В различных сферах человеческой деятельности широкое распространение получили технологии, использующие базы данных для систематизации и хранения производственной информации. Структурированная информация легко анализируется и обрабатывается, а при условии хранения в базе, постоянно обновляется и дополняется, что позволяет говорить о её неизменной актуальности. Широкое распространение информационных систем, использующих базы данных, обусловлено также тем, что настоящий раздел информационных технологий имеет значительную степень внедряемости и на практике довольно гибко интегрируется под каждый конкретный случай, даже в условиях атомной индустрии. К тому же, в настоящее время существует немало всевозможных вариантов реализации баз данных (БД) и систем управления базами данных (СУБД). Термин «база данных» употребляется при обозначении информационной модель, целью создания которой является упорядоченное хранение информации, обладающей одинаковым набором свойств. Система управления базами данных, в свою очередь, является инструментальным средством для работы с базами данных.
СУБД работает с базами данных, построенными по определенным принципам. Наиболее приоритетные из них: целостность и отсутствие избыточности. Первому принципу отвечает необходимость обеспечения непротиворечивости данных, то есть физическую сохранность информации, предотвращение работы с недопустимыми значениями, контроль операций по работе с данными, защиту от несанкционированного доступа. Второй принцип продиктован необходимостью поддержания минимального количества повторяющейся информации, то есть любой элемент базы данных должен храниться в единственном числе.
Системы управления базами данных отличаются друг от друга функциональностью, производительностью, стоимостью и рядом других признаков, что порождает следующие виды классификаций.
Системы управления базами данных по типу управляемой БД:
Иерархические;
Сетевые;
Реляционные;
Объектно-реляционные;
Объектно-ориентированные.
Иерархические модели базы данных реализуются средствами древовидных структур с корневыми сегментами, имеющими физический указатель на другие сегменты. Преимущество заключается в уменьшении избыточности данных. Основной недостаток: сложность представления реального мира в виде древовидной структуры. Модель считается устаревшей, используется крайне редко.
Сетевая модель базы данных использует формальные языки определения (DataDefinitionLanguage, DDL) и манипулирования (DataManipulationLanguage, DML) данными, предназначенные для работы с содержимым БД. Разграничение функций между DDL и DML привело к выделению языка управления транзакциями. В сетевой модели нет необходимости в корневой записи, однако ассоциации поддерживаются средствами физических указателей.
Реляционная модель базы данных обеспечивает ряд возможностей, облегчающих работу с базой данных. Описание данных ведется в соответствии с естественной структурой; обеспечивается математическая основа для интерпретации избыточности и непротиворечивости отношений, а также независимости данных от их физического представления. Главным элементом реляционной модели выступает отношение. Реляционная модель некоторой предметной области представляет собой набор отношений, изменяющихся во времени. Классическая модель предполагает наличие неделимости данных, хранящихся в полях записей таблиц. Развитие технологии обработки данных привело к появлению объектно-реляционных и объектно-ориентированных моделей.
Объектно-реляционная модель базы данных объединяет в себе черты реляционной и объектной моделей. Возникновение данной модели продиктовано тем, что реляционные базы плохо взаимодействуют с пользовательскими, нестандартными типами данных. Объектно-реляционная модель сохраняет табличную структуру, однако способ обработки некоторых полей таблиц может определяться программистом.
Объектно-ориентированная модель базы данных строится из объектов, хранящихся физически как строки или столбцы таблицы. В объектно-ориентированной модели важнейшая роль отводится объектам, на основе которых могут определяться другие объекты, по аналогии с принципом наследования в объектно-ориентированном подходе. Любой экземпляр реального мира представляется в виде объекта, который при создании получает уникальный идентификатор, не изменяемый на протяжении всего существования объекта. Объекты также имеют состояния и поведение. Состояние объекта — это набор значений его атрибутов. Поведение объекта — это набор методов, реализуемых над состоянием объекта. Множество объектов могут быть объединены в класс объектов. Преимуществом объектно-ориентированной модели является упрощенный код. Недостатком — тесная связь с применяемым языком программирования.
Системы управления базами данных по архитектуре и организации хранения данных:
Локальные;
Распределенные.
Локальные СУБД размещают компоненты системы на одном компьютере.
Распределенные СУБД соответственно размещают на двух и более компьютерах.
Системы управления базами данных по способу доступа к базе данных:
Файл-серверные;
Клиент-серверные;
Встраиваемые.
В файл-серверных системах файлы располагаются централизованно на файл-сервере СУБД. Ядро располагается на каждой клиентской установке. Доступ к данным осуществляется через локальную сеть. Синхронизация осуществляется посредством файловых блокировок. Преимуществом является низкая нагрузка на центральный процессор сервера. Недостатком — высокая загрузка локальной сети; затруднённость централизованного управления, а также обеспечения таких характеристик как надёжность, доступность и безопасность. Чаще всего файл-серверные СУБД применяются в локальных приложениях, системах с низкой интенсивностью обработки данных и низкими пиковыми нагрузками на БД. В настоящий момент файл-серверная технология считается устаревшей и используется для решения тривиальных задач.Примерами такой СУБД могут послужить MicrosoftAccess иParadox.
Клиент-серверные системы состоят из клиентской части (прикладная программа) и сервера СУБД. Клиент-серверные СУБД обеспечивают разграничение доступа между пользователями и мало загружают сеть и клиентские машины. Сервер является внешней программой, и по мере надобности его можно заменить другим. Недостатком клиент-серверных СУБД заключается в необходимости больших вычислительных ресурсов, потребляемых сервером. Примерами клиент-серверной СУБД являются Oracle, MSSQLServer, PostgreSQL, MySQL, ЛИНТЕР.
Встраиваемая система — это своего рода библиотека, которая позволяет хранить большие объёмы данных на локальной машине. Доступ к данным может происходить посредством языка SQL либо через особые функции системы управления. Встраиваемые СУБД быстрее обычных клиент-серверных и не требуют установки сервера, поэтому востребованы в локальном программном обеспечении, которое имеет дело с большими объёмами данных. Примерами встраиваемых систем может послужить SQLite, MicrosoftSQLServerCompact, ЛИНТЕР.
Основная задача информационной системы — повышение эффективности и качества бизнес-процессов, в том числе происходящих на атомных электростанциях. ИС также обеспечивают выполнение ряда задач:
эффективный мониторинг на всех этапах и процессах жизненного цикла;
оптимизация процессов при сооружении и эксплуатации атомных электростанций;
преемственности информации между этапами, процессами и проектами.
В настоящее время имеется достаточно много разработок информационных систем, ядром которых является база данных. Вопросам разработки и использования баз данных в информационных системах посвящены работы российских ученых [1,2,4].
Одним из ярких примеров внедрения ИС на АЭС является информационная система «База Данных Вывода из Эксплуатации ядерных и радиационно-опасных объектов», которая реализует технологию информационной поддержки вывода из эксплуатации ядерных и радиационно-опасных объектов [5].
В основе ИС лежит идея формирования на основе информационной модели радиационно-опасных объектов централизованного хранилища данных, что особенно важно для безопасного и эффективного вывода объекта из эксплуатации.
Система введена в эксплуатацию на Курской АЭС в ноябре 2013 года, за время работы получила множество одобрительных отзывов мировых экспертов.
Другим примером активного использования ИС в атомной индустрии может послужить ИС для проведения квалификации на сейсмостойкость электрооборудования системы управления защитой АЭС.
Основной задачей электрооборудования СУЗ АЭС является обеспечение безопасности функционирования АЭС при возникновении аварийных ситуаций, в частности, при сейсмических воздействиях. Структура базы данных для информационной системы была разработана в среде MS Access 2007.
Разработанная ИС позволила значительно снизить временные затраты на поиск информации, сократить объем бумажной документации, а также дала возможность проводить предварительную оценку стойкости оборудования к предъявленным требованиям.
ИС разработана для реакторов типа ВВЭР и в настоящее время эксплуатируется более чем на пятидесяти энергоблоках АЭС России и за рубежом.
Неоспоримая важность задач повышения уровня экономической эффективности при абсолютном соблюдении требований безопасности эксплуатации энергетических блоков определяет необходимость интеграции информационных систем с поддержкой баз данных на существующие и строящиеся атомные станции по всему миру.
Литература:
- Виштак Н. М. Тестирование как один из важнейших этапов создания информационных систем // Н. М. Виштак, А. Д. Шведченко // Технические науки — от теории к практике. — 2014. — № 36. — С. 17–22.
- Виштак О. В. Объектная модель хранилища данных информационно-аналитической системы вузовского центра дополнительного образования / О. В. Виштак, И. А. Штырова // Объектные системы. — 2011. — № 5 (5). — С. 49–52.
- Грибко В. М. Информационная система поддержки жизненного цикла оборудования при сооружении и эксплуатации АЭС/ В. М. Грибко // АТОМЭКС. — М., 2010. — № 1. — С. 59–63.
- Фролов Д. А. Анализ видов компьютерных обучающих систем для подготовки персонала промышленного предприятия и современных технологий их построения / Д. А. Фролов // Инновационные информационные технологии. — 2013. — Т. 1. № 2. — С. 431–434.
- Черников О. Г. Разработка базы данных для вывода из эксплуатации блоков ЛАЭС / О. Г. Черников, В. А. Шапошников, В. Л. Тихоновский [и др.] // Рациональное управление предприятием. — М., 2008. — № 1– С. 36–38
