可以產生面向對象實現方法所需的高質量的設計產品。

IDEF1XIDEF系列方法中IDEF1的擴展版本,是在E-R(實體聯繫)方法的原則基礎上,增加了一些規則,使語義更爲豐富的一種方法。概念模型設計常用IDEF1X方法,它就是把實體-聯繫方法應用到語義數據模型中的一種語義模型化技術,用於建立系統信息模型。IDEF1的最初形式是在P.P.S (Peter) Chen的實體聯繫模型化概念與P.P.(Ted) Codd的關係理論的基礎上發展起來的。IDEF1XIDEF1的擴展版本,除在圖形表達和模型化過程方面的改進外,還對語義進行了增強和豐富。例如:分類聯繫 (Categorization Relationships)的引入。

IDEF1X是語義數據模型化技術,它具有以下的特性:(1)   支持概念模式的開發。IDEF1X語法支持概念模式開發所必需的語義結構,完善的IDEF1X模型具有所期望的一致性、可擴展性和可變換性。(2)  IDEF1X是一種相關語言。IDEF1X對於不同的語義概念都具有簡明的一致結構。IDEF1X語法和語義不但比較易於爲用戶掌握,而且還是強健而有效的。(3)  IDEF1X是便於講授的。語義數據模型對許多IDEF1X用戶都是一個新概念。因此,語言的易教性是一個重要的考慮因素,設計IDEF1X語言是爲了教給事務專業人員和系統分析人員使用,同樣也是教給數據管理員和數據庫設計者使用的。因此,它能用作不同學科研究小組的有效交流。(4)   IDEF1X已在應用中得到很好地檢驗和證明。IDEF1X是基於前人多年的經驗發展而來的,它在美國空軍的一些工程和私營工業中充分地得到了檢驗和證明。(5) IDEF1X是可自動化的。IDEF1X圖能由一組圖形軟件包來生成。商品化的軟件還能支持IDEF1X模型的更改、分析和結構管理。

IDEF1X把實體-聯繫方法應用到語義數據模型化中,IDEF1的最初形式是在P.P.S (Peter) Chen的實體聯繫模型化概念與P.P.(Ted) Codd的關係理論的基礎上發展起來的。IDEF1XIDEF1的擴展版本,除在圖形表達和模型化過程方面的改進外,還對語義進行了增強和豐富。例如:分類聯繫 (Categorization Relationships)的引入。

IDEF1X模型的基本結構和ER模型基本類似,主要有以下元素:
1)實體(如人、地點、概念、事件等)用矩形方框表示;(2)實體之間的關係(聯繫),用方框之間的連線表示;(3)實體的屬性,用方框內的屬性名稱來表示。

能建立完整的IDEF1x概念模型並支持直接將模型轉換爲物理數據庫的結構。實體之間的關係可以分爲確定關係和不確定關係。確定關係又分爲連接關係和分類關係。連接關係也稱“父子關係”,它是兩個實體之間的聯繫或連接,一個實體(子實體)依賴於另一個實體(父實體)。分類關係表示實體間的一種分層結構,一個實體(類屬實體)表示這些事物的全集,其它(分類實體)則爲其子集。不確定關係又稱“多對多關係”,兩個實體間相互存在着一對多的聯繫。連接關係又分爲標識關係和非標識關係。判別一個關係是標識關係還是非標識關係只要區分子實體的主鍵,看是否需要父實體的外鍵來共同作爲主鍵,需要則爲標識關係(Identifying);如果子實體自己的主鍵就可唯一標識則它爲非標識關係(Non-Identifying)。在標識關係中的子實體稱爲依賴實體,用圓角矩形表示;其它用方角矩形表示的就是獨立實體。分類關係根據表示分類的實體集是不完全分類還是完全分類的又可以分爲不完全分類關係和完全分類關係。

很多的數據庫建模工具都支持IDEF1x方法,如CA公司的ERWinSybase公司的PowerDesigner以及微軟公司的Visio等。

使用IDEF1X方法創建E-R模型的步驟如下:

1)初始化工程

這個階段的任務是從目的描述和範圍描述開始,確定建模目標,開發建模計劃,組織建模隊伍,收集源材料,制定約束和規範。收集源材料是這階段的重點。通過調查和觀察結果,業務流程,原有系統的輸入輸出,各種報表,收集原始數據,形成了基本數據資料表。

2)定義實體

實體集成員都有一個共同的特徵和屬性集,可以從收集的源材料基本數據資料表中直接或間接標識出大部分實體。根據源材料名字表中表示物的術語以及具有代碼結尾的術語,如客戶代碼、代理商代碼、產品代碼等將其名詞部分代表的實體標識出來,從而初步找出潛在的實體,形成初步實體表。

3)定義聯繫

IDEF1X模型中只允許二元聯繫,n元聯繫必須定義爲n個二元聯繫。根據實際的業務需求和規則,使用實體聯繫矩陣來標識實體間的二元關係,然後根據實際情況確定出連接關係的勢、關係名和說明,確定關係類型,是標識關係、非標識關係(強制的或可選的)還是非確定關係、分類關係。如果子實體的每個實例都需要通過和父實體的關係來標識,則爲標識關係,否則爲非標識關係。非標識關係中,如果每個子實體的實例都與而且只與一個父實體關聯,則爲強制的,否則爲非強制的。如果父實體與子實體代表的是同一現實對象,那麼它們爲分類關係。

4)定義碼

通過引入交叉實體除去上一階段產生的非確定關係,然後從非交叉實體和獨立實體開始標識侯選碼屬性,以便唯一識別每個實體的實例,再從侯選碼中確定主碼。爲了確定主碼和關係的有效性,通過非空規則和非多值規則來保證,即一個實體實例的一個屬性不能是空值,也不能在同一個時刻有一個以上的值。找出誤認的確定關係,將實體進一步分解,最後構造出IDEF1X模型的鍵基視圖(KB圖)。

5)定義屬性
   
從源數據表中抽取說明性的名詞開發出屬性表,確定屬性的所有者。定義非主碼屬性,檢查屬性的非空及非多值規則。此外,還要檢查完全依賴函數規則和非傳遞依賴規則,保證一個非主碼屬性必須依賴於主碼、整個主碼、僅僅是主碼。以此得到了至少符合關係理論第三範式的改進的IDEF1X模型的全屬性視圖。

6)第五步——定義其他對象和規則

    定義屬性的數據類型、長度、精度、非空、缺省值、約束規則等。定義觸發器、存儲過程、視圖、角色、同義詞、序列等對象信息。

建模工具可以根據這些規則自動生成物理數據庫中更新、插入和刪除的觸發器。

IDEF1x和傳統的E-R方法相比,具有很多的優點,主要表現在:(1IDEF1X模型語義更爲豐富和精細,可充分而清楚地表達企業的複雜數據信息及其業務規則;(2IDEF1X模型具有更強的一致性和更高的規範化程度;(3IDEF1X定義的邏輯模型更利於向物理模型轉換。IDEF1X定義的符合第三範式的邏輯模型已表達出了企業的數據信息和業務規則,可直接向物理模型轉換。

    IDEF1x方法中建模的概念和E-R方法的概念基本類似,但擁有更豐富的語義和規則、更加完善的語法、增強的圖形表達能力、規範的開發過程、規範的文件格式以及大量軟件建模工具的支持。而且IDEF1x模型能自動實現鍵的遷移,從父實體到子實體的關鍵字遷移是強制的。IDEF1x方法中的1:11:N聯繫有明確的HAS_A語義,分類聯繫有IS_A語義,和麪向對象中聚合和繼承的概念相對應,所以將來可以方便地將面向對象的概念引入IDEF1x建模方法。IDEF1x方法中的非確定聯繫必須引入交叉實體,轉化爲兩個1:N聯繫,可以直接向物理模型轉換。IDEF1x中的域的概念也在大多數物理數據庫中得到實現。所有這些,在傳統E-R建模方法中都是難以實現的。

使用IDEF1x語義建模方法對信息系統進行數據建模,並用建模工具對其進行需求、邏輯和物理設計,充分地保證了數據的一致性和完整性。並且能夠實現將數據庫的分析、概念模型設計和物理數據庫結構設計有機結合起來,大大地提高了系統的開發效率。

目前,IDEF1x方法在國內外信息系統建模領域特別在CIMS大型、複雜的綜合網絡信息系統中得到越來越廣泛的應用。IDEF1x方法還處於不斷的發展過程中,未來的研究方向是將面向對象的建模方法引入IDEF1x的模型,使其更易於複雜對象的建模和類型的擴展。另外我們還需要爲IDEF1x方法提供如同關係模型一樣強大的理論依據。

 

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