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E/R-Modellierung

Mit Hilfe der Entity-Relationship-Modellierung (ER-Modellierung, ERM, Konzeptionelle Datenmodellierung, Datenstrukturanalyse - DSA) wird in der Systemanalyse der Informationsbedarf einzelner IV-Systeme (s.a. Systemabgrenzung) oder eines Unternehmens (als Unternehmensdatenmodell - UDM) in Netzstrukturen definiert und grafisch dargestellt. Das Datenmodell für ein IV-System oder das Unternehmensdatenmodell als Ergebnis der Informationsanalyse ermöglichen dabei eine Abgrenzung von Anwendungen aus Daten-orientierter Sicht und erleichtert zum Beispiel eine Bewertung von Standard-Software durch Abgleich der Datenmodelle der Anforderungen und mit denen der fertigen Software.

weiterführende
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Gleichzeitig wird durch die Methode der Entity-Relationship-Modellierung (auch semantische Datenmodellierung, konzeptionelle Datenmodellierung) eine eindeutige Begriffswelt durch Benennung und Beschreibung der Objekte für den Fachbereich und die Informationsverarbeitung geschaffen. Dies ist eine wichtige Grundlage für die Qualitätssicherung in allen Phasen der Entwicklung der Informationssysteme.

Ein weiterer bedeutungsvoller Aspekt ist die systematische Vorbereitung des Datenbank-Design. Beim Datenbank-Design werden die Definitionen von Tabelle, Index, View, usw. für ein Datenbank-Management-System entwickelt.

Die E/R-Modellierung (bei Verwendung der Notation nach Peter Chen) erlaubt in verständlicher Form die Visualisierung von Abhängigkeiten.
Mit den Elementen

  • Entitätstyp (Entity Type, vereinfacht häufig auch nur als Entität bezeichnet) und

  • Beziehungstyp (Relationship Type, vereinfacht Beziehung)

kann ein Modell (Entity-Relationship-Modell, ebenfalls als ERM bezeichnet) grafisch aufbereitet werden.

Die Beziehungen (Assoziationen) zwischen zwei Entitätstypen sind im ER-Modell in beiden Richtungen mit einer Kardinalität (Wertigkeit) versehen. Die Kardinalität repräsentiert eine Aussage über die Bedingungen von Minimal- und Maximalvorkommen der jeweiligen Beziehung im Datenmodell. Die Kardinalitäten beschreiben damit auch die Existenzabhängigkeit zwischen den Entity-Typen. Auf diese Weise werden schon Integritätsbedingungen (bezüglich der Abhängigkeit) für die zu entwickelnden Datenbank-Tabellen beschrieben. Die Assoziation kann sich auch auf eine Entität beziehen. Sie wird dann als rekursiv (oder auch reflexiv) bezeichnet.

Über Attribute werden im Prozessmodell der ER-Modellierung die Eigenschaften von Entity- oder Relationship-Mengen näher bestimmt. Die eindeutige Identifikation erfolgt durch ein ausgewähltes Attribut oder mit Hilfe einer Kombination von Attributen. Das Attribut (oder die Attribute) werden bei dieser ERM-Vorgehensweise als Schlüsselattribut oder Primärschlüssel bezeichnet. Der Primärschlüssel wird später bei der Transformation in ein Relationenmodell zur Verknüpfung von Tabellen verwendet.
Gemeinsame Eigenschaften (zum Beispiel Format, Wertebereich) mehrerer Attribute können diesen über den Ergebnistyp "Datentyp" zugeordnet werden.

Das Ergebnis der ER-Modellierung als konzeptionelle Datenmodellierung soll dabei die folgenden Anforderungen erfüllen:

  • realitätsbezogen
    das ER-Modell stellt den für das Unternehmen wesentlichen Ausschnitt der Realität dar und liefert dazu eine Standardinterpretation

  • stabil
    existierende Sachverhalte verändern sich auf der Ebene der Datenmodelle selten

  • konsistent
    die Daten im ER-Modell sind korrekt und zueinander passend

  • redundanzfrei
    jede Information wird im ER-Modell genau einmal abgelegt (dem Entitätstyp, Beziehungstyp oder Datentyp zugeordnet) = semantische Korrektheit

  • vollständig
    alle Funktionen können ihren Informationsbedarf aus dem Datenmodell decken (s. Strukturierte Analyse)

  • unabhängig
    das konzeptionelle Datenmodell ist unabhängig von einzelnen Anwendungen und von der physischen Realisierung (s. relationales Datenbankdesign)

In der ursprünglichen Regeln der grafischen Notation für ein E/R-Modell (ERM nach Chen) konnte eine Beziehung zwischen mehreren Entitätstypen bestehen. Mittlerweile hat sich in der ER-Modellierung ein Vorgehen durchgesetzt, die sich im E/R-Diagramm auf die Darstellung der Beziehungstypen zwischen zwei Entitätstypen (binär) als ER-Modell beschränken.

Ausnahme: Eine Beziehung auf den gleichen Entitätstyp ist möglich und wird als Rekursion bezeichnet.

Auch hat sich die Zuordnung von Attributen zum Ergebnistyp "Beziehung" in der Nutzung der ERM-Methode nicht durchgesetzt. Sie ist in den Tools zur Entity-Relationship-Modellierung durch die Kennzeichnung einer Entität im ER-Modell-Diagramm als assoziativ (neben den Kategorien fundamental und attributiv) verdrängt worden.

Neben der Chen-Notation gehören die Bachman-(Pfeil-)Notation und die Martin-(Krähenfuß-)Notation zu den gebräuchlichsten Notationen im ER-Diagramm (ERD).

Eine allgemein gebräuchliche Erweiterung in den Darstellungen der Entity-Relationship-Modellierung ist bei der Beziehung die Definition von Vererbungshierarchien (Generalisierung / Spezialisierung bzw. Supertyp / Subtyp). Generalisierungen, Spezialisierungen und Aggregationen entstehen zum Beispiel aus konditionalen Attributen, konditionalen Beziehungen oder aus der Analyse des Lebenszyklus einer Entität.

Wikipedia: 6 Formen der Notation im ER-Diagramm

 

Beispiel E/R-Diagramm Hotel-Reservierung

Beispiel-Diagramm: ER-Modell einer Hotel-Reservierung:
Partner und Zimmerkategorie sind hier fundamentale Entitäten im System Hotelreservierung,
Zimmer ist eine attributive Entität zu Zimmerkategorie,
Belegung ist eine attributive Entität zu Gast und Zimmer
Kunde und Gast sind in der Grafik Sub-Entitäten (Spezialisierung/Subtype) zu Partner (Generalisierung/Supertype).

 

 

Das Abstraktionskonzept der Generalisierung / Spezialisierung mit Vererbung der Attribute (bei möglichen Einschränkungen im Wertebereich) im Prozessmodell der Erweiterten Entity-Relationship-Modell (EERM - Enhanced Entity Relationship Model, G. Müller-Ettrich) enthalten. Außerdem enthalten die Regeln und die Notation der EERM eine Konkretisierung der Kardinalitäten (auch mit Bedingungen).
Die Methode EERM ist in allen gängigen Case-Tools zur Datenmodellierung (als Beispiele stehen ARIS, case/4/0, Innovator) integriert.



Modellierungskonstrukte im EERM (Kap. 2.3)

Eine konsequentere Strukturierung und damit bessere Lesbarkeit verfolgt ein Strukturiertes Entity-Relationship-Modell (SERM, Structured Entity Relationship, Elmar J. Sinz, Otto K. Ferstl). Bei der SERM-Modellierung werden im ER-Modell-Diagramm die Existenzabhängigkeiten für eine Anordnung der Entitätstypen von links nach rechts genutzt. Das damit quasi-hierarchisch dargestellte Modell ist für komplexe Gesamtdarstellungen (zum Beispiel Unternehmensdatenmodell) besser geeignet. Die Form der Darstellung im Strukturierten Entity-Relationship-Modell erleichtert die Qualitätssicherung. Die Darstellung vermeidet zum Beispiel die Entwicklung zyklischer Abhängigkeiten.

Die Anordnungsregeln für die ER-Diagramme lassen sich aber auch in "normalen" ER-Modellen nutzen, ohne dabei die veränderte grafische Darstellung der Objekte und Beziehungen aus der Methode SERM in Kauf nehmen zu müssen.

Im Vorgehen in der Praxis entstehen ER-Modelle zum Beispiel aus der Nachbildung von Datenbankstrukturen existierender Applikationen oder aus der Umsetzung von Datenstrukturen. Eine Datenstruktur ist im Rahmen der Funktionsanalyse / Informationsanalyse (Strukturierte Analyse oder Essentielle System-Modellierung) als Datenfluss oder Datenspeicher definiert worden. Die Datenstruktur stellt die Sicht (View) der Funktion auf die Daten dar. Die Datenstrukturen der Views werden überlagert und lassen sich durch eine einfache Regel der Transformation in eine Entität oder auch mehrere Entitäten abbilden.
Auch das Modellieren der Geschäftsprozesse kann bereits Objekte mit der Definition von Datenstrukturen liefern.

In der weiteren Vorgehensweise im Prozessmodell Software Engineering findet für das aus der Informationsanalyse entstandenen ER-Modell häufig mit einem dafür geeigneten Tool eine Umwandlung in ein Relationen-Modell statt. Im Relationen-Modell eine voll-funktionale Abhängigkeit von dem jeweiligen Primärschlüssel der Relation erreicht (Dritte Normalform - 3NF). Das Relationen-Modell ist im Datenbankdesign Ausgangspunkt für eine direkte Abbildung der Relationen (wiederum per Werkzeug) in ein Datenbank-System (Datenbankmodellierung).

Da zur Pflege der semantischen Datenmodelle in der ER-Modellierung nicht nur das Gestalten der Netzstruktur im E/R-Diagramm gehört, sondern auch das Definieren und die Pflege der Ergebnistypen Attribut und Wertebereich (Domäne, Datenelement) sowie deren Wertausprägungen, ist die Nutzung von geeigneten Werkzeugen der Anwendungsentwicklung für die ERM unumgänglich. Die Werkzeuge bieten auch meist die Unterstützung für die nächsten Schritte zum Relationen-Modell, zum Design der Datenbanken und zur Generierung der Strukturen in einem Programm.

SERM - Strukturiertes Entity-Relationship-Modell

Die Metastruktur der ER-Modellierung sieht wie folgt aus:

Meta-Struktur E/R-Diagramm

Meta-Struktur (Struktur der Ergebnistypen) der E/R-Diagramme in Krähenfuß-Notation
 

Zum Thema Entity-Relationship-Modellierung bietet INffORUM die Auswahl und Einrichtung der geeigneten ERM-Werkzeugumgebung, die Unterstützung bei Durchführung der Informationsmodellierung in der Systementwicklung sowie den zugehörigen Know-how-Transfer für die Methode und das Tool in Form von Schulung (Seminar, Workshop, Tutorial) und Coaching. Das Training zur ER-Modellierung, sowohl Seminar als auch Workshop und Tutorial, kann dabei auf den speziellen Bedarf einer Projekt-Gruppe zugeschnittenen werden.
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