قصة محلل الفروقات
القاعدة الأولى لهامينج في هندسة الأنظمة: إذا قمت بتحسين المكونات فمن المحتمل أن تدمر أداء النظام.
يوضح ذلك بقصة من عمله الخاص. كان يقوم بتشغيل محلل فروقات؛ جهاز كمبيوتر تناظري كان يحل المعادلات التفاضلية بواسطة التكامل الميكانيكي. نما الطلب، لذلك تم طلب وحدة ثانية، لتكون متصلة بالأولى بحيث يمكن لكليهما أن تعمل بشكل منفصل أو معاً.
المهندسون، فخورون بحرفتهم، قاموا بتحسين المكبرات في الوحدة الجديدة. أصر هامينج: أي تحسين يجب ألا يتداخل مع عملية النظام الكلية. في يوم القبول، أجرى الاختبار الكلاسيكي: حل y'' + y = 0، ارسم y مقابل y'، توقع دائرة مثالية. فشل فوراً.
السبب: المكبرات المحسّنة سحبت تياراً أكثر من خلال دائرة التأريض. التأريض غير الكافي، الذي كان يعمل بشكل جيد مع المكبرات الأصلية، سمح الآن للتيارات الكهربائية المتسربة بالاقتران بين الأنظمة الفرعية. تحسين مكون واحد (المكبرات) أدى إلى تدهور الواجهة (التأريض)، و فشل النظام.
كان الحل بسيطاً: تأريض نحاسي أثقل. لكن المبدأ كان واضحاً: تحسين المكون يغير سلوك واجهته. تم تصميم بقية النظام حول الواجهة القديمة. حسّن المكون، اكسر الواجهة، دهور النظام.
التعرف على تحسين المكونات
يقول هامينج أن القاعدة 'تبدو معقولة جداً إذا جعلت مكون معزول أفضل فسيكون النظام الكلي أفضل' و مع ذلك فهي خاطئة. الفشل يتوسطه الواجهة: تحسين المكون يغير الإشارة التي تراها الواجهة.
الواجهات على المكونات
الخلاصة العملية لهامينج: يجب أن يصمم مهندسو الأنظمة الواجهات أولاً، و المكونات ثانياً. مكون مثالي مع واجهة معطوبة عديم الفائدة. مكون متوسط مع واجهة محددة جيداً يمكن تحسينه لاحقاً.
القاعدة 2: الشروط الحدية (القيود) للنظام غالباً ما تكون أكثر أهمية من القيم المثلى داخل تلك الحدود. نظام مصمم لتعظيم الأداء عند نقطة التشغيل المتوقعة غالباً ما يكون هشاً: الانحرافات الصغيرة خارج النطاق المتوقع تسبب فشل. نظام مصمم للعمل بأمان عبر نطاق واسع - مع قيود محددة بوضوح - قوي.
مثال: نظام اتصالات مصمم لبالضبط 100 Mbps من حركة المرور عند 25°C سيفشل إذا تفجرت حركة المرور إلى 110 Mbps أو ارتفعت درجة الحرارة إلى 40°C. نظام مصمم مع قيد 'يجب ألا يتجاوز استخدام 90% عند أي درجة حرارة أقل من 60°C' أكثر فائدة، حتى لو كانت ذروة أداؤه أقل قليلاً.
وظيفة مهندس النظام: ليس تحسين A أو B بشكل منفصل، بل تحسين A+B+C... ككل، تحت قيود.
نظام التعليم: فشل هندسة الأنظمة
يطبق هامينج مبدأه الخاص على التعليم. على مدى عقود، قاموا الجامعات بتحسين دورات الرياضيات الفردية: تم تجريد حساب التفاضل والتكامل إلى عناصره الأساسية، و تم تنظيف الجبر الخطي و شدّ الخناق عليه. كل دورة، مقيّمة بشكل منفصل، تبدو أفضل.
لكن من منظور النظام، ظهرت فجوات كبيرة:
- الاستقراء الرياضي: بالكاد يُذكر بعد المدرسة الثانوية.
- الأعداد المركبة: يتم تقديمها بإيجاز في الجبر، ثم يتم تجنبها حتى وقت متأخر في الجبر الخطي عندما تظهر القيم الذاتية المركبة. يواجه الطلاب فكرتين جديدتين و صعبتين في نفس الوقت بدون تحضير سابق.
- المعاملات غير المحددة: يتم ذكرها بإيجاز.
- إثباتات الاستحالة: غائبة تقريباً تماماً.
- الرياضيات المنفصلة: يتم تجاهلها إلى حد كبير.
تحسين كل مكون (كل دورة) خلق فجوات واجهات: جسور مفاهيم مفقودة بين الدورات. مخرجات النظام - المهندسون و العلماء المتعلمون - عانوا، حتى على الرغم من تحسن مقاييس مخرجات كل دورة.
مقاومة الرغبة الطبيعية لإصلاح الجزء المكسور
ملاحظة هامينج: من السهل القول الكلمات الصحيحة حول هندسة الأنظمة. عدد قليل جداً من الناس يمكنهم فعلاً القيام بذلك عندما تأتي اللحظة.
الاستجابة الطبيعية عندما يفشل النظام: حدد المكون الأكثر كسراً بوضوح و أصلحه. هذا تفكير المكونات. فشل النظام لسبب يتضمن تفاعل المكونات و الواجهات و القيود - لكن الفشل الأكثر وضوحاً عادة ما يكون عند مكون واحد.
انضباط مهندس النظام: قبل إصلاح الفشل المرئي، اسأل: لماذا أنتج النظام هذا الفشل في هذا المكون؟ هل المكون في الواقع يؤدي أقل من المتوقع، أم أنه يطلب منه العمل خارج حدود تصميمه من قبل بقية النظام؟ إصلاح عرض الأعراض في المكون يترك فشل النظام سليماً.
اختناق الاتصال في المنظمات الكبيرة يتبع هذا النمط: قسم يتواصل بشكل سيء (فشل مرئي). إصلاح المكون: توظيف متصلين أفضل. إصلاح النظام: إعادة تصميم معمارية تدفق المعلومات بحيث يلزم اتصالاً أقل لتحقيق نفس التنسيق.
تشخيص النظام
التمييز: إصلاح المكون يعامل الأعراض. إصلاح النظام يعامل السبب. السبب عادة ما يتضمن بنية النظام - ما المكونات الموجودة، ما الواجهات التي تربطها، ما القيود التي تحد عملياتها.