النمذجة والتوثيق من أهم العناصر الرئيسية في هندسة البرمجيات، ومن أهداف تلك العناصر فهم وتحليل المتطلبات، وملئ الفجوة بين العميل والشركة، وأيضا فهم طبيعة النظام والوظائف الأساسية الداخلية، كما تساعد لغة النمذجة الموحدة (UML) في تصميم نماذج البيانات، وحالات الاستخدام، والنماذج الأخرى.

أهداف النمذجة والتوثيق

• فهم المتطلبات: تساعد عمليات النمذجة، والتحليل الجيد للمتطلبات، وتوثيق تلك المتطلبات في فهم احتياجات المستخدم في النظام المطلوب تنفيذه، وهذا يساعد في إغلاق الفجوة بين العميل والشركة.
• التواصل: تساهم في سهولة تواصل الشركة مع العملاء، والمستخدمين لتحديد تجربة المستخدم، والمطورين من خلال توزيع الأدوار، ومسؤولي الاختبار لمعرفة نتائج اختبارات النظام.
• توضيح الحالات الغامضة: من أصعب العمليات في تطوير أنظمة البرمجيات هي تحليل المتطلبات وفهمها بشكل صحيح، لذا تساعد النمذجة والتحليل الجيد لتلك الاحتياجات في فض الخلافات وتوضيح المعلومات الغير مفهومة.
• تعريف متطلبات البيانات: النمذجة مهمة في حالات تعريف العلاقات الرئيسية للبيانات، والمكونات، وجودة البيانات التي يحتاجها النظام.
• تعريف السلوك: تحديد السلوك المتحرك للنظام، ويتضمن ذلك سير العمل، والعمليات، والتفاعل الداخلي بين المكونات وبعضها.
• تحديد نطاق النظام: معرفة العوامل الرئيسية للنظام، وتفاعل تلك العوامل مع المستخدم، والأنظمة الأخرى، وأجهزة النظام.

عناصر النمذجة الرئيسية

قاموس البيانات Data Dictionary

عبارة عن مستودع يحتوي على وصف للبيانات، ويتم إنتاجه من خلال البرنامج نفسه، كما يعرض البيانات الخاصة بالنظام أو البرنامج، وهو عنصر رئيسي في النمذجة والتوثيق، ويعتبر بمثابة مستودع مركزي يساعد في نمذجة البيانات، وتحديد المتطلبات الخاصة بالبرنامج من ذلك المنظور.

مخطط علاقة الكيان Entity Relationship Diagram (ERD)

يصف العلاقات بين البيانات وبعضها، ويستخدم أيضا في تنفيذ عمليات نمذجة البيانات بشكل مباشر، وفي هذا العنصر يحتوي كل كائن (Object) على مجموعة من الخصائص(Attribute) ، ويعبر الكائن عن الجدول في قاعدة البيانات، وتعبر الخصائص عن الأعمدة، ويعتبر النموذج الرئيسي في إنشاء قواعد البيانات.

مخطط سريان البيانات Data Flow Diagram

تصف العمليات الوظائف التي تحول مجرى سريان البيانات، كما توضح كيفية تحول البيانات من الإدخال إلى الإخراج، كما توفر معلومات قيمة خلال تحليل المعلومات، وتعتبر أساس النمذجة والتوثيق، كما تساعد المطورين في بناء نماذج وظيفية لتقديم حلول قيمة، مثل نماذج الذكاء الإصطناعي التي يتم تغذيتها بالبيانات.

مخطط الحالة الإنتقالية State Transition Diagram

تعرض عدة طرق من حالات النظام المختلفة، كما توضح الإنتقال السلس في النظام من حالة إلى أخرى، وتوفير معلومات عن كيفية تفاعل النظام مع العواقب الخاصة بالأحداث اللاإرادية، ويمكنها وصف السلوك الشامل للنظام من خلال وصف الحالات والأحداث التي تسبب تغير حالة النظام، كما تصف ردود الأفعال بناء على أحداث معينة.

مواصفات التحكم Control Specification

تخزين المعلومات الإضافية عن التحكم في البرمجيات، وهي مؤشر لسلوك النظام عند وقوع حدث ما، ومعرفة العمليات التي تم استدعاؤها نتيجة وقوع ذلك الحدث، كما توفر معلومات أيضا عن العمليات التي تم تنفيذها لمراقبة وإدارة تلك الأحداث ومعرفة سلوكها وإحصائياتها، وتعد من أهم عناصر النمذجة والتوثيق.

مواصفات العملية Process Information

تحتوي على وصف كل وظيفة داخل مخطط سريان البيانات، ومن ضمن ذلك تحدد المدخلات وبعض المعلومات عن تلك المدخلات، وأيضا تحديد الخوارزمية المستخدمة في عملية تحويل المدخلات، والناتج النهائي للعملية، ويمكنك من خلالها معرفة القيود المفروضة في أداء النظام، والتي تنطبق على العمليات، وأيضا قيود التخطيط التي تؤثر على طريقة تنفيذ العملية.

وصف كائن البيانات Data Object Description

توفير المعلومات الكاملة حول الكائنات الرئيسية في مخططات البيانات، وجميع الكائنات في البرنامج، كما تحتوي على بيانات خاصة بالخصائص ومعرفة التفاصيل الداخلية لكل خاصية تظهر في مخطط علاقة الكيان (ERD)، وبالتالي يمكن القول أن هذا العنصر من عناصر النمذجة والتوثيق يتضمن كافة كائنات البيانات وخصائصها.

المبادئ الرئيسية للنمذجة

• التجريد (Abstraction): تتمحور النمذجة حول فصل المكونات المهمة داخل النظام عن التفاصيل الغير مهمة، ومع استبعاد تلك المعلومات الغير قيمة أو ذات المستوى المتدني، يصبح التركيز على الأفكار الهامة، والسلوك، والعلاقات الداخلية أكثر سهولة، كما يساعد المطورين في التركيز على جوانب مهمة وعدم التشتت.
• النمطية (Modularity): النماذج التحليلية في هندسة البرمجيات قادرة على تقسيم النظام إلى وحدات صغيرة يمكن التعامل معها، وأكثر قابلية للإدارة، فيجعل من السهل فهم وتعديل وتقييم النظام عندما تكون كل وحدة مسؤولة عن وظيفة معينة داخل النظام وبالتالي تحقيق التوازن والتكامل في أنظمة البرمجيات.
• التماسك والاتساق (Consistency): التماسك الداخلي لأجزاء النظام، مثل: عناصر النمذجة والتوثيق، ووثائق المتطلبات، ومواصفات التصميم، وكود التنفيذ، ومن خلال منع التعارضات داخل النظام، يساعد التماسك في فهم مطالب أصحاب المصلحة.
• إمكانية التتبع (Traceability): يجب أن تكون عمليات النمذجة والتوثيق قادرة على الارتباط بمكونات المشروع الأخرى حتى تتمكن الأطراف المهتمة من متابعة المتطلبات منذ بدايتها وحتى تنفيذها، طوال دورة حياة تطوير البرمجيات، تساعد إمكانية التتبع في تحليل التأثير، وإدارة التغيير، والتحقق من تغطية المتطلبات.
• الدقة (Precision): من أهداف النمذجة تقديم صورة جيدة عن احتياجات النظام وسلوكياته المختلفة، ومن المهم تنفيذ نماذج دقيقة وصحيحة يمكن الاعتماد عليها، وتساهم الدقة في التقليل من فرص حدوث سوء تفاهم بين أصحاب المصلحة والتنفيذ، ومن المهم عدم وجود فجوة بين هؤلاء لضمان نجاح المشروع.
• فصل الاهتمامات (Separation of Concerns): تساهم النمذجة في فصل النقاط الهامة والمكونات الرئيسية في النظام، على سبيل المثال تهدف النمذجة والتوثيق السلوكي إلى تحديد الوظائف الحركية في النظام، بينما تساهم النمذجة البيانية إلى تعريف العلاقات وهيكلة عناصر البيانات.

مبادئ التوثيق

الكتابة من منظور القارئ

أثناء النمذجة والتوثيق من المهم تذكر الجمهور المستهدف، حيث يساعد التوثيق القارئ في التعلم، والعمل من أجل الفهم والتنفيذ السليم لجميع وظائف البرنامج، وأيضا للأشخاص الذي يريدون التعلم عن البرنامج أكثر بدون الاستخدام.

تجنب التكرار الغير ضروري

تقوم قاعدة البيانات الخلفية بتخين كل جزء من المعلومات كوحدة فردية، ثم تقوم بعرض تلك الوحدات في شكل سياق مختلف، لذا لا يفضل التكرار في محتوى النمذجة والتوثيق، لأن التكرار في أي وقت غير قابل للصيانة ويعتبر من الممارسات السيئة في كتابة التوثيق.

تجنب الغموض

يحتوي التوثيق على كثير من المعلومات التقنية داخل النظام، لذا يجب كتابة كل جزء في التوثيق بوضوح تام ودقة عالية، وتجنب المعلومات المتضاربة والمغالطات المنطقية التي تسبب الارتباك والحيرة للقارئ، على سبيل المثال، استخدام مصطلح واحد في مجموعة مختلفة من السياقات، فلابد من تحديد المعنى الصحيح لتجنب سوء الفهم.

اتباع معايير محددة

للحفاظ على الاحترافية والدقة في كتابة التوثيق لابد من اتباع مجموعة معينة من المبادئ والمعايير والتي يمكنك تحقيقها عن طريق الرجوع إلى وثائق البرامج الأخرى واعتبارها كمرجع رئيسي لكتابة التوثيق، وتساعد تلك المراجع في تنظيم وهيكلة محتوى التوثيق بطريقة سليمة.

من المهم معرفة تلك المبادئ في صناعة البرمجيات، وتعيين موظفين ومطورين على قدرة مناسب من الخبرة التي تساعد الشركة في تقديم تلك الخدمات في شكل يليق بها، ولابد من توعية المطورين بأهمية تلك العناصر بجانب الجزء التقني.