Einführung in die Wirtschaftsinformatik Kapitel 3: Modellierung betrieblicher Informationssysteme

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1 Einführung in die Wirtschaftsinformatik Kapitel 3: Modellierung betrieblicher Informationssysteme Prof. Dr. Peter Chamoni Mercator School of Management Lehrstuhl für Wirtschaftsinformatik, insb. Business Intelligence Prof. Dr. Prof. Peter Dr. Chamoni Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie 1 Gliederung 1 Einführung 2 Betriebliche Informationssysteme 3 Modellierung betrieblicher Informationssysteme 4 Relationale Datenbanksprachen: SQL Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie 2

2 Gliederung 3 Modellierung betrieblicher Informationssysteme 3.1 Informationssystem-Architektur 3.2 Datensicht Grundlagen der Datenmodellierung Entity-Relationship-Modell Relationales Datenmodell 3.3 Literaturangaben Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie Informationssystem-Architektur Grundlagen der Modellierung (I) Modellierung von Informationssystemen beschäftigt sich u.a. mit folgenden Fragen: Welche betrieblichen Funktionen sollen unterstützt werden? Wie laufen die Geschäftsprozesse ab? Welche Abhängigkeiten existieren dabei? Durch die enge Verzahnung von betrieblichen Abläufen und Informationssystem entspricht die IS-Modellierung zu einem hohen Teil der Unternehmensmodellierung. Sehr hohe Komplexität bei dem Entwurf eines betrieblichen IS Modelle sind das wichtigste Hilfsmittel für die Gestaltung und die Analyse betrieblicher IS. Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie 4 [Hansen/Neumann (2009), S. 270]

3 3.1 Informationssystem-Architektur Grundlagen der Modellierung (II) Modellierungsprinzipien Ein Modell zeichnet sich durch eine vereinfachende und zweckorientierte Darstellung eines komplexen Systems aus. Komplexitätsreduktion (Vereinfachung) durch Partitionierung Zerlegung, Aufteilung in weitgehend isolierbare Teilsysteme Projektion Betrachtung eines Sachverhalts aus einer bestimmten Perspektive Abstraktion zielgerichtete Verallgemeinerung von Objekten Beschränkung auf wesentliche Sachverhalte Identifikation von Ähnlichkeiten und Beziehungen zwischen Objekten [Hansen/Neumann (2009), S. 270ff.] Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie Informationssystem-Architektur Grundlagen der Modellierung (III) Modellierungssprachen sind künstliche Sprachen, die für den Zweck der Modellierung geschaffen worden sind. Sie bestehen aus einer Reihe von Ereignisgesteuerte Prozesskette - Konstruktionselementen (Syntax) - mit vordefinierter Bedeutung (Semantik) Diese Elemente können gemäß vorgegebenen Regeln zu einem Modell zusammengefügt und benannt werden. besitzen vielfach eine grafische Notation, um möglichst leicht verständliche Diagramme zu erzeugen. Sprache Modell sind abgestimmt auf die Herausforderungen eines bestimmten Modellierungszwecks. Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie 6

4 3.1 Informationssystem-Architektur Grundlagen der Modellierung (IV) Informationssystem-Architektur ist die gesamtheitliche Beschreibung der Prozesse Organisation Funktionen Daten Kommunikationsbeziehungen Strategische IS-Planung eines Informationssystems. Ziel ist, die Komplexität eines Betriebs beherrschbar zu machen. IS-Architekturmodelle - Zachman-Framework - ARIS - [Hansen/Neumann (2009), S. 275ff.] Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie Informationssystem-Architektur ARIS-Architekturmodell (I) ARIS: ARchitektur integrierter InformationsSysteme (Scheer (1995)) Ziel des ARIS-Konzepts Ein betriebliches Informationssystem soll seinen Anforderungen vollständig gerecht werden. Ansatz des ARIS-Konzepts Ganzheitliche Betrachtung der betrieblichen Geschäftsprozesse - Hohe Komplexität der entstehenden Modelle Das ARIS-Konzept stellt einen integrativen Ordnungsrahmen dar, der diese Komplexität beherrschbar macht und eine gesamtheitliche Beschreibung eines Informationssystems ermöglicht. Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie 8

5 3.1 Informationssystem-Architektur ARIS-Architekturmodell (II) In ARIS wird die Komplexität durch zwei Strategien reduziert: Partitionierung Komplexe (Geschäfts-)prozesse werden in verschiedene Sichten zerlegt. Jede Sicht des ARIS-Konzepts gibt das Modell eines Geschäftsprozesses unter einem bestimmten Aspekt wieder. So wird es möglich, für die Darstellung der einzelnen Sichten angemessene Modellierungssprachen zu wählen. Abstraktion Diese Sichten wiederum werden auf unterschiedlichem Abstraktions- s- niveau in jeweils drei Beschreibungsebenen beschrieben. Diese Beschreibungsebenen differieren in ihrer Nähe zur Informationstechnik und verweisen gedanklich auf ein Vorgehen des schrittweisen Verfeinerns. Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie Informationssystem-Architektur ARIS-Architekturmodell (III) - Sichten Organisationssicht beschreibt die Aufbauorganisation eines Unternehmens: Organisationseinheiten, Stellen, Personen, ihre Kompetenz und Verantwortung Funktionssicht Darstellung der betrieblichen Aktivitäten (Funktionen) und deren Zusammenhänge in strukturierter Form Datensicht Detaillierte Darstellung der in den Prozessen verwendeten Informationsobjekte Steuerungssicht (Prozesssicht) Modellierung der Geschäftsprozesse Integration der Teilsichten Leistungssicht beschreibt die Ergebnisse der Geschäftsprozesse [Hansen/Neumann (2009), S. 279ff.] Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie 10

6 3.1 Informationssystem-Architektur ARIS-Architekturmodell (IV) - Beschreibungsebenen Fachkonzept Strukturierte Darstellung der betriebswirtschaftlichen Problemstellung in einer formalen Beschreibungssprache, die für die Fachseite verständlich ist. (z.b. Organigramm, Funktionsbaum, EPK, ERM) Datenverarbeitungskonzept (DV-Konzept) Übertragung des Fachkonzepts in DV-nahe Beschreibungsmodelle (z.b. Relationen, Struktogramme, Topologien) (Technische) Implementierung DV-technische Realisierung der beschriebenen Prozessteile auf konkreten Hard- und Softwarekomponenten (z.b. Programmcoding, Datenbanksystem) [Hansen/Neumann (2009), S. 279] Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie Informationssystem-Architektur ARIS-Architekturmodell (V) ARIS-Architekturmodell und Modellierungstechniken Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie 12 [Hansen/Neumann (2009), S. 281]

7 3.1 Informationssystem-Architektur ARIS-Architekturmodell (VI) Organisationssicht Gegenstand - betrachtet die Aufbauorganisation eines Unternehmens, d.h. Standorte, Organisationseinheiten, Mitarbeiterrollen und verantwortlichkeiten - und bestimmt damit dessen Arbeitsteiligkeit. Wichtige Modellierungssprache auf Ebene des Fachkonzepts - Organigramm zur Beschreibung der Stellengliederung Gemäß der gewählten Strukturierungskriterien werden die Organisationseinheiten mit ihren Beziehungen grafisch dargestellt. Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie 13 [Hansen/Neumann (2009), S. 279] 3.1 Informationssystem-Architektur ARIS-Architekturmodell (VII) Funktionssicht Gegenstand - Beschreibung der von einem IS zu erfüllenden Funktionen und deren Beziehungen - Funktion: wohldefinierte Vorschrift zur Arbeitsverrichtung, um vorgegebene operationale Ziele (Zweck der Funktion) auf der Basis von Ausgangsdaten zu erreichen Wichtige Modellierungssprachen auf Ebene des Fachkonzepts - Funktionshierarchiebäume zur Beschreibung der Aufgabengliederung - Zieldiagramme zur Beschreibung der Zielhierarchie Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie 14 [Hansen/Neumann (2009), S. 310ff.]

8 3.1 Informationssystem-Architektur ARIS-Architekturmodell (VIII) Datensicht Gegenstand - die Definition der Daten, die in einem IS verfügbar sein sollen. Diese Daten sind Grundlage für alle Funktionen und Abläufe. - beschreibt die digitale Repräsentation der Objekte des zu beschreibenden Realitätsausschnittes. Wichtige Modellierungssprachen - Fachkonzept: Semantisch-konzeptionelles Datenmodell (z.b. Entity-Relationship-Modell) - DV-Konzept: Konzeptionelles Datenmodell, welches abhängig vom Datenbanktyp gewählt wird (relationales oder objektorientiertes Datenmodell) [Hansen/Neumann (2009), S. 280] Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie Informationssystem-Architektur ARIS-Architekturmodell (IX) Steuerungssicht (Prozesssicht) Gegenstand - Modellierung der betrieblichen Geschäftsprozesse - Integrierte Betrachtung der übrigen ARIS-Sichten Herstellung einer Verbindung zwischen den separat modellierten anderen Sichten Wichtige Modellierungssprachen auf Ebene des Fachkonzepts - Ereignisgesteuerte Prozesskette (EPK) Modellierung von zeitlichen und sachlogischen Abhängigkeiten zwischen Aktivitäten (Funktionen) und Ereignissen - Erweiterte EPK (eepk) zusätzliche Daten-, Organisations- und/oder Leistungssicht [Hansen/Neumann (2009), S. 331] Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie 16

9 3.1 Informationssystem-Architektur Grundlagen zu Ereignisgesteuerten Prozessketten (I) Geschäftsprozess Menge in einer bestimmten Reihenfolge verknüpfter zielgerichteter Aktivitäten Aktivitäten können parallel oder sequentiell erfolgen. Geschäftsprozessmodellierung (Business Process Engineering) analysiert Routine-Geschäftsprozesse, d.h. Aktivitäten (Arbeitsabläufe) und Rollen (Verantwortlichkeiten). erstellt Prozessdefinitionen für diese Geschäftsprozesse Ereignisgesteuerte Prozesskette (EPK) ist eine Methode für die Analyse und Beschreibung von Geschäftsprozessen eine semi-formale, graphische Modellierungssprache mit Syntaxregeln von Scheer entwickelt im Rahmen des ARIS-Konzepts. Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie 17 [Hansen/Neumann (2009), S. 329f.] 3.1 Informationssystem-Architektur Grundlagen zu Ereignisgesteuerten Prozessketten (II) EPK basiert auf folgender Grundidee Ereignis [stößt an] Funktion [resultiert in] Ereignis [Passive Komponente] [Aktive Komponente] [Passive Komponente] EPK ist ein gerichteter Graph bestehend aus folgenden Konstruktionselementen: Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie 18 [Hansen/Neumann (2009), S. 331ff.]

10 3.1 Informationssystem-Architektur Grundlagen zu Ereignisgesteuerten Prozessketten (III) Beispiel einer EPK - Urlaubsmeldung Urlaubswunsch Antrag ausfüllen X Antrag abgelehnt Antrag genehmigt Mitarbeiter informieren kein Urlaub Antrag ausgefüllt Mitarbeiter informieren Personalkartei aktualisieren Antrag einreichen Urlaub genehmigt Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie Informationssystem-Architektur Grundlagen zu Ereignisgesteuerten Prozessketten (IV) Erweiterte ereignisgesteuerte Prozesskette (eepk) (1) ergänzt eine EPK um Elemente aus der Daten-, Organisations- und/oder Leistungssicht. EPK-Funktionen werden um die ausführende Organisationseinheit und die verwendeten Input-/Outputdaten ergänzt. Zur Darstellung werden folgende Konstruktionselemente zusätzlich genutzt. Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie 20 [Hansen/Neumann (2009), S. 331ff.]

11 3.1 Informationssystem-Architektur Grundlagen zu Ereignisgesteuerten Prozessketten (V) Erweiterte ereignisgesteuerte Prozesskette (eepk) (2) Angabe der ausführenden Organisationseinheit möglich Zuordnung der ein- und ausgehenden Informationsobjekte zu den Funktionen Unterscheidung zwischen Input- und Outputdaten durch Richtung der Kante Prozessschnittstelle (Prozesswegweiser) Grössere Prozesse können in kleinere Unterprozesse unterteilt werden. Prozesswegweiser dienen zum Verweis auf Sub-Geschäftsprozesse, die in weiteren EPK beschrieben werden. [Hansen/Neumann (2009), S. 331ff.] Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie Informationssystem-Architektur Grundlagen zu Ereignisgesteuerten Prozessketten (VI) eepk-syntaxregeln Auf eine Funktion folgt immer ein Ereignis. Auf ein Ereignis innerhalb eines Prozesses folgt immer eine Funktion. 1 Organisationseinheiten werden nur mit den zugehörigen Funktionen verbunden Informationsobjekte werden nur den Funktionen, für die sie benötigt werden, zugeordnet. 3 3 Nur die Konnektoren verzweigen, sie verbinden Ereignisse mit Funktionen oder umgekehrt. Die Eingänge bzw. Ausgänge eines Konnektors sind alle entweder vom Typ Ereignis oder Funktion. Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie 22

12 3.1 Informationssystem-Architektur Grundlagen zu Ereignisgesteuerten Prozessketten (VII) Kritische Bewertung der Steuerungssicht besseres Verständnis für Unternehmensabläufe Erkennung von Medienbrüchen Erfassung von Organisationsbrüchen nur für standardisierte Abläufe nicht berücksichtigt: - Effizienz des Ressourceneinsatzes - Qualität der Funktionen - Durchlaufzeiten Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie 23 Gliederung 3 Modellierung betrieblicher Informationssysteme 3.1 Informationssystem-Architektur 3.2 Datensicht Grundlagen der Datenmodellierung Entity-Relationship-Modell Relationales Datenmodell 3.3 Literaturangaben Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie 24

13 Gliederung 3 Modellierung betrieblicher Informationssysteme 3.1 Informationssystem-Architektur 3.2 Datensicht Grundlagen der Datenmodellierung Entity-Relationship-Modell Relationales Datenmodell 3.3 Literaturangaben Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie Grundlagen der Datenmodellierung Grundlagen der Datenmodellierung (I) Diskurswelt zweckdienliche Abstraktion eines Ausschnitts der zu beschreibenden Realität (definierter Anwendungsbereich) Flugbuchung Schema Erfassung allgemeiner Gesetzmäßigkeiten, die für die Diskurswelt immer gelten Datenmodell - Darstellung des Schemas mit formalen Beschreibungsmitteln, z. B. in Form eines Diagramms oder einer Datenstruktur - dient dazu, die Struktur der zu speichernden und zu verarbeitenden Daten der Diskurswelt zu finden, festzulegen und auf einfache Weise zu beschreiben. Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie 26

14 3.2.1 Grundlagen der Datenmodellierung Grundlagen der Datenmodellierung (II) Datenmodellierung ist ein Prozess zur formalen Abbildung der in einer Diskurswelt relevanten Objekte mittels ihrer Attribute und Beziehungen. (vgl. Ferstl/Sinz 2006, S. 131) Ergebnis sind hierbei Datenmodelle, die - mehrere Modellierungsstufen durchlaufend letztlich zu einsatzfähigen Datenbanken bzw. Datenbeständen führen. Dieser Prozess soll sicherstellen, dass eine Datenbasis zu jedem Zeitpunkt ein korrektes Abbild der Diskurswelt wiedergibt. Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie Grundlagen der Datenmodellierung Grundlagen der Datenmodellierung (III) Ebenen der Datenmodellierung Klassifikation der Datenmodelle nach ihrer Nähe zur Realwelt Semantisches Datenmodell Inhalt: Strukturierte Abbildung der Diskurswelt Modellierung: unabhängig von DB-Technologie Beschreibung: z.b. ERM, UML Logisches (Konzeptionelles) Datenmodell Inhalt: Ergänzung des Strukturmodells mit datentechnischen Parametern Modellierung: abhängig von DB-Technologie Beschreibung: z.b. RDM, OOD Physisches Datenmodell Inhalt: Script zur Generierung der Datenbank Aspekte physischer Speicherung und Zugriffsoptimierung Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie 28

15 3.2.1 Grundlagen der Datenmodellierung Grundlagen der Datenmodellierung (IV) Fluggesellschaft - Flugbuchung Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie Grundlagen der Datenmodellierung Grundlagen der Datenmodellierung (V) Ebenen der Datenmodellierung Modellierung eines relationalen Datenbanksystems Semantisches Datenmodell Inhalt: Strukturierte Abbildung der Diskurswelt Modellierung: unabhängig von DB-Technologie Beschreibung: Entity-Relationship-Modell Entitäten, (Schlüssel-)Attribute, Beziehungen Logisches (Konzeptionelles) Datenmodell Modellierung: relationale DB-Technologie Beschreibung: Relationales Datenmodell Relationen, Primärschlüssel, Fremdschlüssel Integritätsregeln Physisches Datenmodell DDL: CREATE, ALTER, DROP <table> u.w. Aspekte physischer Speicherung und Zugriffsoptimierung Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie 30

16 Gliederung 3 Modellierung betrieblicher Informationssysteme 3.1 Informationssystem-Architektur 3.2 Datensicht Grundlagen der Datenmodellierung Entity-Relationship-Modell Relationales Datenmodell 3.3 Literaturangaben Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie Entity-Relationship-Modell Elemente eines Entity-Relationship-Modells (I) Das Entity-Relationship-Modell (ER-Modell) ist eine graphische Modellierungssprache für semantisch-konzeptionelle Datenmodelle. (Chen (1976)) Grundlage der ER-Modelle ist die Typisierung von Objekten, die in einem IS gespeichert werden sollen, len, ihrer Beziehungen untereinander und der über sie zu führenden Informationen ("Attribute"). ER-Modelle sind unabhängig von einer bestimmten Datenbanktechnologie. aktuell in der Praxis am weitesten verbreitet ER-Modelle können durch die Anwendung einfacher Transformationsregeln in DV-nahe relationale Datenmodelle (RDM) zur Erstellung eines DV-Konzepts überführt werden. Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie 32

17 3.2.2 Entity-Relationship-Modell Elemente eines Entity-Relationship-Modells (II) Typisierung Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie Entity-Relationship-Modell Elemente eines Entity-Relationship-Modells (III) Eine Entität ist eine individuelle Ausprägung der Diskurswelt, die eindeutig identifiziert werden kann. (z. B. ein bestimmter Kunde, ein bestimmtes Produkt). Entitäten können durch ihre Eigenschaften, die sog. Attribute, beschrieben werden. Entitäten mit gleichen Attributen aber unterschiedlichen Attributwerten können zu Entitätsmengen (Entitätstypen) mit einem eindeutigen Namen zusammengefasst werden. Zwischen den Entitäten bestehen Beziehungen, die durch Attribute beschrieben werden können. Eine Entitätsmenge ist über eine Beziehungsmenge (Beziehungstyp) mit einer anderen Entitätsmenge verbunden. Es dürfen nie zwei Entitätsmengen oder zwei Beziehungsmengen direkt miteinander verknüpft werden. Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie 34 [Hansen/Neumann (2009), S. 288]

18 3.2.2 Entity-Relationship-Modell Elemente eines Entity-Relationship-Modells (IV) Syntax eines E-R-Modells Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie 35 [Hansen/Neumann (2009), S. 288] Entity-Relationship-Modell Elemente eines Entity-Relationship-Modells (V) ER-Modell Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie 36

19 3.2.2 Entity-Relationship-Modell Elemente eines Entity-Relationship-Modells (VI) Kardinalität Chen-Notation (1) Die Kardinalität zwischen dem Entitätstyp 1 und dem Entitätstyp 2 gibt an, wie viele Entitäten des Entitätstyps 2 höchstens mit einer Entität des Entitätstyps 1 in Beziehung stehen. höchstens eine Entität (1), ER-Modell mehrere Entitäten (n oder m). 1 Kunde m Rechnungen Da der Beziehungstyp wechselseitig ist, wird die Kardinalität durch zwei Angaben vollständig beschrieben. 1 Kunde 1 Rechnung Für die Datenstrukturierung interessiert nicht die genaue Anzahl! [Hansen/Neumann (2009), S. 288] Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie Entity-Relationship-Modell Elemente eines Entity-Relationship-Modells (VII) Kardinalität Chen-Notation (2) einfacher Beziehungstyp (1) Die Entitäten der Entitätsmenge 2 sind höchstens einer Entität aus der Entitätsmenge 1 zugeordnet und umgekehrt. multipler Beziehungstyp (m) Die Entitäten der Entitätsmenge 2 sind mehreren Entitäten aus der Entitätsmenge 1 zugeordnet und umgekehrt. Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie 38 [Hansen/Neumann (2009), S. 289]

20 3.2.2 Entity-Relationship-Modell Elemente eines Entity-Relationship-Modells (VIII) Kardinalität Modifizierte Chen-Notation (1) Die Chen-Notation lässt keine Aussagen über die minimale Anzahl korrespondierender Entitäten zu. Deshalb wurde die Chen-Notation auf vielfältige Weise erweitert. Eine Möglichkeit ist die Benutzung der Optionalität. Die Optionalität zwischen dem Entitätstyp 1 und dem Entitätstyp 2 gibt an, ob eine Entität des Entitätstyps 2 mit einer Entität des Entitätstyps 1 in Beziehung stehen muss oder kann. ER-Modell kann 1 mc muss Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie 39 [Hansen/Neumann (2009), S. 289] Entity-Relationship-Modell Elemente eines Entity-Relationship-Modells (IX) Kardinalität Modifizierte Chen-Notation (2) Die Kardinalität zwischen dem Entitätstyp 1 und dem Entitätstyp 2 gibt an, wie viele Entitäten des Entitätstyps 2 genau mit einer Entität des Entitätstyps 1 in Beziehung stehen. Einfacher Beziehungstyp: genau eine Entität (1) Konditioneller Beziehungstyp keine oder eine Entität (c) höchstens 1 (c - von engl. can) ER-Modell Multipler Beziehungstyp mehrere Entitäten (m) mindestens 1 (m- von engl. multiple) 1 mc Multipler-konditioneller Beziehungstyp keine, eine oder mehrere Entitäten (mc) - beliebig viele (mc - von engl. multiple can) [Hansen/Neumann (2009), S. 289] Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie 40

21 3.2.2 Entity-Relationship-Modell Elemente eines Entity-Relationship-Modells (X) Kardinalität Modifizierte Chen-Notation (3) Es soll ein Entity-Relationship-Modell für einen Lebensmittelbetrieb erstellt werden, das die nachfolgend dargestellten Sachverhalte adäquat abbildet. Ein Lebensmittelbetrieb besitzt mehrere Filialen, die über ihre Filialnummer identifizierbar sind, und deren Name und Adresse bekannt sind. Es gibt Filialen, die Bestellungen erteilen. Bestellungen sind über ihre Bestellnummer identifizierbar. Jede Bestellung wird von genau einer Filiale erteilt. Eine Bestellung enthält einen oder mehrere Artikel. Sowohl Artikelnummer wie auch der Preis sind von Artikeln bekannt. Diese Artikel sind in ein oder mehreren Lagern vorrätig. Die Lager sind über ihre Lagernummer identifizierbar und ergänzend ist die Lageradresse bekannt. Entity Type Filiale Bestellung Artikel Lager Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie 41 Attributes Filialnummer Name Adresse Bestellnummer Artikelnummer Preis Lagernummer Adresse Entity-Relationship-Modell Elemente eines Entity-Relationship-Modells (XI) Kardinalität Modifizierte Chen-Notation (4) Name Adresse BestellNr Filiale 1 erteilt nc Bestellung FilialNr mc enthält Lager m lagert n n Artikel LagerNr Adresse Preis ArtikelNr [Hansen/Neumann (2009), S. 290] Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie 42

22 3.2.2 Entity-Relationship-Modell Abgeleitetes Attribut Attribute, die aus den Werten anderer Attribute einer Entität oder einer Beziehung abgeleitet bzw. berechnet werden können, werden als abgeleitete Attribute bezeichnet. - Das Rückgabedatum einer Buchentleihe kann aus den Attributen Entleihdatum und Entleihfrist berechnet werden. Wohnort Geburtsdatum Straße Alter Mitarbeiter m bearbeitet mc Projekte P# Telefonnummer Projekt# Projektname Name Vorname Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie Entity-Relationship-Modell Schlüsselattribute Schlüssel ist die minimale Menge von Attributen einer Entitätsmenge, die jede einzelne Entität einer Entitätsmenge eindeutig identifiziert. Attribute werden durch einen Unterstrich als Schlüsselattribute kenntlich gemacht. Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie 44 [Hansen/Neumann (2009), S. 291f.]

23 3.2.2 Entity-Relationship-Modell Schritte zum Entwurf eines E-R-Modells 1. Identifikation von Entitätsmengen und Beziehungsmengen in einem Ausschnitt der Realität. 2. Bestimmung der Kardinalitäten zwischen den Entitätsmengen und den Beziehungsmengen. 3. Bestimmung der Attribute der Entitätsmengen. 4. Bestimmung der Attribute der Beziehungsmengen. 5. Bestimmung der Schlüsselattribute (der Entitätsmengen). Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie Entity-Relationship-Modell Beispiel (I) Erstellen Sie ein Entity-Relationship-Modell für eine Fluggesellschaft, das die unten dargestellten Sachverhalte adäquat abbildet. Die Fluggesellschaft beschäftigt mehrere Piloten, die über eine PilotID eindeutig identifiziert werden können. Zudem sollen der Zuname und der Vorname der Piloten gespeichert werden. Jeder Pilot gehört einer Gehaltsklasse an, die neben einer Bezeichnung und einer Stufe auch jeweils die entsprechende Höhe des Gehaltes angibt. Die Piloten führen mehrere Flüge durch, die durch Ihre Flugstrecke und das jeweilige Datum eindeutig festgelegt werden. Zudem soll der Datenbank zu entnehmen sein, an welchem Gate jeweils das Boarding durchgeführt wird. Die einzelnen Flugstrecken werden durch die jeweilige Flugnummer eindeutig bestimmt und verfügen jeweils über einen Abflugort und einen Ankunftsort. Zudem wird zu jeder Flugstrecke die angesetzte Flugdauer in der Datenbank gespeichert. Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie 46

24 3.2.2 Entity-Relationship-Modell Beispiel (II) Die Passagiere, die die jeweiligen Flüge gebucht haben, verfügen jeweils über einen Zunamen und einen Vornamen. Der Passagier entscheidet sich bei der Buchung für eine Kategorie (z. B. Business Class), in der er sitzen möchte. Zusätzlich wird der Preis der Buchung in der Datenbank gespeichert. Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie Entity-Relationship-Modell Beispiel (III) E-R-Modell Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie 48

25 Gliederung 3 Modellierung betrieblicher Informationssysteme 3.1 Informationssystem-Architektur 3.2 Datensicht Grundlagen Entity-Relationship-Modell Relationales Datenmodell 3.3 Literaturangaben Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie Relationales Datenmodell Grundlagen des Relationalen Datenmodells (I) Grundlage des relationalen Datenmodells ist die Relation, ein im mathematischen Sinn wohldefinierter Begriff. Operationen auf einer Menge von Relationen werden durch die relationale Algebra bestimmt. Das relationale Datenmodell (RDM) ist somit ein mathematisch fundiertes Modell auf Datenebene. Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie 50

26 3.2.3 Relationales Datenmodell Grundlagen des Relationalen Datenmodells (II) Relationen im Sinne des relationalen Datenmodells sind Tabellen. Jede Entitätsmenge wird durch eine Relation repräsentiert. - Jede einzelne Entität entspricht einer Zeile der Relation. - Jedes Attribut entspricht einer Spalte der Relation. ERM: Entitätsmenge Mitarbeiter RDM: Relation Mitarbeiter Wohnort Straße Mitarbeiter P# Name Vorname Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie 51 [Hansen/Neumann (2009), S. 299] Relationales Datenmodell Exkurs: Mathematisches Relationenmodell (I) Relationen A 1, A 2,, A n seien Attribute mit den Wertebereichen W(A 1 ), W(A 2 ),, W(A n ). Eine Teilmenge R W(A ) W(A ) W(A ) heißt n-stellige Relation über den Bereichen W(A 1 ), W(A 2 ),, W(A n ). Für r (a,a,,a ) mit a W, i 1,, n bezeichne n den Grad der Relation. 1 2 r heißt n-tupel aus R. n i 1 2 i n Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie 52

27 3.2.3 Relationales Datenmodell Exkurs: Mathematisches Relationenmodell (II) Relationen Beispiel (1) Sei n = 2. Hieraus folgt, dass insgesamt 2 Attribute A 1 und A 2 betrachtet werden. Sei nun: A 1 das Attribut Nachname A 2 das Attribut Vorname. So könnten die Wertebereiche W(A 1 ) und W(A 2 ) beispielsweise lauten: W(A 1 ) {Müller,Maier,Weingarten} ) W(A 2 {Dieter,Marie} Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie Relationales Datenmodell Exkurs: Mathematisches Relationenmodell (III) Relationen Beispiel (2) Ermittlung des kartesischen Produktes der Wertebereich W(A 1 ) und W(A 2 ) mit W(A 1 ) {Müller,Maier,Weingarten} und W(A 2 ) {Dieter,Marie} W(A ) W(A2) 1 {(Müller,Dieter),(Müller,Marie), (Maier, Dieter), (Maier, Marie), (Weingarten,Dieter),(Weingarten,Marie)} Eine mögliche Relation R ist eine Teilmenge dieses kartesischen Produkts der Wertebereiche: R W(A 1) W(A2 ) R {(Müller, Dieter), (Maier, Marie)} So könnte diese Relation R zum Beispiel die Mitarbeiter einer Fachabteilung darstellen. Diese Relation ist vom Grad 2. Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie 54

28 3.2.3 Relationales Datenmodell Exkurs: Mathematisches Relationenmodell (IV) Relationen Beispiel (3) Attribute: A 1 Nachname und A 2 Vorname. Wertebereiche: W(A 1 ) {Müller,Maier,Weingarten} W(A 2 ) {Dieter,Marie} Kartesisches Produkt W(A ) W(A2) 1 {(Müller,Dieter),(Müller,Marie), (Maier, Dieter), (Maier, Marie), (Weingarten,Dieter),(Weingarten,Marie)} Nachname Müller Müller Maier Maier Weingarten Weingarten Vorname Dieter Marie Dieter Marie Dieter Marie Relation R W(A 1) W(A2 ) R {(Müller, Dieter), (Maier, Marie)} Nachname Müller Maier Vorname Dieter Marie Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie Relationales Datenmodell Grundlagen des Relationalen Datenmodells (III) Schlüssel (1) Die Identifikation und Verknüpfung von Datenbeständen erfolgt über Schlüssel. Ein Schlüssel für eine Relation ist eine identifizierende Attributmenge. Ein Schlüssel muss ein Tupel eindeutig identifizieren. - Die Werte zweier Schlüsselattribute dürfen nicht identisch sein. RDM: Relation Mitarbeiter - Die Schlüsselattribute dürfen keine undefinierten Werte (NULL) beinhalten. Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie 56

29 3.2.3 Relationales Datenmodell Grundlagen des Relationalen Datenmodells (IV) Schlüssel (2) In einer Relation können mehrere Attribute existieren, welche die Eigenschaften eines Schlüssels erfüllen. Der Schlüssel kann aus einem Attribut oder einer Menge von Attributen bestehen, wobei er eindeutig muss. Als Schlüssel kann ein künstliches Attribut eingeführt werden, ein sog. Surrogatschlüssel. In der Regel eine Teilmenge der natürlichen Zahlen. Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie Relationales Datenmodell Grundlagen des Relationalen Datenmodells (V) Schlüssel (3) - Primärschlüssel Ein Primärschlüssel einer Relation ist ein Attribut (oder eine Attributkombination), welches jedes Tupel eindeutig identifiziert. Er muss eindeutig und minimal sein. Durch Weglassen eines Attributes darf kein kleinerer Schlüssel entstehen. Die Attributwerte des Primärschlüssels dürfen nicht NULL sein. RDM: Relation Mitarbeiter Während der gesamten Existenz eines Objektes in einer Datenbank darf dessen Primärschlüssel nicht verändert werden. Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie 58

30 3.2.3 Relationales Datenmodell Grundlagen des Relationalen Datenmodells (VI) Schlüsselattribut (Primärschlüssel) Attribut PNr Nachname Vorname Straße Wohnort 27 Schulz Gerhard Hauptstr. 3 Duisburg 63 Müller Dieter Bahnhofstr. 7 Essen Tupel 75 Maier Werner Schulstr. 5 Duisburg 89 Schmidt Karl Ahornweg 10 Moers 13 Maier Werner Mühlenstraße 99 München Attributwert Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie Relationales Datenmodell Grundlagen des Relationalen Datenmodells (VII) Schlüssel (4) - Fremdschlüssel Relationen werden über Fremdschlüssel miteinander in eine logische Beziehung gesetzt. Ein Fremdschlüssel (Not.: ) ist ein Attribut (oder eine Attributkombination), welches in einer anderen Relation Primärschlüssel ist. Der Wertebereich (= Domäne) des Fremdschlüssels muss mit dem Wertebereich des Primärschlüssels aus der referenzierten Relation übereinstimmen. Nullwerte in Fremdschlüsseln sind aus Sicht des Datenmodells unzulässig! Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie 60

31 3.2.3 Relationales Datenmodell Grundlagen des Relationalen Datenmodells (VIII) Schlüssel (5) - Fremdschlüssel ER-Modell 1 mc Kunde KdNr Name Vorname erhält? Rechnung RNr R.Datum RDM Kunde Referenzierte Relation KdNr Name Vorname Fremdschlüssel: KdNr Rechnung RNr R.Datum KdNr Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie Relationales Datenmodell Grundlagen des Relationalen Datenmodells (IX) Schlüssel (6) Allgemeine Integritätsbedingungen Primärschlüsselbedingung (Relationen-Integrität) Die Werte der Primärschlüssel sind eindeutig und nicht NULL. Fremdschlüsselbedingung (Referentielle Integrität) Zu jedem Wert eines Fremdschlüssels muss ein Primärschlüssel-Wert in der referenzierten Relation existieren. Die Einhaltung der referentiellen Integrität verlangt somit, dass Fremdschlüsselwerte nur auf Tupel der referenzierten Relation verweisen, die zur Zeit tatsächlich existieren. Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie 62

32 3.2.3 Relationales Datenmodell Grundlagen des Relationalen Datenmodells (X) Gegenüberstellung von Grundbegriffen Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie Relationales Datenmodell Überführung des E-R-Modells ins Relationale Datenmodell (I) Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie 64

33 3.2.3 Relationales Datenmodell Überführung des E-R-Modells ins Relationale Datenmodell (II) Formale Transformationsregeln 1 Entitätstyp Bildung einer Relation mit dem Namen, den Attributen und den Schlüsseln des Entitätstyps 2 Beziehungstyp 1:m Aufnahme des Primärschlüssels des 1-Entitätstyps als Fremdschlüssel und der Attribute des Beziehungstyps in die Relation des m-entitätstyps. 3 Beziehungstyp n:m Bildung einer Relation mit dem Namen des Beziehungstyps, den eigenen Attributen und den Primärschlüsseln der beteiligten Entitätstypen. 4 Beziehungstyp 1:1 Aufnahme des Primärschlüssels eines der beteiligten 1-Entitätstypen als Fremdschlüssel in die Relation des anderen 1-Entitätstyps, ergänzt ggf. mit den Attributen des Beziehungstyps. Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie Relationales Datenmodell Überführung des E-R-Modells ins Relationale Datenmodell (III) Formale Transformationsregel 1 Entitätstyp Bildung einer Relation mit dem Namen, den Attributen und den Schlüsseln des Entitätstyps ERM: Entitätstyp Flugstrecke RDM: Relation Flugstrecke Flugstrecke FlugNr Flugdauer Abflugort Ankunftsort Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie 66

34 3.2.3 Relationales Datenmodell Überführung des E-R-Modells ins Relationale Datenmodell (IV) Formale Transformationsregel 2 Beziehungstyp 1:m Aufnahme des Primärschlüssels eines 1-Entitätstyps als Fremdschlüssel und der Attribute des Beziehungstyps in die Relation des m-entitätstyps. ERM Flug FlugNr Datum Gate PilotID mc Pilot 1 PilotID Name Vorname Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie Relationales Datenmodell Überführung des E-R-Modells ins Relationale Datenmodell (V) Formale Transformationsregel 3 Beziehungstyp n:m Bildung einer eigenständigen Relation mit dem Namen des Beziehungstyps, den eigenen Attributen und den Primärschlüsseln der beteiligten Entitätstypen als Fremdschlüssel. Als Primärschlüssel der Beziehungsmengenrelation dient der aus den Fremdschlüsseln zusammengesetzte Schlüssel. Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie 68

35 3.2.3 Relationales Datenmodell Überführung des E-R-Modells ins Relationale Datenmodell (VI) Formale Transformationsregel 3 Beziehungstyp n:m Bildung einer eigenständigen Relation mit dem Namen des Beziehungstyps, den eigenen Attributen und den Primärschlüsseln der beteiligten Entitätstypen als Fremdschlüssel Passagier PassID Name Vorname Buchung PassID FlugNr Datum Kategorie Preis Flug FlugNr Datum Gate Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie Relationales Datenmodell Überführung des E-R-Modells ins Relationale Datenmodell (VII) Beispiel Überführung des zuvor erstellten Entity-Relationship-Modells für eine Fluggesellschaft in ein relationales Datenmodell. Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie 70

36 3.2.3 Relationales Datenmodell Überführung des E-R-Modells ins Relationale Datenmodell (VIII) Flugstrecke FlugNr Flugdauer Abflugort Ankunftsort Passagier PassID Name Vorname Buchung PassID FlugNr Datum Kategorie Preis Bucht Flug FlugNr N Datum Gate PilotID Fliegt Führt durch Gehaltsklasse GKID Bezeichnung Stufe Gehalt Pilot PilotID Name Vorname GKID Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie 71 Gehört an Relationales Datenmodell Überführung des E-R-Modells ins Relationale Datenmodell (IX) Darstellung des ERM in einem relationalen Schema FLUGSTRECKE (FlugNr, Flugdauer, Abflugort, Ankunftsort) PASSAGIER (PassID, Name, Vorname) FLUG ( FlugNr, Datum, Gate, PilotID) GEHALTSKLASSE (GKID, Bezeichnung, Stufe, Gehalt) PILOT (PilotID, Name, Vorname, GKID) BUCHUNG ( PassID, FlugNr, Datum, Kategorie, Preis) Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie 72

37 3.2.3 Relationales Datenmodell Überführung des Relationalen Datenmodells ins Physische Modell (I) Mittels der Datendefinitionsbefehle von SQL werden die Tabellen eines relationalen Datenmodells definiert. Flugstrecke FlugNr Flugdauer Abflugort Ankunftsort RDM Implementierung Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie Relationales Datenmodell Überführung des Relationalen Datenmodells ins Physische Modell (II) Weitere Vorgehensweise Data Definition Language Mittels der Datendefinitionsbefehle von SQL wird das relationale Datenmodell in einer relationalen Datenbank realisiert. Data Manipulation Language Über SQL werden Daten in die Tabellen eingefügt.. Data Query Language Diese Daten können über SQL abgefragt werden. Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie 74

38 Gliederung 3 Modellierung betrieblicher Informationssysteme 3.1 Informationssystem-Architektur 3.2 Datensicht Grundlagen Entity-Relationship-Modell Relationales Datenmodell 3.3 Literaturangaben Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie Literaturangaben Kapitel 3 Die angegebenen Seiten sollten in Verbindung mit der Vorlesungsbeilage durchgearbeitet werden: Hansen, Hans Robert; Neumann, Gustaf: Wirtschaftsinformatik 1 - Grundlagen und Anwendungen. 10. Auflage, Lucius & Lucius, Stuttgart S S Prof. Dr. Peter Chamoni - Einführung in die Wirtschaftsinformatik - Folie 76

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