معاذ عبدالمجيد حميد الكبيسي:هندسة النظم ( رؤية معلوماتية )

هندسة النظم 

 ( رؤية معلوماتية )

معاذ عبدالمجيد الكبيسي

م .معاذ عبدالمجيد حميد الكبيسي

مهندس ميكانيك إستشاري

الأبنية المدرسية

تربية الأنبار

أيلول 2015

هندسة النظم ( رؤية معلوماتية )

المقدمة:

تعد هندسة الأنظمة أو هندسة النظم ( Systems engineering) فرعاً من الهندسة يدمج مبادئ من عدة علوم لدراسة كيفية تصميم وإدارة الأنظمة الهندسية المعقدة، إذ تغطي مجالات مثل اللوجستيات والتنسيق بين الفرق العاملة والتحكم الآلي بالآلات وهي مجالات يصبح التعاطي معها أمراً صعباً عند التعامل مع مشاريع هندسية معقدة. وبذلك فإن هندسة النظم تمتد لتشمل الفروع التقنية والبشرية ذات العلاقة، مثل  هندسة التحكم ، الهندسة الصناعية وإدارة المشاريع ، الميكاترونكس(ميكاترونيكس هو العلم الهندسي الذي يربط بين الهندسة الميكانيكية والهندسة الكهربائية وهندسة الحاسب وأنظمة التحكم).... .
وتعد هذه المقالة محاولة لأعطاء لمحة تعريفية عن مجال هذا العلم وخصوصا في عصرنا ذي التطور المعلوماتي السريع في العلم والتكنولوجيا .

أولا.مفهوم الهندسة:

يقال إن أصل كلمة هندسة من الكلمة الفارسية "الإندازة"، وتعني القدرة على حل المشكلات، ويعرِّف القاموس المحيط هذه الكلمة:أندسة بالفارسي تعني ايجاد الحلول بالطرق الذكية، وتم تحويل الكلمة بعد ذلك في اللغة العربية الى " لهندسة" و منذ ذلك اليوم اصبح مفهوم المهندس بايجاده للحلول الذكية في مجال عمله .

أما معنى كلمه هندسة كما يشير اليها قاموس المحيط للفيروزبادى( ص750) فأنها مشتقة من الهنداز ( القياس ) معرب آب انداز ( قياس الماء ) فأبدلت الزاي سينا لأنه ليست لهم دال بعده زاي   ،والمهندس: مقدر مجاري القنى (القنوات المائية) حيث تحفر .

  ومهما يكن من أمر فأن كلمة هندسة باللغة العربية تحمل معاني متعددة، حيث تقوم الهندسة من خلال تخصصاتها المختلفة بتسخير العلوم التطبيقيه المتقدمه لتلبيه الاحتياجات البشرية ، وحل مشاكلهم مع الاقتصاد في التكاليف. ويمكن تحديد مفهوم الهندسة بثلاث :

 الأول :إنه العلم الرياضي الذي يبحث في الخطوط والأبعاد والسطوح والزوايا والكميات والمقادير المادية من حيث خواصها وقياسها أو تقويمها وعلاقة بعضها ببعض فالهندسة في الرياضيات هي فرع الرياضيات الذي يدرس الأشكال الهندسية المجردة محاولا ايجاد علاقات رياضية بين عناصرها  Geometry ) الهندسة الرياضية(.

  الثاني : إنه المبادئ والأصول العلمية المتعلقة بخواص المادة ومصادر القوى الطبيعية    وطرق استخدامها لتحقيق أغراض مادية (وتعني هنا العلوم الهندسية        أو ما يعرف بالهندسة النظرية).

 الثالث :أنه  فن الإفادة من المبادئ والأصول العلمية في بناء الأشياء وتنظيمها وهو ما يعرف بالهندسة التطبيقية أو العملية، التي هي مرادفة  لكلمة (Engineering)  ،و هي استخدام معارف رياضية هندسية و فيزيائية لإيجاد حلول و تطبيقات في فروع مختلفة من العلوم و الحياة العملية .
ومن فروع الهندسة التطبيقية ما يأتي:

■ بيونيك

■ هندسة ميكانيكية

■ هندسة كهربائية

■ هندسة زراعية

■ هندسة معمارية

■ هندسة مدنية

■ هندسة المساحه

■ هندسة بيئية

■ هندسة النقل

■ هندسة جيوتكنيكية

■ هندسة كيميائية

■ هندسة صناعية

■ هندسة البترول

■هندسة الطيران والفضاء

■ هندسة الصواريخ

■ هندسة الحاسوب

■ هندسة البرمجيات

■ هندسة النظم (هندسة النظم هندسة الحاسوب)

■ هندسة الشبكات

■ هندسة الاتصالات

■ هندسة الكترونية

■ الهندسة الطبية الحيوية

■ هندسة الوراثة وعلم الجينات

■ هندسة المعادن والمناجم

■ هندسة الطاقة

■ هندسة أفينية

■ هندسة تصميم وانتاج ميكانيكي

■ هندسة ميكاترونيكس

■ هندسة بيئية

■ هندسة النقل

■ هندسة جيوتكنيكية

■ هندسة النفط

■ هندسة بحرية

ثانيا.مفهوم النظم:

النظام أو المنظومة ( مع وجود بعض الفوارق بينهما ) 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.
فالعناصر الداخلة في تركيب منظومة ما يمكن أن تكون مادية مثل التجهيزات، ويمكن أن تكون مجردة مثل المعلومات والبرمجيات. ويكون الهدف واضحاً في المنظومات التييخترعها الإنسان مثل السيارة والحاسوب والمصرف، ويكون أقل وضوحاً في المنظومات الطبيعية مثل المنظومة الشمسية.

وفي هذا السياق فأن النظام هو عبارة عن طريقة تحليلية للتخطيط ونظامية تمكننا من التقدم من الأهداف التي حددتها مهمة النظام الى تحقيق تلك الأهداف: وذلك بوساطة عمل منضبط ومرتب للأجزاء الذي يتألف منها كله، وتتكامل تلك الأجزاء وفقا لوظائفها التي يقوم بها النظام الكلي الذي يحقق الأهداف التي تحددت للمهمة.

وعلى هذا يجمع الباحثون على ان النظام عبارة عن كل منظم يجمع بين أجزاء الشكل في مجموعها تركيبا موحدا تنتظم عناصره في علاقات متبادلة ولا يمكن عزل احدهما عن الآخر، فكل جزء يحتفظ بذاتيته وخصائصه إلاّ إنه جزء من كل متكامل. وذلك يعني أن النظام يتضمن ما ياتي:

■ النظام مجموعة من الأجزاء تشكل عناصر النظام.

■ النظام مجموعة من العلاقات المتبادلة فيما بين هذه العناصر وهذه العلاقات هي التي تجدد سلوك النظام.

■ النظام إطار يجمع هذه العناصر وتلك العلاقات في كيان واحد، يسمى هذا الإطار حدود النظام، وهذه الحدود هي التي تحدد ملامح النظام وتميزه عن بيئته (استيتيه وسرحان، 2007).

■ أما خصائص  النظام فهي:

أ.الھدف أو الغایة.

ب.المدخلات: الأشیاء التي تدخل النظام مثل البیانات.

ت.المخرجات: الأشیاء التي تخرج من النظام مثل المعلومات.

ث.الحدود: وھي تحیط بالنظام وتفصله عن البیئة المحیطیة به، وتحدد ما یشمله

النظام وما ھو خارج عنه.

ج.البیئة: كینونات خارجیة تتفاعل مع النظام مثل : أشخاص، برامج، نظم، ...الخ.

ح.المكونات: یمكن أن تكون بیانات، أشخاص، عتاد، برمجیات، إجراءات، ...الخ.

خ.الوظائف: العملیات التي یقوم بها النظام.

د.القیود: الضوابط أو الحصر مثل القوانین، زمن الاستحقاق...الخ.

ذ.الاسترجاع: بعض الأنظمة تتمتع بعامل، وذلك عن طریق التغذیة   الاسترجاعیة،

التي تقوم بقیاس المخرجات باستخدام معاییر معینه، وبناء على ذلك یتم  تعدیل المدخلات أو المعالجة، لغرض تحسین المخرجات. ففي تحلیل النظم یتم مثلا  الاستفادة من التغذیة العكسی ) الاسترجاع) لتوضیح أوتنقیح متطلبات المستخدم).

أما المنظومة فيمكن استنتاج تعريفا لها بأنها تركيب مجموعة من الأجزاء المتداخلة التي تتفاعل مع بعضها البعض، وترتبط فيما بينها بعلاقات تأثير وتأثر مستمر، ويؤدي كل جزء منها وظيفة محددة وضرورية للمنظومة بأكملها. والمنظومة بيئة ذاتية التكامل تترابط مكوناتها وعناصرها بعضها ببعض ترابطاً وظيفياً محكماً، يقوم على أساس من التفاعل الحيوي بين عناصر هذه المنظومة ومكوناتها بعلاقات تبادلية شبكية تعمل معاً على تحقيق أهداف محددة. وتتميز هذه المنظومة بأنها بيئة مفتوحة وليست مغلقة، بيئة متطورة وليست جامدة، بيئة عنكبوتية التشابك وليست خطية التتابع (عبيد، 2001)،(الكبيسي،2015) .

ثالثا.هندسة النظم:

هندسة النظم   systems engineering هي أحد فروع الهندسة التي تعنى بتطوير الوسائل والمنهجيات الضرورية لبناء منظومات ناجحة. وسنقوم في الصفحات الآتية بالتركيز على المجال المعلوماتي لهندسة النظم وذلك لأهمية ذلك وفق متطلبات الحداثة :

1.    تطور مفهوم هندسة النظم المعلوماتية:

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 كانوايعملون في بناء المنظومات الضخمة مثل منظومات السكك الحديدية وأساطيل النقل البحري، إلا أن أعمال هؤلاء المهندسين لم تكن تستند إلى أي نظرية أو علم يتعلقبهندسة النظم، ولم تتوافر لديهم إجراءات أو ممارسات مُعرّفة بدقة.

وقد لاحظ مديرو المشروعات وكبار المهندسين إبانالحرب 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 موثوقية 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.

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

2.    إجراءات هندسة النظم :

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

أ. تعريف أهداف المنظومة المعنية اعتماداً على حاجات المستخدم.

ب. تحديد الوظائف، أو ما يسمى بالتحليل الوظيفي.

ت. تحديد متطلبات الأداء.

ث. تصميم المنظومة.

ج. إنجاز المنظومة.

ح. 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.

3.    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 وطوِرت 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.

أما في مراحل البناء (التطوير) والاختبار فيقوم 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.

المصادر:

1.            استيتية، دلال ، و سرحان ، عمر،2007 ،تكنولوجيا التعليم و التعليم الالكتروني، دار وائل للنشر ، عمان .

2.          بنيامين س. بلانشارد ،2007، إدارة هندسة النظم، ترجمة، تحقيق: حاتم النجدي،منشورات المنظمة العربية للترجمة ،القاهرة ،مصر.

3.            الرياحنه، محمد سلمان ،2013، منحى النظم وتطبيقاته التربوية ، دبلوم التمهن في التربية ، منشورات وزارة التربية والتعليم ، مملكة البحرين .

4.          عبيد، وليم تاوضروس  ،2001، وحدة القطوع المخروطية، المؤتمر العربي الأول /فبراير2001/ حول المدخل المنظومي في التدريس والتعلم، القاهرة .

5.           الكبيسي، عبدالمجيد حميد ثامر ،2010،التربية السكانية :المفاهيم ، الاهداف ،المحتوى،منحى النظم ،المنهجية ،التقويم ،مكتبة المجتمع العربي للطباعة والنشر والتوزيع ،عمان ، الاردن  .

6.           الكبيسي، عبدالمجيد حميد ثامر ،2013، مقدمة في منحى النظم ، منشورات مديرية الإعداد والتدريب، الأنبار، العراق .

7.          الكبيسي، عبدالمجيد حميد ثامر،2014، النظم والمنظومية رؤى تربوية، دار الإعصار العلمي ومكتبة المجتمع العربي للطباعة والنشر والتوزيع ،عمان ، الاردن.

8. Systems Engineering Handbook, 2000, International Council on Systems Engineering (INCOSE 2000).

9.Systems Engineering Fundamentals. 2001   . Defense Acquisition University Press, 2001.

10.https://ar.wikipedia.org/wiki/%D9%87%D9%86%D8%AF%D8%B3%D8%A9_%D8%A3%D9%86%D8%B8%D9% 85%D8%A9

http://altadreeb2010.blogspot.com

http://popedu2010.blogspot.com

م.معاذ عبدالمجيد حميد الكبيسي

المهندس الاستشاري في قسم الأبنية المدرسية
 المديرية العامة لتربية الانبار/وزارة التربية

م.سعد معاذ الكبيسي

م .يونس معاذ الكبيسي