Описание предметной области. Задача и его постановка

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ

Объем информации, который необходим для осуществления деятельности любой организации, растет с каждым днем. Для оптимизации сбора и хранения, а также для снижения временных затрат на обработку данных используют информационные системы.

В любой организации необходимы процессы учета. Например, ведение бухгалтерского, кадрового учета, а также учета входящей документации. В организациях, предоставляющих образовательные услуги существуют свои особенности ведения учета документации.

Однако, ведение бумажного документооборота имеет свои недостатки:

• Большой объем документов;
• Высокие временные затраты на формирование и поиск документов;
• Возможность повреждения или утери документа;
• Необходимость наличия больших архивных помещений.

Для устранения этих недостатков применяются базы данных, которые позволяют оперативно осуществить сбор, хранение и обработку данных. Существуют разные типы баз данных. Однако, наиболее часто используются реляционные базы данных. Преимуществами этого вида баз данных являются:

• Представление данных в удобной для пользователей форме.
• Изменение структуры базы данных не требует внесения значительных изменений в программный код.
• Обеспечение информационной безопасности данных [2].

Актуальность работы заключается в применении информационных технологий для оптимизации документооборота.

Объектом исследования является процесс учета в библиотеке.

Предметом исследования является автоматизация учета в библиотеке.

Целью работы является разработка базы данных для учета движения библиотечного фонда.

Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач:

1. Дать описание предметной области.
2. Осуществить выбор СУБД.
3. Спроектировать логическую структуру базы данных.
4. Спроектировать физическую структуру базы данных.
5. Создать контрольный пример решения задачи.
6. Разработать интерфейс и реализацию проекта.

Аналитическая часть

1. Описание предметной области. Постановка задачи

Библиотека является одним из древнейших культурных институтов. За весь период своего существования библиотеки выполняли функции от хранения документов до универсального источника информации.

В настоящее время библиотеки заметно отстают от уровня развития современного общества, поэтому роль библиотек в традиционном понимании снижается. Все больше людей предпочитают использовать книги в электронном виде. Этому способствует широкий ассортимент устройств для чтения книг. Поэтому в современном обществе библиотека приобретает функции музея. Сегодня библиотеки являются не хранилищем информации, а хранилищем для книг [3].

Как и любая другая организация, библиотека, на определенном этапе своего существования, должна совершенствовать систему работы. Для того, чтобы определить пути для совершенствования системы работы, необходимо проанализировать существующие процессы и выявить недостатки. Затем нужно составить план изменений, которые помогут устранить недостатки.

Как правило, за все существование библиотек, накапливается множество книг и читательских формуляров. Хранение такого количества источников информации занимает большие площади. А также доставляет трудности при поиске книг по запросу читателя. Поэтому в библиотеках необходимо внедрять информационные технологии, позволяющие осуществлять быстрый поиск по базе данных читателей и по наличию книг в библиотеке.

Процесс движения библиотечного фонда включает в себя:

1. Учет поступления книг.
2. Учет выбытия книг.
3. Учет выдачи книг читателям.

На рисунке 1 представлена контекстная диаграмма процесса учета выдачи книг. Процесс осуществляется согласно Порядку учета библиотечного фонда. Механизмом процесса является библиотекарь. Входными потоками процесса являются товарная накладная и экземпляр книги. Выходными потоками являются Акт о расхождении, библиотечный фонд, акт о списании, формуляр книги, читательский билет.

Рисунок 1. Контекстная диаграмма

На рисунке 2 представлена декомпозиция контекстной диаграммы. Формирование библиотечного фонда осуществляется на основании товарной накладной, в которой перечислены параметры закупленных книг. В результате процесса учета поступления книг формируется библиотечный фонд. В процессе деятельности библиотеки формируется комплекс книг, которые подлежат списанию по какой-либо причине. Для учета их выбытия составляется Акт о списании. Для учета выдачи книг читателям оформляется читательский билет и формуляр книги.

Рисунок 2. Модель процесса учета движения библиотечного фонда

1. Выбор СУБД

Под базой данных понимают совокупность сведений об объектах, процессах, событиях или явлениях какой-либо предметной области, которые организованы в соответствии с определенным набором правил, хранящиеся в памяти компьютера. Организация хранения баз данных соответствует требованиям удобства и удовлетворения потребностей пользователей.

В зависимости от представления данных в базе данных выделяют следующие виды баз данных:

1. Реляционные базы данных.
2. Иерархические базы данных.
3. Сетевые базы данных.

В процессе развития теории баз данных были выделены следующие модели данных:

1. Реляционная модель данных.
2. Иерархическая модель данных.
3. Сетевая модель данных.

В реляционной модели данных объекты и связи между ними представляют собой таблицы, при этом связи между ними также рассматриваются в виде объектов. Все строки, составляющие таблицу в реляционной базе данных, должны иметь первичный ключ.

Обработка данных, которые хранятся и обрабатываются в базах данных, осуществляется с помощью систем управления базами данных (СУБД). Во всех современных средствах СУБД поддерживается реляционная модель данных.

Рассмотрим классификацию СУБД.

1. Степень универсальности:

• СУБД общего назначения;
• СУБД универсального назначения.

1. Тип модели данных:

• иерархические;
• сетевые;
• реляционные;
• объектно-ориентированные;
• многомерные.

1. Способ доступа к базе данных:

• файл-серверные;
• клиент-серверные;
• встраиваемые [9].

Выбор системы управления баз данных (СУБД) представляет собой сложную многопараметрическую задачу и является одним из важных этапов при разработке приложений баз данных. Выбранный программный продукт должен удовлетворять как текущим, так и будущим потребностям предприятия, при этом следует учитывать финансовые затраты на приобретение необходимого оборудования, самой системы, разработку необходимого программного обеспечения на ее основе, а также обучение персонала. Кроме того, необходимо убедиться, что новая СУБД способна принести предприятию реальные выгоды [1].

Наиболее простой подход при выборе СУБД основан на оценке того, в какой мере существующие системы удовлетворяют основным требованиям создаваемого проекта информационной системы. Более сложным и дорогостоящим вариантом является создание испытательного проекта на основе нескольких СУБД и последующий выбор наиболее подходящего из кандидатов [5]. Но и в этом случае необходимо ограничивать круг возможных систем, опираясь на некие критерии отбора. Поскольку для реализации проекта была выбрана реляционная база данных, для ее создания необходима реляционная СУБД. Реляционные СУБД обладают следующими преимуществами:

1. Наглядное и простое отображение данных.
2. Позволяет лаконично описывать основные операции над данными.
3. Позволяет создавать языки манипулирования данными непроцедурного типа [3].

Рассмотрим критерии, которые влияют на выбор СУБД:

1. Надежность. Характеризуется низким уровнем ошибок, сохранность информации независящая от любых сбоев, и безотказность работы системы в любых условиях, и обеспечение защиты данных от несанкционированного доступа.
2. Оперативность – высокая скорость обработки запросов.
3. Компактность – требования к дисковому пространству и количеству процессоров.
4. Наличие качественной и полной пользовательской документации.
5. Масштабируемость.
6. Стоимость [6].

Выбранная СУБД должна отвечать следующим критериям:

1. Поддержка реляционной модели данных.
2. Обладание масштабируемостью и мобильностью.
3. Содержать средства контроля использования памяти компьютера.
4. Быть производительной и надежной.

Рассмотрим решения, представленные на рынке и проанализируем их согласно выявленным критериям. Лидерами на рынке СУБД являются продукты IBM DB2, Oracle, Microsoft SQL Server и MS Access.

СУБД IBM DB2 является кросс-платформенной, обеспечивает стабильную работу базы данных. Недостатками системы являются высокая стоимость и низкая производительность.

СУБД Microsoft SQL Server обладает большим пакетом инструментов, стабильностью работы и низкими затратами на администрирование. Недостаток системы заключается в том, что она работает только на платформе Windows.

СУБД Oracle обладает высокой производительностью, легкостью интегрирования приложений и устойчивостью к большим потокам данных. Недостатком является высокая стоимость, необходимость приобретения мощного оборудования и персонала для поддержки СУБД [8].

СУБД MS Access является реляционной СУБД, разработанной с учетом того, что пользователями этой СУБД будут люди, не обладающие специальными знаниями в области разработки базы данных. СУБД содержит инструменты для создания таблиц базы данных и разработки пользовательского интерфейса (формы, кнопки, поля для ввода данных) [10]. Также с помощью инструментов этой СУБД можно создавать отчетные формы. База данных, разработанная в СУБД MS Access, обладает совместимостью с СУБД MS SQL Server и может быть интегрирована в эту СУБД. Сравнительный анализ СУБД представлен в таблице 1.

Таблица 1

Сравнительный анализ СУБД

СУБД Критерий	IBM DB 2	MS SQL Server	Oracle	MS Access
Надежность	5	5	5	5
Оперативность	2	4	5	4
Компактность	3	2	4	5
Документация	4	5	3	5
Масштабируемость	4	3	3	4
Стоимость	2	5	2	5
Итого	20	24	22	28

Согласно выделенным критериям для разработки базы данных учета в библиотеке наиболее подходящей является СУБД MS Access.

После того как выбрана СУБД, необходимо осуществить выбор программного средства для проектирования базы данных. Существуют несколько программных продуктов, автоматизирующих проектирование баз данных:

• Erwin Data Modeler.
• MS Visio.

CASE-средство Erwin Data Modeler представляет собой инструмент для проектирования реляционных баз данных [7]. В этом программном обеспечении можно создать логические и физические модели базы данных, на основании которых будет сгенерирована база данных в выбранной СУБД.

MS Visio представляет собой редактор для создания различных моделей, в число которых входит модель IDEF1X, позволяющая осуществить проектирование баз данных [4]. Поскольку этот программный продукт не является специализированным средством для проектирования баз данных, он обладает ограниченным функционалом и не позволяет сгенерировать базу данных в выбранной СУБД.

Поскольку CASE-средство Erwin Data Modeler обладает более широким функционалом и позволяет осуществить генерацию базы данных на основании логической и физической моделей, этот инструмент будет выбран для проектирования базы данных.

1. Проектирование логической структуры базы данных

Выделим основные сущности предметной области. Согласно поставленной задаче в базе данных будет храниться и обрабатываться информация о читателях и книгах. Так же в библиотеке существует несколько читальных залов, за которыми закрепляются читатели. В библиотеке работают несколько библиотекарей, действия которых так же должны учитываться. Следовательно, сущностями базы данных будут:

• книга;
• читатель;
• читальный зал;
• библиотекарь;
• выдача книг;
• наличие книг.

Каждая из представленных сущностей обладает рядом атрибутов. Сущность «Читатель» обладает следующими атрибутами:

• номер читательского билета;
• фамилия;
• номер паспорта;
• дата рождения;
• номер телефона;
• адрес;
• образование;
• дата регистрации;
• дата выписки;
• учетная степень.

Сущность «Книга» обладает следующими атрибутами:

• название книги;
• авторы;
• издательство;
• год издания;
• шифр;
• дата получения;
• дата списания;

Сущность «Читальный зал» обладает следующими атрибутами:

• номер зала;
• название зала;
• книга;
• количество экземпляров одной книги;
• вместимость.

Сущность «Библиотекарь» обладает следующими атрибутами:

• фамилия;
• дата рождения.

Сущность «Наличие книг» обладает следующими атрибутами:

• номер читального зала;
• название книги;
• количество экземпляров.

Сущность «Выдача книг» обладает следующими атрибутами:

• название книги;
• фамилия читателя;
• номер читального зала;
• фамилия библиотекаря;
• дата выдачи;
• дата возврата.

Определим отношения между выделенными сущностями:

1. Отношение «Участвует» между сущностями «Книга» и «Наличие книг» показывает какая книга находится в наличии. Отношение «один ко многим», поскольку в наличии может быть больше одной книги в читальном зале. Класс принадлежности для сущности «Книга» не является обязательным, потому что книга может быть выдана читателю. Для сущности «Наличие книг» класс принадлежности не является обязательным, поскольку все книги могут быть выданы.
2. Отношение «Участвует» между сущностями «Книга» и «Выдача книг» показывает какая книга была выдана. Отношение «один ко многим», поскольку один факт выдачи книг может включать в себя несколько экземпляров книг. Класс принадлежности для сущности «Книга» не является обязательным, поскольку книга может быть не выдана ни одного раза. Для сущности «Выдача книг» класс принадлежности является обязательным, поскольку в факте выдачи участвует как минимум одна книга.
3. Отношение «Принадлежит» между сущностями «Наличие книг» и «Читальный зал» показывает какие книги есть в наличии в каждом читальном зале. Отношение «один ко многим», поскольку в одном читальном зале может находиться несколько книг. Класс принадлежности для сущности «Наличие книг» является обязательным, поскольку книги разделены по читальным залам. Для сущности «Читальный зал» класс принадлежности не является обязательным, поскольку в читальном зале может не быть книг в наличии.
4. Отношение «Указан» между сущностями «Читальный зал» и «Выдача книг» показывает в каком читальном зале была выдана книга. Отношение «один ко многим», поскольку из одного читального зала может быть выдано несколько книг. Класс принадлежности для сущности «Читальный зал» не является обязательным, поскольку в читальном зале может не быть ни одной выдачи книг. Для сущности «Выдача книг» класс принадлежности является обязательным, поскольку книга может быть выдана только из читального зала.
5. Отношение «Принадлежит» между сущностями «Читальный зал» и «Читатель» показывает в какой читальный зал записан читатель. Отношение «один ко многим», поскольку в каждый читальный зал может быть записано несколько читателей. Класс принадлежности для сущности «Читатель» является обязательным, поскольку читатель должен быть записан в читальный зал, для сущности «Читальный зал» класс принадлежности не является обязательным, поскольку в читальный зал может не быть записано ни одного читателя.
6. Отношение «Выдал» между сущностями «Библиотекарь» и «Выдача книг» показывает какой библиотекарь осуществил выдачу книг. Отношение «один ко многим», поскольку один библиотекарь может осуществить несколько выдач книг. Класс принадлежности для сущности «Выдача книг» является обязательным, поскольку выдача книг осуществляется библиотекарем. Для сущности «Библиотекарь» класс принадлежности не является обязательным, поскольку библиотекарь может не осуществить ни одной выдачи.
7. Отношение «Включает» между сущностями «Читатель» и «Выдача книг» показывает когда осуществлялась выдача книг читателю. Отношение «один ко многим», потому что каждая выдача должна осуществляться только одному читателю, но у каждого читателя может быть несколько выдач книг. Класс принадлежности для «Читатель» не является обязательным, поскольку читатель может не взять ни одной книги. Для сущности «Выдача книг» класс принадлежности является обязательным, поскольку выдача осуществляется конкретному читателю.

На основании перечисленных сущностей, атрибутов и отношений составим логическую модель базы данных в CASE-средстве Erwin Data Modeler (рисунок 3).

Рисунок 9. Логическая модель базы данных

1. Проектирование физической структуры базы данных

Сформируем предварительные отношения:

1. Бинарная связь «Участвует» между сущностями «Книга» и «Наличие книг» 2 отношения:

• Книга, первичный ключ Код книги;
• Наличие книг, первичный ключ Код наличия.

Степень связи – 2.

1. Бинарная связь «Участвует» между сущностями «Книга» и «Выдача книг» порождает 2 отношения:

• Книга, первичный ключ Код книги;
• Выдача книг, первичный ключ Код выдачи.

Степень связи – 2.

1. Бинарная связь «Принадлежит» между сущностями «Наличие книг» и «Читальный зал» порождает 2 отношения:

• Наличие книг, первичный ключ Код наличия;
• Читальный зал, первичный ключ Код зала.

Степень связи – 2.

1. Бинарная связь «Указан» между сущностями «Читальный зал» и «Выдача книг» порождает 2 отношения:

• Читальный зал, первичный ключ Код зала;
• Выдача книг, первичный ключ Код выдачи.

Степень связи – 2.

1. Бинарная связь «Принадлежит» между сущностями «Читальный зал» и «Читатель» порождает 2 отношения:

• Читальный зал, первичный ключ Код зала;
• Читатель, первичный ключ Код читателя.

Степень связи – 2.

1. Бинарная связь «Выдал» между сущностями «Библиотекарь» и «Выдача книг» 2 отношения:

• Библиотекарь, первичный ключ Код библиотекаря;
• Выдача книг, первичный ключ Код выдачи.

Степень связи – 2.

1. Бинарная связь «Включает» между сущностями «Читатель» и «Выдача книг» порождает 2 отношения:

• Читатель, первичный ключ Код читателя;
• Выдача книг, первичный ключ Код выдачи.

Степень связи – 2.

Полученные отношения подлежат нормализации. Все перечисленные отношения нормализованы до третьей нормальной формы, потому что все неключевые атрибуты нетранзитивно зависят от первичного ключа и первичные ключи отношений состоят из одного поля. На рисунке 4 представлена схема данных полученных отношений в СУБД MS Access.

Рисунок 4. Схема данных в СУБД MS Access

Практическая часть

1. Контрольный пример решения задачи

В СУБД MS Access ввод данных в базе данных может быть организован двумя способами:

1. С помощью таблиц.
2. С помощью форм.

На рисунке 5 представлено создание таблицы «Книга» в режиме конструктора.

Рисунок 5. Создание таблицы «Книга»

На рисунке 6 представлено создание таблицы «Читатель» в режиме конструктора.

Рисунок 6. Создание таблицы «Читатель»

На рисунке 7 представлено создание таблицы «Читальный зал» в режиме конструктора.

Рисунок 7. Создание таблицы «Читальный зал»

На рисунке 8 представлено создание таблицы «Библиотекарь» в режиме конструктора.

Рисунок 8. Создание таблицы «Библиотекарь»

На рисунке 9 представлено создание таблицы «Наличие книг» в режиме конструктора.

Рисунок 9. Создание таблицы «Наличие книг»

На рисунке 10 представлено создание таблицы «Выдача книг» в режиме конструктора.

Рисунок 10. Создание таблицы «Выдача книг»

1. Разработка интерфейса и реализация проекта

Библиотекарю необходимо вносить в базу данных данные о книгах, читателях, читальных залах, наличии книг в читальных залах, библиотекарях, а так же оформлять выдачу книг. Для этого были разработаны формы ввода данных. На рисунке 11 представлена форма ввода данных о книге.

Рисунок 11. Форма ввода данных о книге

На рисунке 12 представлена форма ввода данных л читателе.

Рисунок 12. Форма ввода данных о читателе

На рисунке 13 представлена форма ввода данных о читальном зале.

Рисунок 13. Форма ввода данных о читальном зале

На рисунке 14 представлена форма ввода данных о библиотекаре.

Рисунок 14. Форма ввода данных о библиотекаре

На рисунке 15 представлена форма ввода данных о наличии книг.

Рисунок 15. Форма ввода данных о наличии книг

На рисунке 16 представлена форма ввода данных о выдаче книг.

Рисунок 16. Форма ввода данных для выдачи книг

Для навигации по приложению используется главная кнопочная форма. На главной кнопочной форме созданы пункты меню, которые осуществляют функциональность базы данных: ввода данных, запросы и отчеты. Главная кнопочная форма представлена на рисунке 17.

Рисунок 17. Главная кнопочная форма приложения

На основании введенной в базу данных информации, пользователи базы данных могут формировать запросы к базе данных. Форма запросов представлена на рисунке 18.

Рассмотрим результаты выполнения запросов. Результат выполнения запроса № 1 представлен на рисунке 19.

Рисунок 18. Форма выбора запросов к базе данных

Рисунок 19. Результат выполнения запроса

На рисунке 20 представлен результат выполнения запроса № 2.

Рисунок 20. Результат выполнения запроса

На рисунке 21 представлен результат выполнения запроса № 3.

Рисунок 21. Результат выполнения запроса

На рисунке 22 представлен результат выполнения запроса № 4.

Рисунок 22. Результат выполнения запроса

Для наглядного представления результатов запросов были созданы формы отчетов. На рисунке 23 представлен отчет по книгам, срок возврата которых истек.

Рисунок 23. Отчет по просроченным книгам

На рисунке 24 представлен отчет, по данным о читателях, за которыми закреплено более одной книги.

Рисунок 24. Отчетная форма

На рисунке 25 представлен отчет по количеству читателей, зарегистрированных в библиотеке.

Рисунок 25. Отчетная форма

На рисунке 26 представлен отчет по количеству читателей, которым меньше 18 лет.

Рисунок 26. Отчетная форма

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе выполнения работы было дано описание предметной области, которая представляет собой процесс учета движения библиотечного фонда. В процессе изучения предметной области были выявлены участники процесса, описаны входные и выходные документы.

Далее на основании анализа предметной области были выделены и описаны основные сущности и их атрибуты. Затем были идентифицированы и описаны связи между сущностями. На основании описанных сущностей и связей между ними была построена концептуальная модель данных.

Затем было осуществлено логическое проектирование с помощью CASE-средства Erwin. В нем была создана логическая модель данных, которая включает сущности и связи между ними. Затем была разработана физическая модель данных, которая включала описание атрибутов сущностей с учетом типов данных, используемых в СУБД MS Access.

Полученная диаграмма в CASE-средстве Erwin была проанализирована на предмет «нежелательных» элементов, к которым относятся:

1. Многозначные атрибуты.
2. Производные атрибуты.
3. Рекурсивные связи.
4. Связи с показателем кардинальности «один к одному».
5. Избыточные связи.
6. Связи с показателем кардинальности «многие ко многим».

После проведения анализа была сгенерирована база данных с помощью CASE-средства Erwin. Созданная база данных была заполнена и в ней были разработаны формы, представляющие собой пользовательский интерфейс базы данных.

Список литературы

1. Пятков М.А. Экономика информационных технологий [Текст]: / М.А. Пятаков М.:Наука, 2012. – 325с.
2. Венделева М.А. Информационные технологии управления: учебное пособие для бакалавров: по специальности «Менеджмент организации» [Текст]: / М.А. Венделева, Ю.В. Вертакова. - Москва : Юрайт, 2013. - 462 с.
3. Гвоздева Т.В., Баллод Б.А. Проектирование информационных систем [Текст]:/ Т.В. Гвоздева, Б.А. Балод – М.:Феникс, 2014. – 361с.
4. Горбаченко В.И., Убиенных Г.Ф. Проектирование информационных систем с СА Erwin Modeling Suite 7.3. [Текст]: / В.И. Горбаченко, Г.Ф. Убиенных – П.: ПГУ 2014. - 221с.
5. Грекул В.М, Коровкина Н.А, Куприянов В.С. Проектное управление в сфере информационных технологий [Текст]: / В.М. Грекул, Н.А. Коровкина, В.С. Куприянов. – М.:БИНОМ, ИНФРА-М, 2013. – 322 с.
6. Беккер Й., Велкова Л. Менеджмент процессов [Текст]: / Й. Беккер, Л. Велкова - М.: Эксмо, 2014. - 384с.
7. Елиферов В.Г., Репин В.В. Процессный подход к управлению. Моделирование бизнес-процессов [Текст]: / В.Г. Елиферов, В.В. Репин. – М.:Манн, Иванов и Фербер, 2013. – 411с.
8. Избачков Ю.С., Петров В.Н. Информационные системы [Текст]: / Ю.С. Избачков, В.Н. Петров. – СПб,: Амфора. 2014. – 341с.
9. Исаев Г.Н. Проектирование информационных систем [Текст]: / Г.Н. Исаев. – М.: Омега-Л, 2015. – 274с.
10. Киселев Г.М. Информационные технологии в экономике и управлении [Текст]: / Г.М. Киселев, Р.В. Бочкова, В.И. Сафонов. – М.:Дашков и К, 2012. - 268 с.