(د) تطوير الـ (اختبار - ديفن) منهجية حيوية يمكن أن تحسن إلى حد كبير إمكانية الحفاظ على البرمجيات في الهندسة الكيميائية، حيث يمكن للمهندسين أن يبتكروا، قبل وضع المدونة، نظماً برمجية أكثر موثوقية وقابلية للتكيف تلبي الاحتياجات المعقدة للعمليات الكيميائية، وفي صناعة تتسم فيها السلامة والدقة والامتثال التنظيمي بالأهمية القصوى، يقدم برنامج تطوير التكنولوجيا نهجاً منظماً في مجال بناء البرمجيات التي يمكن أن تتطور إلى جانب الاحتياجات المتغيرة دون المساس بالجودة.

Understanding TDD in Chemical Engineering

وفي مجال الهندسة الكيميائية، كثيرا ما تدير البرامجيات عمليات حاسمة مثل مراقبة العمليات، والمحاكاة، وتحليل البيانات، ويجب أن تتناول هذه التطبيقات البيانات في الوقت الحقيقي، والنماذج الرياضية المعقدة، وبروتوكولات السلامة الصارمة، ويكفل تنفيذ برنامج التنمية المستدامة أن يعمل كل عنصر على نحو صحيح منذ البداية، ويقلل من الحشرات وييسر تحديثها، وخلافا للدورات الإنمائية التقليدية التي تعتمد على التحقق اليدوي في نهاية المطاف، فإن اختبارات الأخطاء في إطار برنامج تطوير أدوات الصيد لا يتحول إلى نسيج عملية الإمساك.

إن عمليات الهندسة الكيميائية هي بطبيعتها غير خطية ومترابطة، فالتغير البسيط في نموذج واحد - أي خوارزمية التحكم بالصمام - يمكن أن يكون له آثار متتالية على حسابات المجرى المائي، ويخفف من هذا الخطر بتوفير شبكة أمان من الاختبارات الآلية التي تحقق كل وحدة من الوحدات وتفاعلاتها، وعندما تقترن هذه الاختبارات باستمرار التكامل، فإن هذه الاختبارات تدار تلقائياً بكل تغيير في الرموز، مع إبداء تعليقات فورية للفريق)٨(.

دورة المفاعلين الأحمر - الأخضر في الممارسة العملية

وجوهر هذه الوثيقة هو دورة المفاعل الأحمر - الأخضر، وهذا يترجم في سياق هندسة كيميائية إلى أول اختبار فاشل (مئوية) يحدد سلوكاً مرغوباً فيه، مثل " ينبغي أن يحسب محاكاة عمود التحلل درجات الحرارة الصحيحة في ضوء معدلات تغذية المدخلات " .

أفضل الممارسات في مجال تطوير تكنولوجيا المعلومات في برامجيات الهندسة الكيميائية

إن اعتماد برنامج تطوير التجارة والتنمية في نظام يقيِّم التصلب وإعادة الإنتاج يتطلب أكثر من مجرد تعلم تدفق جديد للعمل، ويطالب بتغيير طريقة تفكير المهندسين في التصميم والتثبت، وقد تم تنقيح أفضل الممارسات التالية خلال سنوات من التطبيق في محاكاة العمليات ونظم الرقابة وبرامجيات تحليل البيانات، وهي ليست شاملة بل تمثل أكثر التقنيات تأثيرا بالنسبة لأفرقة الهندسة الكيميائية.

1 - بدء العمل بشروط واضحة

(د) قبل أن يكتب اختبار واحد، ضمان أن تكون الاحتياجات الوظيفية لكل وحدة غير واضحة، وفي الهندسة الكيميائية، كثيراً ما تأتي الاحتياجات من وثائق تصميم العمليات، أو المبادئ التوجيهية التنظيمية، أو معادلة التوازن المادي: " يجب أن يُحسب التوازن الحراري للمفاعلات لتغييرات في النطاقات نظراً لتفاعلات القرابة، ونقل الحرارة عبر الجدران، والعمل من التهاب " .

2- كتابة الاختبارات الصغيرة والمركّزة

وينبغي أن يشمل كل اختبار وحدة واحدة من السلوك، مثل حساب واحد في روتينية للممتلكات الحرارية أو عملية انتقال واحدة من الولايات في سلسلة مراقبة الدفعات، وفي الهندسة الكيميائية، كثيرا ما تؤدي الوظائف تصوّر كيميائي معقد؛ وكسرها إلى وحدات صغيرة قابلة للاختبار بشكل مستقل أمر حاسم، مثلا، بدلا من كتابة اختبار واحد لمحاكاة عمودية مختلفة، يكتب اختبارات منفصلة لحسابات الموازنة بين المقاييس والضغط السائلة والضغطية.

3- استخدام أسماء الاختبارات الوصفية

وتُستخدم أسماء الاختبارات كوثائق قابلة للتنفيذ، ففي ميدان كثيرا ما يُحتفظ فيه بالبرمجيات مهندسون ذوو خلفيات في الكيمياء والبرمجة معا، يساعد التسمية الواضحة على سد الفجوة، ويُعتبر اختباراً يُدعى أكثر استنارة من .() كما أن الأسماء الوصفية تتيح أيضاً فهم تقارير الاختبارات الآلية من جانب مُطوِّريْن غير مُنْ، مثل اتفاقية التكيّف.

4 - اختبارات السيارات

والاختبارات اليدوية غير عملية بالنسبة للطابع المتكرر للبرامج الهندسية الكيميائية، وإدماج الاختبارات في خط أنابيب تكامل مستمر يجري على كل طلب من طلبات السحب والإلزام، كما أن أدوات التنفيذ الذاتي الحديثة مثل جينكينز، واجراءات غيت هوب، أو مركز غيت لاب للاختبارات يمكن أن تطلق محاكاة، وإجراء اختبارات للوحدة، بل ومقارنة النتائج مع البيانات المرجعية الجاهزة، بالإضافة إلى اختبارات الدمج التي تقوم بها

5- المفاعل بانتظام

ومن السهل الحفاظ على الشفرة النظيفة، كما أن خطوة إعادة تصنيعها تكفل استمرار تحسين الهيكل الرمزي، وفي برامج الهندسة الكيميائية، قد ينطوي التكرير على استخراج حسابات نقل حراري متكررة إلى وظيفة مشتركة في مجال المنافع، وإعادة تسمية المتغيرات لتجارب المصطلحات الهندسية (مثلا، [الزوجين المتدنيين]] [FututactalT:1]] Reynolds number]، أو جعلها مناسبة أكثر.

6- استخدام الأجسام المتحركة وحقن الإعالة للنظم الخارجية

وكثيراً ما تكون برامجيات الهندسة الكيميائية متفاعلة مع أجهزة (مركبات ثلاثية، أجهزة استشعار، صمامات) أو قواعد بيانات خارجية (مثلاً، مصارف بيانات الممتلكات المادية) واختبار المنطق في العزلة، واستخدام أطر قياسية لتحفيز هذه المعالين، مثلاً عندما يختبر جهازاً قياسياً للتحكم يقرأ جهازاً لأجهزة الاستشعار من مستوى الصهاريج، ويخلق جهازاً للمسح يُعد القيم المحددة.

7 - وحدة التوازن واختبارات التكامل

وفي حين أن اختبارات الوحدة هي العمود الفقري للتنميط، فإن اختبارات التكامل ضرورية للتحقق من أن الوحدات تعمل معا بشكل صحيح، ففي الهندسة الكيميائية، يمكن أن يتحقق اختبار الوحدة من أن نموذج تبادل الحرارة ينطبق بشكل صحيح على درجة الحرارة اللوغارية، ولكن اختبار التكامل سيؤكد أن نموذج التبادل الحراري، عندما يقترن بنموذج للضخ ومذيب للشبكة الأنابيب، يعيد أيضا إلى حالة عملية معروفة.

فوائد برنامج تطوير تكنولوجيا المعلومات للبرمجيات الهندسية الكيميائية

وتمتد مزايا برنامج تطوير التجارة والتنمية إلى ما يتجاوز التخفيض الفوري للعيوب، إذ أن مشاريع الهندسة الكيميائية طويلة الأجل؛ وقد لا تزال البرامجيات التي كتبت اليوم تستخدم بعد عقود.

تعزيز الموثوقية

وفي الوقت الذي يتم فيه إدخالها، لا بعد أسابيع من الاختبار اليدوي أو في الإنتاج، بل يمكن أن تؤدي أجهزة البرمجيات في عمليات النبات الكيميائي إلى حوادث أمان أو منتجات غير مثبتة أو متوقفة، كما أن مجموعة اختبار قوية تقلل من هذه المخاطر، فعلى سبيل المثال، فإن اختبارات الحدود التي تحقق من إنتاج المتحكم لا تزال في نطاق آمن حتى في ظل قيم مدخلية متطرفة يمكن أن تحول دون حدوث تفاعل متعمد.

تحسين المرونة

فالتغييرات التنظيمية، والكيمياء الجديدة للعمليات، أو المواصفات المستكملة للمعدات، كثيرا ما تتطلب إدخال تعديلات على البرمجيات، حيث تعمل مجموعة الاختبارات كآلية للكشف عن التغير، وعندما يتم إدخال تغييرات على الاحتياجات من التكنولوجيا، يتم تحديث الاختبارات المقابلة أولا، ثم تعديل المدونة لجعلها تمر، مما يضمن أن البرمجيات لا تزال تلبي المتطلبات الأصلية التي لا تزال قائمة، علاوة على ذلك، يمكن أن تُضاف مدونة قواعد نموذجية قابلة للاختبارات إلى سمات جديدة.

تحسين الوثائق

فالاختبارات هي وثائق حية لا تصبح عتيقة، فبينما تتباين الوثائق التقليدية )الويكات، وثائق المواصفات( كثيرا ما تكون متفاوتة من الواقع، فإن الاختبارات تعكس دائما السلوك الفعلي للنظام، فبالنسبة لمهندس كيميائي ينضم إلى مشروع، فإن قراءة مجموعة الاختبارات توفر فهما دقيقا لما يفعله كل عنصر وتحت أي شروط، كما أن الاختبارات توثق قرارات التصميم - مثلا، لماذا يستخدم التسامح الرقمي معين أو كيف يتم التعامل مع السيناريو الافتراضي المخالف في هذا البرمجيات.

تكاليف الصيانة المخفضة

وتستهلك الصيانة أغلبية تكاليف دورة الحياة في البرامجيات، وتخفض هذه التكاليف بمنع انتشار العيوب وبجعل قاعدة الشفرة أسهل لفهمها وتعديلها، وعندما يُبلغ عن وجود حشرة، يقوم المطور أولا بكتابة اختبار فاشل يستنسخه، ثم يصلح الرمز ثم ينتقل الاختبارات ويصبح جزءا من جناح التراجع ويمنع من ظهور البرمجيات الجاهزة.

زيادة ثقة الفريق

فالأفرقة التي تستخدم هذه الوثيقة تبلغ عن ثقتها في شفرتها وعن استعدادها الأكبر لإعادة تشكيلها وتحسينها، فالسلامة النفسية حاسمة في مجال يمكن أن تترتب عليه آثار خطيرة، كما أن معرفة أن مجموعة الاختبارات تغطي السلوكيات الحرجة تسمح للمطورين بتجريب خوارزميات جديدة أو إعادة تشكيل مدونة دون خوف، وهذه الثقة تؤدي في كثير من الأحيان إلى تحسين النوعية وإيجاد حلول أكثر ابتكارا.

التحديات والنظر في اعتماد نهج تطوير تكنولوجيا المعلومات في الهندسة الكيميائية

إن برنامج تطوير التكنولوجيا والابتكارات والممارسات التجارية ليس رصاصة فضية، فالبرمجيات الهندسية الكيميائية تطرح تحديات فريدة تتطلب تكييفاً مدروساً لهذه الممارسة.

إدارة الاستحقاق والتسامح

فالعديد من عمليات حساب الهندسة الكيميائية تنطوي على مذيبات خامية أو مذيبات متكررة أو روابط تجريبية مع عدم اليقين المتأصل، فالاختبارات التي تحقق المساواة على وجه الدقة تفشل في كثير من الأحيان، بل إن استخدام تأكيدات متطابقة مع وجود تسامح نسبي ومطلق يناسب الفيزياء، مثلاً، اختبار لنتيجة للضغط الخردة

فترات التنفيذ الطويلة للاختبارات الواقعية

ويمكن أن تستغرق محاكاة العمليات الكاملة ساعات للسير، بما في ذلك هذه الاختبارات في كل خط من خطوط الأنابيب غير عملية، والحل هو فصل اختبارات الوحدة السريعة (الثانيات) عن اختبارات التكامل البطيئة (الثانيات إلى دقائق) واختبارات النظام النهائي (الساعات) ولا تزال الاختبارات السريعة جارية على كل التزام؛ أما الاختبارات البطيئة فهي مقررة ليلا أو قبل الإطلاقات.

قانون الجراثة بدون اختبارات

وهناك العديد من المجموعات الهندسية الكيميائية التي لديها عقود من الزمن مدونة لا تغطيها الاختبارات، ويمكن أن يكون إدخالها على هذه المادة مروعاً، إذ تبدأ بكتابة اختبارات لأهم الوحدات وأكثرها خطورة، مثل منطق الأمان أو حسابات الإبلاغ التنظيمية، وتعتمد، عند تعديل مدونة الإرث، نهج " المفاعل المتطور " : أولاً فهم السلوك، ثم تُكتب اختباراً يستوعب السلوك الحالي (حتى وإن لم يكن مثالياً).

المقاومة الثقافية

وقد يعتبرها المهندسون غير المعتادين على الاختبار مبالغ إضافية، ويحتاج تجاوزها إلى التعليم والاستحقاقات الظاهرة، ويبيّنون كيف يلتقط جهاز التصنت الذي سيوجد في الإنتاج، ويوفّر ساعات من مكافحة الحرائق، ويبيّنون كيف يمكن أن تؤدي مجموعة اختبارات جيدة إلى تقليص الوقت اللازم للإستئجار الجديد، ويبدأ المشروع التجريبي ويوثق معدل التأثيرات العضوية، ويعيد توزيع ساعات العمل.

خاتمة

إن تنفيذ أفضل ممارسات تطوير البرمجيات الهندسية الكيميائية في مجال تطوير البرمجيات الهندسية الكيميائية يعزز القدرة على الصيانة والموثوقية والقدرة على التكيف، إذ يمكن للمهندسين أن يبنيوا نظماً قوية تدعم العمليات الكيميائية الآمنة والفعالة الآن وفي المستقبل، والجهد الأولي لاعتماد اختبارات كتابة TDD، وتقنيات التشغيل الآلي، وعائدات إعادة التصنيع في تكاليف الصيانة المنخفضة، وزيادة الثقة، وتحسين الوثائق.

For further reading, explore resources such as the Agile Alliance’s overview of Test-Driven Development, the Chemical Engineering Magazine’s series on software engineering[−FLT:3], and the traditional book “اختبارات