7. Базы данных и базы знаний. Сеть интернет.

7.1. Системы сбора, хранения и обработки информации о протекании промышленного процесса

Эффективность управления промышленными процессами существенно зависит от глубины проработки проблем контроля и анализа производственных данных. Ядром существующих систем контроля технологических процессов, предоставляющих пользователям различные инструменты мониторинга и анализа производства, являются различного рода базы данных (БД).

7.1.1 Общая характеристика систем управления базами данных

В самом общем смысле база данных - это набор записей и файлов, организованных специальным образом. В компьютере, например, можно хранить данные о поступающем на завод сырье. Один из типов баз данных - это документы, набранные с помощью текстовых редакторов и сгруппированные по темам. Другой тип - файлы электронных таблиц, объединяемые в группы по характеру их использования.

С ростом популярности систем управления базами данных (СУБД) в 70-80-х годах появилось множество различных моделей данных. У каждой из них имелись свои достоинства и недостатки, которые сыграли ключевую роль в развитии реляционной модели данных, появившейся во многом благодаря стремлению упростить и упорядочить первые модели данных.

До появления СУБД все данные, которые содержались в компьютерной системе постоянно, хранились в виде отдельных файлов. Система управления файлами, которая обычно является частью операционной системы компьютера, следила за именами файлов и местами их расположения. В системах управления файлами модели данных, как правило, не использовались; эти системы ничего не знали о внутреннем содержимом файлов. Для такой системы файл, содержащий данные о составе сырья ничем не отличается от файла содержащего данные об используемом катализаторе.

Знание о содержимом файла — какие данные в нём хранятся и какова их структура — было уделом прикладных программ, использующих этот файл, что иллюстрирует рисунок 7.1. В приложении для расчета реакторного процесса каждая из программ, обрабатывающих файл с информацией о составе сырья, содержит в себе описание структуры данных (ОСД), хранящихся в этом файле.

Рис. 7.1. Приложение для расчета процесса, использующее систему управления файлами

Когда структура данных изменялась, например, в случае добавления нового элемента данных в составе сырья, необходимо было модифицировать каждую из программ, обращавшихся к файлу. Со временем количество файлов и программ росло, и на сопровождение существующих приложений приходилось затрачивать всё больше и больше усилий, что замедляло разработку новых приложений.

Проблемы сопровождения больших систем, основанных на файлах, привели в конце 60-х годов к появлению СУБД. В основе СУБД лежала простая идея: изъять из программ определение структуры содержимого файла и хранить её вместе с данными в базе данных.

7.1.2 Иерархические субд

Одной из наиболее важных сфер применения первых СУБД было планирование производства для компаний, занимающихся выпуском продукции. Например, если НПЗ планировал выпустить за определенный период 10000 т линейного алкилбензола марки А и 15000 т линейного алкилбензола марки Б, необходимо было знать, какое количество сырьевой следует получить с соседних установок. Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо сопоставить данные о составе сырья с данными по технологии производства конечного продукта.

Список составных частей изделия по своей природе является иерархической структурой. Для хранения данных, имеющих такую структуру, была разработана иерархическая модель данных, которую иллюстрирует рисунок 7.2.

Рис. 7.2. Иерархическая база данных, содержащая информацию о компоновке исходного сырья

В этой модели каждая запись базы данных представляла конкретную деталь. Между записями существовали отношения «предок / потомок».

Для чтения данных из иерархической базы данных требовалось перемещаться по записям, за один раз переходя на одну запись вверх, вниз или в сторону.

Иерархическая модель базы данных состоит из объектов с указателями от родительских объектов к потомкам, соединяя вместе связанную информацию. Такие базы данных могут быть представлены как дерево, состоящее из объектов различных уровней. Верхний уровень занимает один объект, второй — объекты второго уровня и т. д. Между объектами существуют связи, каждый объект может включать в себя несколько объектов более низкого уровня. Такие объекты находятся в отношении предка (объект более близкий к корню) к потомку (объект более низкого уровня), при этом возможно, когда объект-предок не имеет потомков или имеет их несколько, тогда как у объекта-потомка обязательно только один предок. Объекты, имеющие общего предка, называются близнецами.

В этой модели запрос, направленный вниз по иерархии, прост; однако запрос, направленный вверх по иерархии, более сложен. Также, трудно представить неиерархические данные при использовании этой модели.

Иерархической базой данных является файловая система, состоящая из корневой директории, в которой имеется иерархия поддиректорий и файлов.

Типичным представителем иерархической СУБД является Information Management System (IMS) фирмы IBM, появившаяся в 1968 году. Преимущества IMS и реализованной в ней иерархической модели:

• простота модели. Принцип построения IMS был легок для понимания. Иерархия базы данных напоминала структуру компании или генеалогическое дерево.

• использование отношений предок/потомок. СУБД IMS позволяла легко представлять отношения предок/потомок, например: «А является частью В» или «А владеет В».

• быстродействие. В СУБД IMS отношения «предок / потомок» были реализованы в виде физических указателей из одной записи на другую, вследствие чего перемещение по базе данных происходило быстро. Поскольку структура данных в этой СУБД отличалась простотой, IMS могла размещать записи предков и потомков на диске рядом друг с другом, что позволяло свести к минимуму количество операций записи-чтения.

СУБД IMS все ещё является одной из наиболее распространённых СУБД для больших ЭВМ компании IBM. Доля мэйнфреймов этой компании, на которых используется данная СУБД, превышает 25 %.

Другие известные представители:

• Time-Shared Date Management System (TDMS) компании Development Corporation;

• Mark IV Multi - Access Retrieval System компании Control Data Corporation;

• System - 2000 разработки SAS-Institute;

• Серверы каталогов, такие, как LDAP и Active Directory;

Кроме того по принципу иерархической БД построен и Реестр Windows.