تصميم صعودي ونزولي

تلعب طريقتا التصميم النزولي والصعودي دورا رئيسيا في عملية تطوير البرمجيات. تؤكد طرق التصميم من أعلى إلى أسفل على التخطيط والفهم الكامل للنظام. وتتأصل فيها الفكرة التي تقول بأنه لا يمكن البدء بعملية كتابة الشيفرة البرمجية (الكود) إلى أن يتم الوصول إلى مستوى مرض من التفصيل في التصميم ضمن جزء من النظام على الأقل ويتم عمل طريقة التصميم هذه عن طريق ربط البذور عوضا عن الوحدة. يؤخر هذا اختبار وحدات الوظائف النهائية للنظام إلى أن يتم الانتهاء من التصميم ذي الأهمية. تشدد طريقة التصميم الصعودي على عملية كتابة الشيفرة البرمجية ومرحلة الاختبار المبكر والتي يمكن أن تبدأ بمجرد تحديد الوحدة الأولى. تواجه هذه الطريقة خطر أن يتم كتابة شيفرة هذه الوحدات بدون وجود فكرة واضحة عن كيفية ربطها مع الأجزاء الأخرى من النظام إضافة إلى أن مثل هذا الربط قد لا يكون سهلا كما كان متوقعا في البداية. وتعتبر إعادة استخدام الشيفرة البرمجية واحدة من أهم فوائد طريقة التصميم الصعودي.[5]

تمت ترقية التصميم النزولي في السبعينيات من القرن الماضي بواسطة الباحث هارلان ميلز من شركة آي بي أم والباحث نيكلاوس ويرث. طور ميلز مفاهيم البرمجة المهيكلة لتكون صالحة للاستخدام العملي واختبرها في مشروع أنجز في عام 1969 لأتمتة مؤشر تشريح خاص بجريدة نيويورك تايمز. أدى النجاح الهندسي والإداري لهذا المشروع إلى نشر طريقة التصميم النزولي في شركة IBM وباقي مجال صناعة الحاسوب. من ضمن النجاحات الأخرى فإن نيكلاوس ويرث وهو مطور لغة برمجة باسكال قد قام بكتابة الورقة المؤثرة التي تحمل عنوان «تطوير البرنامج عن طريق تنقيح الخطوات». منذ أن مضى ويرث في تطوير لغات مثل مودولا وأوبرين (التي يمكن فيها للمرء تعريف وحدة قبل أن يعرف كامل مواصفات البرنامج) فإننا يمكن أن نستنتج أن البرمجة النزولية لم تكن هي الأمر الذي روج له ويرث بشكل صارم. ولم تتمتع طرق التصميم هذه بنفوذ واسع في هندسة البرمجيات حتى نهاية الثمانينيات وساعدت البرمجة كائنية التوجه في التدليل على الفكرة القائلة بأنه يمكن الاستفادة من كلا المظاهر الخاصة بالتصميم النزولي أو بالعكس.

تضم طرق تصميم البرمجيات الحديثة كلا من الطريقتين ومع أن فهم كامل النظام يعتبرأمرا ضروريا للحصول على تصميم جيد مما يؤدي نظريا إلى طريقة التصميم النزولي فإن معظم مشاريع البرمجيات تحاول أن تستفيد من وجود الشفرة البرمجية إلى حد ما. تمنح الوحدات الموجودة مسبقا نكهة التصميم الصعودي للتصميمات. يمكن أن تستخدم بعض طرق التصميم طريقة يتم معها تصميم نظام شبه وظيفي وكتابة الشيفرة الخاصة به حتى يكتمل النظام ومن ثم يتم توسيع هذا النظام إلى أن يلبي جميع متطلبات المشروع.

إن طريقة التصميم النزولي هي أسلوب برمجي من حيث أنها عماد لغات البرمجة الإجرائية التقليدية التي يبدأ فيها التصميم عن طريق تحديد الأجزاء المعقدة ومن ثم تقسيمها إلى أجزاء أصغر تباعا. إن التقنية المتبعة في كتابة البرنامج باستخدام طرق التصميم النزولي هي كتابة إجراء يعمل على تسمية كل الوظائف الرئيسية التي يحتاجها. يقوم فريق البرمجة فيما بعد بالاطلاع على متطلبات كل من هذه الوظائف ويتم تكرار هذه العملية. ستقوم هذه الإجراءات الفرعية المجزأة في النهاية بأداء الأفعال بطريقة بسيطة جدا بحيث يمكن كتابة الشيفرة الخاصة بها بسهولة وإيجاز. يكون البرنامج جاهزا لاختباره عندما تتم برمجة مختلف الروتينات الفرعية الخاصة به. يمكن أن يكون العمل في المستوى المنخفض مستقلا عن طريق تعريف كيفية دمج التطبيق معا في المستوى الأعلى. يمكن تعريف الواجهات بشكل أكثر وضوحا عن طريق تعريف التوقعات الخاصة بتكامل تجريدات المستوى المنخفض مع تلك ذات المستوى الأعلى.

يتم تحديد عناصر القاعدة المنفردة للنظام في تفصيل كبير في طريقة التصميم الصعودية. يتم ربط هذه العناصر معا لتكون أنظمة فرعية أكبر إلى أن يكتمل النظام. تشبه هذه الطريقة في عملها نموذج «البذرة» حيث تكون البدايات صغيرة ولكنها تنمو لتصبح في النهاية أكثر تعقيدا واكتمالا.

إن البرمجة كائنية التوجه هي نموذج برمجي يستخدم «الكائنات» لتصميم التطبيقات وبرامج الحاسوب. في الهندسة الميكانيكية التي تحوي برمجيات مثل Pro/ENGINEER وSolidworks وAutodesk يكون بإمكان المستخدمين الذين يتمتعون بروح الابتكار تصميم منتجات على شكل أجزاء لا تنتمي لكامل النظام ومن ثم إضافة هذه القطع معا لتشكل تراكيب مثل تلك المستخدمة في بناء الليجو ويسمي المهندسون هذه الطريقة بالتصميم جزئي القطعة. غير أن لطريقة التصميم الصعودي نقطة ضعف وحيدة وهي أن الحدس الجيد أمر ضروري لتقرير الوظيفة التي يجب أن توفرها الوحدة. فإن كان النظام سيبنى من نظام قائم أصلا فإن هذه الطريقة هي أكثر ملائمة بما أنها تبدأ من وحدات موجودة أصلا.

على كل فإن برنامج Pro/ENGINEER (كما باقي برامج التصميم بالحاسوب CAD) يتوافر على احتمال القيام بالتصميم النزولي باستخدام الطريقة المعروفة باسم الهياكل. وتوجد هياكل عامة تحوي معلومات عن التخطيط الكامل للمنتج ويمكن أن ترث الأجزاء الواجهات والعوامل من هذا التركيب العام. وكمثل الأجزاء فإنه يمكن وضع الهياكل في تسلسل هرمي وبذا يكون من الممكن بناء تخطيط كامل للمنتج قبل تصميم أجزائه.

التحليل النحوي هو عملية تحليل سلسلة المدخلات (تلك التي تقرؤ من ملف أو من لوحة المفاتيح) بهدف تحديد تركيبه النحوي. تستخدم هذه الطريقة في تحليل كل من اللغات الطبيعية ولغات البرمجة كما في حالة المصرف.

التحليل الصعودي هو إستراتيجية لتحليل علاقات البيانات المجهولة التي تحاول تحديد الوحدات الأكثر جوهرية ومن ثم استنباط التراكيب ذات الرتبة الأعلى منها. على الجهة الأخرى؛ فإن المصرفات التي تعمل نزوليًا تفترض تراكيب عامة خاصة بشجرة الإعراب ومن ثم تأخذ بعين الاعتبار مدى توافق التراكيب الأساسية المعروفة مع الفرضية. انظر التحليل النزولي والتحليل الصعودي.

يمكن العثور على كلا الطريقتين في تنظيم الدول ويتضمن هذا القرارات السياسية أيضا.

في المنظمات التي يعتمد تنظيمها على التصميم الصعودي مثل الوزارات والكيانات التابعة لها يتم تجهيز القرارات بواسطة خبراء في مجالهم يقومون بتعريف السياسة التي يعتقد بها انطلاقا من خبراتهم. إن لم يستطع الخبراء الوصول إلى حل وسط فإنهم يصعدون المشكلة إلى المستوى العلوي التالي من الهرم الذي يطلب فيه القرار وأخيرا؛ فقد يتوجب على المسؤول الأعلى اتخاذ القرار. إن المرؤوس يدين بالمعلومات لرئيسه فحين يتفق المرؤوسون على قرار أو موضوع ما فما على المسؤول إلا أن يعلن موافقته الشكلية عليه فقط.

من بين دول عديدة يوفر النظام السياسي الألماني واحدا من أكثر أشكال طرق التصميم الصعودي نقاء. يفرض القانون الاتحادي الألماني حول الخدمة العامة على أي مرؤوس استشارة ودعم الشخص الرئيس وبذلك فأن هذا المرؤوس-فقط- يجب عليه اتباع «الإرشادات العامة» لرؤسائه بحيث يتحمل المسؤولية كاملة عن تصرفه داخل المكتب ويتوجب عليه اتباع إجراء رسمي لتقديم شكوى في حالة الشك في شرعية أمر أصدر إليه.[8] في كثير من الأحيان؛ يتوجب على السياسين الألمان ترك مكاتبهم في حالة ثبوت مزاعم بخصوص اتخاذ قرارات خاطئة بسبب رفضهم لرأي الخبراء المرؤوسين (عادة ما تسمى هذه الحالة بمقاومة beratungsr أو مقاومة الاستشارة بالألمانية).

يستند الأساس التاريخي لهذه الطريقة على حقيقة أنه خلال القرن التاسع عشر كان معظم السياسيين ينتمون لطبقة النبلاء الذين لم يتلقوا التعليم الكافي مما أجبرهم على الاعتماد على استشارة خبراء متعلمين والذين تمتعوا (خصوصا بعد إصلاحات Prussian لStein وHardenberg) بحالة من الاستقلال الشخصي والمادي ويعتبرون خبراء محايدين مثل الضباط (Beamte بالألمانية) (موظفو خدمة عامة يعملون تحت إمرة القانون العام).

يمكن العثور على طريقة مشابهة في قوانين الشرطة البريطانية حيث أن استحقاقات رجال الشرطة (الحقوق المفروضة لهم) منوطة برجل الشرطة شخصيا لا بالمؤسسة الإدارية للشرطة مما يؤدي إلى أن يكون الشرطي أو الشرطية مسؤولا بشكل كامل عن تصرفاته الشخصية في المكتب وشرعيته بشكل خاص أيضا. أدت الخبرة الخاصة بوجود نظامين دكتاتوريين في البلد إلى أنه بعد نهاية كل نظام نشأت دعوات للمسؤولية الشرعية عن «مساعد من المساعدين» (Helfershelfer) خاصة بهذه الأنظمة أدت بدورها إلى ظهور دعوات لمبدأ المسؤولية الشخصية لكل خبير عن أي قرار يتخذ مما يؤدي إلى تقوية طريقة العمل الصعودية ويستلزم مسؤولية عظمى من جانب الرؤساء.

على النقيض من ذلك؛ تعتمد الإدارة الفرنسية على طريقة التصميم النزولي بينما لا يتمتع موظفو الخدمة المدنية الأخرى بأي مهمة أخرى عدا تنفيذ قرارات رؤسائهم فقط. بما أن هؤلاء الرؤساء بحاجة إلى الاستشارة فإنها تأتي عن طريق أعضاء في الحكومة لكنهم يكونون مستقلين عن الكادر الوزاري العادي من حيث الكادر والمنظمة. إن هؤلاء الأعضاء الذين ليسوا أعضاء في الحكومة لا يحق لهم تقديم أي اقتراحات أو اتخاذ أي قرارات ذات بعد سياسي.

إن فائدة طريقة التصميم الصعودي تكمن في مستوى الخبرة التي يتم الحصول عليها مجتمعة مع تحفيز استقلالية أية خبرة خاصة بأي عضو من أعضاء الإدارة مما يؤدي إلى أن المسؤولية والاستقلالية في مجال المسوولية الشخصية. أما سيئة طريقة التصميم هذه فهي نقص التحكم الديموقراطي والشفافية مما يؤدي من وجهة نظر ديموقراطية إلى تأجيل الطاقة الفعلية لصنع السياسة إلى موظفين مدنيين مقنعين أو مجهولين حتى. قد لا تؤجل هذا التأثير حقيقة أن سياسيين معينين قد يكونون واجهة للقرارات الفعلية الصادرة من مرؤسيهم ولكن قد يقوي حقوقا برلمانية بخصوص التحكم والتأثير في الإجراءات القانونية (بما أنهم يتواجدون في مثال ألمانيا).

إن فائدة مبدأ التصميم النزولي هو أن المسؤوليات الإدارية والسياسية يتم فصلها بوضوح عن بعضهما وبأن مسؤولية الإخفاقات السياسية يمكن تحديدها مع صاحب المكتب ذي العلاقة. أما السيئات فهي أن النظام يشغل تعطيل تحفيز المرؤوسين الذين يكونون على دراية بأن أفكارهم التي تهدف لابتكار وسائل جديدة قد لا تلاقي ترحيبا بسبب موقعهم الوظيفي فقط وبأن صانعي القرار لن يمكنهم الاستفادة من مجال الخبرة الكاملة التي يجمعها المرؤوسون لهذا السبب.

غالبا ما تعمل الإدارات في الدكتاتوريات تبعا لطريقة تصميم نزولية محكمة بشكل تقليدي. بما أن موظفي الخدمة المدنية الذين يعملون تحت إمرة القيادة السياسية يمنعون من تقديم الاقتراحات فغالبا ما يعانون من نقص الخبرة التي يمكن أن يوفرها المرؤوسون مما يؤدي عادة إلى انهيار النظام بعد عدة عقود. تفضل معظم الدول الشيوعية التي تعتبر جمهورية الصين الشعبية مثالا عليها وضع تعريف إطار للنقد وتقرير المصير المسموح بهما من قبل المرؤوسين بما لا يؤثر على مذهب الدولة ولكن يسمح باستخدام المعرفة المهنية التي تقودها الخبرة وتطويعها لتصبح صالحة لاستخدامها من قبل الأشخاص صانعي القرار في المكتب.

تتواجد كلا الطريقتان في الصحة العامة. هناك أمثلة عدة للبرامج النزولية غالبا ما تديرها الحكومات أو المنظمات الدولية (IGOs) وكثيرا ما يكون عديد منها متخصصا بالأمراض أو القضايا مثل مراقبة الإيدز أو استئصال الجدري. تتضمن البرامج التي تعمل بطريقة نزولية العديد من المنظمات غير الحكومية الصغيرة التي يتم إنشاؤها لتحسين الوصول المحلي إلى الرعاية الصحية. على أي حال؛ تسعى الكثير من البرامج إلى دمج كلا الطريقتين ففي حالة استئصال داء التنينات مثلا فقد اشترك برنامج دولي للمرض المفرد يديره مركز كارتر حاليا في تدريب العديد من المتطوعين المحليين مما يزيد من سعة طريقة التصميم الصعودي ويمتلك المركز برامجا دولية للنظافة والصرف الصحي والوصول إلى خدمات الرعاية الصحية الأساسية.