گزارش کاراموزی مهندسی و معماری سیستم ها

گزارش کاراموزی مهندسی و معماری سیستم ها در 25 صفحه ورد قابل ویرایش

چكیده

در ایجاد سیستم‌هایی كه نمونه‌هایی از آنها موجود است، مهندسی سیستم‌ها به كار گرفته می‌شود. پیچیدگی این گونه سیستم‌ها معمولاً كم است. اما وقتی موضوع ایجاد یك سیستم جدید یا سیستم‌های پیچیده كه دارای كنترل‌پذیری كم هستند، مطرح می‌شود مهندسی سیستم‌ها پاسخگو نخواهد بود و معماری سیستم‌ها استفاده می‌شود. این مقاله به معرفی معماری سیستم‌ها، مقایسه معماری سیستم‌ها با مهندسی سیستم‌ها، و متدولوژی معماری سیستم‌ها می‌پردازد.

كلیدواژه : معماری سیستم‌ها؛ مهندسی سیستم‌ها؛ ایجاد سیستم‌ها؛ سیستم‌های پیچیده؛ سیستم‌های اجتماعی؛ متدواوژی

بیشتر مطالب این مقاله از ركتین (1991) و مایر و ركتین (2000) گرفته شده است.

1- مراحل ایجاد سیستم‌ها

هر پروژه‌ای، چه ساخت یك كلبه باشد چه یك هواپیما، با ظهور یا حضور كاربر بالقوه، یك احساس نیاز و یك مجموعه از منابع شامل منابع انسانی و فیزیكی آغاز می‌شود. با بررسی تاریخچه پروژه‌ها، می‌بینیم كه بیشتر پروژه‌ها به عنوان تطبیق تكاملی و تدریجی ساختار‌های موجود انجام می‌شوند. به عنوان مثال ساختار یك كشتی سالهاست كه طراحی شده است. این ساختار بر پایه اصولی شكل گرفته كه كمتر تغییر یافته است. آنچه تغییر می‌كند و تكامل می‌یابد تواناییهای آن ساختار از ابعاد مختلف است؛ مواد اولیه استفاده شده، قابلیتهای فنی، ظاهر و غیره. به عنوان مثال دیگر می‌توان به یك سیستم اطلاعات مدیریت اشاره كرد. اصول چنین سیستم اطلاعاتی چندین سال است كه پایه‌ریزی شده است و بیشتر تلاش‌های صورت پذیرفته در جهت پیاده‌سازی، اجرا و تكمیل آن بوده است. در چنین پروژه‌هایی تنها اقتباس ساده‌ای از ساختارهایی می‌شود كه مقصود و مفهوم آنها كاملاً روشن و بدیهی است. مراحلی كه در ایجاد چنین سیستم‌هایی طی می‌شود در شكل 1 آمده است (خط‌های وصل كننده به عمد بدون جهتند، یعنی این فرایند رفت و برگشتی است):

 

اولین مشكلی كه در چنین فرایند سرراستی اتفاق می‌افتد هنگامی است كه یك نوع جدید از ساختار در راستای مفاهیم ساختار موجود مورد نیاز باشد كه اصول و فناوری‌های جدیدی را طلب كند. اینجاست كه به یك نوع فعالیت مهندسی نیاز است (شكل 2). 

 

هر چه ساختار پیچیده‌تر می‌شود جریان پروژه نیز پیچیده‌تر می‌شود. معمولاً جریان پروژه‌های سیستم را در قالب «مدل آبشاری » به صورت زیر نمایش می‌دهند (شكل 3):

 

در چنین فرایندی گروه‌های متفاوتی انجام وظیفه می‌كنند و مهندسین سیستم عهده‌دار تطبیق عناصر ساختار در جاهایی هستند كه «فصل مشترك‌ها » نامیده می‌شوند.

2- پیچیدگی در سیستم‌ها

واژه «پیچیدگی » از ابعاد گوناگون قابل بررسی است. از دیدگاه كمی و ریاضی، بهترین راه شناخت پیچیدگی آن است كه آن را به مثابه یك مفهوم آماری در نظر بگیریم؛ یعنی مفهوم پیچیدگی، برحسب احتمال قرار گرفتن یك سیستم در یك حالت خاص و در یك زمان معین، به بهترین وجه قابل تشریح است. در حالی كه از دیدگاه غیركمی، پیچیدگی را كیفیت یا خاصیتی برای سیستم تلقی می‌كنند كه در اثر تلفیق پنج عامل (رضائیان 1376، 100-102) زیر به وجود می‌آید:
(1) تعداد عناصر تشكیل دهنده سیستم
(2) میزان تعامل عناصر مختلف سیستم
(3) نحوه تعامل عناصر مختلف سیستم
(4) ویژگیهای هر یك از عناصر سیستم
(5) درجه نظام یافتگی ذاتی سیستم

بنابراین اكتفا به برخی از شاخصهای مذكور برای تشخیص میزان پیچیدگی، گمراه كننده است. در واقع، برای به دست آوردن یك شاخص معنی‌دارتر، باید علاوه بر «تعداد عناصر» و «میزان تعاملهای میان آنها‍»، «نحوه تعامل»، «ویژگیهای هر یك از عناصر‍» و «درجه نظام یافتگی سیستم» نیز مورد ملاحظه قرار گیرند. به این ترتیب، تحلیلگر می‌تواند با استفاده از مجموعه این پنج شاخص، به مجموعه حالتهای ممكن قابل تصور برای سیستم دست یابد. برای مثال هنگام تعیین حیطه نظارت یك سرپرست، اگر كار خیلی تكراری باشد و اعضای گروه نیز خوب آموزش دیده باشند، با فرض اینكه هیچ تلاش عمدی برای به زحمت انداختن سرپرست انجام نشود، و نسبت بالایی از تعاملهای بالقوه به تعامل بالفعل تبدیل نشود، سیستم موردنظر، سیستمی ساده تلقی می‌شود. البته مجموعه قوانین و رویه‌های موجود نیز ممكن است موجب كاهش قابل ملاحظه تعاملهای مذكور شود. بنابراین، پیچیدگی یك مفهوم نسبی است كه در اثر تعامل مجموعه عوامل پنج‌گانه مذكور معین می‌شود (نه فقط برخی از آنها، نظیر «تعداد عناصر‍» و «میزان تعامل»). برای مثال، سرپرستی كه دو متخصص انرژی (كه یكی ذغال سنگ را به مثابه امیدواركننده‌ترین منبع انرژی آینده در نظر می‌گیرد و دیگری بر مزایای انرژی هسته‌ای تأكید دارد؛ یعنی وجود دیدگاه‌های متفاوت) زیر نظر وی كار می‌كنند، در مقایسه با كسی كه حدود بیست مهندس نفت را سرپرستی می‌كند، با سیستمی بمراتب پیچیده‌تر مواجه است.

در واقع دو عامل اول به پیچیدگی «ساختاری» و سه عامل آخر به پیچیدگی «رفتاری» سیستم اشاره دارند. آنچه كه در این جا مدنظر ماست بیشتر پیچیدگی رفتاری است. در پیچیدگی ساختاری تعداد عناصر سیستم خیلی زیاد بوده و میزان تعامل بین آنها بسیار زیاد یا حتی بی‌شمار است. در پیچیدگی رفتاری روابط علت و معلول كاملاً روشن نیستند و نتایج كوتاه مدت و بلند مدت خیلی متفاوتند. اقدامات اعمال شده بر روی بخش‌های مختلف سیستم نتایج متفاوتی دارند و ممكن است دخالت‌های حساب شده و روشن، نتایج غیر قابل پیش‌بینی و غیر منتظره داشته باشند. رفتار كلی سیستم به سختی قابل پیش‌بینی است. رفتار كلی سیستم در كل قابل مشاهده نبوده و اندازه‌گیری آن مخرب یا غیر قابل انجام است. به سختی می‌توان پیچیدگی رفتاری را بر اساس قوانین حاصل از نظریات بیان نمود چرا كه داده كافی و پایا وجود ندارد (ساسمن 2000).

برای مثال، قوانین و مقررات مدون حاكم بر نحوه تعامل عناصر سیستم و عوامل تعیین كننده ویژگیهای آن عناصر، بر میزان پیچیدگی سیستم اثر می‌گذارند. برخی برای سنجش میزان پیچیدگی یك سیستم از دو عامل یا معیار «تعداد عناصر تشكیل دهنده سیستم» و «میزان تعامل عناصر مختلف سیستم» استفاده می‌كنند كه ممكن در برخی موارد سطحی و گمراه كننده باشد. اگر كسی بررسی خود را به این دو بعد محدود كند، به مسیری هدایت می‌شود كه ممكن است  موتور ماشین سواری را در شمار سیستم‌های بسیار پیچیده قرار دهد. زیرا موتور ماشین از تعداد قطعات زیادی تشكیل شده و به همین میزان نیز میان اجزای آن تعامل وجود دارد. همچنین براساس این دو شاخص پیچیدگی، تعامل میان دو نفر انسان (یك سیستم اجتماعی)، در شمار سیستمهای بسیار ساده قرار می‌گیرد زیرا این سیستم فقط دو عنصر دارد و میان آنها فقط دو رابطه تعاملی قابل تصور است. در صورتی كه اگر فرد مذكور، در تحلیل خود به نقش سه عامل دیگر مؤثر بر پیچیدگی (یعنی «نحوه تعامل عناصر مختلف سیستم»،  «ویژگیهای هر یك از عناصر» و «درجه نظام یافتگی ذاتی سیستم») نیز توجه كند، به نتیجه دیگری خواهد رسید. در مورد موتور ماشین، تحلیلگر مشاهده خواهد كرد كه میزان تعامل موجود میان قطعات آن، از قوانین و توالی معینی تبعیت می‌كنند و ویژگیهای عناصر آن از پیش تعیین شده‌اند. بدین ترتیب با استفاده از این پنج شاخص پیچیدگی، تحلیلگر متوجه می‌شود كه موتور ماشین در واقع یك سیستم بسیار ساده است در حالی كه سیستم «تعامل میان دو انسان» كه به ظاهر ساده به نظر می‌رسید، در واقع سیستم بسیار پیچیده‌ای است زیرا ویژگیهای هیچ یك از عناصر آن، از پیش قابل تعیین نیستند. از آنجا كه احتمال شرطی بودن رفتار آنها، علی‌رغم وجود برخی قوانین ثابت در مكالمه و تعامل، بسیار كم است، نتیجه نهایی تعامل یا گفتگو قابل پیش‌بینی نیست زیرا عناصر این سیستم در رعایت یا عدم رعایت آداب معاشرت، آزادی عمل دارند و درجه قابلیت پیش‌بینی حالت نهایی برخورد آنها، بسیار پایین است. بنابراین، تحلیلگر متوجه می‌شود كه این سیستم دو نفره، در واقع یك سیستم بسیار پیچیده است.

3- پیچیدگی و كنترل‌پذیری (رضائیان 1376، 80-83)

در صورتی كه ویژگی «میزان پیچیدگی» را مبنای طبقه‌بندی سیستمها فرض كنیم، مجموعه‌ای مشتمل بر سیستمهای ساده، سیستمهای پیچیده، و سیستمهای بسیار پیچیده قابل تشخیص خواهد بود.

سیستم ساده، سیستمی است كه تعداد اجزای تشكیل دهنده آن كم بوده و روابط محدودی میان آنها برقرار باشد در حالی كه سیستم پیچیده، سیستمی است كه دارای اجزای بسیار زیاد و به هم وابسته‌ای باشد و سیستم بسیار پیچیده نیز سیستمی است كه شناسایی و تشریح دقیق اجزاء و ویژگی‌های آن، امكانپذیر نباشد.

ویژگی دوم (قابلیت پیش‌بینی) با ماهیت سیستم از حیث «میزان قطعی بودن یا احتمالی بودن»، سر و كار دارد. در این مورد، دو وضعیت قابل تصور است: در وضعیت اول، اجزای سیستم به گونه‌ای كاملاً قابل پیش‌بینی با یكدیگر تعامل دارند در حالی كه در وضعیت دیگر، رفتار سیستم قابل پیش‌بینی نیست، ولی ممكن است آنچه اتفاق می‌افتد، قابل پیش‌بینی باشد.

 

همانگونه كه ملاحظه می‌شود در سیستم‌های پیچیده اجتماعی عوامل متعدد بیرونی وجود دارند كه بر فرایند ایجاد سیستم‌ها تأثیر می‌گذارند. عوامل اجتماعی و سیاسی، پایایی و عناصر جهان واقعی به جریان اصلی ایجاد سیستم‌ها وصل شده‌اند. در این شكل هر چه ضخامت خط بیشتر باشد نشان دهنده ارتباط بیشتر  و قوی‌تر است.

معماری معمولاً با تولید یك توصیف ذهنی یا نوشتاری مجرد (یك مدل) از سیستم و محیطش آغاز می‌شود. گامها و شاید سالهای زیادی بین این تجرد و ارزیابی نهایی وجود دارد. دقیقاً قبل از اینكه ارزیابی كامل شود، سیستم با جهان واقعی روبرو می‌شود. عدم آگاهی از این كه جهان واقعی می‌تواند كاملاً متفاوت از مدل مفهومی معمار  از جهان باشد خیلی از ساختارهای پیش از این عقلایی را با مشكل مواجه ساخته است.

فرضیات تست خواهند شد و شاید ناقص شناخته شوند. نظریه‌ها، ایده‌ها و طرح‌ها تست خواهند شد. جهانی كه سیستم در آن به وجود خواهد آمد احتمالاً در هنگام ساخت سیستم تغییر خواهد كرد.

كار یك معمار سیستم این است كه ساختاری در شكل یك سیستم از جهان بدساخت یافته و ذاتاً نامحدود از نیازهای بشری، فناوری، اقتصاد، سیاست، مهندسی و امور صنعتی تولید نماید. معمار سیستم باید اصول مهندسی كه هر ساختار بر آن بنا می‌شود را بداند. در این راه تجربه و قدرت تشخیص ضروری است و معمار باید بینش حاصل از تجارب قبلی را كسب نماید. مسئله معمار این است كه پیچیدگی را به درجه‌ای قابل كنترل كاهش دهد، خصوصاً تا جایی كه بتوان آن را با فنون قدرتمند تحلیل مهندسی بررسی نمود. تنها باید كاركردهای ضروری را مد نظر قرار داد. به‌ منظور داشتن جوابهایی در حدود عملی، باید محدودیتهایی را بكار بست. بنابراین معمار یك «مهندسی عمومی» نیست بلكه متخصص در كاهش پیچیدگی، عدم قطعیت و ابهام به مفاهیم عملی است.

از جهت نظری سیستم‌ها دارای مرز مشخصی نیستند یا به عبارت دیگر مرز ندارند. اما در عمل در مطالعه سیستم‌ها مرزی برای سیستم تعریف می‌كنند. این كار برای سیستم‌های پیچیده خیلی مشكل‌تر بوده و حتی ممكن است نشدنی باشد. یكی از تفاوتهای معماری با مهندسی و روش علمی در این نقطه اتفاق می‌افتد. در مهندسی مرز تعریف شده خوبی برای سیستم یا مسئله سیستم تعریف می‌كنند و سپس یك راه حل محدود شده و مشخص  ارائه می‌كنند.