أساسيات هندسة البرمجيات ومنهجيات التطوير

 

 

 

 

 

هندسة البرمجيات هي دراسة تفصيلية لتصميم، وبرمجة، وتطوير، وصيانة المنتجات البرمجية، وتهدف إلى معالجة المشكلات المتعلقة بجودة البرامج وتجاوز الجداول الزمنية للتطوير. وتعتمد أساساً على فكرة أن البرمجيات هي منتج يتم تصميمه وبناؤه بواسطة مهندسين يستخدمون طرقاً فعالة لضمان تلبية احتياجات العملاء وسهولة الاستخدام.

العناصر الأساسية لهندسة البرمجيات

تتكون هندسة البرمجيات من عدة تخصصات وعناصر متكاملة تضمن نجاح المشروع البرمجي:

• متطلبات البرمجيات (Software Requirements): عملية تحديد وتعريف الحلول البرمجية لمجموعة من المشكلات، وتتضمن قائمة المواصفات التي يجب أن يلتزم بها البرنامج.
• تصميم البرمجيات (Software Design): يتضمن التصميم البياناتي (Data Design) والتصميم الإجرائي (Procedural Design) لضمان تنفيذ خصائص التصميم في لغة البرمجة المستخدمة.
• برمجة البرمجيات (Software Programming): تشمل استخدام أدوات التطوير والمترجمات لتحويل التصاميم إلى أكواد برمجية فعلية، مثل استخدام لغة C++ التي توفر مرونة وقوة في الأداء.
• إدارة تكوين البرمجيات (SCM): توفر إطار عمل لتحديد العناصر البرمجية، والتحكم في التغييرات، وتتبع الحالة لضمان رؤية واضحة وتطور منتظم للبرنامج.

دورة حياة تطوير البرمجيات (SDLC)

تقسم هندسة البرمجيات عملية التطوير إلى مراحل متميزة لتحسين البرمجة والتصميم، وهو ما يُعرف بـ دورة حياة تطوير البرمجيات. وتتضمن هذه الدورة:

1. التخطيط (Planning): تقدير الوقت والجهد والموارد اللازمة لبناء المنتج البرمجي.
2. التحليل والتصميم: دراسة المشكلات وتصميم الحلول المناسبة.
3. التنفيذ والاختبار: كتابة الكود وإجراء اختبارات الوحدة والتكامل لكشف العيوب [33، 63].
4. الصيانة: إجراء التغييرات اللازمة على البرمجيات طوال فترة حياتها لتصحيح العيوب أو تحسين الأداء [27، 31].

الجودة والتحقق (Verification and Validation)

تعد عمليات الجودة ركيزة أساسية في هندسة البرمجيات لضمان مطابقة المنتج للمواصفات:

• التحقق (Verification): يركز على سؤال: "هل نبني المنتج بشكل صحيح؟"، أي التأكد من مطابقة المنتج لمواصفات التصميم.
• التثبت (Validation): يركز على سؤال: "هل نبني المنتج الصحيح؟"، أي التأكد من أن المنتج يلبي احتياجات وتوقعات المستخدم النهائي.
• مراجعات الأقران (Peer Reviews): ممارسات منضبطة لاكتشاف وتصحيح العيوب في مراحل مبكرة من التطوير.

 

منهجيات التطوير والأدوات

تعتمد هندسة البرمجيات على مجموعة من المنهجيات (Methodologies) التي تهدف إلى تنظيم عملية التطوير وتحسين الجودة. تُقسم هذه العمليات إلى مراحل متميزة لتحسين البرمجة والتصميم، وتُعرف باسم دورة حياة تطوير البرمجيات.

فيما يلي شرح مفصل للمنهجيات والأطر التي ذُكرت سابقاً بناءً على المصادر:

1. منهجية الأجايل (Agile Methodology)

تُعد من أكثر المنهجيات شيوعاً في الوقت الحالي، وهي تعتمد على النهج التكراري والتدريجي في تسليم البرمجيات.

• المبدأ الأساسي: التركيز على التسليم المبكر والمستمر لبرمجيات ذات قيمة، بدلاً من محاولة تسليم المنتج كاملاً في النهاية.
• المرونة: تسمح هذه المنهجية بدمج أنشطة المتطلبات والتصميم معاً، مما يمنح الفريق مرونة عالية للتعامل مع التغييرات المستمرة في بيئة العمل.
• اجتماعات السكروم (Scrum): تعتبر الاجتماعات اليومية (Daily Scrum) سمة أساسية في الأجايل، حيث يتبادل أعضاء الفريق ما تم إنجازه وما سيتم العمل عليه لاحقاً لضمان التقدم نحو الأهداف.

2. النموذج الشلالي (Waterfall Model)

هو النهج التقليدي أو التقلصيدي لتطوير البرمجيات، ويتميز بكونه منهجاً خطياً متسلسلاً.

• الآلية: تتطلب هذه المنهجية إكمال المتطلبات بالكامل قبل الانتقال إلى مرحلة البرمجة والتصميم.
• الاستخدام: يُستخدم عادة في المشاريع التي تكون متطلباتها واضحة وثابتة منذ البداية، حيث لا تبدأ مرحلة إلا بعد انتهاء المرحلة التي تسبقها.

3. التطوير التكراري والتدريجي (Iterative & Incremental)

يركز هذا النموذج على بناء البرمجيات عبر دورات متكررة بدلاً من بنائها دفعة واحدة.

• الآلية: يتم تنفيذ مراحل المتطلبات والتصميم والبرمجة في كل دورة (Increment)، مما يسمح بتطوير المنتج تدريجياً.
• الميزة: يساعد هذا النهج في اكتشاف المشكلات مبكراً وتطوير الحلول البرمجية لمجموعة من المشكلات بشكل تدريجي.

4. النماذج الأولية (Prototyping)

تعتمد هذه المنهجية على بناء نسخ مبسطة أو أولية من التطبيق البرمجي قبل البدء في التطوير الفعلي الكامل.

• الهدف: مساعدة العميل على تصور المنتج النهائي وتقديم ملاحظاته في وقت مبكر.
• الفاعلية: تساهم هذه النماذج في تحسين فهم المتطلبات وتقليل المخاطر المرتبطة بسوء الفهم بين المطورين والعملاء.

5. إطار عمل CMMI (تكامل نموذج نضج القدرات)

على الرغم من كونه إطار عمل لتحسين العمليات أكثر من كونه منهجية برمجة، إلا أنه يلعب دوراً حاسماً في تنظيم هندسة البرمجيات.

• الهدف: يجمع CMMI بين أفضل الممارسات لمساعدة الشركات والمؤسسات على تحسين العمليات وتطوير المنتجات لضمان تلبية احتياجات العملاء.
• مستويات النضج: يتكون النموذج من خمسة مستويات تبدأ من "الأولي" (Initial) وتصل إلى "المحسن" (Optimizing)، حيث يتم تقييم مدى نضج العمليات الإدارية والتقنية داخل المؤسسة.
• المجالات الرئيسية: يغطي مجالات مثل إدارة المتطلبات، وتخطيط المشاريع، وإدارة تكوين البرمجيات (SCM)، وضمان جودة العمليات والمنتجات (PPQA).

 

 المرجع : 

Boyd L. Summers (2020).  Effective Methods For Software Engineering.  Link