هندسة النظم

استخدام هندسة النظم في المشروعات العملاقة: تصميم مركبات الفضاء، تصميم رقائق الحاسوب، الروبوت، البرامج المتكاملة، بناء الجسور.

هندسة النظم Systems engineering، هو حقل هندسي متداخل يُعنى بتطوير الوسائل والمنهجيات الضرورية لبناء منظومات ناجحة.[1]

والنظام أو المنظومة هو مجموعة من الكيانات أو العناصر المتفاعلة من أجل تحقيق هدف معين، وهي تشمل المواد والتجهيزات والبرمجيات والأفراد والمعلومات والتقانات والأمكنة والخدمات وغيرها من العناصر المساعدة. يُلاحظ من التعريف السابق أن العناصر الداخلة في تركيب منظومة ما يمكن أن تكون مادية مثل التجهيزات، ويمكن أن تكون مجردة مثل المعلومات والبرمجيات. ويكون الهدف واضحاً في المنظومات التي يخترعها الإنسان مثل السيارة والحاسوب والمصرف، ويكون أقل وضوحاً في المنظومات الطبيعية مثل المنظومة الشمسية.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

التاريخ

QFD House of Quality for Enterprise Product Development Processes

كان المعماريون والمهندسون المدنيون قبل الحرب العالمية الثانية هم الذين يقومون بدور مهندسي النظم من خلال عملهم في المشروعات الإنشائية الضخمة مثل الجسور والسدود وناطحات السحاب، وهناك مصممون آخرون كانوا يعملون في بناء المنظومات الضخمة مثل منظومات السكك الحديدية وأساطيل النقل البحري، إلا أن أعمال هؤلاء المهندسين لم تكن تستند إلى أي نظرية أو علم يتعلق بهندسة النظم، ولم تتوافر لديهم إجراءات أو ممارسات مُعرّفة بدقة.

وقد لاحظ مديرو المشروعات وكبار المهندسين إبان الحرب العالمية الثانية أهمية إسناد مهمات تطوير منظومات جزئية من منظومات الطائرات - مثل منظومة الدفع، ومنظومة التوجيه، والهيكل، وغيرها - إلى مهندسين متخصصين بكل نوع، كما لاحظوا أهمية هذا التوجه في إنقاص زمن التصميم ورفع وتيرة الإنتاج.

بدأ ظهور هندسة النظم فرعاً من فروع الهندسة في أواخر الخمسينيات من القرن العشرين، وقد عزز من أهمية هذا الاختصاص الهندسي الجديد السباق المتسارع في برامج الفضاء وبرامج التسلح التي بدأت في تلك الفترة، وجرى التركيز على تطوير منظومات ذات وثوقية عالية ضمن أزمنة قصيرة نسبياً، مما استدعى تطوير أدوات جديدة لإدارة مشروعات تعنى بتحسين أداء الأنظمة واحترام الخطط الزمنية وضبط التكاليف.

من أشهر الأدوات التي نشأت في هذه الظروف هي تقنية مراجعة وتقويم البرامج PERT (Program Evaluation and Review Technique) التي تساعد على تخطيط المشروع وتقدير زمن إنجازه وخاصة إذا كان يتضمن عدة مسارات ومهام يجري تنفيذها على التوازي وأخرى يعتمد بعضها على بعض. وقد انتقل الاهتمام بهندسة النظم إلى قطاع الأعمال، وكانت شركات الاتصالات من أولى الشركات التي اهتمت بتطبيق هندسة النظم في مشروعاتها.

يمكن تلخيص التحديات الأساسية التي يواجهها مديرو البرامج والمشروعات الهندسية الضخمة بضرورة إيجاد الأدوات الضرورية لضبط المواد الأولية ومتابعتها، والتحكم بإجراءات التصنيع وعملياته، ومتابعة عمليات التصميم والتصنيع والاختبار، وقد أتى اختصاص هندسة النظم إجابة مباشرة لمواجهة هذه التحديات وليشكل منهج تفكير مُعتمداً من قبل مديري المشروعات.


المفهوم

بعض التعاريف
"An interdisciplinary approach and means to enable the realization of successful systems"[2]INCOSE handbook, 2004.
"System engineering is a robust approach to the design, creation, and operation of systems. In simple terms, the approach consists of identification and quantification of system goals, creation of alternative system design concepts, performance of design trades, selection and implementation of the best design, verification that the design is properly built and integrated, and post-implementation assessment of how well the system meets (or met) the goals."[3]NASA Systems Engineering Handbook, 1995.
"The Art and Science of creating effective systems, using whole system, whole life principles" OR "The Art and Science of creating optimal solution systems to complex issues and problems"[4]Derek Hitchins, Prof. of Systems Engineering, former president of INCOSE (UK), 2007.
"The concept from the engineering standpoint is the evolution of the engineering scientist, i.e., the scientific generalist who maintains a broad outlook. The method is that of the team approach. On large-scale-system problems, teams of scientists and engineers, generalists as well as specialists, exert their joint efforts to find a solution and physically realize it...The technique has been variously called the systems approach or the team development method."[5]Harry H. Goode & Robert E. Machol, 1957.
"The systems engineering method recognizes each system is an integrated whole even though composed of diverse, specialized structures and sub-functions. It further recognizes that any system has a number of objectives and that the balance between them may differ widely from system to system. The methods seek to optimize the overall system functions according to the weighted objectives and to achieve maximum compatibility of its parts."[6]Systems Engineering Tools by Harold Chestnut, 1965.

النشأة والنطاق التقليدي

عرض شامل

تعدد التخصصات

تعقيد الادارة

محطة الفضاء الدولية تمثل تحديا حديثا في جميع التخصصات الهندسية.


. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

المجال

The scope of systems engineering activities[7]

التعليم

موضوعات هندسة النظم

النظام

عمليات هندسة النظم

Center

نماذج الاستخدام

أدوات التمثيل البياني

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

حقول فرعية ومرتبطة

تتضمن هندسة النظم عناصر من مجالات متعددة مثل بحوث العمليات، والنمذجة[ر] والمحاكاة[ر]، وتحليل القرارات، وإدارة المشروعات، وتطوير المتطلبات، وهندسة البرمجيات[ر]، والهندسة الصناعية، وإدارة المخاطر، وتقدير التكاليف، وغيرها. ولا يفترض بمهندس النظم أن يكون خبيراً بكل هذه المجالات، ولكنه مع الزمن يصبح ملماً بمعظمها.

إجراءات هندسة النظم

يمكن تلخيص الخطوات الأساسية التي يقوم بها مهندس النظم بما يأتي:

1- تعريف أهداف المنظومة المعنية اعتماداً على حاجات المستخدم.

2- تحديد الوظائف، أو ما يسمى بالتحليل الوظيفي.

3- تحديد متطلبات الأداء.

4- تصميم المنظومة.

5- إنجاز المنظومة.

6- اختبار مدى تحقيق المنظومة لمتطلبات المستخدم.

ويُعدّ الفصل بين الوظائف التي يجب أن تحققها المنظومة (الإجابة على السؤال ماذا ستحقق المنظومة) وطريقة تحقيق هذه الوظائف (كيف تحقق المنظومة هذه الوظائف) من المهام الأساسية التي ينبغي على مهندس النظم القيام بها. تتضمن الإجابة على السؤال الأول تحديد قائمة المهام من دون الخوض في طريقة تحقيقها، في حين تجري الإجابة على السؤال الثاني في أثناء مراحل التصميم والتنفيذ.

هندسة النظم المعلوماتية

تُعدّ النظم المعلوماتية من المنظومات المعقدة نظراً لعدد العناصر الداخلة في تركيبها ولكثافة التفاعلات بين مكوناتها المختلفة. ولذلك فقد وجد العاملون في تحليل النظم المعلوماتية وتصميمها أن تطبيق هندسة النظم في ميدان المعلوماتية أمر على درجة عالية من الأهمية لضبط العمل في مختلف مراحل حياة منظومة المعلومات والوصول إلى منتجات ذات جودة عالية ضمن الزمن المخطط وبأقل التكاليف.

تشمل هندسة النظم المعلوماتية إجراءات تحليل المنظومات المعلوماتية وتصميمها وتطويرها واختبارها وتركيبها وصيانتها، وتستدعي استخدام طيف واسع من الأدوات والتقانات والمفاهيم أهمها:

- تحليل المتطلبات

- نمذجة الوظائف

- إنشاء النماذج التجريبية

- هندسة البرمجيات

- أدوات الاختبار ومنهجياته

- معايير التوثيق

- أدوات الصيانة ومنهجياتها

يمتد عمل مهندس منظومة المعلومات طوال فترة حياة المنظومة كلها، ولا يقتصر على مرحلة محددة منها، بدءاً من مرحلة وصف المتطلبات مروراً بوضع التصاميم والوظيفة والتطوير والاختبار وصولاً إلى مراحل الاختبار والتركيب والاستثمار. ولذلك يُلحظ أن مهام مهندس المنظومة تختلف عن مهام مهندسي الإنتاج ومصممي البرامج والمبرمجين؛ لأن هؤلاء يهتمون بالتفاصيل التقنية في حين تكون مهمة مهندس المنظومة النظر من منظورها الشامل.

يكون مهندس منظومة المعلومات عادة من ذوي الخبرة في المعلوماتية عامة وفي هندسة البرمجيات بوجه خاص، وتكون لديه خبرة إدارية ومعرفة جيدة باستخدام أدوات إدارة المشروعات التي تعتمد على الرياضيات التطبيقية.

يكون الدور الذي يؤديه مهندس نظم المعلومات في المراحل الأولى من حياة منظومة المعلومات بالغ الأهمية في نجاحها أو إخفافها. ففي بداية المشروع يقوم مهندس نظم المعلومات بالتعاون مع الجهة المستفيدة من منظومة المعلومات بوضع المتطلبات وتحليلها ونمذجتها، وتُعدّ هذه المرحلة من أدق المراحل وأكبرها أثراً في نوعية المنظومة المعلوماتية. ولذلك فقد وضع العديد من النظريات وطورت تقانات وإجراءات ومنهجيات لإنجاز مرحلة المتطلبات بدقة عالية ونشأ بنتيجة ذلك مفهوم جديد هو هندسة المتطلبات requirements engineering الذي يعنى بطرائق استخراج المتطلبات وتدقيقها ونمذجتها.

في المرحلة التالية تبدأ عملية التحليل والتصميم، وهنا يقع على عاتق مهندس النظم مهمة تجزئة المنظومة المعلوماتية إلى منظومات جزئية والتنسيق بين فرق العمل المتعددة المكلفة تحليل كل منظومة جزئية منها وتصميمها لضمان تكاملها في إطار المنظومة العامة.

في مراحل البناء (التطوير) والاختبار يقوم مهندس النظم بمتابعة العمل وإداراته وضبط الانحرافات التي يمكن أن تحصل سواء فيما يتعلق بالزمن أم الكلفة أم الجودة.

أصبحت هندسة النظم المعلوماتية من الاختصاصات الهندسية التي تطبق مفاهيم هندسة النظم ونظرياتها وأدواتها في مراحل تطوير المنظومات المعلوماتية، وتمايزت من غيرها من الاختصاصات واكتسبت أهمية خاصة نتيجة الازدياد المستمر في تعقيد المنظومات المعلوماتية، مما يستدعي نظرة أكثر شمولية تبتعد قدر الإمكان عن التفاصيل التقنية، وتركز على متابعة تنفيذ المشروع ضمن ضوابط الجودة والزمن والكلفة.

انظر أيضا

المصادر

  1. ^ "هندسة النظم". الموسوعة العربية. Retrieved 18 November 2011. Unknown parameter |Author= ignored (|author= suggested) (help)
  2. ^ Systems Engineering Handbook, version 2a. INCOSE. 2004.
  3. ^ NASA Systems Engineering Handbook. NASA. 1995. SP-610S.
  4. ^ "Derek Hitchins". INCOSE UK. Retrieved 2 June 2007.
  5. ^ Goode, Harry H. (1957). System Engineering: An Introduction to the Design of Large-scale Systems. McGraw-Hill. p. 8. LCCN 56-11714. Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (help)
  6. ^ Chestnut, Harold (1965). Systems Engineering Tools. Wiley. ISBN 0471154482.
  7. ^ Systems Engineering Fundamentals. Defense Acquisition University Press, 2001

قراءات إضافية

  • Harold Chestnut, Systems Engineering Methods. Wiley, 1967.
  • Harry H. Goode, Robert E. Machol System Engineering: An Introduction to the Design of Large-scale Systems, McGraw-Hill, 1957.
  • David W. Oliver, Timothy P. Kelliher & James G. Keegan, Jr. Engineering Complex Systems with Models and Objects. McGraw-Hill, 1997.
  • Simon Ramo, Robin K. St.Clair, The Systems Approach: Fresh Solutions to Complex Problems Through Combining Science and Practical Common Sense, Anaheim, CA: KNI, Inc, 1998.
  • Andrew P. Sage, Systems Engineering. Wiley IEEE, 1992.
  • Andrew P. Sage, Stephen R. Olson, Modeling and Simulation in Systems Engineering, 2001.
  • Dale Shermon, Systems Cost Engineering, Gower publishing, 2009
  • Richard Stevens, Peter Brook, Ken Jackson & Stuart Arnold. Systems Engineering: Coping with Complexity. Prentice Hall, 1998.

وصلات خارجية