نهج المخططات الثلاثة

يُعدّ نهج المخططات الثلاثة ، أو مفهوم المخططات الثلاثة ، في هندسة البرمجيات، منهجًا لبناء نظم المعلومات وإدارة معلومات النظم، وقد نشأ في سبعينيات القرن الماضي. وهو يقترح ثلاثة وجهات نظر مختلفة في تطوير النظم، حيث يُعتبر النمذجة المفاهيمية مفتاحًا لتحقيق تكامل البيانات . ^{[ 2 ]}

يوفر نهج المخططات الثلاثة ثلاثة أنواع من المخططات مع تقنيات المخططات القائمة على أوصاف اللغة الرسمية: ^{[ 3 ]}

• مخطط خارجي لعرض المستخدم
• يدمج المخطط المفاهيمي المخططات الخارجية
• مخطط داخلي يحدد هياكل التخزين المادية

في جوهرها، يُحدد المخطط المفاهيمي أنطولوجيا المفاهيم كما يفكر بها المستخدمون ويتحدثون عنها. أما المخطط المادي، وفقًا لسوا (2004)، فيصف "التنسيقات الداخلية للبيانات المخزنة في قاعدة البيانات ، بينما يُحدد المخطط الخارجي طريقة عرض البيانات لبرامج التطبيقات ". ^{[ 4 ]} وقد سعى هذا الإطار إلى السماح باستخدام نماذج بيانات متعددة للمخططات الخارجية. ^{[ 5 ]}

على مر السنين، ازدادت مهارة بناء نظم المعلومات والاهتمام بها بشكل كبير. مع ذلك، ركز النهج التقليدي لبناء هذه النظم في الغالب على تعريف البيانات من منظورين متميزين: "منظور المستخدم" و"منظور الحاسوب". من منظور المستخدم، والذي سيُشار إليه بـ"المخطط الخارجي"، يتم تعريف البيانات في سياق التقارير والشاشات المصممة لمساعدة الأفراد في أداء مهامهم المحددة. ويتغير هيكل البيانات المطلوب من منظور المستخدم تبعًا لبيئة العمل وتفضيلات المستخدم. أما من منظور الحاسوب، والذي سيُشار إليه بـ"المخطط الداخلي"، فتُعرَّف البيانات من حيث هياكل الملفات للتخزين والاسترجاع. ويعتمد هيكل البيانات المطلوب للتخزين الحاسوبي على تقنية الحاسوب المستخدمة والحاجة إلى معالجة البيانات بكفاءة. ^{[ 6 ]}

لقد حدد المحللون على مر السنين هذين المنظورين التقليديين للبيانات، وذلك على أساس كل تطبيق على حدة، مع مراعاة الاحتياجات التجارية المحددة، كما هو موضح في الشكل 1. عادةً، لا يمكن استخدام المخطط الداخلي المُحدد لتطبيق أولي بسهولة في التطبيقات اللاحقة، مما يؤدي إلى إنشاء تعريفات زائدة وغير متسقة في كثير من الأحيان لنفس البيانات. في أنظمة المعلومات المبكرة، كانت البيانات تُعرَّف من خلال تخطيط السجلات المادية وتُعالَج بشكل تسلسلي. ومع ذلك، أدت الحاجة إلى المرونة إلى ظهور أنظمة إدارة قواعد البيانات (DBMS)، التي تسمح بالوصول العشوائي إلى أجزاء البيانات المتصلة منطقيًا. تُعرَّف هياكل البيانات المنطقية داخل نظام إدارة قواعد البيانات عادةً على أنها تسلسلات هرمية أو شبكات أو علاقات. على الرغم من أن أنظمة إدارة قواعد البيانات قد حسّنت بشكل كبير من إمكانية مشاركة البيانات، إلا أن استخدام نظام إدارة قواعد البيانات وحده لا يضمن تعريفًا متسقًا للبيانات. علاوة على ذلك، اضطرت معظم الشركات الكبيرة إلى تطوير قواعد بيانات متعددة، والتي غالبًا ما تكون تحت سيطرة أنظمة إدارة قواعد بيانات مختلفة، ولا تزال تعاني من مشكلات التكرار وعدم الاتساق. ^{[ 6 ]}

أدى إدراك هذه المشكلة إلى استنتاج فريق دراسة أنظمة إدارة قواعد البيانات التابع لمعايير ANSI/X3/SPARC أن بيئة إدارة البيانات المثالية تتطلب منظورًا ثالثًا للبيانات. هذا المنظور، الذي يُشار إليه باسم "المخطط المفاهيمي"، هو تعريف متكامل واحد للبيانات داخل المؤسسة، وهو تعريف غير متحيز لأي تطبيق محدد للبيانات، ومستقل عن كيفية تخزين البيانات فعليًا أو الوصول إليها، كما هو موضح في الشكل 2. الهدف الأساسي من هذا المخطط المفاهيمي هو توفير تعريف متسق لمعاني البيانات وعلاقاتها المتبادلة، والذي يمكن استخدامه لدمج البيانات ومشاركتها وإدارة سلامتها. ^{[ 6 ]}

طُرح مفهوم نموذج المخططات الثلاثة، الذي يتألف من نموذج مفاهيمي ونموذج خارجي ونموذج داخلي أو مادي، لأول مرة من قِبل لجنة تخطيط ومتطلبات المعايير التابعة لـ ANSI/X3/SPARC ، برئاسة تشارلز باخمان، عام 1975. وصف تقرير ANSI/X3/SPARC أنظمة إدارة قواعد البيانات بأنها ذات بنية مخططين. أي أن أنظمة إدارة قواعد البيانات تستخدم مخططًا داخليًا، يُمثل بنية البيانات كما يراها النظام، ومخططًا خارجيًا، يُمثل بنى البيانات المختلفة كما يراها المستخدم النهائي. وقد طُرح مفهوم المخطط الثالث (المفاهيمي) في التقرير نفسه، والذي يُمثل البنية الأساسية للبيانات كما تراها المؤسسة ككل. ^{[ 2 ]}

كان الهدف من تقرير ANSI/SPARC أن يكون أساسًا لأنظمة حاسوبية قابلة للتشغيل البيني. تبنى جميع موردي قواعد البيانات مصطلحات المخططات الثلاثة، لكنهم طبقوها بطرق غير متوافقة. على مدى العشرين عامًا التالية، حاولت مجموعات مختلفة وضع معايير للمخطط المفاهيمي وربطه بقواعد البيانات ولغات البرمجة. لسوء الحظ، لم يكن لدى أي من الموردين حافز قوي لجعل تنسيقاتهم متوافقة مع تنسيقات منافسيهم. صدرت بعض التقارير، لكن لم تُوضع أي معايير. ^{[ 4 ]}

مع تطور ممارسات إدارة البيانات والتقنيات الرسومية، حلّ مصطلح "النموذج" محل مصطلح "المخطط". يُمثل النموذج المفاهيمي رؤية البيانات التي يتم التفاوض عليها بين المستخدمين النهائيين ومديري قواعد البيانات، ويشمل الكيانات التي من المهم الاحتفاظ ببياناتها، ومعنى هذه البيانات، والعلاقات بينها. ^{[ 2 ]}

ومن التطورات الأخرى منهجية نمذجة المعلومات IDEF1X ، القائمة على مفهوم المخططات الثلاثة . وهناك أيضًا إطار عمل زاكمان ، الذي اقترحه جون زاكمان عام ١٩٨٧، والذي تطور منذ ذلك الحين في مجال هندسة المؤسسات . في هذا الإطار، تطور نموذج المخططات الثلاثة إلى طبقة من ستة منظورات. وفي أطر عمل أخرى لهندسة المؤسسات، يُدمج نوع من نماذج العرض .

• بنية ANSI-SPARC
• مخطط مفاهيمي
• نموذج البيانات
• نمذجة البيانات
• نموذج العلاقة بين الكيانات
• نظم المعلومات
• نمذجة أدوار الكائنات
• عرض النموذج
• لغة برمجة يونيفيس

 تتضمن هذه المقالة موادًا متاحة للعموم من المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا

• عرض تقديمي حول تصميم المعلومات من شركة والدن ثلاثية الأبعاد.
• مثال على طلب في مكتب التطوير الهيدرولوجي في دائرة الأرصاد الجوية الوطنية الأمريكية.