Entitätsbeziehungsdiagramm (Entity Relationship Diagram, ERD)

Was ist ein Entitätsbeziehungsdiagramm (Entity Relationship Diagram, ERD)?

Ein Entitätsbeziehungsdiagramm (EBD), auch als Entity-Relationship-Modell oder Entity-Relationship-Diagramm bekannt, ist eine grafische Darstellung, die Beziehungen zwischen Personen, Objekten, Orten, Konzepten oder Ereignissen in einem IT-System (Informationstechnologie) abbildet. Ein EBD verwendet Datenmodellierungstechniken, die bei der Definition von Geschäftsprozessen helfen und als Grundlage für eine relationale Datenbank dienen können.

Bedeutung von Entitätsbeziehungsdiagrammen und ihre Verwendung

Entitätsbeziehungsdiagramme bieten einen visuellen Ausgangspunkt für das Datenbankdesign, der auch dazu verwendet werden kann, die Anforderungen an Informationssysteme in einem Unternehmen zu ermitteln. Nach der Einführung einer relationalen Datenbank kann ein Entitätsbeziehungsdiagramm weiterhin als Referenzpunkt dienen, falls später eine Fehlerbehebung oder eine Umstrukturierung von Geschäftsprozessen erforderlich sein sollte.

Ein Entitätsbeziehungsdiagramm kann zwar für die Organisation von Daten nützlich sein, die durch eine relationale Struktur dargestellt werden können, aber es kann semistrukturierte oder unstrukturierte Daten nicht ausreichend darstellen. Es ist auch unwahrscheinlich, dass es allein bei der Integration von Daten in ein bereits bestehendes Informationssystem hilfreich ist.

Wie man ein Entitätsbeziehungsdiagramm erstellt

Entitätsbeziehungsdiagramme werden im Allgemeinen in einem oder mehreren dieser Modelle dargestellt:

• Ein konzeptionelles Datenmodell, das keine spezifischen Details enthält, aber einen Überblick über den Umfang des Projekts und die Beziehung der Datensätze zueinander bietet.
• Ein logisches Datenmodell, das detaillierter ist als ein konzeptionelles Datenmodell und spezifische Attribute und Beziehungen zwischen Datenpunkten veranschaulicht. Während ein konzeptionelles Datenmodell nicht vor einem logischen Datenmodell entworfen werden muss, basiert ein physisches Datenmodell auf einem logischen Datenmodell.
• Ein physisches Datenmodell, das den Entwurf für eine physische Manifestation – wie eine relationale Datenbank – des logischen Datenmodells liefert. Ein oder mehrere physische Datenmodelle können auf der Grundlage eines logischen Datenmodells entwickelt werden.

Ein Entitätsbeziehungsdiagramm besteht aus fünf grundlegenden Komponenten. Ähnliche Komponenten werden durch dieselbe Form gekennzeichnet. Beispielsweise können alle Entitätstypen in einem Rechteck eingeschlossen werden, während alle Attribute in einer Raute eingeschlossen werden. Zu den Komponenten gehören:

1. Entitäten, das heißt Objekte oder Konzepte, zu denen Daten gespeichert werden können. Entitäten beziehen sich auf Tabellen, die in Datenbanken verwendet werden.
2. Attribute, das heißt Eigenschaften oder Merkmale von Entitäten. Ein Attribut kann als Primärschlüssel, der ein eindeutiges Attribut identifiziert, oder als Fremdschlüssel, der mehreren Attributen zugewiesen werden kann, bezeichnet werden.
3. Die Beziehungen zwischen diesen Entitäten.
4. Aktionen, die beschreiben, wie Entitäten Informationen in der Datenbank gemeinsam nutzen.
5. Verbindungslinien.

Nehmen wir an, ein Entitätsbeziehungsdiagramm zeigt Beziehungen zwischen Vertriebsmitarbeitern, Kunden und Produktbestellungen. Wie im folgenden Diagramm dargestellt, kann ein Entitätsbeziehungsdiagramm, das das Informationssystem für die Vertriebsabteilung eines Unternehmens darstellt, mit grafischen Darstellungen von Entitäten wie dem Vertriebsmitarbeiter, dem Kunden, der Adresse des Kunden, der Bestellung des Kunden, dem Produkt und dem Lager beginnen. Dann können Linien oder andere Symbole verwendet werden, um die Beziehung zwischen Entitäten darzustellen, und Text kann verwendet werden, um die Beziehungen zu kennzeichnen.

Anschließend können die Attribute der Beziehung zwischen den Entitäten durch eine Kardinalitätsnotation definiert werden. Kardinalitäten können angeben, dass eine Entität optional (zum Beispiel kann ein Vertriebsmitarbeiter keine oder viele Kunden haben) oder obligatorisch (in einer Bestellung muss mindestens ein Produkt aufgeführt sein) ist.

Dies sind die drei Hauptkardinalitäten:

1. Eine Eins-zu-eins-/1:1-Beziehung (1-1). Beispielsweise, wenn jeder Kunde in einer Datenbank mit einer Postanschrift verknüpft ist.
2. Eine Eins-zu-viele-/1:n-Beziehung (1-M). Beispielsweise kann ein einzelner Kunde eine Bestellung für mehrere Produkte aufgeben. Der Kunde ist mit mehreren Entitäten verknüpft, aber alle diese Entitäten haben eine einzige Verbindung zu demselben Kunden.
3. Eine Viele-zu-viele-/n:n-Beziehung (M-N). Beispielsweise ist in einem Unternehmen, in dem alle Callcenter-Mitarbeiter mit mehreren Kunden arbeiten, jeder Mitarbeiter mit mehreren Kunden verknüpft, und mehrere Kunden können auch mit mehreren Mitarbeitern verknüpft sein.

Es gibt zwar Tools, die beim Zeichnen von Entitätsbeziehungsdiagramm unterstützen, wie zum Beispiel computergestützte Software-Engineering-Tools, aber auch einige relationale Datenbankmanagementsysteme verfügen über integrierte Designfunktionen.

Fortgeschrittene Komponenten und Notationen in Entitätsbeziehungsdiagrammen

Über das traditionelle Datenbankdesign hinaus werden Entitätsbeziehungsdiagramme zunehmend für das Design von NoSQL-Datenbanken, Service-Architekturen und die Identifizierung von Microservices und deren Interaktionen eingesetzt.

Dieser breitere Nutzen von Entitätsbeziehungsdiagramme bei der Erfassung der Beziehungen und Datenflüsse in komplexen IT-Systemen liegt in der Ermöglichung eines strukturierteren Ansatzes bei der Entwicklung skalierbarer, wartbarer Systeme.

Während sich grundlegende Entitätsbeziehungsdiagramme auf Entitäten, Attribute, Beziehungen, Aktionen und Verbindungslinien konzentrieren, erfordert die fortgeschrittene Modellierung, die in einigen Anwendungen verwendet wird, ein tieferes Eintauchen in komplexere Komponenten und Notationen:

• Schwache Entitäten sind von einer anderen Entität (dem Eigentümer) abhängig und können ohne sie nicht existieren.
• Abgeleitete Attribute stellen Werte dar, die aus anderen Attributen in der Datenbank berechnet werden.
• Reflexive Beziehungen treten auf, wenn eine Entität sich selbst betrifft, was die Modellierung komplexer hierarchischer Strukturen erleichtert.

Diese fortgeschrittenen Komponenten ermöglichen es fortgeschrittenen Modellierern zusammen mit verschiedenen Notationssystemen wie die Martin-Notation, die Chen-Notation oder IDEF1X, präzisere und detailliertere Datendarstellungen zu erstellen.

Probleme mit Entitätsbeziehungsdiagrammen bewältigen

Während Entitätsbeziehungsdiagramme bei der Modellierung strukturierter Daten hervorragende Ergebnisse erzielen, stoßen sie bei semistrukturierten oder unstrukturierten Daten an ihre Grenzen. Um diesen Herausforderungen zu begegnen, ergänzen moderne Datenbanksysteme und Datenmodellierungspraktiken Entitätsbeziehungsdiagramme häufig durch andere Modelle, wie JSON- oder XML-Schemata für semistrukturierte Daten, oder nutzen NoSQL-Datenbanken, die von Natur aus unstrukturierte Daten unterstützen.

Dieser ganzheitliche Ansatz stellt sicher, dass alle Datentypen in einem Informationssystem effektiv dargestellt und verwaltet werden.

Da Vorschriften wie die Datenschutz-Grundverordnung (DSGVO) und der California Consumer Privacy Act (CCPA) den Datenschutz und die Datensicherheit in den Vordergrund stellen, spielen Entitätsbeziehungsdiagramme außerdem eine entscheidende Rolle bei der Planung von Datenschutzmaßnahmen. Durch die Darstellung, wo sensible Daten gespeichert sind und wie sie durch das System fließen, unterstützen Entitätsbeziehungsdiagramme dabei, potenzielle Schwachstellen zu identifizieren und sicherzustellen, dass geeignete Sicherheitskontrollen an den richtigen Stellen vorhanden sind.

Moderne Datenmodellierungswerkzeuge und Praktiken

Entitätsbeziehungsdiagramme sind nach wie vor ein grundlegendes Werkzeug in der Datenmodellierung. Die Relevanz und Anwendung von Entitätsbeziehungsdiagrammen hat sich weiterentwickelt, sie fügen sich nahtlos in agile und DevOps-Methoden ein, verbessern die Kommunikation zwischen funktionsübergreifenden Teams und passen sich den Nuancen sowohl strukturierter als auch unstrukturierter Datenumgebungen an.

Die Integration von Entitätsbeziehungsdiagrammen in agile und DevOps-Ansätze erleichtert ein gemeinsames Verständnis der Datenbankstruktur und stellt sicher, dass alle Beteiligten frühzeitig im Entwicklungsprozess auf die Datenbeziehungen und -flüsse abgestimmt sind. Diese kollaborative Nutzung von Entitätsbeziehungsdiagrammen fördert die iterative Verfeinerung des Datenmodells und ermöglicht schnelle Anpassungen, um auf sich ändernde Anforderungen und Rückmeldungen zu reagieren.

Die Landschaft der Tools für Entitätsbeziehungsdiagramme hat sich ebenfalls erweitert, wobei moderne Lösungen wie Lucidchart, Microsoft Visio und dbForge Studio fortgeschrittene Funktionen für die Datenmodellierung bieten. Diese Tools übertreffen traditionelle Optionen durch intuitive Drag-and-Drop-Schnittstellen, Echtzeit-Kollaborationsfunktionen und umfangreiche Vorlagenbibliotheken.

Die Wahl des richtigen Tools und der richtigen Modellierungsstrategie hängt oft von spezifischen Projektanforderungen ab, einschließlich der Anforderungen an die Zusammenarbeit, der Komplexität des Datenmodells und der Integrationsanforderungen.

Bewährte Verfahren und Fallstricke bei der Erstellung von Entitätsbeziehungsdiagrammen

Selbst wenn Sie nicht versuchen, einige der fortgeschritteneren Techniken anzuwenden, kann es schwierig sein, ein effektives Entitätsbeziehungsdiagramm zu erstellen, das Ihrem Unternehmen dient. Befolgen Sie bei der Erstellung Ihres Entitätsbeziehungsdiagramms diese bewährten Verfahren:

• Beginnen Sie mit einer klaren Definition der Entitäten und ihrer Beziehungen.
• Verwenden Sie eine konsistente Notation, um Verwirrung zu vermeiden.
• Priorisieren Sie die Lesbarkeit, indem Sie Entitäten und Beziehungen logisch anordnen.
• Beziehen Sie die Stakeholder in den Modellierungsprozess ein, um sicherzustellen, dass das Entitätsbeziehungsdiagramm den geschäftlichen Anforderungen entspricht.
• Vermeiden Sie es, das Diagramm mit unnötigen Details zu überfrachten.
• Aktualisieren Sie das Entitätsbeziehungsdiagramm, wenn sich das System weiterentwickelt.

Mit den modernen Anwendungen und Tools, die heute zur Verfügung stehen, sind Entitätsbeziehungsdiagramme, die unter Berücksichtigung bewährter Verfahren erstellt wurden, weiterhin von unschätzbarem Wert für die Entwicklung und Wartung von Informationssystemen und helfen bei der Visualisierung, Planung und Kommunikation von Datenbeziehungen und -strukturen.