tomron87/hebrew-wikipedia-sentences-corpus huggingface dataset:
אות הכניסה למערכת, אותו אנו רוצים בפועל לקבל, נקרא אות הייחוס (reference signal), משום שאליו אנו רוצים שהמערכת תייחס את היציאה, והוא מסומן ב-.
אות השגיאה (error signal) מסומן ב- ומחושב כהפרש שבין אות הייחוס לאות היציאה, כלומר: , ומשמעותו היא עד כמה יציאת המערכת בפועל רחוקה מהיציאה שאנו מעוניינים בה.
לכן, התאפסות של אות השגיאה משמעותה שיציאת המערכת היא בדיוק זו שאנו רוצים.
בקר (controller) הוא הרכיב המקבל אות מסוים (כתלות בסוג המערכת), ומוציא אות המוזן לתהליך במטרה להשיג את היציאה הדרושה.
האות היוצא מן הבקר ומוזן לתהליך נקרא אות הבקרה (control signal), ומסומן על ידי .
ניתן לראות שבחוג פתוח הכניסה לבקר היא אות הייחוס, ובחוג סגור הכניסה אליו היא אות השגיאה, אותו אנו רוצים לאפס.
מערכות בקרה אוטומטיות פותחו לראשונה לפני מעל ל-2,000 שנים.
נהוג לייחס את מערכת בקרת המשוב המתועדת הראשונה לממציא היווני קטסיביוס, אשר השתמש במערכת משוב עבור שעוני מים לקבל מדידות זמן מדויקות יותר במאה השלישית לפנה"ס.
על טיבו של תכנון זה תעיד העובדה שמנגנונים דומים עוד יוצרו בבגדד במאה ה-12 לספירה, יותר מ-1,500 שנים אחרי.
מגוון גדול של מנגנוני בקרה אוטומטיים היו בשימוש במהלך ההיסטוריה על מנת למלא צרכים של המתכננים ואף למטרות שעשוע.
כדוג' לאלו האחרונים ניתן לציין את האוטומטה – מנגנון פופולרי באירופה של המאה ה-17 וה-18, שהיה גורם לדמויות לבצע תנועות ריקוד החוזרות על עצמן.
מנגנון זה מהווה דוגמה לבקרה בחוג פתוח, מכיוון שאין השפעה של תוצאת התהליך על הכניסה אליו.
כציוני דרך בבקרת "חוג סגור" ניתן להזכיר את וסת הטמפרטורה לדוודים המיוחס לממציא ההולנדי קורנליס דרבל במאה ה-17, ואת הווסת הצנטריפוגלי בו השתמש ג'יימס וואט על מנת לשלוט על מהירות הסיבוב של מנועי קיטור החל מ-1778.
במהלך המאה ה-20 ביצעה תורת הבקרה מספר צעדים גדולים.
טכניקות מתמטיות חדשות, כמו גם התקדמויות משמעותיות בתחום האלקטרוניקה והמחשוב, אפשרו בקרה של מערכות דינמיות מורכבות בהרבה מאלו שניתן היה לשלוט בהן בעבר, כמו הווסת הצנטריפוגלי.
לפני שהפך התחום למוגדר בפני עצמו, הנדסת בקרה נלמדה כחלק מתחום הנדסת המכונות, ותורת הבקרה נלמדה כחלק מלימודי הנדסת חשמל, מכיוון שמעגלים חשמליים יכולים במקרים רבים להיות מתוארים על ידי מודלים מתחום הבקרה.
בתחילת הממשק בין התחומים, בשל חוסר בטכנולוגיה שתאפשר הטמעת מערכות בקרה אלקטרוניות, מתכננים נאלצו להשתמש במערכות מכניות בעלות יעילות פחותה וזמן תגובה ארוך יותר.
הנדסת בקרה מודרנית היא תחום מחקר חדש יחסית, שהתחיל לקבל תשומת לב משמעותית במהלך המאה ה-20, עם התקדמות הטכנולוגיה.
באופן כללי, ניתן להגדיר את התחום כיישום מעשי של תורת הבקרה.
הנדסת בקרה ממלאת תפקיד משמעותי בתחום רבים של מערכות נשלטות שאנו מכירים כיום – החל ממערכות פשוטות כמו מכונות כביסה ועד למערכות מורכבות מאוד כמו מטוסי קרב.
בתחום זה נעשה ניסיון להבין ולנסח בעזרת מודל מתמטי את ההתנהגות הפיזיקלית של המערכת במונחים של כניסות יציאות – הכניסות הן ההשפעות הגורמות למערכת להתנהג בצורה מסוימת (בין אם אלו כניסות רצויות מעשה ידי אדם או הפרעות טבעיות), והיציאות הן התוצאות של כניסות אלו בהן אנו מתעניינים.
לאחר הבנה של אופן התנהגות המערכת מתוכננת ונבנית מערכת הבקרה שנועדה לשלוט על התנהגותה, ולאחר מכן היא מוטמעת במערכת תוך שימוש בטכנולוגיות קיימות.
מערכת יכולה להיות מכנית, חשמלית, כימית, פיננסית, ביולוגית ועוד, והמידול המתמטי שלה, הניתוח שלו ותכנון מערכת הבקרה משתמשים כולם בתורת הבקרה ובשיטות שהיא מספקת לכך, כאשר התכנון יכול להיעשות במישור הזמן, התדר או במישור המרוכב S (המייצג את משתנה לפלס), כתלות בבעיה ובפתרון הדרוש, וכן בהעדפות המתכנן.
כיום, התקדמות הטכנולוגיה רבות מהמערכות נשלטות על ידי מערכות אלקטרוניות.
למעבר זה תרמו הוזלת הרכיבים המשמעותית ויכולות המחשוב ההולכות וגדלות.
לשימוש במערכות דיגיטליות מספר יתרונות משמעותיים:
לרוב קל יותר להגן על מערכות אלו מפגיעה בתפקוד עקב תנאי סביבה שונים – ככל שישנם יותר חלקים נעים במערכת מספר התקלות האפשרי גדל, ושימוש בכרטיסים אלקטרוניים פותר רבות מהבעיות שהתגלו במערכות בקרה מכניות.
בדרך כלל מערכות הכוללות רכיבים פיזיים יהיו גדולות בהרבה מאלו הנשלטות על ידי אלקטרוניקה.
דבר זה נכון גם עבור רכיבים אלקטרוניים מיושנים – מנגנונים הכוללים מתגים וממסרים הנשלטים ומשתנים באופן ידני יהיו גדולים משמעותית ממערכות הנשלטות על ידי מעבד מודרני.
שינוי של מערכת הבקרה בעקבות שינוי בהתנהגות רצויה של המערכת הופך קל יותר – כאשר מדובר היה במערכת בקרה מכנית, שינוי רצוי דרש שינוי פיזי של המערכת, שהיה לעיתים מורכב מאוד ודרש מומחיות רבה.
במערכות דיגיטליות, לעומת זאת, שינוי התנהגות רצוי יכול פעמים רבות להיעשות על ידי עדכון התוכנה או אפילו, במקרים רבים, על ידי הזזת חוגה, שינוי מצב מתג וכדומה.
ככל שהטכנולוגיה מתפתחת, יכולות המחשוב והעיבוד הולכים ועולים ואיתם הולכים ויורדים מחירי הרכיבים.
מצב זה מאפשר שליטה במערכות מורכבות מאוד, שתכנון וייצור של מערכת בקרה מכנית בשבילן הייתה כמעט בלתי אפשרית, וגם אם כן הייתה עלולה להיות יקרה מאוד.
פער זה הפך משמעותי עוד יותר עם התפתחות והתרחבות השימוש בתוכנות מחשב למידול ותכנון של מערכות בקרה, שהופכות את המעבר מתכנון המערכת למימושה בפועל על גבי חומרה אלקטרונית לקל עוד יותר.
עם זאת, שימוש במערכות בקרה מכניות עדיין קיים.
הסיבות לשימוש במערכות כאלו יכול להיות מגוון – לעיתים המערכת פשוטה מספיק על מנת לשלוט בה באופן מכני, והוספה של אלקרוניקה לא מצדיקה את התוצאה.
בנוסף, לעיתים נעשה שימוש במערכת מכנית במקרים בהם כשל תוכנה / כשל חשמלי עשוי להוביל לתוצאות חמורות כמו לדוג' בעיסוק בחומרים מסוכנים וכדומה, אז יידרש גם מנגנון מכני המוודא פעולה תקינה של המנגנון.
בנוסף, מערכות מכניות פחות רגישות להשתלטות ולשיבוש מרחוק אם ישנה סכנה כזו.
כל אלו, וגורמים נוספים, מביאים לכך שיחד עם המעבר המשמעותי לבקרה דיגיטלית, שימוש במערכות בקרה מכניות עדיין קיים.
תחום הבקרה הקלאסית מוגבל למערכות בעלות כניסה אחת ויציאה אחת, הנקראות מערכות SISO (single-input single-output), למעט מקרים של הפרעות למערכות הממודלות ככניסה נוספת.
ניתוח המערכת נעשה במישור הזמן בעזרת משוואות דיפרנציאליות, במישור המרוכב S על ידי התמרת לפלס, או במישור התדר.
מערכות רבות ניתנות להתייחסות כמערכות מסדר שני (סדר הנגזרת הגבוה ביותר של המשוואה הדיפרנציאלית המתאר את המערכת הוא 2) בעלות משתנה אחד בזמן.
בקר שתכונן בעזרת בקרה קלאסית דורש פעמים רבות כוונון מחדש בעקבות קירובים לא מדויקים שנעשו במהלך התכנון.
עם זאת, בעקבות קלות התכנון וההטמעה של בקרים כאלו במערכות פיזיקליות לעומת כאלו שתוכננו בעזרת שיטות בקרה מודרנית, בקרים אלו מועדפים ברוב המקרים של צורך בבקרה תעשייתית.
הבקרים הנפוצים ביותר המתוכננים בעזרת בקרה קלאסית הם בקרי PID, כאשר בקרים נוספים המתוכננים בשיטה זו הם בקרי קידום ובקרי פיגור.
המטרה הסופית של מערכת בקרה היא מילוי הדרישות הניתנות, בדר"כ, במישור הזמן, כאשר פעמים רבות דרישות אלו מבוטאות כדרישות על תגובת המדרגה של המערכת.
תגובת יתר: מהו הערך הגבוה ביותר (בדר"כ מוגדר ביחס לערך הסופי) אליו יציאת המערכת תגיע.
זמן עלייה: הזמן שלוקח למערכת להגיע לאחוז מסוים מערכה הסופי
זמן התייצבות: הזמן שלוקח למערכת להתכנס לאחוז שגיאה מסוים מערכה הסופי.
שגיאת מצב מתמיד: לאחר זמן רב, עד כמה רחוקה יציאת המערכת מהיציאה שאנו דורשים ממנה.
עם זאת, לעיתים יינתנו גם דרישות במישור התדר, שעשויות לכלול:
עודפי יציבות: עודף הגבר ועודף פאזה.
רוחב סרט: משפיע על מהירות התגובה של המערכת
את יכולת המערכת לקיים את הדרישות ניתן לבדוק על ידי סימולציות, המהוות בדרך כלל אמצעי נוח וזול בהרבה מבדיקה של המערכת בפועל.
עם זאת, גם לאחר בדיקה של הסימולציה, יש לבדוק שהמערכת הפיזיקלית האמיתית עונה על הדרישות כאשר מטמיעים בה את מערכת הבקרה שתוכננה על בסיס הסימולציה.
הפער בין התנהגות המודל למערכת בפועל יכול לנבוע מסיבות רבות – מידול שגוי של המערכת, הזנחה של גורמים המתבררים כמשמעותיים בפועל לטובת בניית המודל, הפרעות סביבתיות וכו'.
בקרה מודרנית עוסקת במערכות בעלות מספר כניסות ויציאות, הנקראות מערכת MIMO (multiple-input multiple-output), ומיוצגות מתמטית בעזרת מרחב המצב.
בדרך זו ניתן לעקוף את המגבלות של הבקרה הקלאסית ולתכנן מערכות בקרה מורכבות יותר בעלות משתנים רבים.
בשיטה זו, מערכת מיוצגת על ידי סט של משוואות דיפרנציאליות מסדר ראשון, כאשר מצב המערכת מתואר על ידי פרמטרים הנקראים משתני מצב, ונעשה בה שימוש רב במטריצות.
תחת גישה זו התפתחו הבקרה הלא-ליניארית, אדפטיבית ורובסטית.
בין הדמויות שתרמו משמעותית לפיתוח תחום זה ניתן לציין את רודולף קלמן ואלכסנדר ליאפנוב.
הנדסת אקלים (לפעמים גם גיאו-הנדסה), היא התערבות רחבת היקף במערכת האקלים של כדור הארץ.
הנושאים העיקריים בהנדסת אקלים הם הנדסה סולארית וסילוק פחמן דו-חמצני.
לעיתים גישות הנדסת האקלים נתפסות כאפשרויות משלימות-אפשריות להגבלת שינויי האקלים או השפעותיו, לצד הפחתת פליטת גזי חממה והסתגלות לשינויי האקלים.
בקרב המדענים יש הסכמה מהותית כי הנדסה סולארית וסילוק פחמן דו-חמצני אינם יכולים להחליף את הפחתת הפליטות.
בהתחשב בכך שלכל סוגי האמצעים לטיפול בשינויי אקלים יש מגבלות כלכליות, פוליטיות או פיזיות, כמה מגישות הנדסת האקלים עשויות לשמש בסופו של דבר כחלק ממכלול תגובות, שיכולות להיות להן מטרה של שיקום אקלים.
הנדסה סולארית, או שינוי קרינת השמש, ישקפו מעט אור שמש (קרינת השמש) בחזרה לחלל כדי להגביל או לשנות במידה מסוימת את שינויי האקלים הנגרמים על ידי בני אדם.
הסרת פחמן דו-חמצני מתייחסת להסרת הגז פחמן דו-חמצני מהאטמוספירה ולפינויו לפרקי זמן ארוכים.
ההבדל בין השניים מתואר לעיתים כך שהנדסה סולארית היא שמשנה את מאזן הקרינה של הגלים הקצרים בכדור הארץ וסילוק הפחמן הדו-חמצני אשר משנה את מאזן הקרינה בגלים ארוכים שלו.
אף על פי שקיים חוסר ודאות משמעותי לגבי היעילות, תופעות הלוואי ותוצאות בלתי צפויות, רוב המומחים טוענים כי יש לראות את הסיכונים של התערבויות כאלה כסיכונים של שינויים בלתי הפיכיים למערכת האקלים של כדור הארץ.
התערבויות בהיקפים גדולים עלולות לגרום לסיכון גדול יותר לשיבוש מערכות טבע וכתוצאה מכך אותן גישות הנדסיות שיכולות להוכיח את עצמן כחסכוניות ביותר בהתמודדות עם סיכון אקלימי קיצוני, עלולות בעצמן לגרום לסיכון משמעותי.
היו שהציעו שעצם רעיון השימוש בהנדסת אקלים עשוי להפחית את הלחץ הפוליטי והציבורי להפחתת פליטות, מה שעלול להחריף את סיכוני האקלים הכוללים; אחרים טוענים כי האיום של הנדסת אקלים עלול לעודד קיצוץ פליטות.
הנדסה סולארית תסיט את אור השמש הרחק מכדור הארץ, או על ידי הגדלת השיקוף (אלבדו) של האטמוספירה או פני כדור הארץ.
שיטות אלו אינן מהוות תחליף להפחתת שינויי האקלים מכיוון שהן לא מפחיתות את ריכוזי גזי החממה באטמוספירה, ובכך לא יתייחסו לחמצת האוקיינוס הנגרמת כתוצאה מפחמן דו-חמצני.
באופן כללי, פרויקטים של הנדסה סולארית כיום נראים מסוגלים להיכנס לתוקף במהירות ולהשתמש בהשפעות האקלים הישירות של אותם פרויקטים.
האקדמיה הלאומית למדעים, הנדסה ורפואה של ארצות הברית קובעת בדו"ח משנת 2021: "המחקר הקיים מצביע על כך ש-SG יכולה להפחית את טמפרטורות פני השטח ולשפר כמה סיכונים הנובעים משינויי אקלים (למשל, כדי להימנע מחציית "נקודות מפנה" באקלים; כדי להפחית את ההשפעות המזיקות של קיצוני מזג האוויר)."
שיטות הנדסה סולארית עשויות לכלול:
הזרקת אירוסול סטרטוספרי, בה יוזרקו חלקיקים קטנים לאטמוספירה העליונה;
הבהרת עננים ימית, שתתיז מי ים עדינים להלבין עננים ובכך תגביר את שיקוף הענן;
דילול ענני צירוס, שיטה החולקת חלק ממאפייני הפיזיקה, אך איננה נחשבת הנדסה סולארית.
הנדסה גאוגרפית סולארית דורשת יישום בקנה מידה גדול יחסית על מנת להשפיע על האקלים של כדור הארץ.
ההצעות הזולות ביותר מוערכות בעשרות מיליארדי דולרים בשנה בהוצאות פריסה ישירות.
הנדסה גאוגרפית סולארית עלולה ליצור סיכונים חדשים, כגון הפרעות אקלים אזוריות.
הסרת פחמן דו-חמצני (המכונה לעיתים טכנולוגיות פליטה שלילית או הסרת גזי חממה) כוללת שיטות המסירות ישירות גזים כאלה מהאטמוספירה ואלו המקדמות תהליכים טבעיים המורידים ומפקידים פחמן דו-חמצני.
בשנים האחרונות גוברת ההסכמה שלפיה אמצעים כמו מעבר לאנרגיות מתחדשות, התייעלות אנרגטית או אימוץ עקרונות הכלכלה המעגלית לא מספיקים לבדם כדי להביא את האנושות למצב של עמידה ביעדי הסכם פריז, ונדרשת פעולה יזומה של ספיחת פחמן דו-חמצני – גז החממה המרכזי.
הסרת פחמן דו-חמצני עשויה לא להיחשב הנדסת אקלים על ידי חלק מהמומחים, מכיוון שהיא לא בהכרח בקנה מידה גדול.
אנרגיה ביולוגית עם לכידת ואחסון פחמן כדי להפריד פחמן ולספק בו זמנית אנרגיה.
לכידת אוויר ישירה - בה מפרידים את הפחמן דו-חמצני מהאוויר ישירות בעזרת חומרים סופחים.
ייעור, ייעור מחדש ושחזור יער לספיגת פחמן דו-חמצני.
יצירת ביו-פחם על ידי חימום חומרים אורגניים כמו פסולת חלקאית לטמפרטורות גבוהות, וקיבוע הפחמן במבנה יציב שאינו מתפרק בקלות.
את הביו-פחם מערבבים באדמות חקלאיות ליצירת "טרה פרטה".
רבות מתחזיות מודל ה-IPCC לשמור מעליית הטמפרטורה הממוצעת העולמית מתחת ל-1.5 ו-2 מעלות צלזיוס, מבוססות על פריסה בהיקף רחב של הסרת פחמן דו-חמצני.
רוב שיטות הסרת הפחמן הדו -חמצני יקרות כיום.
טכניקות הסרת פחמן דו-חמצני הן בדרך כלל איטיות לפעולה, יקרות, וכרוכות בסיכונים שונים, כגון הסיכון לדליפת פחמן דו-חמצני מתצורות אחסון תת-קרקעיות.
להסרת פחמן דו-חמצני, כמו הפחתת פליטת גזי חממה, יש השפעות ביחס להיקפן.
במילים אחרות, טכניקות אלה לא היו "מיושמות" באותו מובן כמו טכנולוגיות הנדסה סולארית.
סכנה מוסרית או פיצוי סיכונים
קיומן של טכניקות כאלה עשוי להפחית את הדחיפה הפוליטית והחברתית להפחתת פליטת הפחמן.
זה נקרא בדרך כלל סכנה מוסרית פוטנציאלית, אם כי פיצוי סיכונים עשוי להיות מונח מדויק יותר.
דאגה זו גורמת לקבוצות סביבתיות וקמפיינים רבים להימנע מלדבר או לדון בהנדסת אקלים מחשש לצמצם את הציווי להפחתת פליטת גזי החממה.
עם זאת, כמה סקרי דעת קהל וקבוצות מיקוד מצאו עדויות לאף טענה של רצון להגדיל את הפחתות הפליטה מול הנדסת אקלים, או שאין להן השפעה.
עבודות דוגמנות אחרות מצביעות על כך שהאיום של הנדסת אקלים עשוי למעשה להגדיל את הסבירות להפחתת פליטות.
בשנת 2021 מסר ה-IPCC כי מסלולי פליטה המגבילים את התחממות ממוצעת בעולם ל-1.5 מעלות צלזיוס עד 2 מעלות צלזיוס עד שנת 2100 מניחים שימוש בגישות CDR בשילוב עם הפחתת פליטות.
חלק מהארגונים הסביבתיים והמדענים נמנעו מלהביע עמדה חד משמעית בהנדסה סולארית, אך לרוב הם תומכים יותר בפרויקטים מבוססי-טבע להסרת פחמן דו-חמצני, כגון ייעור ושיקום אדמות כבול.
נטען כי ללא קשר להיבטים הכלכליים, המדעיים והטכניים, הקושי להשיג פעולה פוליטית מתואמת בנושא ההתחממות הגלובלית דורש גישות אחרות.
הטוענים כי כדאיות פוליטית אומרים כי הקושי להשיג קיצוצים משמעותיים בפליטות והכישלון האפקטיבי של פרוטוקול קיוטו מוכיחים את הקשיים המעשיים להשיג הפחתת פליטת פחמן דו-חמצני בהסכמה של הקהילה הבינלאומית.
עם זאת, אחרים מצביעים על תמיכה בהצעות הנדסת אקלים בקרב מכוני מחקר עם היסטוריה של התנגדות להפחתת פליטות, כראיה לכך שבמקום שהנדסת אקלים היא פתרון לקשיים של הפחתת פליטות, הסיכוי להנדסת אקלים משמש כחיזוק לטענה שיש לעצור הפחתת פליטות מלכתחילה.
הנדסת אקלים תייצג מאמץ גדול ומכוון לשינוי האקלים.
זה היה שונה מפעילויות כגון שריפת דלקים מאובנים, שכן אלה משנים את האקלים מבלי משים.
שינויים אקלים מכוונים נתפסים לעיתים קרובות באופן שונה מבחינה מוסרית.
הוא מעורר שאלות האם לבני אדם יש את הזכות לשנות את האקלים בכוונה, ובאילו תנאים.
לדוגמה, ייתכן שיש הבחנה אתית בין הנדסת אקלים כדי למזער את ההתחממות הגלובלית לבין כך לייעל את האקלים.
יתר על כן, טיעונים אתיים מתמודדים לעיתים קרובות עם שיקולים גדולים יותר של תפיסת העולם, כולל התחייבויות אינדיבידואליות וחברתיות-דתיות.
זה עשוי לרמוז שדיונים בהנדסת אקלים צריכים לשקף כיצד המחויבות הדתית עשויות להשפיע על השיח.
עבור אנשים רבים, אמונות דתיות הן מרכזיות בהגדרת תפקיד בני האדם בעולם הרחב.
כמה קהילות דתיות עשויות לטעון שלבני אדם אין אחריות בניהול האקלים, במקום לראות במערכות עולמיות כאלה נחלתו הבלעדית של בורא.
לעומת זאת, קהילות דתיות אחרות עשויות לראות בתפקיד האנושי תפקיד של "אחזקות" או ניהול מיטיב של העולם.
שאלת האתיקה מתייחסת גם לסוגיות של קבלת החלטות מדיניות.
לדוגמה, בחירת טמפרטורת יעד מוסכמת בעולם היא בעיה משמעותית בכל משטר ממשל הנדסי אקלים, שכן מדינות או קבוצות אינטרסים שונות עשויות לחפש טמפרטורות גלובליות שונות.
אחד ההיבטים הפחות ממוקדים של הנדסת אקלים הוא התפקיד שהיא יכולה למלא באי-שוויון עולמי (צדק סביבתי).
הפליטות מתרכזות במידה רבה בכמה חברות יחסית.
בכך שהם לא מתייחסים לנושא או משנים שיטות כדי לפלוט פחות, הם מקבלים תועלת ישירה מהנזק שהם גורמים לאקלים.
באופן דומה, למדינות עשירות יותר יש פליטות גדולות בהרבה ממקביליהן העניים יותר.
עם זאת, מדינות עניות יותר לא יוכלו לשלם את העמלות היקרות עבור ההתאמה וההקלה הנדרשות כדי להתמודד עם אתגרי שינויי האקלים.
במילים פשוטות, למדינות עשירות יש יותר מה לתת ולמדינות עניות יש יותר מה להפסיד.
להנדסת אקלים יש פוטנציאל לטפל באי-שוויון על ידי הטלת הנטל על מי שמרוויח מהפליטות ולא לחלוק את הנטל עם מי שיש לו מעט אחריות ואשר נידון לסבול הכי הרבה.
הנדסת אקלים פותחת סוגיות פוליטיות וכלכליות שונות.
סוגיות הממשל המאפיינות הסרת פחמן דו-חמצני בהשוואה להנדסה סולארית נבדלות במידה רבה.
כתוצאה ממאפיינים שונים אלה, בעיית הממשל המרכזית להסרת פחמן דו-חמצני (כמו בהפחתת פליטות) היא לוודא שהשחקנים עושים מספיק ממנה (מה שנקרא "בעיית הרוכב החופשי"), ואילו סוגיית הממשל המרכזית בנושא הנדסה סולארית.
מוודא ששחקנים לא עושים זאת מוקדם מדי או יותר מדי (נקראת לפעמים בעיית "נהג חינם").
הממשל הפנימי והבינלאומי משתנה בהתאם לשיטת הנדסת האקלים המוצעת.
כיום חסרה מסגרת מוסכמת אוניברסלית להסדרת הפעילות או מחקר הנדסי אקלים.
חוקרים בבית הספר אוקספורד מרטין באוניברסיטת אוקספורד הציעו קבוצה של עקרונות התנדבותיים, שיכולים להנחות מחקר ושימוש בהנדסת אקלים.
הגרסה הקצרה של 'עקרונות אוקספורד' היא:
עקרון 1: הנדסת גאוגרפיה שתוסדר כתועלת ציבורית.
עקרון 2: השתתפות הציבור בקבלת החלטות גיאו-הנדסיות.
עקרון 3: חשיפת מחקר גאוגרפי-הנדסי ופרסום תוצאות פתוח.
עקרון 4: הערכה עצמאית של ההשפעות.
עקרון 5: ממשל לפני הפריסה.
עקרונות אלה אושרו על ידי בית הנבחרים של המועצה לבחירת המדע והטכנולוגיה של בריטניה בנושא "תקנת הנדסת גאוגרפיה", והופנו אליהם על ידי מחברים הדנים בנושא הממשל.
הועידה הוועידה הבינלאומית לאסילומאר בנושא טכנולוגיות התערבות אקלים לזיהוי ופיתוח קווים מנחים להפחתת סיכונים לניסויים בהתערבות אקלים.
הצדדים לאמנה על מגוון ביולוגי קיבלו שלוש החלטות על מה שהם מכנים "הנדסה גיאו הנדסית הקשורה לאקלים".
שבשנת 2010 קרא למדינות להימנע מ"פעולות הנדסה גיאו-הנדסיות הקשורות לאקלים שעשויות להשפיע על המגוון הביולוגי "עד שיוסדרו אלה, הן מוצדקות מבחינה מדעית, ושקלו סיכונים.
כמה ממבקרי הנדסת האקלים מכנים זאת "מורטוריום בפועל", אך מזכירות האמנה לגיוון ביולוגי קוראת לזה "מסגרת נורמטיבית לא מחייבת".
וחוקרי משפט רבים דוחים אפיון זה.
ההחלטה מ-2016 קראה כי "יש צורך במחקר טרנס-דיסציפלינרי יותר ושיתוף ידע בין מוסדות מתאימים על מנת להבין טוב יותר את ההשפעות".
מחקר גדול משנת 2018 חקר תפיסות ציבוריות של שש שיטות הנדסת אקלים, עם סקר מקוון בארצות הברית, בריטניה, אוסטרליה וניו זילנד.
הממצאים הושוו גם מול סקר דומה לשנת 2012 באוסטרליה ובניו זילנד.
המודעות הציבורית להנדסת אקלים הייתה נמוכה כאשר רק 19% - פחות מחמישית מהנשאלים - ידעו במה מדובר ודיווחו על ידע קודם.
התפיסות של שש שיטות הנדסת האקלים היו שליליות במידה רבה וקשורות לעיתים קרובות לתכונות כמו 'מסוכן', 'מלאכותי' ו'אפקט לא ידוע'.
שיטות הסרת פחמן דו-חמצני העדיפו על פני הנדסה גאוגרפית סולארית.
תפיסות הציבור היו יציבות להפליא עם הבדלים קלים בלבד בין המדינות השונות בסקרים של 2018 ו-2012.
במחקר של קבוצת מיקוד לשנת 2017 שנערך על ידי המכון השיתופי למחקר במדעי הסביבה (CIRES) בארצות הברית, יפן, ניו זילנד ושוודיה, נשאלו המשתתפים לגבי אפשרויות הרחקת פחמן, הצעות השתקפות כגון מראות חלל או הבהרה של עננים, וניתן היה לסכם את תגובות רובם כדלקמן:
מה יקרה אם הטכנולוגיות ייפגעו בתוצאות בלתי מכוונות?
האם פתרונות אלה מטפלים בסימפטומים של שינויי אקלים ולא בסיבה?
האם עלינו פשוט לשנות את אורח החיים ואת דפוסי הצריכה שלנו כדי להילחם בשינויי האקלים, ולהפוך את הנדסת האקלים למוצא אחרון?
האם אין צורך להתייחס לפתרונות פוליטיים להפחתת הפליטות שלנו?
המנחים הציפו אז את הרעיון של "מקרה חירום אקלים " עתידי כגון שינוי סביבתי מהיר.
המשתתפים חשו כי הפחתה והתאמה לשינויי אקלים הן אופציות מועדפות ביותר במצב כזה, והנדסת אקלים נתפסה כמוצא אחרון.
כמה קיצוניים הציעו כי ישנן פעולות ממשלתיות חשאיות ליישום הנדסה גאוגרפית בהיקף נרחב, המשפיעות על מזג האוויר לייצור חורף, או קירור, או שריפות גדולות, או השפעות מזיקות אחרות.
אין כל הוכחה לבסס טענות לא שגרתיות אלה.
רוב מה שידוע על הטכניקות המוצעות מבוסס על ניסויי מעבדה, תצפיות על תופעות טבע וטכניקות דוגמנות ממוחשבות.
חלק מהשיטות המוצעות להנדסת אקלים משתמשות בשיטות בעלות אנלוגים לתופעות טבע כגון אירוסולים גופרית סטרטוספריים וגרעיני עיבוי עננים.
כמה ארגונים חקרו הנדסת אקלים במטרה להעריך את הפוטנציאל שלה, כולל הקונגרס האמריקאי, האקדמיה הלאומית למדעים, הנדסה ורפואה של ארצות הברית, החברה המלכותית, הפרלמנט הבריטי, מכון מהנדסי המכונות, והפאנל הבין -ממשלתי בנושא שינויי אקלים.
דו"ח IMechE בחן תת-קבוצה קטנה של שיטות מוצעות (לכידת אוויר, האלבדו עירוני CO אצות מבוססתCO CO טכניקות לכידה), ומסקנותיה העיקריות היו כי יש לחקור ולנסות את הנדסת האקלים בקנה מידה קטן לצד פירוק רחב יותר של הכלכלה.
סקירת החברה המלכותית בחנה מגוון רחב של שיטות הנדסי אקלים מוצעות והעריכה אותן מבחינת יעילות, סבירות, עמידות ובטיחות (הקצאת אומדנים איכותיים בכל הערכה).
דו"ח ההמלצות המרכזיות היה כי "הצדדים ל-UNFCCC צריכים לעשות מאמצים מוגברים יותר למתן ולהתאים את עצמם לשינויי האקלים, ובפרט להסכים להפחתת הפליטות העולמית", וכי "[שום דבר] שאינו ידוע כעת על אפשרויות הנדסת גאוגרפיה נותן כל סיבה להפחית.
עם זאת, הדו"ח גם המליץ כי יש לבצע "מחקר ופיתוח של אפשרויות הנדסת אקלים כדי לבדוק האם ניתן להציע שיטות בסיכון נמוך אם יהיה צורך להפחית את קצב ההתחממות במאה זו".
במחקר סקירה שנערך בשנת 2009, העריכו לנטון ווהן מגוון של טכניקות הנדסי אקלים מוצעות.
על מנת לאפשר השוואה בין טכניקות שונות, הם השתמשו בהערכה משותפת לכל טכניקה המבוססת על השפעתה על כפייה קרינה נטו.
ככזה, הסקירה בחנה את הסבירות המדעית של השיטות המוצעות ולא את השיקולים המעשיים כגון כדאיות הנדסית או עלות כלכלית.
לנטון ווהן מצאו כי "לכידת ואחסון [אוויר] מציגים את הפוטנציאל הגדול ביותר, בשילוב ייעור, ייעור חורש והפקת ביו-חרוכה", וציין כי "הצעות אחרות שזכו לתשומת לב תקשורתית ניכרת, בפרט," צינורות האוקיינוס "מופיעות.
הם הגיעו למסקנה כי "הנדסת גיאו-הנדסה [אקלים] נחשבת בצורה הטובה ביותר כהשלמה פוטנציאלית להפחתת פליטות CO, ולא כחלופה לה".
באוקטובר 2011, פאנל מרכז המדיניות הדו-מפלגתי פרסם דו"ח הקורא לחקור ולבדוק באופן מיידי במקרה ש"מערכת האקלים מגיעה ל'נקודת מפנה 'ונדרשת פעולות תיקון מהירות".
באפריל 2024 החל ליד חופי אלמידה, קליפורניה, ניסוי בהבהרת עננים.
מדובר בטכניקה של ריסוס חלקיקים לתוך העננים, כדי לגרום להם לשקף יותר אור שמש בחזרה לחלל — וכך למתן באופן זמני את התחממות כדור הארץ.
הניסוי אמור להימשך מספר חודשים.
האקדמיה הלאומית למדעים, הנדסה ורפואה בארצות הברית ערכה פרויקט בן 21 חודשים לחקר ההשפעות, היתרונות והעלויות האפשריות של הנדסת אקלים.
ההבדלים בין שני סוגים אלה של הנדסת אקלים "הובילו את הוועדה להעריך בנפרד את שני סוגי הגישות בדוחות נלווים, הבחנה שהיא מקווה להעביר לדיונים מדעיים ומדיניים עתידיים".
המחקר שהתקבל, שכותרתו "Climate Intervention", פורסם בפברואר 2015 ומורכב משני כרכים: "השתקפות אור השמש לקרר כדור הארץ" ו"הסרת פחמן דו-חמצני וריצוף אמין".
על פי התמצית שלהם אודות המחקר:התערבות אקלים אינה תחליף להפחתת פליטת הפחמן הדו-חמצני ולמאמצים להסתגלות שמטרתם לצמצם את ההשלכות השליליות של שינויי האקלים.
עם זאת, כאשר כוכב הלכת שלנו נכנס לתקופה של אקלים משתנה שמעולם לא נחווה בהיסטוריה האנושית המתועדת, ההתעניינות גוברת בפוטנציאל להתערבות מכוונת במערכת האקלים כדי להתמודד עם שינויי האקלים.
אסטרטגיות הסרת פחמן דו-חמצני מתייחסות למניע מרכזי של שינויי אקלים, אך יש צורך במחקר כדי להעריך במלואו אם אחת מהטכנולוגיות הללו עשויה להיות מתאימה לפריסה בקנה מידה גדול.
אסטרטגיות שינוי אלבדו יכולות לקרר במהירות את פני כדור הארץ אך מהוות סיכונים סביבתיים ואחרים שאינם מובנים היטב ולכן אין לפרוס אותם בקנה מידה שמשנה את האקלים; יש צורך במחקר נוסף כדי לקבוע אם גישות לשינוי אלבדו עשויות להיות קיימות בעתיד.
בניתוח נתוני עתק ובלמידת מכונה, מאפיין הוא תכונה משותפת ליחידות עצמאיות שעליהן יש לבצע ניתוח או חיזוי.
הנדסת מאפיינים היא התהליך של שימוש בידע תחומי לחילוץ מאפיינים מנתונים גולמיים.
מאפיינים משמשים במודלים חזויים ומשפיעות על התוצאות.
תהליך איטרטיבי של הנדסת המאפיינים הוא:
סיעור מוחות או בדיקת מאפיינים
בדיקת ההשפעה של המאפיינים שזוהו על המשימה או היעד
הרשימה הבאה מספקת כמה דרכים טיפוסיות להנדסת מאפיינים שימושיים:
טרנספורמציות נומריות (כמו לקיחת שברים או שינוי קנה מידה)
מקודד קטגוריות כמו מקודד חם או יעד (למשתנים איכותיים)
ניתוח רכיבים עיקריים (Principal component) לנתונים נומריים
אפילו מאפיינים לא משמעותיים יחסית עשויים לתרום ליעילות המידול.
בחירת מאפיין טובה יכולה להפחית את מספר המאפיינים כדי למנוע מדגם להפוך ספציפי מדי למערך נתוני האימון (התאמת יתר - overfitting).
"התפוצצות מאפיינים" מתרחשת כאשר מספר המאפיינים המזוהים גדל באופן לא הולם.
תבניות מאפיינים - הטמעת תבניות מאפיינים במקום קידוד מאפיינים חדשים
שילובי מאפיינים - צירופים שלא ניתן לייצגם על ידי מערכת ליניארית
ניתן להגביל את פיצוץ המאפיינים באמצעות טכניקות כגון: רגולריזציה, שיטת ליבה ובחירת מאפיינים.
אוטומציה של הנדסת מאפיינים היא נושא מחקר שראשיתו בשנות ה-90. תוכנת למידת מכונה המשלבת הנדסת מאפיינים אוטומטית זמינה מסחרית מאז 2016. ניתן להפריד באופן גס את הספרות האקדמית הקשורה לשני סוגים:
למידת עץ החלטות רב-יחסית (MRDTL) משתמשת באלגוריתם מפוקח הדומה לעץ החלטות.
Deep Feature Synthesis משתמש בשיטות פשוטות יותר.
למידת עץ החלטות רב-יחסיות (MRDTL)
MRDTL מייצר מאפיינים בצורה של שאילתות SQL על ידי הוספת סעיפים ברציפות לשאילתות.
לדוגמה, האלגוריתם עשוי להתחיל עם:
לאחר מכן ניתן לחדד את השאילתה ברציפות על ידי הוספת תנאים, כגון "WHERE t1.charge <= -0.392".
עם זאת, רוב מחקרי MRDTL מבססים יישומים על מסדי נתונים יחסיים, מה שמביא לפעולות מיותרות רבות.
ניתן לצמצם את היתירות הללו על ידי שימוש ב"טריקים" כגון הפצת tuple id.
ניתן להגביר את היעילות באמצעות עדכונים מצטברים, אשר מבטל יתירות.
אלגוריתם Deep Feature Synthesis ניצח 615 מתוך 906 צוותים אנושיים בתחרות.
הנדסת מזון כוללת את כל השלבים הנחוצים ליצירה או עיבוד של מוצר (סופי או לא) המיועד לאכילה, לשתייה או ללעיסה לאדם או לבעלי חיים.
הנדסת מזון היא הנדסה רב-תחומית המשלבת הנדסה כימית, הנדסה חקלאית, הנדסת חומרים, ביוטכנולוגיה, הנדסת מכונות, הנדסת תעשייה.
מכלול הפונקציות המובילות מתכנון ומחקרים, בקרת רכישה וייצור של ציוד, ועד בנייה והפעלה של מתקן טכני או תעשייתי.
כל חומר, מעובד, מעובד למחצה או שאינו מעובד, המיועד לצריכת אדם בבליעה, לעיסה או שתייה, או כל חומר שנעשה בו שימוש בתהליך ייצור, הכנה או עיבוד של מזון, לרבות גומי לעיסה, משקאות ומי שתייה כהגדרתם בסעיף 52א לפקודת בריאות העם, 1940, ולמעט –
תמרוק, תכשיר או סמי מרפא, כהגדרתם בפקודת הרוקחים;
מוצרי טבק כהגדרתם בחוק הגבלת הפרסומת והשיווק של מוצרי טבק, התשמ"ג-1983;
מכשיר המשמש לטיפול רפואי, כהגדרתו בפסקה (1) להגדרה "ציוד רפואי" בחוק ציוד רפואי, התשע"ב-2012;
סם מסוכן כהגדרתו בפקודת הסמים המסוכנים, התשל"ג-1973, וחומר אסור בהפצה כמשמעותו בחוק המאבק בתופעת השימוש בחומרים מסכנים, התשע"ג-2013, ובכלל זה כאשר נעשה שימוש בסם המסוכן או בחומר האסור בהפצה בתהליך הייצור של מזון אחר;
מכסה תחומי עניין רחבים, החל מאספקת חומרי גלם ועד הפיכתם למוצרי מזון מוגמרים, באמצעות שיטות מחקר מדוקדקות, טכנולוגיות חדישות ותהליכים מתקדמים, לרבות שיטות שימור וטכנולוגיות אריזה ואספקה של מוצרי מזון לשוק הצרכני.
הנדסת מזון הוצגה לראשונה במדינות המערב ובפרט במכון קרלסרוהה לטכנולוגיה בשנת 1948 כדי להקים תוכנית לימודים למהנדסים בתעשיית המזון.
בשאר אירופה ובארצות הברית, שני ענפים עיקריים עסקו במדע המזון: כימיה של מזון וטכנולוגיית מזון.
התחום האחרון הוצג בארצות הברית זמן קצר לפני מלחמת העולם השנייה והיה במידה רבה פיתוח נוסף של כימיית המזון כולל ידע במיקרוביולוגיה והנדסה חקלאית.
תחוםדוגמה לשימושביוכימיהשליטה על פרמטרים המגבילים ריאקציות מייאר לא רצויות בתהליך בישול.
שימוש במכשירים הבודקים מרקם וכוח חדירה.
שימוש בטריבולוגיה לייעד להרגשה מסוימת בפה במהלך האכילה.אריזההארכת חיי המדף על ידי שליטה על פרמטרים כמו חומר האריזה או העובי שלה.תכן מפעלי מזוןהיכן יוקם מפעל המזון?
איפה כדאי למקם כל חלק במפעל?
אוניברסיטת וחנינגן שבהולנד - אחת האוניברסיטאות הבולטות באירופה ללימודי מדעי המזון והנדסת מזון.
בשנת 2021 היא דורגה במקום הראשון בתחום הנדסת מזון בדירוג QS Universities ומקום שלישי בדירוג שנגחאי.
טכניון - הפקולטה להנדסת ביוטכנולוגיה ומזון בטכניון מציעה שתי תוכניות התמחות עיקריות, אחת בהנדסת מזון ואחת בהנדסת ביוטכנולוגיה.
הלימודים ממזגים מחקר בהנדסה ותחומי מדעי החיים וננוטכנולוגיה.
האוניברסיטה העברית בירושלים - תואר ראשון בפקולטה לחקלאות מזון וסביבה.
המסלול מיועד למי שרוצה להשתלב בתעשיית המזון ולאלו שרוצים לעסוק במחקר ביוכימי כאחד.
המכללה האקדמית להנדסה אורט בראודה - מנפיקה תואר למוסמך הנדסת ביוטכנולוגיה שדורשת התמחות בשנה רביעית.
ישנן שלוש אופציות להתמחות: סביבה, מזון, ביוטכנולוגיה תרופתית.
מהנדסי מזון מוכשרים למגוון רחב של משרות הכוללות בין היתר גם תפקידים בתעשיית התרופות.
בוגרי תואר בהנדסת מזון יכולים להיות מועסקים במגוון משרות וביניהן:
פיתוח רכיבי מוצרי מזון חדשים בשוק
בקרת איכות ובטיחות כולל ISO9000
עיצוב, התקנה ואופטימיזציה של מפעלי מזון
תכנון והפעלה של מערכות מיועדות להפחתה או טיפול בפסולת
שם המקצוע לפעמים מופיע תחת השם "טכנולוג מזון".
הורדת יוקר המחיה ורעב עולמי
הנדסת מזון מעורבת בשניים מהיעדים בתוכנית האומות המאוחדות המכילה 17 יעדים לפיתוח בר קיימא – הורדת יוקר המחיה והפחתת הרעב.
כאשר רבע מהזיהום העולמי מגיע מייצור מזון יש למהנדסי מזון תפקיד חשוב בניהול פסולת.
מהנדסי מזון פועלים גם לשכלל מוצרים רפואיים ובריאותיים שיועילו בסופו של דבר לצרכנים תוך כדי שימוש מושכל בפסולת.
דוגמאות לכך הם מיחזור של מי קירור להשקיה ושימוש במי גבינה להפקה של חלבונים.
שימוש בתוצרי לוואי של תהליך ייצור מזון הוא היבט חשוב עבור מהנדסי מזון שמאפשר התנהלות בת קיימא, וקיים ביקוש הולך וגדל למזון ולאריזות מזון שמקדמים ערך זה.
ייצור מזון בטוח ומזין למאכל אדם ולבעלי חיים הוא אחת המטרות העיקריות של מהנדסי מזון.
תעשיית המזון עומדת בפני האתגר של הצרכנים ושל סוכנויות בריאות הממשלתיות לספק מזון בריא שיכול לסייע בהפחתת ההשמנה ובו בזמן לדאוג לביטחון התזונתי של אוכלוסיית העולם.
על תעשיית המזון לעמוד בדרישות האלו מבלי לפגוע בטעם המוצרים ולמזער ככל הניתן את השפעת המהלך בחוויות הלקוח.
בישראל הדבר היווה אתגר עם כניסת רפורמת המדבקות האדומות של משרד הבריאות שגרם ליצרניות המזון להפחית סוכר, נתרן ושומן רווי ממוצרים רבים על מנת להימנע מתיוג המוצרים ככאלו שעדיף להימנע מהם.
כל מוצר מזון שמיוצר או נמכר בישראל צריך לעמוד בתקנות הישראליות, כולל אריזתו.
הדרישות הנוגעות לאלרגיות ונוכחות של מזונות מהונדסים גנטית הם דוגמאות מרכזיות ויש לבדוק ולדווח אותן בצורה נכונה.
דרישות הרגולציה בתחום הנדסת המזון מגיעות ממקורות רבים, בהם משרד הבריאות, משרד הכלכלה, משרד החקלאות, ומכון התקנים.
דרישות אלו מתעדכנות בתדירות משתנה.
האחראיות על יישום הדרישות מוטלת על יצרני מזון.
מפעלי מזון המייצרים תוספי תזונה או מוצרים ללא גלוטן חייבים לעבוד לפי "תנאי ייצור נאותים" (GMP).
תהליכי ייצור או עיבוד אחרים יכולים לעבוד לפי תנאי GMP בהחלטה וולונטרית.
מערכת HACCP (ניתוח סיכונים בנקודות בקרה קריטיות(
דו''ח תברואי בציון מעל 85
אגף שרותי המזון והתזונה במשרד הבריאות
במשרד הבריאות ישנו אגף מיוחד הנקרא שרותי המזון והתזונה - מזון.
תפקיד האגף הוא שמירת בריאות הציבור על ידי פיקוח על יצור של מפעלי מזון המוגדרים בחוק בישראל (בין היתר תוספי תזונה, תוסף מזון, מזון תינוקות ושתייה אלכוהולית), רישוי, יבוא ובטיחות מזון.
באגף ישנם מספר תפקידים, שתפקיד השטח נקרא מרכז פיקוח על המזון (שבו יכול לעסוק רק אדם בעל תעודה בתחום כגון מהנדס מזון, טכנולוג מזון, כימאי או איש בריאות הציבור).
במסגרת התפקיד מרכזי הפיקוח נעזרים בידע ממהנדסי מזון בכירים יותר במטה הארצי בתל אביב, טוקסיקולוגים, ווטרינרים, רופאים, אנשי תעשיית מזון, אנשי איכות ודיאטנים.
אחד התפקידים של מרכזי הפיקוח הוא מתן רישיון יצרן שנתי למפעל על ידי ביקורת שנתית אחת ויותר שבסופה אמור לקבל המפעל את רישיון היצרן על פי התמחותו המוגדרת בחוק.
הנדסת תוכנה היא ענף של הנדסה, העוסק בפיתוח תוכנה.
הנדסת תוכנה מיישמת גישה שיטתית, מבוקרת ומדידה לפיתוח, תפעול ותחזוקה של תוכנה.
הנדסת תוכנה מקיפה את מחזור החיים השלם של תוכנה, וכוללת ידע, שיטות וכלים עבור דרישות, תכנון, בנייה, בדיקות, תחזוקה, ניהול תצורה ואיכות.
הנדסת תוכנה נועדה להפחית את המורכבות שבפיתוח תוכנה, לשפר את אמינות התוכנה המפותחת, ולהקטין את עלויות התפעול והתחזוקה.
מאפיין בולט של הנדסת התוכנה הוא פיתוח מערכות מורכבות הכוללות חומרה, תוכנה ותקשורת.
הנדסת תוכנה החלה להתגבש כתחום ייחודי בשנות ה-60 המאוחרות, על רקע משבר התוכנה.
עד אותה עת נחשבה הנדסת התוכנה לענף משני של מדעי המחשב.
כנס ראשון בהנדסת תוכנה נערך בשנת 1968 על ידי ועדת המדע של נאט"ו, וציין את תחילת דרכו של הענף כתחום נפרד ועצמאי.
עם החלוצים בתחום נמנים פרד ברוקס, בארי בם, טוני הור ודייוויד פרנס.
גרסה ראשונה של גוף הידע הרשמי של המקצוע הושלמה בשנת 1999 ובאותה השנה הוענק לפרד ברוקס פרס טיורינג על "תרומותיו פורצות הדרך בהנדסת מחשבים, מערכות הפעלה והנדסת תוכנה".
שני אירועים אלה נחשבים לאבני דרך חשובות בהתפתחות הענף.
בארצות הברית, מסלול לימודים אקדמי בהנדסת תוכנה (BSc) נפתח לראשונה בשנת 1996, ומסלול דומה מוצע גם בישראל.
עם זאת, נכון לשנת 2006, לרוב העוסקים בתחום יש הכשרה אקדמית במדעי המחשב ולא בהנדסת תוכנה.
יסודותיה התאורטיים של הנדסת התוכנה לקוחים ממדעי המחשב, ובצד המעשי היא חולקת עקרונות ושיטות עם הנדסת מחשבים, הנדסת מערכות, הבטחת איכות, הנדסת אנוש וניהול פרויקטים.
בפתח המאה ה-21, ובניגוד חד לרבות מדיסציפלינות ההנדסה האחרות, שיטותיה של הנדסת התוכנה אינן מבטיחות כי תוצריה יהיו עקביים, אמינים או שימושיים.
יתר על כן, שיטותיה אינן אחידות, אינן מוסְדרות, ורובן המכריע מבוסס על כללי אצבע ונעדר תשתית מתמטית איתנה.
בשל כך, ובשל היבטים נוספים של הנדסת תוכנה, שאלת סיווגה כענף של ההנדסה, המדע או האמנות תלויה ועומדת, וכן שוררת אי-הסכמה באשר לנכונותן או נחיצותן של רבות מהפרדיגמות והשיטות שנעשה בהן שימוש בתחום זה.
המונח "הנדסת תוכנה" נטבע בשנת 1968 על ידי פרידריך באוור במהלך כנס שערכה ועדת המדע של נאט"ו, ונמצא בשימוש נרחב מאז.
נכון לתחילת המאה ה-21, הוא מפורש במספר דרכים שונות ונבדלות:
כינוי בן־זמננו למגוון הפעילויות שבעבר נודעו כתכנות וניתוח מערכות.
מונח רחב המתאר את כל ההיבטים המעשיים של תכנות מחשבים.
זאת, בניגוד לתאוריה של תכנות מחשבים הידועה גם כמדעי המחשב.
מונח המגלם גישה מסוימת לתכנות מחשבים, דהיינו, התייחסות לתכנות מחשבים כמקצוע הנדסי ולא כאמנות.
לפי תקן IEEE 610.12, הנדסת תוכנה היא "(1) יישום של גישה שיטתית, מבוקרת ומדידה לפיתוח, תפעול ותחזוקה של תוכנה, כלומר, החלה של הנדסה על תוכנה; (2) לימוד הגישות השונות ל־(1)".
בדומה למונח "הנדסת תוכנה", גם משמעות המונח "מהנדס תוכנה" נתונה במחלוקת:
עד אמצע שנות ה-90, העדיפו רוב העובדים בתחום לתאר מקצועם כ-"תוכניתן", "מתכנת" או "מְפַתֵח".
בהמשך, עם תפוצתו הרחבה של המחשב האישי והגידול החד במספר העוסקים בתחום, התואר "מתכנת", קיבל גוון שלילי ושימש ככינוי לאלה שאין להם הכלים, הכישורים, ההשכלה או האתיקה הדרושים לפיתוח תוכנה איכותית.
בעקבות זאת, החלו חלק מאנשי המקצוע לכנות את עצמם "מהנדסי תוכנה", וחברות רבות החליפו את התארים "מתכנת" ו-"מפתח תוכנה" בתואר "מהנדס תוכנה".
עם זאת, ההבחנה בין המונחים אינה מקובלת על כולם ויש הדבקים במונחים המקוריים.
מחלוקת זו מוסיפה על הבלבול הקיים באשר להגדרה המדויקת של הנדסת התוכנה.
בקרב מהנדסים בתחומים המסורתיים של ההנדסה (ובפרט האיגוד הלאומי למהנדסים מקצועיים של ארצות הברית), יש הטוענים כי להם זכויות ייחודיות על המונח "הנדסה", וכי השימוש במונח זה דורש את אישורם.
ואכן, ב-48 מבין מדינות ארצות הברית, השימוש בתואר "מהנדס תוכנה" אסור על מי שלא הוסמך על ידי האיגוד הלאומי למהנדסים מקצועיים.
עם זאת, אנשי מקצוע רבים, אוניברסיטאות רבות ואף לשכת הסטטיסטיקה של משרד העבודה האמריקני משתמשים במונח "מהנדס תוכנה" בחופשיות כדי לתאר את העוסקים בתחום תכנות המחשבים.
ה-ACM מתנגד לשימוש במונח "מהנדס תוכנה" ולרישוי העוסקים בתחום.
על פי ה-ACM, מהנדס תוכנה מורשה (בדומה למהנדס בניין הרשום בפנקס המהנדסים) ייתפס בציבור כמי שמחזיק בידע והכישורים הדרושים לבניית תוכנה אמינה, עקבית ושימושית, אף על פי שהנדסת תוכנה אינה בשלה דיה כדי להבטיח זאת.
קיימת מחלוקת ארוכת שנים בשאלת סיווגה של הנדסת תוכנה כענף של ההנדסה, המדע או האמנות.
במידה רבה, המחלוקת נובעת מגילו הצעיר של המקצוע ומחוסר הגיבוש של השיטות המשמשות בו.
יש המסווגים את פיתוח התוכנה כענף מובהק של ההנדסה.
המצדדים בגישה זו מצביעים על השיטות המשותפות לדיסציפלינות אלה, כגון איסוף וניהול דרישות, הבטחת איכות וניהול פרויקטים.
מאידך, המצדדים בגישה זו נוטים להמעיט בחשיבותו של המרכיב הייצורי והפיזי של הנדסה, שאינו קיים כלל בהנדסת תוכנה.
אחרים טוענים שייתכן והנדסת תוכנה אינה דיסציפלינה הנדסית, אך עליה להיות כזו.
מנגד, עמדתו של ה-ACM היא שהנדסת התוכנה אינה בשלה דיה כדי להיחשב דיסציפלינה הנדסית, מכיוון שלא ניתן להבטיח שתוצריה יהיו עקביים, אמינים או שימושיים.
לרוב, הגישה הנאיבית להנדסת תוכנה מבלבלת בין התוצר ההנדסי לפיתוחו, ומבקשת לייחס את איכות התוצר ההנדסי לתהליכי הפיתוח של התוכנה.
דהיינו, כשם שהתוצר ההנדסי (לדוגמה מטוס) עומד בקריטריונים מחמירים של יעילות, עמידות ודיוק, כך גם תהליכי פיתוח התוכנה עצמם חייבים לעמוד בקריטריונים דומים.
גישה זו מיושמת במתודולוגיית פיתוח התוכנה מודל מפל־המים המורה על פיתוח תוכנה בתהליך קווי, חד־כיווני הדומה לפס־ייצור של מוצר הנדסי.
יש המסווגים את פיתוח התוכנה כענף מדעי־מתמטי.
ואכן, כל מערכות התוכנה מבוססות על יסודות אלגוריתמיים, וחלקן משתמשות בנוסף בענפים שונים של המתמטיקה השימושית.
בתהליך פיתוח התוכנה משמשות לעיתים שיטות מתמטיות מתחום מדעי המחשב, כגון יעילות אלגוריתמים, מודלים של חישוב ושיטות לאימות תוכנה.
אף על פי כן, הנדסת תוכנה אינה ענף של המתמטיקה, וידע מתמטי עמוק אינו מבטיח כלל ועיקר את איכות התוכנה.
אדרבא, השיטות הפורמליות הקיימות משמשות לאימות תוכנה ולא לתכנונה.
זאת ועוד, שיטות האימות הקיימות אינן מסוגלות להתמודד עם המורכבות וסדרי הגודל של מערכות התוכנה המודרניות, ובנוסף מוגבלות בשל חסמים תאורטיים מובנים .
חלקים מהותיים בתהליך פיתוח התוכנה הם עיצוביים באופיים ומתבססים על איסוף וארגון מידע שאינו פורמלי או מוגדר־היטב, ופירוש והמרת אלה לשפת מחשב כלשהי.
יש המסווגים את פיתוח התוכנה כמקצוע הדורש עבודת אומן או אפילו כאמנות.
ואכן, תהליך פיתוח התוכנה חולק איכויות מסוימות עם תהליך היצירה האמנותית, כגון הפשטה, אסתטיקה, דרגות חופש גבוהות ועוד.
במקרים רבים, העוסקים בתחום חותרים לפתח פתרונות שיהיו אסתטיים, נוסף על היותם מעשיים.
בדומה למקצועות אחרים הדורשים עבודת אומן שיטתית (לדוגמה אדריכלות), גם מקצוע פיתוח התוכנה דורש תקופה ארוכה של חניכות אצל בעל מקצוע ותיק.
עם זאת, יש הטוענים כי הגישה האומנותית לבדה אינה מספיקה לפיתוח שיטתי של תוכנה בקנה מידה גדול.
יש המסווגים את פיתוח התוכנה כתהליך יצירת קניין רוחני.
לפי גישה זו, פיתוח תוכנה הוא ביסודו בעיה אמפירית, ולא ניתן לפתור אותה בשיטות המתבססות על חיזוי או תכנון.
המצדדים בגישה זו מדמים את פיתוח התוכנה למשחק של שיתוף פעולה מוכוון־מטרה, בדומה לטיפוס הרים.
גישה זו שמה דגש רב על סביבת עבודה מתאימה, זרימת מידע אוסמוטית בין חברי הצוות, ותקורה פורמלית־טקסית נמוכה.
עקרונות אלה מיושמים במתודולוגיות פיתוח תוכנה זריזוֹת כגון XP ו־Scrum.
עם זאת, יש הטוענים כי גישה זו לבדה אינה מתאימה לפיתוח מערכות קריטיות, או כאלה המחייבות צוותי פיתוח גדולים.
קיימת חפיפה מסוימת בין הנדסת תוכנה לתכנות גרידא.
שתי הדיסציפלינות עוסקות בצד המעשי של פיתוח תוכנה, אך הנדסת תוכנה מיישמת גישה שיטתית ומקיפה את מחזור הפיתוח השלם, ואילו תכנות מתמקד בתכנון ובכתיבת התוכנה.
הטבלה הבאה מפרטת את ההבדלים העיקריים בין שתי הדיסציפלינות:
הנדסת תוכנה לעומת מדעי המחשב
היחס בין מדעי המחשב להנדסת תוכנה הוא נושא הנתון במחלוקת מתמשכת.
יש המצדדים בגישה הטוענת שהנדסת תוכנה היא ענף משני של מדעי המחשב.
לעומתם, יש הטוענים שהמיקוד העיקרי של מדעי המחשב הוא לימוד וגילוי אמיתות כלליות בתחום החישוביות, ואילו הנדסת תוכנה מתמקדת בתכנון ויישום מקרים פרטניים של בעיות חישוביות, להשגת מטרה מעשית.
תומך מובהק בגישה זו הוא דייוויד פרנס.
בין הנדסת תוכנה למדעי המחשב יש חפיפה בתחומי האלגוריתמיקה וארכיטקטורת המחשב.
עם זאת, מדעי המחשב נוטים למחקר תאורטי בתחומים אלה, ואילו הנדסת תוכנה נוטה לצד המעשי, ושמה דגש על פתרון של בעיות בקנה מידה גדול ותעשייתי.
להדגשת ההיבט התאורטי של מדעי המחשב, אמר אחד מהבולטים בו, אדסחר דייקסטרה:
הטבלה הבאה מפרטת את ההבדלים בין שתי הדיסציפלינות:
הנדסת תוכנה לעומת הנדסה מסורתית
מהנדסי תוכנה שואפים לבנות מוצרים זולים, אמינים ובטוחים, בדומה לעוסקים במקצועות ההנדסה המסורתיים.
מהנדסי תוכנה שואלים מטפורות וטכניקות רבות מדיסציפלינות ההנדסה המסורתית, לרבות איסוף וניתוח דרישות, הבטחת איכות וטכניקות לניהול פרויקטים.
עם זאת, שתי הדיסציפלינות נבדלות, כפי שמתואר להלן:
נושא הנדסת תוכנה הנדסה מסורתיתיסודותמבוססת על מדעי המחשב ומתמטיקה בדידהמבוססת על פיזיקה, כימיה וחשבון דיפרנציאלי ואינטגרלישיטהמבוססת על כללי אצבע, ללא תימוכין מתמטימבוססת ומוסדרת, נתמכת במודלים מתמטיים מוכחיםעלותלרוב, עלויות הפיתוח ההנדסי והייעוץ מגיעות ליותר ממחצית העלות הכוללת.
כלי העבודה כגון מהדרים ומחשבים הם זוליםעלויות הבנייה והייצור הן גבוהות, ועלות הפיתוח ההנדסי קטנה יחסיתשכפולשכפול תוכנה הוא טריוויאלי.
רוב המהנדסים המסורתיים נחשבים כמנהלים
תהליכי הנדסת תוכנה, מתודולוגיה (או תפיסת פיתוח) היא התחום העוסק בחקר וביישום של עקרונות לפיתוח תוכנה באופן שיטתי.
המונח מתודולוגיה בהנדסת תוכנה פירושו סט מוסכם של עקרונות, תהליכים, שיטות וכלים על פיהם מפותחות ומתוחזקות מערכות תוכנה.
נכון לתחילת המאה ה-21, יש בתחום הנדסת התוכנה כתריסר מתודולוגיות עיקריות (קרי, שפורסמו ברבים וזכו לקבלה מסוימת בתעשייה) המחולקות למספר משפחות נבדלות.
רוב המתודולוגיות מונות את השיטות העדכניות ביותר, אך אינן מרחיבות אותן באופן משמעותי.
מתודולוגיות נבדלות ביחסן למקצוע הנדסת התוכנה ועקרונות היסוד שלו, המיקוד (ניהול פרויקט, ארכיטקטורה, עיצוב ותכנות, הבטחת איכות ועוד), השיטות ובהיבטים נוספים.
בשל גילו הצעיר של המקצוע ובשל ריבוי המתודולוגיות, אין עדיין הסכמה בענף באשר למידת התאמתן של מתודולוגיות מסוימות לבעיות מסוימות.
תכנת ותקן (ידועה גם בשם מהר ומלוכלך) היא המתודולוגיה המקובלת ביותר לתחזוקת מערכות תוכנה, נכון לסוף המאה ה-20. המתודולוגיה מקובלת במידה מסוימת גם לפיתוח מערכות חדשות.
מתודולוגיה זו שמה דגש רב על המהירות שבה נעשים שינויים ותיקונים למערכת התוכנה, תוך התעלמות מודעת מנושאי התחזוקתיות והאיכות הפנימית של התוכנה.
מתודולוגיה זו מאפשרת הוספה מהירה של פונקציונליות חדשה למערכת, אך מחייבת חיזוק של המבנים הפנימיים של התוכנה מעת לעת וערכת בדיקות מקיפה.
ללא האחרונים, שימוש עקבי במתודולוגיה זו יגרום בהכרח לשחיקה מעריכית באיכות הפנימית של התוכנה, עד לנקודה שבה עלות הוספת פונקציונליות חדשה שווה או גדולה לעלות בניית התוכנה כולה מחדש, שלאחריה אין הצדקה כלכלית להמשיך לתחזק את התוכנה.
מפל-המים היא מתודולוגיה ותיקה ורווחת לפיתוח מערכות תוכנה.
המתודולוגיה מיוחסת (בטעות) לווינסטון רויס, שהציע את הגרסה המקורית של המתודולוגיה במאמר שפורסם בשנת 1970. עם השנים נשתרשה פרשנות מוטעית למאמרו, והיא זו הידועה בשם "מודל מפל-המים".
בהקשרה ההיסטורי, המתודולוגיה נתפסה כתגובה לשיטות אד הוק של 'תכנת-ותקן' שרווחו מאוד בשנות ה-60 של המאה ה-20 (ועדיין רווחות).
במודל מפל-המים, פיתוח התוכנה מתבצע בתהליך שיטתי ולוגי המורכב משלבים מוגדרים היטב שאין לפסוח עליהם.
השלבים מבוצעים בטור, זה אחר זה, ובכל שלב יש מיקוד במשימה עיקרית אחת בלבד.
יש דגש רב על איסוף וניתוח של כל הדרישות כולן קודם לתחילת הפיתוח, ואין חזרה לאחור בתהליך לאחר ששלב מסוים בו הסתיים.
השלבים העיקריים בשיטה זו הם איסוף וניתוח דרישות, עיצוב, מימוש, בדיקות, שילוב, התקנה ותחזוקה.
Unified Process (או בקיצור UP) היא מתודולוגיה ששורשיה בעבודתו של בארי בם והורחבה על ידי פיליפ קרוצ'טן, גריידי בוץ' ואחרים.
המתודולוגיה הוצגה לראשונה בין השנים 1995–1998. UP אינה מתודולוגיה במובן הקלאסי, כי אם מסגרת מתודולוגית שניתן להרחיבה ויש להתאימה לארגון או פרויקט מסוים.
UP היא מתודולוגיה איטרטיבית המורה על פיתוח תוכנה בתהליך מחזורי רב-שלבי.
המתודולוגיה שמה דגש על ניהול הפרויקט, ניהול השינוי, הארכיטקטורה ותהליכי המידול של התוכנה.
ייחודה של UP הוא בדרכים המובנות בה המאפשרות להתאימה לסוגים וגדלים רבים של פרויקטים לפיתוח תוכנה, החל מפרויקטים קטנים ולא-קריטיים ועד לפרויקטי-ענק לפיתוח מערכות קריטיות תומכות-חיים.
הטכניקות העיקריות של המתודולוגיה כוללות פיתוח מחזורי תחום-בזמן, ניהול השינוי באמצעות כלי ניהול שינויים ובקרת תצורה, ניהול הדרישות ומידול ויזואלי באמצעות UML.
מתודולוגיה זריזה לפיתוח תוכנה היא מתודולוגיה איטרטיבית שהותאמה לפיתוח תוכנה בצוותים קטנים תוך שימת דגש על יעילות, זריזות ואיכות.
משפחה זו מקבלת בברכה שינויים במפרטי התוכנה, ומתייחסת לפיתוח כאל משחק של שיתוף פעולה מוכוון-מטרה (בדומה לטיפוס הרים).
המתודולוגיות במשפחה זו שמות דגש רב על סביבת עבודה מתאימה, זרימת מידע אוסמוטית בין חברי הצוות, ותקורה פורמלית־טקסית נמוכה.
עקרונות היסוד של משפחה זו נקבעו במשותף על ידי רבים מהמובילים בחקר וביישום מערכות תוכנה, ופורסמו ברבים במנשר לפיתוח תוכנה זריז.
eXtreme Programming (או בקיצור XP) היא מתודולוגיה שפותחה על ידי קנט בק, ומתוארת בספרו eXtreme Programming Explained שיצא לאור בשנת 2000, ובספרים נוספים שצצו בעקבותיו.
שמה ניתן לה בשל העובדה שהשיטות המשמשות אותה הן מחמירות מאוד, ובעת פרסומה נחשבו כקיצוניות יחסית לשיטות הקיימות בתעשייה.
מערכות המפותחות לפיה הן גמישות מאוד לשינויים, וניתן להרחיבן בקלות ובאופן בטוח.
כדי להשיג גמישות זו, XP משתמשת בשיטת תכנות מונחה-בדיקות שעיקריה הם כתיבת דרישות המערכת כסט של בדיקות הניתנות להרצה, ופיתוח הבדיקות קודם לפיתוח הפונקציונליות.
Crystal Clear היא מתודולוגיה שפותחה על ידי אליסטר קוברן ועקרונותיה מתוארים בספרים שפרסם החל משנת 1998. מתודולוגיה זו שמה דגש על יעילות בפיתוח ומפגינה סגלתנות רבה לשוני בדרכי העבודה האנושיות כפי שאלה מתבטאות בפיתוח תוכנה על ידי מתכנתים.
המתודולוגיה מפרטת עקרונות לתכנות נכון אך מתמקדת יותר בעיצוב התוכנה וניהול הפרויקט.
המתודולוגיה מתאימה לצוותים קטנים המפתחים תוכנה שאינה תומכת-חיים.
ייחודה של Crystal Clear הוא בקלות היחסית שניתן להתאימה לאילוצים המופיעים פעמים רבות בפרויקטים לפיתוח תוכנה (לדוגמה, העדרו של לקוח), ובמסגרת נוחה להרחבה גם לצוותים גדולים יותר.
Scrum היא מתודולוגיה זריזה לניהול פרויקטים לפיתוח תוכנה שפותחה על ידי קן שוואבר ואחרים.
הדגש היסודי של השיטה הוא על צוותים המכווינים את עצמם, וכן על תהליך נסיוני (אמפירי) מחזורי שאינו מוגדר מראש.
המונח "Scrum" מקורו במשחק הרוגבי, שם הוא מתאר את הדרך שבה המשחק מתחיל מחדש לאחר שהכדור יצא מהמגרש.
הטכניקה של "התחלה מחדש" היא אחת מאבני היסוד של השיטה – פרויקט Scrum מתחיל את תהליך הפיתוח כל חודש מחדש.
כלומר, פעם בחודש מסופקת תוכנה עובדת למשתמשים, והערותיהם, כמו גם הדרישות החדשות, מיושמות במחזורי הפיתוח העוקבים.
מקובל להשתמש ב־Scrum כמעטפת לניהול פרויקטים המפותחים במתודולוגיית XP ומתודולוגיות זריזות אחרות.
דרישות תוכנה הוא תת-תחום של הנדסת תוכנה שמתעסק במיצוי, ניתוח, הגדרה, ואימות של הדרישות עבור התוכנה.
להבין בדיוק מה נדרש מהתוכנה
לתקשר עם כל המעורבים לצורך הבנה מדויקת
לבקר את התהליך, כדי לוודא שהמערכת מממשת את המפרט (כולל שינויים)
ישנם שני סוגי דרישות עיקריים:
פונקציונלית – השירות או ההתנהגות שהמערכת מספקת
לא-פונקציונלית – כל השאר, כגון ביצועים, אמינות, תיעוד, קלות שימוש, קלות הרחבה, ממשק, ועוד.
הגדרה של דרישה "טובה" היא שתהיה (לפי IEEE830):
ארכיטקטורה היא התחום העוסק בתכנון מערכות תוכנה.
במדעי המחשב, המושג בניית תוכנה מתייחס לתהליך של הפיכת קובצי קוד מקור לתוצרי תוכנה עצמאיים (Standalone) הניתנים להרצה על מחשב.
אחד השלבים העיקריים של בניית תוכנה הוא תהליך ההידור (קומפילציה), בו קובצי קוד מקור הופכים לקוד הניתן להרצה (Executable code).
בהנדסת תוכנה, תחזוקת תוכנה היא תהליך ההרחבה, המיטוב ותיקון הפגמים של גרסת תוכנה שפיתוחה הסתיים, והיא מוצבת בשטח.
תחזוקת תוכנה היא השלב האחרון בתהליך פיתוח התוכנה, ותחילתו לאחר שהתוכנה הוצבה בשטח והופעלה.
שלב תחזוקת התוכנה הוא לרוב הארוך והיקר ביותר במחזור חייה של תוכנה, ופעמים רבות מגיע לכדי שני שלישים מהעלות הכוללת.
לרוב, בשלב זה נעשים שינויים שמטרתם תיקון באגים, הוספת פונקציונליות חדשה, וכן שיפור השימושיות.
ארכיטקטורה של מערכות תוכנה היא לפיכך תכנון מפושט של ההיבטים השונים של התוכנה, היחסים בין המרכיבים השונים של התוכנה והחוקים החלים עליהם.
מחקרים ראשונים בתחום זה נעשו כבר בשנות ה-60 של המאה ה-20, אבל חשיבותו עלתה מאוד החל משנות ה־80 בשל הגודל והמורכבות של מערכות התוכנה .
ארכיטקטורה מתמקדת בהגדרת ההיבטים הלא-פונקציונליים של התוכנה, השלד הטכנולוגי, הממשקים החיצוניים והיבטים נוספים שאינם קשורים רק לעיצוב התוכנה ולקוד.
תכנון ופיתוח המבנים הפנימיים של התוכנה שייך לתחום העיצוב והתכנות אם כי גם הוא מכונה לעיתים ארכיטקטורה.
אין עדיין הסכמה בתעשייה באשר להיבטים השונים של התוכנה הנדרשים להיכלל כחלק מהארכיטקטורה, אם כי יש דרך מתוקננת לתיאור חלק מההיבטים באמצעות שפת המידול המאוחדת UML ובאמצעות SysML.
תחום העוסק בשלד התוכנה ובמבנים בקנה מידה בינוני וגדול, יכולת ההרחבה של המבנה ומידת גמישותו לשינויים.
גמישות לשינויים – היבט העוסק ביכולת לשנות את התוכנה בתגובה לשינויים בדרישות או בשל דרישות חדשות.
מחקרים בתחום מצאו שקשה מאוד לשנות מערכות תוכנה לאחר שאלה נמסרו ללקוח.
לשם השוואה, שינוי המתבצע בתוכנה לאחר שנמסרה עולה בממוצע פי 200 משינוי המתבצע בזמן אפיון התוכנה.
לפיכך, הגישה המסורתית לפיתוח תוכנה שמה דגש רב על תכנון תוכנה גמישה, כלומר, תכנון מבני התוכנה באופן כללי ומופשט ככל שניתן.
תכנון כזה, אם הוא מצליח לחזות את המקומות בהן תורחב התוכנה, מאפשר את שינוי והרחבת התוכנה באופן קל ובטוח.
עם זאת, הניסיון בתעשייה מלמד שמידת הצלחתו של הליך תכנוני זה היא מוגבלת, ומתודולוגיות הפיתוח הזריזות אף ממליצות נגד חלקים מהותיים בו.
יכולת הרחבה וגידול – מערכות תוכנה נדרשות פעמים רבות להגדיל את תפוקת העבודה שלהן בשל גידול צפוי או בלתי-צפוי, רגעי או קבוע באירועי הקלט (לדוגמה, מספר המשתמשים המחוברים למערכת).
לפיכך, דגש רב מושם על תכנון מבנה התוכנה באופן שיאפשר את הגדלת התפוקה שלה בעתיד, עם שינויים קטנים ככל שניתן בהיבטי הארכיטקטורה השונים, במבנה הפנימי או במערכות המחשב עצמן.
תחום העוסק באופן שבו התוכנה מתקשרת עם מערכות חיצוניות אחרות, לרבות אנשים.
תכנון הממשקים הוא היבט קריטי של מערכת התוכנה מכיוון שזהו הנתיב שדרכו מגיעים אירועים חיצוניים לתוכנה, וכן הצינור שדרכו זורמת תפוקת העבודה של התוכנה החוצה.
טיב ממשקי התוכנה משפיע באופן ישיר על תגובתיות התוכנה, קלות החיבור של התוכנה למערכות אחרות, קלות השימוש והנגישות, משך השימוש של התוכנה והסתגלנות שלה לשינויים עתידיים.
החל מסוף המאה ה-20 חלה התקדמות רבה בחלק מההיבטים של תחום ארכיטקטוני זה, והוגדרו בתעשייה דרכים מתוקננות לקישוריות ופעילות הידודית בין מערכות .
כמו כן, חל גיבוש בעקרונות ובשיטות המשמשים בתחום הקישוריות ואלה חוסים תחת המטריה של ארכיטקטורה מוכוונת שירותים (SOA).
תחום העוסק במדידה ותכנון מנגנונים להבטחת האמינות של התוכנה, כלומר נכונות הפלט בכל מצבי התוכנה.
התחום קשור באופן הדוק לתחומי האימות, הבדיקות ולהיבטי הבדיקוּת של התוכנה.
עקרונות התחום והשיטות המתמטיות המשמשות בו מקורם בדיסציפלינות ההנדסה המסורתית.
עם זאת, בניגוד לדיסציפלינות קרובות (לדוגמה, הנדסת אלקטרוניקה), במערכות תוכנה (אפילו קטנות) מספר הקומבינציות של הקלטים והמצבים עלול להיות אסטרונומי ולפיכך קיים קושי רב להוכיח באופן מתמטי את נכונות התוכנה ומאפייני האמינות שלה.
בפועל, הדגש מושם על איסוף וניתוח דרישות האמינות, תכנון לאמינות ובעיקר מימוש מונחה-אמינות.
באופן מעשי, יישום מערכת תוכנה אמינה מסתמך על מנגנוני חומרה מתאימים (כגון הרצה זהה במקביל), מערכות תווכה מתאימות (כגון מסד נתונים, מערכת ניהול תנועות ועוד), ספריות פיתוח בדוקות, טכניקות קידוד שונות וערכת בדיקות מקיפה.
במערכות תוכנה קריטיות או תומכות-חיים, מתווספים גם תהליכי אימות פורמליים לחלקים בתוכנה, לפרוטוקולים המשמשים בה ולאלמנטים נוספים.
במקרים נדירים, רכיבים קריטיים בתוכנה אף מפותחים על ידי צוותים נפרדים, ואלה פועלים יחדיו בזמן ריצה ומגבים אחד את האחר.
תחום העוסק בזמינותה של מערכת תוכנה ומכלול השירותים המסופקים על ידה.
עקרונות התכנון של היבט זה מקורם בעיקר בדיסציפלינות הנדסה אחרות.
זמינות המערכת מושפעת באופן ישיר מהאופן שבו התוכנה מוצבת בסביבת המחשוב, המשאבים העומדים לרשותה ואופן ניהולם.
מערכות הנדרשות לעמוד ברמת שירות גבוהה מחייבות תכנון קפדני של זיהוי, ניהול והתאוששות מכשלים במערכת.
לרוב, היבטים אלה באים לידי ביטוי בכל רמות התוכנה (והחומרה), מרמת המבנים המערכתיים ועד לרמת הטיפול בשגיאות בקוד.
זיהוי וניהול כשלים – היבט העוסק בדרכים לזהות אירועים חריגים בתוכנה ובניהולם, אחרי שנתגלו.
אירוע חריג בהקשר זה הוא שגיאה תכנותית שלא נצפתה מראש (באג), כשל במערכות עזר או כשל במערכות המחשב עצמן.
עקרונות הנדסיים של יתירות ובידוד כשלים הם חלק מעקרונות היסוד המשמשים לתכנון היבט זה.
התאוששות מאסון – היבט העוסק בשחזור פעילות התוכנה לאחר שהתרחש אירוע כלשהו שמונע ממערכות המחשב והתוכנה לתפקד.
בדרך כלל מדובר על אירוע חיצוני שאינו באחריות המערכת, כגון נתק מתמשך במערכות החשמל, שרפה, הצפה וכדומה.
המשכיות עסקית – היבט העוסק בניתוח והגדרה של תהליכים עסקיים ומחשוביים הדרושים כדי להמשיך ולהפעיל את מערכות המחשוב של הארגון לאחר שהתרחש אירוע כלשהו.
תחום העוסק בתפוקת העבודה המועילה של התוכנה, מדידתה ובדרכים להגדיל תפוקה זו בעתיד.
היבט זה בא לידי ביטוי בכל רמות התוכנה, האלגוריתמים, המבנה הפנימי ואיכות הקוד.
תכנון קיבולת – היבט העוסק בבניית מודל לחישוב כמות משאבי החומרה הנדרשים כדי לתמוך בעומס הצפוי על התוכנה.
במערכות תוכנה חדשות, קשה לבנות מודל מדויק קודם להפעלת התוכנה ויש להשתמש בגישה איטרטיבית המטייבת את המודל תוך כדי הפיתוח.
בהתאם לתוצאות המודל, נרכשות מערכות המחשוב הנדרשות.
במקרים מסוימים, המודל אף משמש להקצאה דינמית של משאבי החומרה בסביבת הייצור.
לעומת זאת, תוכנות מדף ותיקות מספקות לרוב כלים מדויקים לתכנון קיבולת המערכת.