ما هندسة النظم القائمة على النموذج؟

على عكس الأساليب الهندسية التقليدية التي تعتمد على المستندات القائمة على النص والعمليات اليدوية، تستخدم هندسة النظم القائمة على النموذج النمذجة الرقمية والمحاكاة لتصميم النظم. وتوفر هذه النماذج طريقة مرئية وتفاعلية لتمثيل عنصر النظام والروابط بينها. ويعد هذا النهج مفيدًا بشكل خاص للنظم والواجهات المعقدة.

النماذج الرقمية أسهل أيضا في التحديث. ولا يجعل هذا الأمر من هندسة النظم القائمة على النموذج أكثر كفاءة من الأساليب التقليدية فحسب، بل يمكن أن يضيف الوضوح ويقلل من مخاطر الخطأ ويحسن التواصل وصناعة القرار بين الفرق الهندسية والأطراف المعنية الأخرى. ويتيح ذلك تناسق المعلومات طوال جميع مراحل دورة حياة المشروع.

تتمتع عملية هندسة النظم القائمة على النموذج بالعديد من المزايا مقارنةً بالمناهج الهندسية التقليدية عند تصميم النظم المعقدة والنظم الفرعية:

تساعد الطبيعة المرئية والتفاعلية للنماذج الأطراف المعنية على فهم عملية التطوير والتعاون معها بشكل أفضل.

تقلل هندسة النظم القائمة على النموذج من مخاطر الأخطاء والتناقضات، وهي شائعة في النظم التي تركز على المستندات، من خلال السماح بمزيد من إمكانية التتبع. وتوفر النماذج مصدرًا واحدًا للحقيقة، ما يضمن أن جميع أطراف معنية يعملون بنفس المعلومات ويمكنهم تحديد المشكلات على مستوى النظام بسرعة.

من خلال تمكين الكشف المبكر عن المشكلات وتصحيحها، يمكن لهندسة النظم القائمة على النموذج تقليل وقت التطوير وتكاليفه بشكل كبير. فهي تسمح بالتحليل السريع من خلال المحاكاة والتكرار السريع، ويمكنه تسهيل الأتمتة.

تعتبر هندسة النظم القائمة على النموذج مفيدة عند العمل مع «نظام نظم»، أو أي مشروع يجمع موارد العديد من النظم لإنشاء نظام أكثر تعقيدًا. ذلك لأن هندسة النظم القائمة على النموذج تسمح بالتمثيل الواضح والمفتوح للعلاقات المعقدة والتبعيات داخل النظام.

يمكن تكييف هندسة النظم القائمة على النموذج مع المشاريع ذات الأحجام والتعقيدات المختلفة، مما يجعله نهجًا متعدد الاستخدامات مناسبًا لمجموعة واسعة من التطبيقات. ويمكنه أيضًا المساعدة في دعم تطوير المنتج طوال دورة حياة المنتج بأكملها.

هناك ثلاثة عناصر أساسية لنموذج هندسة النظم والهندسة البرمجية متوسطة الحجم: الأول هو نموذج هيكلية النظم (SAM)، والذي يعمل كمصدر واحد لحقيقة المشروع. ثانيا، برنامج المحاكاة الهندسية الذي يحدد ما إذا كان ما هو موجود في نموذج هيكلية النظم يطابق المتطلبات وما إذا كان سيعمل كما هو مخطط له. وأخيراً، يقوم مركز الحوسبة المركزي، الذي يمكن أن يكون قائماً على السحابة أو فعلياً، بتنفيذ جميع الوظائف وتخزين النتائج.

تشكّل هذه الأجزاء معًا ما يُعرف بالخيط الرقمي، الذي يضمن أنه عند إجراء تحديثات على نموذج واحد، يتم تحديثها بعد ذلك في جميع النماذج الأخرى داخل النظام.

عملية هندسة النظم القائمة على النموذج هي سلسلة من المراحل المترابطة التي توجه تطوير النظام من المفهوم إلى الانتهاء.

أولا، تحدد الأطراف المعنية أهداف النظام والسياق الذي سيعمل فيه. ثم تُترجم هذه الاحتياجات إلى متطلبات نظام محددة وقابلة للقياس. وتتيح أدوات هندسة النظم القائمة على النموذج ونمذجة البيانات إنشاء نموذج مفصل يجمع هذه المتطلبات، بحيث تكون متسقة ومتوافقة مع الأهداف العامة. ومن خلال تصميم بنية النظام، يتم تطوير الهيكل العام للنظام.

تساعد هندسة النظم القائمة على النموذج في تحديد المشكلات وحلها قبل بناء النماذج الأولية المادية. وبمجرد وضع الهندسة المعمارية في مكانها الصحيح، يبدأ التصميم الأكثر تفصيلا للعناصر الفردية. بعد ذلك، تسهل هندسة النظم القائمة على النموذج محاكاة سلوك النظام، ما يسمح للمهندسين باختبار تصميماتهم وتحسينها في بيئة افتراضية.

من هنا، يتم بناء النظام وتجميعه، باستخدام النموذج كمرجع لضمان الاتساق. تتبع عمليات التحقق والاختبار والتوثيق للتأكد من أن النظام يعمل على النحو المنشود. وبمجرد نشرها، يمكن استخدام نماذج هندسة النظم القائمة على النموذج لدعم أنشطة الصيانة وأي ترقيات مستقبلية، ما يضمن استمرار النظام في تلبية الاحتياجات المتغيرة على مدار دورة حياته.

تتوسع تقنيات وأدوات هندسة النظم القائمة على النموذج لتشمل الاختلافات والتحسينات في سير العمل التقليدي. على سبيل المثال، يتبنى ملف تعريف الهارموني لهندسة النظم القائمة على النموذج (HarmonyMBE) المتكامل مع IBM Rhapsody (وهو أداة برمجية رئيسية لهندسة النظم القائمة على النموذج) نهجًا مركزًا على النموذج يكون منهجيًا، وقابلاً للتتبع، ومتوافقًا مع المعايير. ويهدف إلى تبسيط سير العمل وتوفير المزيد من الأتمتة من أجل تقليل حجم العمل اليدوي المتضمن.

يتم استخدام مناهج هندسة النظم القائمة على النموذج في العديد من القطاعات، وخاصة تطوير البرمجيات وهندسة البرمجيات. فيما يلي بعض الأمثلة الرئيسية:

باعتبارها نهجاً لهندسة النظم، تعتمد هندسة النظم القائمة على النموذج على أدوات ولغات مختلفة، بدءاً من تطبيقات الرسم التخطيطي البسيطة وجداول البيانات وأدوات النمذجة ومنصات سير العمل إلى البرمجيات المتطورة. تشمل بعض الأمثلة ما يلي:

• SysML (لغة نمذجة النظم): SysML هي لغة نمذجة بيانية توسع لغة النمذجة الموحدة (UML) وهي مصممة خصيصاً لهندسة النظم. توفر طريقة موحدة لتمثيل النظم مع مخططات مختلفة تساعد في تصور عناصر النظام وسلوكياته.

• أدوات برمجيات هندسة النظم القائمة على النموذج: توفر أدوات البرمجيات المصممة خصيصاً لتكنولوجيا هندسة البرمجيات وتخطيط النظم والهندسة الوسيطة بيئات لإنشاء نماذج SysML وتحريرها وإدارتها. فهي تسهل التعاون والتحكم في الإصدار والتكامل مع الأدوات الهندسية الأخرى.

• أدوات المحاكاة والتحليل: غالبًا ما تستخدم هندسة النظم القائمة على النموذج أدوات المحاكاة للاختبار وتحليل النظام. التوأم الرقمي، أو التمثيلات الافتراضية للأشياء أو النظم التي تمتد عبر دورة حياتها، تعمل كنسخة ديناميكية للاختبار لمعرفة كيفية سلوك النظام تحت ظروف مختلفة؛ وهذا يساعد في تحديد القضايا المحتملة وتحسين الأداء.

• أدوات إدارة المتطلبات: يعد تتبع متطلبات النظام أمرًا بالغ الأهمية في المشاريع المعقدة، لذلك يتم استخدام الأدوات لضمان تسجيلها جميعًا وتتبعها وتوافقها مع تصميم النظام.

تعد هندسة النظم القائمة على النموذج مفيدة بشكل خاص للمشاريع الكبيرة والمعقدة نظرا لقدرتها على إدارة التعقيد وتسهيل التواصل بين الفرق الكبيرة. ولكن يمكن تكييفه مع المشاريع الأصغر أيضا، ما يؤدي إلى تحسين الاتصال وتقليل الأخطاء. ويمكن أيضا تنفيذ هندسة النظم القائمة على النموذج بشكل تدريجي، بحيث يكون من السهل تتبع المشاريع وتنظيمها أثناء توسعها. ويمكن أن تكون ذات قيمة في الهندسة الرقمية والتخصصات الهندسية الأخرى.

ومن خلال تمكين تخصيص الموارد بكفاءة أكبر، والحد من النفايات وتسهيل تصميم نظم أكثر كفاءة في استخدام الطاقة، يمكن لهندسة النظم القائمة على النموذج أن تساعد في تحقيق أهداف التنمية المستدامة. يساعد تركيزها على التفكير الشامل والمتكامل في تطوير حلول ليست سليمة تقنيا فحسب، بل مسؤولة بيئيا أيضا.

من خلال هندسة النظم القائمة على النموذج، يمكن للمهندسين نمذجة ومحاكاة التأثير البيئي لتصميماتهم قبل بنائها. وهذا يساعد في تحديد المخاطر البيئية المحتملة والتخفيف من حدتها في وقت مبكر من عملية التطوير. كما أنه يسهل تكامل مصادر الطاقة المتجددة والمواد المستدامة في تصميمات النظم، ويعزز الحلول الصديقة للبيئة.

تعمل هندسة النظم القائمة على النموذج على تحسين التصميم والكفاءات التشغيلية، ما يساعد على الحد من البصمة البيئية للمشاريع الجديدة. وتضمن هندسة النظم القائمة على النموذج أن تستهلك هذه المشاريع طاقة وموارد أقل، ما يساهم في تقليل انبعاثات الكربون والتأثيرات البيئية الأخرى.