النمذجة والبروتوتايب هي عملية تطوير نسخة من المنتج أو النظام المطلوب إنتاجه، ويكون الناتج هو نسخة مصغرة من المنتج أو النظام بهدف الحصول على تعليقات من العميل حول هذا النموذج الأولي، ويعد هذا الأسلوب من نماذج دورة حياة تطوير البرمجيات (Software Development Lifecycle Models)، ويستخدم هذا النموذج عند عدم معرفة العملاء لمتطلبات المشروع مسبقا.

خطوات النمذجة والبروتوتايب Modeling and Prototype Steps

• جمع وتحليل المتطلبات (Requirements Gathering and Analysis): مثل المرحلة الأولية في مراحل تطوير البرمجيات التي ذكرناها سابقا عدة مرات، حيث يقوم المطورون ومحللي الأعمال بجمع المعلومات المطلوبة لعمل نموذج أولي يمكن تقديمه للعملاء، ويتم هذا عن طريق أسئلة مباشرة للمستخدمين لمعرفة مطالبهم حول النظام.
• تصميم سريع (Quick Design): وهي الخطوة الثانية في خطوات النمذجة والبروتوتايب، حيث يتم تصميم نموذج بناء على المتطلبات، ويساعد في وصف المتطلبات في صورة مرئية.
• بناء البرتوتوتايب (Build a Prototype): يقوم المطورون بتنفيذ التصميم الأولي الذي أنشئ في مرحلة التصميم، والعمل على توضيح شكل المنتج وطريقة التفاعل مع وظائفه الأساسية.
• التقييم الأولي للمستخدم (Initial User Evaluation): تصف هذه الخطوة الاختبار الأولي للنموذج، حيث يقوم المستخدم باختبار النموذج وتقييم الأداء، وإرسال التعليقات إلى المطورين لمعرفة آراء المستخدم حول هذا النموذج، وتحديد نقاط القوة والضعف.
• تكرار البروتوتايب (Refining Prototype): في هذه المرحلة تتم تنفيذ التعديلات بناء على الإقتراحات السابقة من المستخدمين، وفي حالة قبول الملاحظات الجديدة من قبل العملاء، تتم الموافقة على النظام كمنتج نهائي.
• تنفيذ المنتج (Implement Product): هي الخطوة الأخيرة وفيها يتم اختبار النظام النهائي وتوزيعه للدخول في مرحلة الإنتاج، ومن ثم يتم تشغيل البرنامج بانتظام.

لغة التصميم الموحدة Unified Modeling Language (UML)

لغة التصميم الموحدة هي لغة متعددة الأغراض ومتخصصة في النمذجة والبروتوتايب، ولكن الهدف الرئيسي منها هو تحديد طريقة لتخيل كيفية تصميم الأنظمة، فهي تشبه تماما المخططات (Blueprints) الموجودة في معظم مجالات الهندسة، ولكنها ليست لغة برمجة، بل لغة بصرية.

لماذا نحتاج لغة التصميم الموحدة Why do we need UML

• بناء البرامج والتطبيقات المعقدة يحتاج تعاون كبير بين الفرق المختلفة في صناعة البرمجيات، وبالتالي هذه الفرق تتطلب طريقة واضحة للتواصل فيما بينهم.
• تعد لغة مهمة لغير التقنيين ورجال الأعمال الذين لا يفهمون لغات البرمجة، لذا تعد ضرورية للتواصل مع غير المبرمجين ومناقشة المتطلبات الوظيفية، وعمليات النظام.
• توفر الكثير من الوقت عند تصور العمليات الداخلية للنظام، مثل توفير وقت كتابة كود البرنامج.

أنواع مخططات لغة التصميم الموحدة Types of UML Diagrams

المخططات الهيكلية Structural Diagrams

• مخطط الفئة (Class Diagram):

أكثر المخططات استخداما في عمليات النمذجة والبروتوتايب، وهو الأسلوب المستخدم في جميع أنظمة البرمجيات كائنية التوجه، ويستخدم هذا المخطط لوصف الهيكل الثابت للنظام عن طريق عرض الكائنات الأساسية في النظام، وخصائص، ووظائف هذه الكائنات، وأيضا رسم العلاقات بين الكائنات المختلفة.

• مخطط الهيكل المركب (Composite Structure Diagram):

يستخدم هذا المخطط لوصف الهيكلية الداخلية للعناصر الأساسية وطرق تفاعلها مع باقي أجزاء النظام، كما يرسم العلاقة بين أجزاء النظام وسلوك هذه العناصر.

• مخطط الكائن (Object Diagram):

يمكن تمثيل مخطط الكائن على أنه نسخة للحالات الموجودة في النظام والعلاقات بينها، وعلى الرغم أن مخططات الكائن تصف السلوك عندما يتم استخدام الكائنات فعليا في النظام، فيمكن دراسة سلوك النظام في لحظة معينة، كما نرى في المثال التالي.

• مخطط النشر (Deployment Diagram):

يوضح هذا المخطط كيفية تنظيم المكونات المادية للنظام أو الهاردوير الخاص بالنظام، مثل وحدة المعالجة المركزية، وتستخدم أيضا في النمذجة والبروتوتايب وخاصة جزء تنفيذ التفاصيل الصغيرة الداخلية للنظام.

• مخطط الحزمة (Package Diagram):

يستخدم مخطط الحزم في رسم طريقة تنظيم الحزم داخل النظام، والحزم هي ناتج جمع الوحدات (modules) الصغيرة للنظام، والأنظمة الكبيرة تحتوي على حزم عديدة، كما يوضح المخطط التبعيات (dependencies) بين الحزم المختلفة، والتركيب الداخلي للحزمة.

المخططات السلوكية Behavioral Diagrams

• مخطط حالة الاستخدام (Use Case Diagram):

تستخدم مخططات حالة الاستخدام كمخطط أساسي في بناء النمذجة والبروتوتايب لأنظمة البرمجيات، حيث تعرض وظائف النظام أو جزء منه، وتستخدم عادة لوصف المتطلبات الوظيفية (Functional Requirements) للنظام وتفاعلها مع العميل الخارجي للنظام أو الفاعل (Actor).

كما يوضح هذا المخطط السيناريوهات المختلفة التي يمكن استخدام النظام فيها، وحالات الاستخدام الممكنة، ويوفر منظور علوي لوظائف النظام الأساسية أو الفرعية بدون الدخول في تفاصيل تنفيذ كل وظيفة منها.

• مخطط النشاط (Activity Diagram):

يوضح هذا المخطط طريقة عمل أو مجرى التحكم داخل النظام، أي يمكنه وصف الخطوات اللازمة لتنفيذ حالة استخدام معينة في النظام، ويستخدم في أغلب مشاريع النمذجة والبروتوتايب.

• مخطط التتابع (Sequence Diagram):

يصف التفاعل بين الكائنات المختلفة داخل النظام بشكل متتابع ومستمر بالترتيب الصحيح، أي بترتيب العمليات الصحيحة لسريان العملية، كما يسمى في بعض الحالات بإسم مخطط الحدث (Event Diagram)، ويقوم على وصف ترتيب وظائف الكائنات داخل النظام، وهو مصمم خصيصا لغير المبرمجين مثل رجال الأعمال لفهم المتطلبات وطرق النمجة والبروتوتايب المختلفة.

أدوات لغة التصميم الموحدة UML Tools

يوجد العديد من أدوات لغة التصميم الموحدة، وتستخدم هذه الأدوات بشكل شائع في صناعة البرمجيات لوصف هيكلية النظام، وطرق التصميم والتنفيذ بشكل مرئي، ومن هذه الأدوات:

• (Lucidchart): هي أداة تستخدم عبر شبكة الإنترنت (تستخدم من خلال المتصفح فقط) لتصميم مخططات لغة التصميم الموحدة، وتتميز بسهولة الاستخدام والتعاون بين عدة أشخاص، حيث تسمح لعدة أشخاص العمل على المخططات في الوقت نفسه.
• (io): من أشهر الأدوات المجانية في تصميم مخططات النمذجة والبروتوتايب، وتتميز بوجود نسختين، نسخة من خلال المتصفح ونسخة من خلال الجهاز الخاص بك، وتدعم عدة أنواع من المخططات، ولديها العديد من المميزات الأخرى مثل الاستخدام بدون إنترنت.

• (Visual Paradigm): توفر هذه الأداء مجموعة من الحزم الخاصة بتطوير البرمجيات، ومن أهمها مخططات لغة التصميم الموحدة، وتوفر نسختان إحداهما عبر الإنترنت والأخرى عبر الجهاز الخاص بك، وتدعم عدة أنواع من مخططات لغة التصميم الموحدة.
• (Papyrus): هي أداة مفتوحة المصدر والتي تعتبر جزء أصيل من مشروع (Eclipse Modeling)، وتوفر هذه الأداة بيئة قابلة للتخصيص من قبل المستخدم، لتصميم وتعديل وعرض مخططات التصميم المختلفة.

لغة التصميم الموحدة والنموذج الرشيق UML and Agile

وجود تصاميم مرئية لهيكلية النظام، وطرق تنفيذ النمذجة والبروتوتايب لوظائف النظام هو أمر مهم جدا في النموذج الرشيق، حيث التواصل الجيد هو أهم شئ وتوفر لغة التصميم تواصل فعال بين أعضاء الفرق المختلفة، وبين مختلف الأشخاص التقنيين وغير التقنيين في وجود أدوات تساعد على حل هذه الفجوة.

كما تساهم مخططات حالة الاستخدام في مشاركة المستخدم في تصميم المنتج وهذا ما يريده النموذج الرشيق، حيث يساعد ذلك في تصميم وبناء منتجات مصممة خصيصا لحالة المستخدم وتجربته وإقتراحات التحسين.

يعد النموذج الرشيق عملية تكرارية في النمذجة والبروتوتايب، ويمكن للغة التصميم التكيف على مثل هذه الأساليب، حيث يمكن تطوير نماذج لغة التصميم والمخططات المختلفة، ثم إعادة إنتاجها بشكل مستمر للتكيف على التغييرات والإقتراحات للنظام.

النمذجة والبروتوتايب عمليتان مترابطتان بشكل مستمر خلال مراحل تطوير البرمجيات المختلفة، ووجود أدوات وأساليب تحقق هذه المفاهيم وتؤكد عليها، يساعد في تحسين صناعة البرمجيات، وتصميم منتجات ذات نفع للمستخدمين.