نمذجة النظم Systems Modelling

نمذجة النظم Systems Modelling

في عمليات هندسة وتطوير البرمجيات تأتي نمذجة النظم (Systems Modelling) كعملية أساسية تشرح تصميم وبناء نماذج النظم المعقدة وتفاعلاتها وتفاصيلها. فماذا نعني بنمذجة النظم Systems Modelling..؟! وما أهمية نمذجة النظم في تطوير البرمجيات..؟؟!! ماهي لغة النمذجة الموحدة UML..؟!! وما أشهر نماذج النظم …؟!! وكيف تتكامل نمذجة النظم مع الذكاء الإصطناعي..؟!!

تهدف عملية نمذجة النظم Systems Modelling إلى توضيح هيكل النظام وسلوكه وتفاعلاته بطريقة مفهومة ومنطقية. فتساعد النماذج في فهم النظام بشكل أفضل وتحليله وتصميمه وتوثيقه وتعزيز التواصل بين أعضاء الفريق والأطراف المعنية. وتشمل نمذجة النظم استخدام تقنيات وأدوات مختلفة لإنشاء النماذج. في هذا المقال نتعرف على نمذجة النظم systems modelling.. لنبدأ

في هذا المقال نتعرف على:

• نمذجة النظم Systems Modelling.
• أهمية نمذجة النظم في تطوير البرمجيات.
• لغة النمذجة الموحدة Unified Modelling Language.
• نماذج السياق Context Models.
• نماذج النظم Systems Models.
• النماذج الهيكلية Structural Models.
• النماذج السلوكية Behavioral Models.
• نمذجة النظم والذكاء الإصطناعي.

نمذجة النظم Systems Modelling

نمذجة النظم Systems Modelling هي عملية تطوير نماذج مجردة للنظام، حيث يقدم كل نموذج وجهة نظر أو منظورًا مختلفًا لذلك النظام. أصبحت نمذجة النظام الآن تعني تمثيل نظام باستخدم نوعًا ما من الرموز الرسومية، والتي تعتمد الآن دائمًا تقريبًا على الرموز في لغة النمذجة الموحدة (Unified Modelling Language (UML. و تساعد نمذجة النظام محللي النظم ومهندسي البرمجيات على فهم وظائف النظام كما يتم استخدام هذه النماذج للتواصل مع العملاء.

ويمكن أن تتم عملية نمذجة النظم (Systems Modelling) على لأنظمة الموجودة بالفعل أو الأنظمة الجديدة :

• في الأنظمة الموجودة حالياً يتم استخدام نماذج النظام الحالي (Existing system models) أثناء هندسة المتطلبات فهي تساعد في توضيح ما يفعله النظام الحالي ويمكن استخدامها كأساس لمناقشة نقاط القوة والضعف في النظام. مما يؤدي بعد ذلك إلى دقة أكثر في تحديد المتطلبات للنظام الجديد.
• بينما يتم استخدام النماذج للنظام الجديد (Planned system models) أثناء هندسة المتطلبات للمساعدة في شرح المتطلبات المقترحة لأصحاب المصلحة الآخرين في النظام.

و يستخدم المهندسون هذه النماذج لمناقشة مقترحات التصميم وتوثيق النظام للتنفيذ. في عملية هندسية تعتمد على النمذجة ، حيث من الممكن إنشاء تطبيق كامل أو جزئي للنظام من نمذجة النظام .

و لإنشاء نمذجة للنظام يجب عمل نمذجة للنظام من عدة جهات System Perspectives منها :

• منظور خارجي (External Perspective): نموذج يمكننا من فهم سياق أو بيئة النظام.
• منظور التفاعل (Interaction Perspective): و نعني نمذجة التفاعلات بين النظام وبيئته، أو بين مكونات النظام.
• منظور هيكلي (Structural Perspective): و نعني نمذجة تنظيم النظام أو بنية البيانات التي تتم معالجتها بواسطة النظام.
• منظور سلوكي (Behavioral Perspective): ونعني نمذجة السلوك الديناميكي للنظام وكيفية استجابته للأحداث.

وتتم نمذجة النظم Systems Modelling من خلال نماذج رسومية تعتبر :

• وسيلة لتسهيل المناقشة حول النظام الحالي أو المقترح ، النماذج غير المكتملة وغير الصحيحة في هذه الحالة لا بأس بها لأن دورها هو دعم المناقشة.
• أيضاً تعمل الرسوم البيانية كوسيلة لتوثيق النظام الحالي يجب أن تمثل النماذج تمثيلاً دقيقًا للنظام كما أنها في هذه الحالة ليس من الضروري أن تكون كاملة.
• كما تقدم الرسوم البيانية وصف مفصل للنظام يمكن استخدامه لإنشاء تطبيق وفي هذه الحالة يجب أن تكون النماذج صحيحة وكاملة.

من بين التقنيات الشائعة في نمذجة النظم:

• لغات النمذجة: تشمل لغات مثل UML (Unified Modelling Language) وSysML (Systems Modelling Language) ومجموعة واسعة من الرموز والمخططات للتعبير عن هيكل النظام وسلوكه وتفاصيله. توفر هذه اللغات مفاهيم ومبادئ موحدة للنمذجة وتسمح بتوصيف مختلف جوانب النظام.
• مخططات البيانات: تستخدم لتوضيح هيكل البيانات والعلاقات بينها في النظام. تشمل مخططات قواعد البيانات مثل مخططات ER (Entity-Relationship) ومخططات الكائنات وغيرها . (تعرف اكثر في مقال عن ER Model)
• مخططات التدفق Flowchart: تستخدم لتوضيح تسلسل العمليات والتدفقات في النظام. تشمل مخططات تدفق البيانات ومخططات تدفق العمليات ومخططات التوقيت.

تعتبر نمذجة النظم Systems Modelling خطوه مهمة في هندسة البرمجيات وتطوير النظم المعقدة حيث  تساعد في تحليل وتصميم النظم وفهمها وتوثيقها وتحقيق التواصل بين الفرق المختلفة، كما تعزز نماذج النظم الفهم المشترك للنظام وتسهل التعاون والتنسيق بين المهندسين والمطورين والمستخدمين والعملاء.

أهمية نمذجة النظم في تطوير البرمجيات

لنمذجة النظم أهمية كبيرة في هندسة وتطوير البرمجيات ، فيما يلي بعض جوانب الأهمية لنمذجة النظم في تطوير البرمجيات:

• توثيق شامل: تعتبر النماذج وسيلة فعالة لتوثيق النظام المراد تطويره. توفر النماذج وصفًا تفصيليًا للهيكل والسلوك والتفاعلات والعلاقات في النظام. يمكن استخدام نماذج النظام  كمرجع للمطورين وفرق الدعم وفرق الاختبار لفهم المتطلبات والتصميمات والتغييرات المطلوبة في النظام.
• فهم أفضل للنظام: تساعد نماذج النظام (ٍSystem Models) على فهم أفضل للنظام المراد تطويره. توفر واجهة بصرية ومفهومية لفهم هيكل النظام وسلوكه وتفاصيله. يمكن للفريق المطور وأطراف العملاء والمستخدمين استخدام النماذج لمشاركة وتوضيح الأفكار والمتطلبات والتصورات المختلفة حول النظام.
• تعزيز التعاون والتواصل: تمكن نماذج النظام التواصل والتعاون الفعال بين الفرق المختلفة في تطوير البرمجيات. توفر النماذج واجهة مشتركة للتفاهم والمناقشة بين المهندسين والمطورين وفرق الاختبار والعملاء. يمكن استخدام النماذج لتوضيح المتطلبات والتوقعات و تحقيق تفاهم أفضل بين جميع الأطراف.
• تحليل وتصميم فعال: تساعد نمذجة النظام في تحليل وتصميم النظام بشكل فعال. يمكن استخدام النماذج لتحليل الاحتياجات وتحديد المكونات وتصميم هيكل النظام وتوضيح التفاصيل الدقيقة. تساعد النماذج أيضًا في اكتشاف الثغرات والمشاكل المحتملة في تصميم النظام وتساعد في اتخاذ قرارات تصميم مستنيرة.
• إعادة استخدام النظام: يمكن استخدام النماذج في إعادة استخدام النظام أو بعض مكوناته في مشاريع أخرى. تعمل النماذج كمستوى عالٍ من التجريد والتوصيف المستقل عن التفاصيل التقنية المحددة. بالتالي، يمكن توليد النظام المستهدف أو بعض مكوناته من النماذج الموجودة بالفعل، مما يسهم في تقليل تكلفة وجهد تطوير البرمجيات.

ببساطة تساهم نمذجة النظم في تطوير البرمجيات بتحسين فهم النظام، وتوثيقه بشكل شامل، وتحليل وتصميم فعال، وتعزيز التعاون والتواصل، وإمكانية إعادة استخدام النظام. هذه العوامل تساهم في تحسين جودة البرمجيات وزيادة كفاءة عملية التطوير وتقليل المخاطر والأخطاء.

لغة النمذجة الموحدة Unified Modelling Language

لغة النمذجة الموحدة (Unified Modelling Language أو UML) هي لغة قياسية تستخدم لنمذجة النظم في هندسة البرمجيات فتستخدم لتوصيف وتصميم النظم المعقدة. تعتبر لغة النمذجة الموحدة UML أداة قوية لوصف وتوثيق العديد من جوانب النظم، مثل هيكل النظام، وسيناريوهات الاستخدام، وتدفقات العمل، والتفاعلات بين الكائنات. يمكن استخدام لغة UML في جميع مراحل تطوير البرمجيات، بدءًا من تحليل المتطلبات وصولاً إلى تصميم النظام وتوثيقه.

وتعد لغة UML أداة هامة للتواصل وتوثيق مفاهيم ومتطلبات النظام بين أعضاء فريق التطوير وأصحاب المصلحة المختلفين.من خلال استخدام UML، يمكن لفريق التطوير توثيق تصميم النظام بشكل موحد وتواصل أفضل بين أعضاء الفريق. يمكن أيضًا استخدام UML لتحليل وتحسين النظم القائمة وتوثيق التغييرات المستقبلية المطلوبة.

تجدر الإشارة إلى أن UML ليست لغة برمجة بذاتها، بل هي لغة رسومية تستخدم لتوصيف وتصميم النظم. وبالتالي، يمكن تحويل مخططات UML إلى تنفيذ برمجي عبر استخدام أدوات تحويل النماذج (Model Transformation Tools) أو إطارات العمل (Frameworks) المستندة إلى UML.

و تتكون UML من مجموعة من الرموز والمفاهيم التي تستخدم في نمذجة النظم حيث تسمح بتصميم وتحليل النظم بشكل منظم وقابل للفهم. تشمل هذه الرموز الكائنات (Objects)، الكلاسات (Classes)، العلاقات (Relationships)، الحالات (States)، الأنشطة (Activities)، والمخططات (Diagrams) البيانية المختلفة مثل:

• مخططات الأنشطة (Activity diagrams): التي توضح الأنشطة المتضمنة في عملية ما أو في معالجة البيانات.
• مخططات حالات الاستخدام (Use case diagrams): التي توضح التفاعلات بين النظام وبيئته.
• مخططات التسلسل (Sequence diagrams): والتي توضح التفاعلات بين الجهات الفاعلة والنظام وبين مكونات النظام.
• الرسوم البيانية للفئات (Class diagrams): والتي توضح فئات الكائنات في النظام والارتباطات بين هذه الفئات.
• مخططات الحالة (State diagrams): والتي توضح كيفية تفاعل النظام مع الأحداث الداخلية والخارجية.

نماذج السياق Context models

في نمذجة النظم يشير مصطلح "Context Model" إلى نموذج السياق أو النموذج السياقي. يستخدم هذا النموذج في هندسة البرمجيات لتحديد ووصف السياق العام للنظام المراد تطويره. يهدف نموذج السياق إلى توضيح العناصر الخارجية التي تتفاعل مع النظام وتؤثر عليه. يتم تحديد هذه العناصر الخارجية بشكل عام وعرضها في سياق النظام، مما يساعد على توضيح الحدود والتفاعلات المتوقعة للنظام مع المكونات الخارجية.

ببساطة تُظهر نماذج السياق (Context models) الأنظمة الفرعية في للنظام واحد، وليس كيفية استخدامها في النظام الذي يتم تطويره. فتوضح نماذج السياق كيفية وضع النظام الذي يتم تصميمه في بيئة بها أنظمة وعمليات أخرى. فيما يلي مثال يوضح طريقة عمل نموذج إطار عمل لنظام لمستشفى :

يعمل نموذج السياق كمدخل هام لتحديد متطلبات النظام وتحليل المخاطر وتصميم النظام. ويمكن أن يشمل نموذج السياق العناصر التالية:

• المستخدمين أو الأطراف المعنية: الأفراد أو المجموعات التي تتفاعل مع النظام أو تستفيد منه.
• النظم الأخرى: الأنظمة الخارجية التي تتواصل مع النظام المراد تطويره.
• البيئة الفيزيائية: العوامل البيئية التي قد تؤثر على تصميم وأداء النظام، مثل الشبكات والأجهزة والبنية التحتية.
• العمليات الخارجية: العمليات أو الأحداث التي تحدث في السياق الخارجي وتؤثر على سلوك النظام.

يتم تمثيل نموذج السياق عادةً في شكل رسم بياني مبسط يوضح العناصر الخارجية والعلاقات بينها والنظام المراد تطويره. يعمل هذا النموذج كأداة هامة لتوثيق فهم النظام وتواصل الفريق المطور مع أصحاب المصلحة.

إن نموذج السياق هو عرض تجريدي لنظام يتجاهل تفاصيل النظام. يمكن تطوير نماذج النظام التكميلي لإظهار سياق النظام وتفاعلاته وبنيته وسلوكه. فمن خلال تحليل السياق وتوثيقه بواسطة نموذج السياق، يتم تحديد مجال النظام وتحديد الحدود الواضحة للتصميم وتحليل الاعتبارات اللازمة لضمان تفاعل ناجح وفعّال للنظام مع العناصر الخارجية.

نماذج النظم System Models

تكلمنا في مقال عن هندسة البرمجيات  عن تصنيف نماذج النظم (أو مخططات النظم)  في أشكال متعددة  ولكن في المجمل يمكن أن تُصنف الى فئتين هما المخططات أو النماذج الهيكلية ( Structural Models أو Structural Diagrams) والمخططات أو النماذج السلوكية ( Behavioral Models أو Behavioral Diagrams) كلا النوعان من الرسوم البيانية المستخدمة في UML (لغة النمذجة الموحدة) ويتم استخدام كلا النوعين من الرسوم البيانية لنمذجة جوانب مختلفة من النظام، إلا أنهما يخدمان أغراضًا مختلفة ويركزان على جوانب مختلفة من النظام. فيما يلي أهم الفروق بينهما :

وجهه الاختلاف	النماذج الهيكلية (Structural Models)	النماذج السلوكية (Behavioral Models)
الغرض	إظهار البنية (الهيكلة) الثابتة (Static structure) للنظام.	تمثيل السلوك الديناميكي للنظام .
التركيز	تركز على مكونات النظام (components) والفئات (Classes ) والعلاقات بينها .	تركز على تصوير التفاعل بين مكونات والفئات في النظام.
العناصر	الفئات Classes و الكائنات Objects و الواجهات Interfaces وعلاقاتهم.	الأنشطة Activities و الحالات States و الرسائل Messages والأحداث Events وتفاعلاتها.
الوقت	مستقلة عن الزمن، لأنها تصور بنية النظام في لحظة محددة.	تعتمد على الوقت، حيث تصف كيفية تصرف النظام مع مرور الوقت.

فيما يلي شرح للنماذج المستخدمة في نمذجة النظم ….

النماذج الهيكلية Structural Models

عند نمذجة النظم System Modelling بواسطة UML (لغة النمذجة الموحدة) تمثل المخططات الهيكلية البنية الثابتة للنظام لهذا تسمى بـ Static Diagram وهي تصور مكونات النظام وعلاقاتها. تُستخدم المخططات الهيكلية لتصور التنظيم والتكوين والعلاقات بين العناصر المختلفة في النظام.

كما أن النماذج الهيكلية (Structural Models) في هندسة البرمجيات هي نماذج تهدف إلى وصف هيكل النظام المراد تطويره. تعتبر هذه النماذج أدوات هامة لتحليل وتصميم النظام، حيث يتم استخدامها لتمثيل المكونات الأساسية للنظام والعلاقات بينها.

وتعرض النماذج الهيكلية للبرمجيات تنظيم النظام من حيث المكونات التي تشكل هذا النظام والعلاقات فيما بينها.

من الأمثلة على النماذج الهيكلية Structural models في نمذجة النظم:

• مخطط الفئة Class Diagram.
• مخطط الكائن Object Diagram.
• مخطط المكونات Components Diagram.
• مخطط الحزمة Package Diagram.
• مخطط النشر Deployment Diagram.

الرسوم البيانية للفئات Class Diagrams

في نمذجة النظم تعتبرالرسوم البيانية أو مخططات الفئات (Class Diagrams) من أهم النماذج الهيكلية. تستخدم لتوضيح التركيب الداخلي للنظام من خلال تحديد الفئات Classes و الكائنات Objects والعلاقات بينها. تعرض مخططات الفئات الخصائص والعمليات التي يمكن تنفيذها.

تُستخدم مخططات الفئات Class Diagrams عند تطوير نموذج نظام موجه للكائنات (object-oriented system ) (المزيد في مقال عن البرمجة الموجهة للكائنات OOP) لإظهار الفئات (Classes) في النظام والارتباطات بين هذه الفئات. ويظهر الشكل التالي الفئات الممكنة للنظام مستشفى والعلاقات بينها كما نرى الخصائص والوظائف الممكنة لأحد الفئات:

مخطط الكائن Object Diagram

في نمذجة النظم تصور مخططات الكائن (Object Diagrams) نموذج محدد للنظام في وقت معين. توضح مخططات الكائن الكائنات الفعلية والعلاقات بينها في نقطة زمنية معينة، مما يساعد على فهم كيفية تفاعل الكائنات المختلفة في النظام.

يمكن الإشارة إلى مخطط الكائن على أنه لقطة شاشة للكائنات Objects الموجودة في النظام والعلاقة بينها.و تعد الرسوم البيانية للكائنات حيوية لتصوير وفهم المتطلبات الوظيفية للنظام. بمعنى آخر، "مخطط الكائن في لغة النمذجة الموحدة (UML)، هو رسم تخطيطي يُظهر عرضًا كاملاً أو جزئيًا لبنية النظام المُصمم في وقت محدد.

مخطط المكونات Components Diagram

عند نمذجة النظم (ٍSystem Modelling) تُستخدم مخططات المكونات Components Diagram لتمثيل كيفية تنظيم المكونات المادية في النظام. نحن نستخدمها لنمذجة تفاصيل التنفيذ. فمخططات المكونات تصور العلاقة الهيكلية بين عناصر نظام البرمجيات وتساعدنا في فهم ما إذا كانت المتطلبات الوظيفية قد تمت تغطيتها من خلال التطوير المخطط له. 

تصبح مخططات المكونات ( Components Diagram) ضرورية للاستخدام عندما نقوم بتصميم وبناء أنظمة معقدة. كما يتم استخدام الواجهات (Interfaces) بواسطة مكونات النظام للتواصل مع بعضها البعض.

مخطط الحزمة Package Diagram

في نمذجة النظم يأتي مخطط الحزمة (Package Diagram) كأحد أنواع مخططات لغة النمذجة الموحدة (UML) والمستخدم بشكل أساسي لتمثيل المؤسسة وبنية النظام في شكل حزم (Packages). حيث يتم استخدام الحزمة كحاوية لتنظيم العناصر الموجودة في النظام في وحدة أكثر قابلية للإدارة. فمن المفيد جدًا تمثيل بنية النظام وتصميمه كوحدة متماسكة وبطريقة موجزة.

ويستخدم مخطط الحزمة Package Diagram  لتنظيم وتنظيم المكونات البرمجية في مجموعات أكبر تسمى حزم. توضح مخططات الحزمة العلاقات الهيكلية بين الحزم والتبعية بينها، مما يساعد على إدارة التعقيد وتنظيم النظام.

مخطط النشر Deployment Diagram

في نمذجة النظم تستخدم مخططات التوالد أو النشر (Deployment Diagrams) لتمثيل أجهزة النظام وبرامجه. فهي تخبرنا بمكونات الأجهزة الموجودة ومكونات البرامج التي تعمل عليها. وتوضح بنية النظام كتوزيع عناصر البرامج على الأهداف الموزعة. كما يتم استخدامها بشكل أساسي عند استخدام البرنامج أو توزيعه أو نشره على أجهزة متعددة بتكوينات مختلفة.

إذن مخططات النشر Deployment Diagrams تستخدم لتوضيح كيفية توزيع المكونات البرمجية والأجهزة الفيزيائية في النظام. مثلاً تعرض مخططات النشر العلاقات بين الخوادم والأجهزة والبرامج والاتصالات بينها.

النماذج السلوكية Behavioral Models

في نمذجة النظم (System Modelling) تمثل النماذج السلوكية (Behavioral Model) مخططات الـ UML  التي تعبر عن السلوك الديناميكي (Dynamic behavior) للنظام لهذا نجد أنها تسمى (Dynamic Models) . وهي تصف كيفية تفاعل مكونات النظام مع بعضها البعض وكيف يستجيب النظام للمحفزات الخارجية. ولهذا تعرف أيضاً بـ (نماذج التفاعل Interaction models) تُستخدم المخططات السلوكية لتصور سلوك النظام بمرور الوقت.

بما أن النماذج السلوكية تستخدم لوصف السلوك الديناميكي للتنفيذ النظام فيمكن صياغة هذا السلوك من منظور البيانات التي يعالجها النظام، أو من خلال الأحداث التي تحفز الاستجابات من النظام بحيث يمكن اعتبار هذه المحفزات على نوعين:

• البيانات : تصل بعض البيانات التي يجب معالجتها بواسطة النظام.
• الأحداث : تحدث بعض الأحداث التي تؤدي إلى معالجة النظام وقد يكون للأحداث بيانات مرتبطة بها.

النمذجة المعتمدة على البيانات Data-driven modeling

العديد من أنظمة الأعمال هي أنظمة معالجة البيانات التي تعتمد بشكل أساسي على البيانات. ويتم التحكم فيها عن طريق إدخال البيانات إلى النظام، مع معالجة قليلة نسبيًا للأحداث الخارجية. تُظهر النماذج المبنية على البيانات تسلسل الإجراءات المتضمنة في معالجة بيانات الإدخال وإنشاء مخرجات مرتبطة بها. إنها مفيدة بشكل خاص أثناء تحليل المتطلبات حيث يمكن استخدامها لإظهار المعالجة الشاملة في النظام.

النمذجة المستندة إلى الأحداث Event-driven modeling

غالبًا ما تعتمد أنظمة الأحداث على الوقت الفعلي مع الحد الأدنى من معالجة البيانات. على سبيل المثال، يستجيب نظام تبديل الهاتف الأرضي لأحداث مثل "فصل جهاز الاستقبال" عن طريق توليد نغمة اتصال. تُظهر النمذجة المستندة إلى الأحداث كيفية استجابة النظام للأحداث الخارجية والداخلية. ويستند إلى افتراض أن النظام لديه عدد محدود من الحالات وأن الأحداث (المحفزات) قد تسبب الانتقال من حالة إلى أخرى.

ببساطة إن النماذج السلوكية Behavioral Models في نمذجة النظم  تصف نمذجة تفاعل المستخدم مع النظام وتفاعل النظام مع الأنظمة الأخرى وهو أمرًا مهمًا لأنه يساعد في تحديد المتطلبات. كما إن نمذجة التفاعل بين النظام ونظام يسلط الضوء على مشاكل الاتصال التي قد تنشأ.أيضأً تساعدنا نماذج التفاعل Interaction models على فهم ما إذا كان من المحتمل أن توفر بنية النظام المقترحة و أداء النظام المطلوب والاعتمادية.

أمثلة على النماذج السلوكية Behavioral Modelling

من الأمثلة على النماذج السلوكية Behavioral Models في نمذجة النظم :

• مخططات حالات الاستخدام Use Case Diagrams.
• مخططات التسلسل أو التتابع Sequence Diagrams.
• مخططات الحالة State Diagrams.
• مخططات الأنشطة Activity Diagrams.

مخططات حالات الاستخدام Use Case Diagrams

في نمذجة النظم systems modelling يتم تطوير حالات الاستخدام (Use Case Diagrams) في الأصل لدعم استنباط المتطلبات وتم دمجها الآن في UML. وتمثل كل حالة استخدام (Use Case) مهمة منفصلة تتضمن تفاعلًا خارجيًا مع النظام. قد يكون الجهات الفاعلة (Actors) في حالة الاستخدام أشخاصًا أو أنظمة أخرى. و يتم تمثيلها بشكل تخطيطي لتقديم نظرة عامة على حالات الاستخدام وفي شكل نصي أكثر تفصيلاً.

إن مخططات حالة الاستخدام Use Case Diagrams تُستخدم لتصوير وظائف النظام أو جزء من النظام. يتم استخدامها على نطاق واسع لتوضيح المتطلبات الوظيفية للنظام وتفاعله مع العوامل الخارجية (الجهات الفاعلة). حالة الاستخدام هي في الأساس رسم تخطيطي يمثل سيناريوهات مختلفة حيث يمكن استخدام النظام. يمنحنا مخطط حالة الاستخدام رؤية عالية المستوى لما يفعله النظام أو جزء منه دون الخوض في تفاصيل التنفيذ.

إذن توضح الـ Use Case Diagrams السيناريوهات المختلفة لاستخدام النظام. تعرض مخططات الحالات الممكنة والتفاعلات بين الممثلين (المستخدمين) والنظام، وتساعد في تحديد متطلبات النظام وتوثيق التفاعلات المتوقعة. فيما يلي مثال على حالات الاستخدام التي يمكن أن يقوم بها موظف الإستقبال مستشفى:

يمكن أن تأخذ حالات الاستخدام شكل نصي أكثر تفصيلاً مثلاً سيكون الوصف مهمة نقل البيانات (Transfer data) لموظف الاستقبال في مستشفى كتالي :

المخططات التسلسلية Sequence Diagrams

في نمذجة النظم Systems modelling تعد مخططات التسلسل (Sequence Diagrams) من مخططات الـ UML وتستخدم لنمذجة التفاعلات بين الجهات الفاعلة الـ Actors والكائنات Objects داخل النظام.  بحيث يُظهر مخطط التسلسل أو التتابع تسلسل التفاعلات التي تحدث أثناء حالة استخدام معينة (use case) .

فمخطط التسلسل Sequence Diagram يستخدم لوصف سلسلة التفاعلات الزمنية بين الكائنات (Objects) المختلفة في النظام. كما تعرض مخططات التتابع التواصل والترتيب الزمني للرسائل والعمليات بين الكائنات، وتساعد على فهم تسلسل الأحداث وتدفق المعلومات في النظام. بحيث يتم إدراج الأشياء والجهات الفاعلة المعنية على طول الجزء العلوي من الرسم التخطيطي، مع رسم خط منقط عموديًا منها .تتم الإشارة إلى التفاعلات بين الكائنات بواسطة الأسهم المشروحة.

فيما يلي نموذج مخطط تسلسلي Sequence Diagram لعملية عرض معلومات المريض (view patient info) التي يقوم بها موظف الاستقبال:

ببساطة يصور مخطط التسلسل التفاعل بين الكائنات بترتيب تسلسلي، أي الترتيب الذي تحدث به هذه التفاعلات. يمكننا أيضًا استخدام مصطلحات مخططات الأحداث (Event diagrams ) أو سيناريوهات الأحداث (Event scenarios)  للإشارة إلى مخطط التسلسل. تصف المخططات التسلسلية كيف وبأي ترتيب تعمل الكائنات في النظام. ويتم استخدام هذه المخططات على نطاق واسع من قبل رجال الأعمال ومطوري البرامج لتوثيق وفهم متطلبات الأنظمة الجديدة والحالية.

مخططات الحالة State Diagrams

عند نمذجة النظم يتم استخدام مخطط الحالة (ٍState Diagram) لتمثيل حالة النظام أو جزء منه في حالات زمنية محدودة. إنه مخطط سلوكي ويمثل السلوك باستخدام انتقالات الحالة المحدودة. و يُشار إلى مخططات الحالة أيضًا باسم أجهزة الحالة (State machines) ومخططات مخطط الحالة (State-chart Diagrams).غالبا ما تستخدم هذه المصطلحات بالتبادل. وببساطة، يتم استخدام مخطط الحالة لنمذجة السلوك الديناميكي للفصل استجابةً للوقت والمحفزات الخارجية المتغيرة.

ببساطة يستخدم الـ State Diagram لوصف سلوك النظام وتفاعله مع المدخلات وتغيير حالته وتعرض مخططات الحالة الحالات المختلفة التي يمكن أن يكون فيها النظام والتحولات بينها واستجابته للأحداث.

مخططات الأنشطة Activity Diagrams

في نمذجة النظم (System Modelling) نستخدم مخططات النشاط (Activity Diagrams) لتوضيح تدفق التحكم في النظام. يمكننا أيضًا استخدام مخطط النشاط للإشارة إلى الخطوات المتضمنة في تنفيذ حالة الاستخدام. نحن نصمم الأنشطة المتسلسلة والمتزامنة باستخدام الرسوم البيانية للأنشطة. لذلك، فإننا نصور بشكل أساسي سير العمل بشكل مرئي باستخدام مخطط النشاط (Activity Diagram) و يركز مخطط النشاط على حالة التدفق والتسلسل الذي يحدث فيه ففي مخطط النشاط نحن نصف أو نصور أسباب حدث معين.

إذن يتم استخدام مخططات الأنشطة  Activity Diagrams لتصور تدفق العمليات والأنشطة في النظام، كما توضح مخططات الأنشطة التسلسل الزمني للأنشطة والتحكم في التدفق بينها وتفاصيل العمليات المختلفة.

نمذجة النظم والذكاء الإصطناعي

تطورت نمذجة النظم (Systems Modelling) بشكل كبير في العقود الأخيرة بفضل تقدم التكنولوجيا والذكاء الاصطناعي. يتيح الذكاء الاصطناعي إمكانية تحليل البيانات واستخلاص الأنماط واتخاذ القرارات بناءً على تلك الأنماط. وتتكامل نمذجة النظم مع الذكاء الاصطناعي مما يوفر فرصًا هائلة لفهم وتحسين الأنظمة المعقدة وتقديم حلول مبتكرة. فيما يلي بعض الطرق التي يتم فيها دمج نمذجة النظم والذكاء الاصطناعي:

• تحليل البيانات: يمكن استخدام تقنيات الذكاء الاصطناعي مثل التعلم الآلي وتعلم الآلة وتعلم العمق لتحليل البيانات المتاحة من النظام واستخلاص الأنماط والتصورات الهامة. يمكن استخدام هذه الأنماط لتحسين النماذج الموجودة وتوفير رؤى قيمة لفهم النظام بشكل أفضل.
• محاكاة النظم: يمكن استخدام الذكاء الاصطناعي لتطوير نماذج تفاعلية ومحاكاة النظم. يمكن استخدام تقنيات مثل الواقع الافتراضي والواقع المعزز والنمذجة المعتمدة على الوكيل لإنشاء بيئات افتراضية تسمح بمحاكاة سلوك النظام واختبار سيناريوهات مختلفة قبل تنفيذها في الواقع. هذا يساعد في تقليل المخاطر وتحسين أداء النظام.
• تحسين التنبؤات واتخاذ القرارات: يمكن استخدام الذكاء الاصطناعي لتطوير نماذج قادرة على تحسين التنبؤات واتخاذ القرارات. يمكن استخدام البيانات التاريخية وتقنيات التعلم الآلي لتدريب نماذج توفر تنبؤات دقيقة وتساعد في اتخاذ القرارات الاستراتيجية والتكتيكية.
• تحسين تصميم النظام: يمكن استخدام الذكاء الاصطناعي لتحسين تصميم النظام المستقبلي. يمكن استخدام تقنيات التعلم الآلي والتحسين الذاتي لتطوير نماذج تلتقط الخصائص المهمة للنظام وتقدم تصميمًا محسنًا وفعالًا.
• توفير تجربة مستخدم محسنة: يمكن استخدام الذكاء الاصطناعي لتحليل سلوك المستخدمين وتوفير تجربة مستخدم محسنة في النظام. يمكن استخدام تقنيات التعلم الآلي وتعلم الآلة لفهم تفضيلات المستخدمين وتوفير توصيات وتجربة شخصية تتناسب مع احتياجاتهم.

إن تكامل نمذجة النظم مع الذكاء الاصطناعي يتيح فرصًا مذهلة لتحسين فهم النظام وتحليله وتصميمه واختباره وتحسين أدائه. يمكن استخدام تقنيات الذكاء الاصطناعي لاستخلاص الأنماط واتخاذ القرارات الذكية وتحسين تصميم النظام وتوفير تجربة مستخدم محسنة.

إن نمذجة النظم (Systems Modelling) توفر لنا النماذج السلوكية والهيكلية كوسيلة لتصور وتحليل هيكل وسلوك النظام، بينما يمكن للذكاء الاصطناعي تعزيز عملية نمذجة النظم وتحسين الأداء واتخاذ القرارات الذكية. مع تطور التكنولوجيا، ستستمر نمذجة النظم والذكاء الاصطناعي في أن تكون مجالين حيويين لتحسين النظم وتقديم حلول مبتكرة في جميع المجالات. من خلال استخدام تقنيات النمذجة والذكاء الاصطناعي، يمكننا أن نتطلع إلى مستقبل أكثر ذكاءً وفهمًا للنظم المعقدة التي تحيط بنا.