گزارش کاراموزی مهندسي و معماري سيستم ها

گزارش کاراموزي مهندسي و معماري سيستم ها در 25 صفحه ورد قابل ويرايش



چكيده

در ايجاد سيستم‌هايي كه نمونه‌هايي از آنها موجود است، مهندسي سيستم‌ها به كار گرفته مي‌شود. پيچيدگي اين گونه سيستم‌ها معمولاً كم است. اما وقتي موضوع ايجاد يك سيستم جديد يا سيستم‌هاي پيچيده كه داراي كنترل‌پذيري كم هستند، مطرح مي‌شود مهندسي سيستم‌ها پاسخگو نخواهد بود و معماري سيستم‌ها استفاده مي‌شود. اين مقاله به معرفي معماري سيستم‌ها، مقايسه معماري سيستم‌ها با مهندسي سيستم‌ها، و متدولوژي معماري سيستم‌ها مي‌پردازد.

كليدواژه : معماري سيستم‌ها؛ مهندسي سيستم‌ها؛ ايجاد سيستم‌ها؛ سيستم‌هاي پيچيده؛ سيستم‌هاي اجتماعي؛ متدواوژي

بيشتر مطالب اين مقاله از ركتين (1991) و ماير و ركتين (2000) گرفته شده است.

1- مراحل ايجاد سيستم‌ها

هر پروژه‌اي، چه ساخت يك كلبه باشد چه يك هواپيما، با ظهور يا حضور كاربر بالقوه، يك احساس نياز و يك مجموعه از منابع شامل منابع انساني و فيزيكي آغاز مي‌شود. با بررسي تاريخچه پروژه‌ها، مي‌بينيم كه بيشتر پروژه‌ها به عنوان تطبيق تكاملي و تدريجي ساختار‌هاي موجود انجام مي‌شوند. به عنوان مثال ساختار يك كشتي سالهاست كه طراحي شده است. اين ساختار بر پايه اصولي شكل گرفته كه كمتر تغيير يافته است. آنچه تغيير مي‌كند و تكامل مي‌يابد تواناييهاي آن ساختار از ابعاد مختلف است؛ مواد اوليه استفاده شده، قابليتهاي فني، ظاهر و غيره. به عنوان مثال ديگر مي‌توان به يك سيستم اطلاعات مديريت اشاره كرد. اصول چنين سيستم اطلاعاتي چندين سال است كه پايه‌ريزي شده است و بيشتر تلاش‌هاي صورت پذيرفته در جهت پياده‌سازي، اجرا و تكميل آن بوده است. در چنين پروژه‌هايي تنها اقتباس ساده‌اي از ساختارهايي مي‌شود كه مقصود و مفهوم آنها كاملاً روشن و بديهي است. مراحلي كه در ايجاد چنين سيستم‌هايي طي مي‌شود در شكل 1 آمده است (خط‌هاي وصل كننده به عمد بدون جهتند، يعني اين فرايند رفت و برگشتي است):



اولين مشكلي كه در چنين فرايند سرراستي اتفاق مي‌افتد هنگامي است كه يك نوع جديد از ساختار در راستاي مفاهيم ساختار موجود مورد نياز باشد كه اصول و فناوري‌هاي جديدي را طلب كند. اينجاست كه به يك نوع فعاليت مهندسي نياز است (شكل 2).



هر چه ساختار پيچيده‌تر مي‌شود جريان پروژه نيز پيچيده‌تر مي‌شود. معمولاً جريان پروژه‌هاي سيستم را در قالب «مدل آبشاري » به صورت زير نمايش مي‌دهند (شكل 3):



در چنين فرايندي گروه‌هاي متفاوتي انجام وظيفه مي‌كنند و مهندسين سيستم عهده‌دار تطبيق عناصر ساختار در جاهايي هستند كه «فصل مشترك‌ها » ناميده مي‌شوند.

2- پيچيدگي در سيستم‌ها

واژه «پيچيدگي » از ابعاد گوناگون قابل بررسي است. از ديدگاه كمي و رياضي، بهترين راه شناخت پيچيدگي آن است كه آن را به مثابه يك مفهوم آماري در نظر بگيريم؛ يعني مفهوم پيچيدگي، برحسب احتمال قرار گرفتن يك سيستم در يك حالت خاص و در يك زمان معين، به بهترين وجه قابل تشريح است. در حالي كه از ديدگاه غيركمي، پيچيدگي را كيفيت يا خاصيتي براي سيستم تلقي مي‌كنند كه در اثر تلفيق پنج عامل (رضائيان 1376، 100-102) زير به وجود مي‌آيد:
(1) تعداد عناصر تشكيل دهنده سيستم
(2) ميزان تعامل عناصر مختلف سيستم
(3) نحوه تعامل عناصر مختلف سيستم
(4) ويژگيهاي هر يك از عناصر سيستم
(5) درجه نظام يافتگي ذاتي سيستم

بنابراين اكتفا به برخي از شاخصهاي مذكور براي تشخيص ميزان پيچيدگي، گمراه كننده است. در واقع، براي به دست آوردن يك شاخص معني‌دارتر، بايد علاوه بر «تعداد عناصر» و «ميزان تعاملهاي ميان آنها‍»، «نحوه تعامل»، «ويژگيهاي هر يك از عناصر‍» و «درجه نظام يافتگي سيستم» نيز مورد ملاحظه قرار گيرند. به اين ترتيب، تحليلگر مي‌تواند با استفاده از مجموعه اين پنج شاخص، به مجموعه حالتهاي ممكن قابل تصور براي سيستم دست يابد. براي مثال هنگام تعيين حيطه نظارت يك سرپرست، اگر كار خيلي تكراري باشد و اعضاي گروه نيز خوب آموزش ديده باشند، با فرض اينكه هيچ تلاش عمدي براي به زحمت انداختن سرپرست انجام نشود، و نسبت بالايي از تعاملهاي بالقوه به تعامل بالفعل تبديل نشود، سيستم موردنظر، سيستمي ساده تلقي مي‌شود. البته مجموعه قوانين و رويه‌هاي موجود نيز ممكن است موجب كاهش قابل ملاحظه تعاملهاي مذكور شود. بنابراين، پيچيدگي يك مفهوم نسبي است كه در اثر تعامل مجموعه عوامل پنج‌گانه مذكور معين مي‌شود (نه فقط برخي از آنها، نظير «تعداد عناصر‍» و «ميزان تعامل»). براي مثال، سرپرستي كه دو متخصص انرژي (كه يكي ذغال سنگ را به مثابه اميدواركننده‌ترين منبع انرژي آينده در نظر مي‌گيرد و ديگري بر مزاياي انرژي هسته‌اي تأكيد دارد؛ يعني وجود ديدگاه‌هاي متفاوت) زير نظر وي كار مي‌كنند، در مقايسه با كسي كه حدود بيست مهندس نفت را سرپرستي مي‌كند، با سيستمي بمراتب پيچيده‌تر مواجه است.

در واقع دو عامل اول به پيچيدگي «ساختاري» و سه عامل آخر به پيچيدگي «رفتاري» سيستم اشاره دارند. آنچه كه در اين جا مدنظر ماست بيشتر پيچيدگي رفتاري است. در پيچيدگي ساختاري تعداد عناصر سيستم خيلي زياد بوده و ميزان تعامل بين آنها بسيار زياد يا حتي بي‌شمار است. در پيچيدگي رفتاري روابط علت و معلول كاملاً روشن نيستند و نتايج كوتاه مدت و بلند مدت خيلي متفاوتند. اقدامات اعمال شده بر روي بخش‌هاي مختلف سيستم نتايج متفاوتي دارند و ممكن است دخالت‌هاي حساب شده و روشن، نتايج غير قابل پيش‌بيني و غير منتظره داشته باشند. رفتار كلي سيستم به سختي قابل پيش‌بيني است. رفتار كلي سيستم در كل قابل مشاهده نبوده و اندازه‌گيري آن مخرب يا غير قابل انجام است. به سختي مي‌توان پيچيدگي رفتاري را بر اساس قوانين حاصل از نظريات بيان نمود چرا كه داده كافي و پايا وجود ندارد (ساسمن 2000).

براي مثال، قوانين و مقررات مدون حاكم بر نحوه تعامل عناصر سيستم و عوامل تعيين كننده ويژگيهاي آن عناصر، بر ميزان پيچيدگي سيستم اثر مي‌گذارند. برخي براي سنجش ميزان پيچيدگي يك سيستم از دو عامل يا معيار «تعداد عناصر تشكيل دهنده سيستم» و «ميزان تعامل عناصر مختلف سيستم» استفاده مي‌كنند كه ممكن در برخي موارد سطحي و گمراه كننده باشد. اگر كسي بررسي خود را به اين دو بعد محدود كند، به مسيري هدايت مي‌شود كه ممكن است موتور ماشين سواري را در شمار سيستم‌هاي بسيار پيچيده قرار دهد. زيرا موتور ماشين از تعداد قطعات زيادي تشكيل شده و به همين ميزان نيز ميان اجزاي آن تعامل وجود دارد. همچنين براساس اين دو شاخص پيچيدگي، تعامل ميان دو نفر انسان (يك سيستم اجتماعي)، در شمار سيستمهاي بسيار ساده قرار مي‌گيرد زيرا اين سيستم فقط دو عنصر دارد و ميان آنها فقط دو رابطه تعاملي قابل تصور است. در صورتي كه اگر فرد مذكور، در تحليل خود به نقش سه عامل ديگر مؤثر بر پيچيدگي (يعني «نحوه تعامل عناصر مختلف سيستم»، «ويژگيهاي هر يك از عناصر» و «درجه نظام يافتگي ذاتي سيستم») نيز توجه كند، به نتيجه ديگري خواهد رسيد. در مورد موتور ماشين، تحليلگر مشاهده خواهد كرد كه ميزان تعامل موجود ميان قطعات آن، از قوانين و توالي معيني تبعيت مي‌كنند و ويژگيهاي عناصر آن از پيش تعيين شده‌اند. بدين ترتيب با استفاده از اين پنج شاخص پيچيدگي، تحليلگر متوجه مي‌شود كه موتور ماشين در واقع يك سيستم بسيار ساده است در حالي كه سيستم «تعامل ميان دو انسان» كه به ظاهر ساده به نظر مي‌رسيد، در واقع سيستم بسيار پيچيده‌اي است زيرا ويژگيهاي هيچ يك از عناصر آن، از پيش قابل تعيين نيستند. از آنجا كه احتمال شرطي بودن رفتار آنها، علي‌رغم وجود برخي قوانين ثابت در مكالمه و تعامل، بسيار كم است، نتيجه نهايي تعامل يا گفتگو قابل پيش‌بيني نيست زيرا عناصر اين سيستم در رعايت يا عدم رعايت آداب معاشرت، آزادي عمل دارند و درجه قابليت پيش‌بيني حالت نهايي برخورد آنها، بسيار پايين است. بنابراين، تحليلگر متوجه مي‌شود كه اين سيستم دو نفره، در واقع يك سيستم بسيار پيچيده است.

3- پيچيدگي و كنترل‌پذيري (رضائيان 1376، 80-83)

در صورتي كه ويژگي «ميزان پيچيدگي» را مبناي طبقه‌بندي سيستمها فرض كنيم، مجموعه‌اي مشتمل بر سيستمهاي ساده، سيستمهاي پيچيده، و سيستمهاي بسيار پيچيده قابل تشخيص خواهد بود.

سيستم ساده، سيستمي است كه تعداد اجزاي تشكيل دهنده آن كم بوده و روابط محدودي ميان آنها برقرار باشد در حالي كه سيستم پيچيده، سيستمي است كه داراي اجزاي بسيار زياد و به هم وابسته‌اي باشد و سيستم بسيار پيچيده نيز سيستمي است كه شناسايي و تشريح دقيق اجزاء و ويژگي‌هاي آن، امكانپذير نباشد.

ويژگي دوم (قابليت پيش‌بيني) با ماهيت سيستم از حيث «ميزان قطعي بودن يا احتمالي بودن»، سر و كار دارد. در اين مورد، دو وضعيت قابل تصور است: در وضعيت اول، اجزاي سيستم به گونه‌اي كاملاً قابل پيش‌بيني با يكديگر تعامل دارند در حالي كه در وضعيت ديگر، رفتار سيستم قابل پيش‌بيني نيست، ولي ممكن است آنچه اتفاق مي‌افتد، قابل پيش‌بيني باشد.



همانگونه كه ملاحظه مي‌شود در سيستم‌هاي پيچيده اجتماعي عوامل متعدد بيروني وجود دارند كه بر فرايند ايجاد سيستم‌ها تأثير مي‌گذارند. عوامل اجتماعي و سياسي، پايايي و عناصر جهان واقعي به جريان اصلي ايجاد سيستم‌ها وصل شده‌اند. در اين شكل هر چه ضخامت خط بيشتر باشد نشان دهنده ارتباط بيشتر و قوي‌تر است.

معماري معمولاً با توليد يك توصيف ذهني يا نوشتاري مجرد (يك مدل) از سيستم و محيطش آغاز مي‌شود. گامها و شايد سالهاي زيادي بين اين تجرد و ارزيابي نهايي وجود دارد. دقيقاً قبل از اينكه ارزيابي كامل شود، سيستم با جهان واقعي روبرو مي‌شود. عدم آگاهي از اين كه جهان واقعي مي‌تواند كاملاً متفاوت از مدل مفهومي معمار از جهان باشد خيلي از ساختارهاي پيش از اين عقلايي را با مشكل مواجه ساخته است.

فرضيات تست خواهند شد و شايد ناقص شناخته شوند. نظريه‌ها، ايده‌ها و طرح‌ها تست خواهند شد. جهاني كه سيستم در آن به وجود خواهد آمد احتمالاً در هنگام ساخت سيستم تغيير خواهد كرد.

كار يك معمار سيستم اين است كه ساختاري در شكل يك سيستم از جهان بدساخت يافته و ذاتاً نامحدود از نيازهاي بشري، فناوري، اقتصاد، سياست، مهندسي و امور صنعتي توليد نمايد. معمار سيستم بايد اصول مهندسي كه هر ساختار بر آن بنا مي‌شود را بداند. در اين راه تجربه و قدرت تشخيص ضروري است و معمار بايد بينش حاصل از تجارب قبلي را كسب نمايد. مسئله معمار اين است كه پيچيدگي را به درجه‌اي قابل كنترل كاهش دهد، خصوصاً تا جايي كه بتوان آن را با فنون قدرتمند تحليل مهندسي بررسي نمود. تنها بايد كاركردهاي ضروري را مد نظر قرار داد. به‌ منظور داشتن جوابهايي در حدود عملي، بايد محدوديتهايي را بكار بست. بنابراين معمار يك «مهندسي عمومي» نيست بلكه متخصص در كاهش پيچيدگي، عدم قطعيت و ابهام به مفاهيم عملي است.

از جهت نظري سيستم‌ها داراي مرز مشخصي نيستند يا به عبارت ديگر مرز ندارند. اما در عمل در مطالعه سيستم‌ها مرزي براي سيستم تعريف مي‌كنند. اين كار براي سيستم‌هاي پيچيده خيلي مشكل‌تر بوده و حتي ممكن است نشدني باشد. يكي از تفاوتهاي معماري با مهندسي و روش علمي در اين نقطه اتفاق مي‌افتد. در مهندسي مرز تعريف شده خوبي براي سيستم يا مسئله سيستم تعريف مي‌كنند و سپس يك راه حل محدود شده و مشخص ارائه مي‌كنند.