Глава 3

Формализация процедур на этапе разработки технического предложения

Техническое предложение (ТП) - это совокупность конструкторских документов, разработанных на основе ТЗ, содержащих набор вариантов возможных технических решений и обосновывающих выбор наиболее рационального (оптимального) варианта.

В ТП отражаются результаты исследований по проверке патентной чистоты выбранного варианта решения. В число обязательных документов ТП входят пояснительная записка и ведомость ТП. Дополнительно могут выполняться чертеж общего вида, схемы, расчеты, таблицы, патентный формуляр.

На этапе разработки ТП решаются три задачи:

1) поиск вариантов технического решения;

2) выбор оптимального варианта;

3) анализ принятого решения.

Разработка ведется инженером-конструктором с привлечением инженеров-технологов и художников-конструкторов (дизайнеров).

3.1. Организация поиска технических решений

Этап поиска вариантов ТР в наибольшей степени носит творческий характер. На входе процедура поиска имеет цели проектирования и основные признаки, а выходом ее являются варианты ПО.

В области изобретательства бытует понятие “обычного проектирования”, под которым понимается решение известной задачи известными путями с помощью известных средств (проектировщику известны задача, цель, способ и средство решения). Примером может служить выполнение курсового проекта нерадивым студентом: известна задача (задание выдал преподаватель), ясны цель (“спихнуть” проект), способ (отыскать аналогичное задание у другого студента), средство решения (перечертить и переписать).

Если же не уподобляться нерадивому студенту, то обычное проектирование всегда связано с некоторой неопределенностью в постановке целей, с поиском наиболее рациональных способов и средств решения. Проектировщик, с одной стороны, не должен стремиться к “обычному проектированию” в том понимании, которое отмечено в примере, а с другой стороны, не должен чрезмерно увлекаться изобретательством, поскольку цели изобретателя и проектировщика различны: изобретатель стремится найти новое ТР, не всегда заботясь о возможности его реализации в настоящее время, а проектировщик должен положить в основу ПО лишь то решение, которое обещает положительный эффект и может быть реализовано.

Известные в настоящее время приемы и методы поиска ТР по степени формализации делят на три группы:

1) неформальные эвристические приемы и методы;

2) частично формализованные эвристические методы - эвроритмы, часть операций в которых описана в виде алгоритмов;

3) полностью формализованные приемы и методы - алгоритмы.

Перечисленные группы сильно отличаются по числу входящих в них приемов и методов. Наиболее многочисленны неформальные эвристические приемы и методы, самую малочисленную группу составляют полностью формализованные методы (алгоритмы), которые относятся к конкретным объектам техники. Однако по мере автоматизации проектирования и с развитием методик проектирования расширяются вторая группа методов, на которой строится автоматизированное проектирование, и третья группа, являющаяся основой автоматического проектирования.

В соответствии со степенью направленности поиска новых ТР все методы поиска можно отнести к одной из трех следующих групп.

1. Методы случайного, интуитивного поиска, когда каждая новая идея возникает практически независимо от всей предыдущей работы над задачей и почти независимо от ранее высказанных идей (в основе методов лежит интуиция): мозговой штурм, синектика, метод гирлянд и ассоциаций, метод идеального объекта.

2. Методы систематического поиска, отличающиеся упорядоченностью процедуры поиска и направленностью на полное исследование поля поиска (в основе методов лежит систематика): морфологический анализ (морфологический ящик Цвикки), матричные методы (родственные методу морфологического анализа), методы Коллера, Зарипова и др.

3. Методы логического поиска, характеризующиеся еще большей упорядоченностью и алгоритмизацией процедуры поиска, когда поле поиска сужается до конкретного элемента системы (методы основаны на логике).

При поиске ТР с помощью методов интуитивного поиска, основанных на использовании неформальных эвристических приемов и методов, проектировщик должен освоить фонд эвристических приемов, который в настоящее время насчитывает более 400 видов, объединенных в 15 групп. Начинающему конструктору рекомендуется освоить от 50 до 100 приемов и в дальнейшем пополнять свой фонд на основе собственного опыта и изучения патентного фонда.

При использовании эвристических приемов проектировщик должен последовательно выполнить четыре этапа поиска ТР:

1) уяснить цели проектирования, изложенные в ТЗ, и составить список требований искомого ТР;

2) выбрать из известных ТР один или несколько прототипов, в наибольшей степени отвечающих списку требований;

3) проанализировать прототипы, выявить несоответствие их признаков признакам искомого ТР;

4) в зависимости от признаков, подлежащих изменению, выбрать наиболее подходящий прием поиска ТР и решить задачу.

Зачастую задачу можно решить не сразу, а последовательно, улучшая результаты с помощью различных приемов.

К эвристическим методам относятся методы проектирования, основанные на концепции “черного ящика” и рассмотренные выше (мозговой штурм, синектика, гирлянд и ассоциаций, идеального объекта и др.). Среди современных отечественных методов можно отметить метод “букета проблем”, который хорошо работает на задачах любого уровня и из любой сферы человеческой деятельности и близок к методам случайного поиска типа мозгового штурма. Основные его понятия зародились в методе синектики. Метод “букета проблем” состоит в том, что, основываясь на исходной формулировке проблемы, рассматривают несколько иных проблем, формируя тем самым группу или “букет проблем”. Алгоритм метода включает формирование пяти типов проблем:

1) проблема как она дана - это исходная формулировка;

2) проблема в общем виде - исходную формулировку разбивают на смысловые группы, а затем для каждой из смысловых групп пытаются подобрать более общее понятие и сформулировать обобщенную формулировку;

3) проблема-аналог - мысленно просматривается, где, в каких областях человеческой деятельности (или в природных явлениях, животном, растительном мире) возникает необходимость в таком же действии или такой же функции и как эти проблемы решены там;

4) проблема на уровне физических взаимодействий - выясняется что в объекте или его окружении можно изменить так, чтобы исходная проблема либо исчезла вообще, либо решалась тривиально; с этой целью проблему расчленяют на элементарные взаимодействия и пытаются их изменением решить ситуацию;

5) обратная проблема - формулируется обратное, противоположное действие, что может навести на решение прямой проблемы.

Однако неформализованные эвристические методы не представляют интереса для САПР, поэтому основное внимание следует уделить формализованным методам, предполагающим использование ЭВМ.