النموذج الأولي

النموذج الأولي هو عينة أو نموذج أو إصدار مبكر لمنتج ما، يُصمم لاختبار مفهوم أو عملية. ^{[ 1 ]} وهو مصطلح يُستخدم في سياقات متنوعة، تشمل علم الدلالة ، والتصميم ، والإلكترونيات ، وبرمجة البرمجيات . يُستخدم النموذج الأولي عمومًا لتقييم تصميم جديد بهدف تعزيز دقة محللي النظم والمستخدمين. ^{[ 2 ] [ 3 ]} يهدف تصميم النماذج الأولية إلى توفير مواصفات لنظام عملي حقيقي، بدلًا من نظام نظري. ^{[ 4 ]} للنماذج الأولية المادية تاريخ طويل، وتُكملها الآن النماذج الأولية الورقية والافتراضية على نطاق واسع. في بعض نماذج سير عمل التصميم، يُعد إنشاء نموذج أولي (وهي عملية تُسمى أحيانًا ^{التجسيد} المادي ) الخطوة الفاصلة بين صياغة الفكرة وتقييمها . ^{[ 5} ]

يمكن أن يعني النموذج الأولي أيضًا مثالًا نموذجيًا لشيء ما، كما هو الحال في استخدام الاشتقاق " prototypical " . ^{[ 6 ]} هذا مصطلح مفيد في تحديد الأشياء والسلوكيات والمفاهيم التي تعتبر المعيار المقبول، وهو مشابه لمصطلحات مثل الصور النمطية والنماذج الأصلية .

كلمة " نموذج أولي " مشتقة من الكلمة اليونانية πρωτότυπον ( prototypon )، وتعني "الشكل البدائي"، وهي صيغة محايدة من πρωτότυπος ( prototypos) ، وتعني "الأصلي، البدائي"، والمشتقة بدورها من πρῶτος ( protos) ، وتعني "الأول"، وτύπος ( typos )، وتعني "الانطباع" (في الأصل بمعنى العلامة التي تتركها ضربة، ثم علامة ختم تُطبع بواسطة قالب (لاحظ "الآلة الكاتبة")؛ وضمنًا بمعنى ندبة أو علامة؛ وبالقياس بمعنى شكل، أي تمثال، أو (مجازيًا) أسلوب، أو تشابه؛ نموذج للمحاكاة أو مثال توضيحي (لاحظ "النموذجي"). ^{[ 1 ] [ 7 ] [ 8 ]}

تستكشف النماذج الأولية جوانب مختلفة من التصميم المقصود: ^{[ 9 ]}

• يُستخدم النموذج الأولي لإثبات المبدأ للتحقق من بعض الجوانب الوظيفية الرئيسية للتصميم المقصود، ولكنه عادةً لا يمتلك جميع وظائف المنتج النهائي. ^{[ 10 ]}
• يمثل النموذج الأولي العامل جميع وظائف المنتج النهائي أو معظمها. ^{[ 11 ]}
• يمثل النموذج الأولي المرئي حجم وشكل التصميم المقصود، وليس وظيفته. أما نموذج دراسة الشكل فهو نوع أولي من النماذج الأولية المرئية، حيث يتم التركيز على السمات الهندسية للتصميم، مع إيلاء اهتمام أقل للون أو الملمس أو غيرها من جوانب المظهر النهائي. ^{[ 12 ]}
• يمثل نموذج تجربة المستخدم ما يكفي من مظهر المنتج ووظيفته بحيث يمكن استخدامه في أبحاث المستخدم . ^{[ 13 ]}
• يُجسّد النموذج الأولي الوظيفي كلاً من وظيفة ومظهر التصميم المقصود، على الرغم من أنه قد يُصنع بتقنيات مختلفة وحتى بمقياس مختلف عن التصميم النهائي. ^{[ 14 ] [ 15 ]}
• النموذج الورقي الأولي هو تمثيل مطبوع أو مرسوم يدويًا لواجهة المستخدم لمنتج برمجي. تُستخدم هذه النماذج عادةً للاختبار المبكر لتصميم البرمجيات، ويمكن أن تكون جزءًا من جولة تعريفية بالبرمجيات للتأكد من صحة قرارات التصميم قبل بذل جهود تصميمية أكثر تكلفة. ^{[ 16 ]}

بشكل عام، يختلف إنشاء النماذج الأولية عن إنشاء المنتج النهائي في بعض الجوانب الأساسية:

• المواد : قد تكون المواد المستخدمة في المنتج النهائي باهظة الثمن أو صعبة التصنيع، لذا قد تُصنع النماذج الأولية من مواد مختلفة عن تلك المستخدمة في المنتج النهائي. في بعض الحالات، قد تكون مواد الإنتاج النهائية لا تزال قيد التطوير، ولم تكن متاحة بعد للاستخدام في النموذج الأولي.
• العملية : غالبًا ما تكون عمليات الإنتاج الضخم غير مناسبة لتصنيع عدد قليل من الأجزاء، لذا قد تُصنع النماذج الأولية باستخدام عمليات تصنيع مختلفة عن المنتج النهائي. على سبيل المثال، يتطلب المنتج النهائي الذي سيُصنع بتقنية حقن البلاستيك أدوات مخصصة باهظة الثمن، لذا قد يُصنع النموذج الأولي لهذا المنتج باستخدام التشغيل الآلي أو الطباعة المجسمة الضوئية. قد تؤدي الاختلافات في عملية التصنيع إلى اختلافات في مظهر النموذج الأولي مقارنةً بالمنتج النهائي.
• التحقق : قد يخضع المنتج النهائي لعدد من اختبارات ضمان الجودة للتحقق من مطابقته للرسومات أو المواصفات. قد تشمل هذه الاختبارات تجهيزات فحص مخصصة، وأساليب أخذ عينات إحصائية، وتقنيات أخرى مناسبة للإنتاج المستمر لكمية كبيرة من المنتج النهائي. تُصنع النماذج الأولية عادةً مع فحص فردي دقيق، مع افتراض أن بعض التعديلات أو إعادة العمل ستكون جزءًا من عملية التصنيع. كما قد تُستثنى النماذج الأولية من بعض المتطلبات التي ستنطبق على المنتج النهائي.

يسعى المهندسون والمتخصصون في النماذج الأولية إلى تقليل تأثير هذه الاختلافات على الدور المقصود للنموذج الأولي. فعلى سبيل المثال، إذا لم يتمكن النموذج الأولي المرئي من استخدام نفس مواد المنتج النهائي، فسيحاولون استبدالها بمواد ذات خصائص تحاكي إلى حد كبير خصائص المواد النهائية المقصودة.

يسعى المهندسون والمتخصصون في النماذج الأولية إلى فهم قيود النماذج الأولية لمحاكاة خصائص التصميم المقصود بدقة.

تمثل النماذج الأولية نوعًا من التنازل عن تصميم الإنتاج النهائي. ويعود ذلك إلى مهارة المصممين وخياراتهم، بالإضافة إلى القيود المتأصلة في النموذج الأولي. ونظرًا لاختلاف المواد والعمليات ودقة التصميم، فمن المحتمل ألا يؤدي النموذج الأولي الأداء المطلوب، حتى وإن كان تصميم الإنتاج سليمًا. في المقابل، قد يؤدي النموذج الأولي الأداء المطلوب، لكن تصميم الإنتاج والنتيجة النهائية قد لا ينجحان.

بشكل عام، من المتوقع أن تكون تكاليف النماذج الأولية الفردية أعلى بكثير من تكاليف الإنتاج النهائية بسبب أوجه القصور في المواد والعمليات. كما تُستخدم النماذج الأولية لمراجعة التصميم بهدف خفض التكاليف من خلال التحسين والتطوير. ^{[ 17 ]}

من الممكن استخدام اختبار النماذج الأولية لتقليل مخاطر عدم أداء التصميم كما هو مقصود، ومع ذلك، لا يمكن للنماذج الأولية عمومًا القضاء على جميع المخاطر.

غالبًا ما يكون بناء التصميم الكامل مكلفًا ويستغرق وقتًا طويلاً، خاصةً عند تكراره عدة مرات - بناء التصميم الكامل، ثم تحديد المشكلات وكيفية حلها، ثم بناء تصميم كامل آخر. كبديل، تُستخدم تقنيات النماذج الأولية السريعة أو تطوير التطبيقات السريع للنماذج الأولية، التي تُنفذ جزءًا من التصميم الكامل، وليس كله. يتيح هذا للمصممين والمصنعين اختبار أجزاء التصميم الأكثر عرضةً للمشكلات بسرعة وبتكلفة منخفضة، وحل تلك المشكلات، ثم بناء التصميم الكامل.

في مجال البحث التكنولوجي، يعتبر النموذج التجريبي التكنولوجي نموذجًا أوليًا يعمل كإثبات للمفهوم ونموذج توضيحي لتكنولوجيا جديدة أو منتج مستقبلي، مما يثبت جدواه ويوضح التطبيقات الممكنة.

في مشاريع التطوير الكبيرة، تُعدّ بيئة الاختبار منصة وبيئة تطوير نموذجية لإجراء تجارب واختبارات دقيقة للتقنيات والمكونات والنظريات العلمية والأدوات الحاسوبية الجديدة. ^{[ 18 ]}

مع التطورات الحديثة في مجال النمذجة الحاسوبية، أصبح من الممكن الاستغناء عن إنشاء نموذج أولي مادي (باستثناء نماذج مصغرة للغاية لأغراض ترويجية)، والاكتفاء بنمذجة جميع جوانب المنتج النهائي كنموذج حاسوبي . ومن الأمثلة على هذا التطور طائرة بوينغ 787 دريملاينر ، حيث تم إنتاج أول نموذج مادي بالحجم الطبيعي على خط الإنتاج التسلسلي. وتُستخدم النمذجة الحاسوبية حاليًا على نطاق واسع في تصميم السيارات، سواءً من حيث الشكل (في تصميم السيارة وديناميكيتها الهوائية ) أو من حيث الوظيفة، لا سيما لتحسين مقاومة السيارة للصدمات وتقليل وزنها لتحسين كفاءة استهلاك الوقود.

الإلكترونيات

في مجال الإلكترونيات ، تعني عملية النمذجة الأولية بناء دائرة كهربائية فعلية وفقًا لتصميم نظري للتحقق من عملها، وتوفير منصة مادية لتصحيح أخطائها في حال وجود خلل. غالبًا ما تُصنع النماذج الأولية باستخدام تقنيات مثل لف الأسلاك أو استخدام لوحة التجارب أو لوحة الشرائح أو لوحة الدوائر المطبوعة ، والنتيجة هي دائرة كهربائية مطابقة للتصميم ولكنها ليست مطابقة فيزيائيًا للمنتج النهائي. ^{[ 20 ]}

تتوفر أدوات مفتوحة المصدر مثل Fritzing لتوثيق النماذج الإلكترونية الأولية (وخاصةً تلك التي تُصنع على لوحة التجارب) والتقدم نحو الإنتاج الفعلي. كما تُسهّل منصات النماذج الأولية مثل Arduino عملية برمجة المتحكمات الدقيقة والتفاعل معها . ^{[ 21 ]} يمكن للمطور اختيار نشر اختراعه كما هو باستخدام منصة النماذج الأولية، أو استبدالها بشريحة المتحكم الدقيق والدوائر الإلكترونية ذات الصلة بمنتجه فقط.

يستطيع الفني بناء نموذج أولي بسرعة (وإجراء إضافات وتعديلات) باستخدام هذه التقنيات، ولكن في الإنتاج بكميات كبيرة، يكون إنتاج لوحات الدوائر المطبوعة المخصصة بكميات كبيرة أسرع وأرخص عادةً من إنتاج أنواع أخرى من لوحات النماذج الأولية. وقد مكّن انتشار شركات تصنيع وتجميع لوحات الدوائر المطبوعة سريعة التنفيذ من تطبيق مفاهيم النماذج الأولية السريعة على تصميم الدوائر الإلكترونية. أصبح من الممكن الآن، حتى مع أصغر المكونات السلبية وأكبر حزم التوصيل الدقيقة، تصنيع اللوحات وتجميعها وحتى اختبارها في غضون أيام.

يُشار غالبًا إلى البرمجيات النموذجية باسم " النسخة التجريبية الأولى" (ألفا )، أي أنها النسخة الأولى التي يتم تشغيلها. عادةً ما يتم تنفيذ عدد قليل من الوظائف فقط، وينصب التركيز الأساسي للنسخة التجريبية الأولى على توفير قاعدة برمجية وظيفية يمكن إضافة الميزات إليها. بمجرد أن تتضمن النسخة التجريبية الأولى معظم الميزات المطلوبة، تصبح نسخة تجريبية ثانية (بيتا) لاختبار البرنامج بالكامل وتعديله للاستجابة بشكل صحيح في الحالات غير المتوقعة أثناء التطوير. ^{[ 22 ]}

في كثير من الأحيان، قد لا يتمكن المستخدمون النهائيون من تقديم مجموعة كاملة من أهداف التطبيق، أو متطلبات الإدخال أو المعالجة أو الإخراج التفصيلية في المرحلة الأولية. بعد تقييم المستخدم، يتم بناء نموذج أولي آخر بناءً على ملاحظات المستخدمين، ثم تعود الدورة مرة أخرى إلى تقييم العميل. تبدأ الدورة بالاستماع إلى المستخدم، يليه بناء أو مراجعة نموذج أولي، والسماح للمستخدم باختبار النموذج الأولي ، ثم العودة إلى التقييم. يوجد الآن جيل جديد من الأدوات يُسمى برامج محاكاة التطبيقات، والتي تساعد على محاكاة التطبيقات بسرعة قبل تطويرها. ^{[ 23 ]}

تستخدم البرمجة المتطرفة التصميم التكراري لإضافة ميزة واحدة تدريجياً في كل مرة إلى النموذج الأولي. ^{[ 24 ]}

في مجال الهندسة المعمارية ، يشير مصطلح "النمذجة الأولية" إما إلى صناعة النماذج المعمارية (كشكل من أشكال النمذجة المصغرة ) أو كجزء من التجارب الجمالية أو المادية ، مثل مركز "فورتي وول هاوس" للنمذجة الأولية للمواد مفتوحة المصدر في أستراليا. ^{[ 33 ] [ 34 ]}

يستخدم المعماريون النماذج الأولية لاختبار الأفكار من الناحية الهيكلية والجمالية والتقنية. ولا يُعد نجاح النموذج الأولي أو فشله هو الهدف الأساسي، بل إن عملية تصميم النماذج المعمارية هي عملية كاشفة يكتسب من خلالها المعماري رؤى جديدة. ^{[ 35 ]}

في علم القياس وتطبيقاته ، يُعرف النموذج الأولي بأنه جسم من صنع الإنسان يُستخدم كمعيار لقياس كمية فيزيائية معينة ، ويُعتمد عليه في جميع قياسات تلك الكمية. يُطلق على هذا الجسم المعياري أحيانًا اسم "القطعة الأثرية" . في النظام الدولي للوحدات ( SI )، لم يعد هناك معيار نموذجي منذ 20 مايو 2019. قبل ذلك التاريخ، كان آخر نموذج أولي مُستخدم هو النموذج الدولي للكيلوغرام ، وهو عبارة عن أسطوانة صلبة من البلاتين والإيريديوم محفوظة في المكتب الدولي للأوزان والمقاييس في سيفر، فرنسا (إحدى ضواحي باريس )، وكانت كتلتها ، بحسب التعريف ، تساوي كيلوغرامًا واحدًا بالضبط . تُصنع نسخ من هذا النموذج الأولي وتُوزع على العديد من الدول لتمثيل المعيار الوطني للكيلوغرام، وتُقارن دوريًا بنموذج باريس الأولي. الآن، أُعيد تعريف الكيلوغرام بحيث حُددت قيمة ثابت بلانك ( h) بدقة تساوي 10 ...6.626 070 15 × 10 ⁻³⁴  جول-ثانية (J⋅s)

حتى عام 1960، تم تعريف المتر بواسطة قضيب نموذجي من البلاتين والإيريديوم عليه علامتان (كانتا، بحكم التعريف، متباعدتين بمقدار متر واحد)، وهو النموذج الدولي للمتر ، وفي عام 1983 أعيد تعريف المتر ليكون المسافة في الفضاء الحر التي يغطيها الضوء في 1/299,792,458 من الثانية (وبالتالي تحديد سرعة الضوء لتكون 299,792,458 مترًا في الثانية).

في العديد من العلوم، من علم الأمراض إلى علم التصنيف، يُشير مصطلح "النموذج الأولي" إلى مرض أو نوع، وما إلى ذلك، يُقدّم مثالًا جيدًا للفئة بأكملها. في علم الأحياء، يُعدّ النموذج الأولي الشكل السلفي أو البدائي لنوع أو مجموعة أخرى؛ أي النمط الأصلي. ^{[ 36 ]} على سبيل المثال، يُعتبر سمك البشير السنغالي نموذجًا أوليًا لجنسه، بوليبتيروس .

يستخدم صانعو النماذج المصغرة، وخاصة نماذج السكك الحديدية والطائرات والسفن والنماذج العسكرية، عادةً مصطلح النموذج الأولي بمعنى الحجم الكامل ، ^{[ 37 ]} كما في "طول هذا النموذج ليس مطابقًا للنموذج الأولي".

• الطباعة ثلاثية الأبعاد
• النمذجة بالطين
• الحد الأدنى من المنتج القابل للتطبيق
• النماذج الأولية السريعة
• مقال اختبار (توضيح)