
- •Основы системного проектирования
- •1. Понятие проектирования
- •2. Структура проектирования
- •2.1. Стадии проектирования
- •2.2. Структура управления процессом проектирования
- •3. Методология проектирования
- •3.1. Принципы системного проектирования
- •3.2. Законы проектирования
- •3.3. Методы проектирования
- •3.3.1. Эвристические методы
- •3.3.1.1. Результаты творческой деятельности
- •3.3.1.2. Психологические факторы творческой деятельности
- •3.3.1.3. Метод итераций (последовательного приближения)
- •3.3.1.4. Метод декомпозиции
- •3.3.1.5. Метод контрольных вопросов
- •3.3.1.6. Метод мозговой атаки
- •3.3.1.7. Теория решения изобретательских задач (триз)
- •3.3.1.8. Метод морфологического анализа
- •3.3.1.9. Функционально-стоимостной анализ
- •3.3.1.10. Методы конструирования
- •3.3.2. Экспериментальные методы
- •3.3.2.1. Цели и виды экспериментальных методов
- •3.3.2.2. Планирование эксперимента и обработка экспериментальных данных
- •3.3.2.3. Машинный эксперимент
- •3.3.2.4. Мысленный эксперимент
- •3.3.3. Формализованные методы
- •3.3.4. Методы принятия решений
- •3.3.4.1. Задачи оптимального проектирования
- •3.3.4.2. Однокритериальные задачи
- •3.3.4.3. Задачи многокритериальной оптимизации
- •3.3.4.4. Принятие решений в условиях неопределенности
- •4. Объекты проектирования
- •4.1. Назначение и характеристики разрабатываемых объектов
- •4.2. Виды технических систем
- •4.3. Модели разрабатываемых объектов
- •4.3.1. Требования к моделям
- •4.3.2. Виды моделей
- •4.4. Параметры разрабатываемых объектов
- •4.5. Требования, предъявляемые к проектируемым объектам
- •4.5.1. Экономические требования
- •4.5.1.1. Требования производителя
- •4.5.1.2. Требования потребителя
- •4.5.2. Проектные и производственные требования
- •4.5.2.1. Стандартизация, унификация, преемственность
- •4.5.2.2. Технологичность
- •4.5.2.3. Транспортабельность
- •4.5.2.4. Сохраняемость
- •4.5.3. Эксплуатационные требования
- •4.5.3.1. Функциональные требования
- •4.5.3.2. Надежность
- •4.5.3.3. Эргономичность
- •4.5.3.4. Безопасность
- •4.5.3.5. Экологичность
- •4.5.3.6. Эстетичность
- •4.5.3.7. Утилизация
- •5. Управление проектированием
- •5.1. Техническое задание
- •5.1.1. Начальные сведения о задаче
- •5.1.2. Содержание технического задания
- •5.1.3. Составление технического задания
- •5.1.3.1. Анализ исходного задания
- •5.1.3.2. Составление списка требований
- •5.1.3.3. Анализ и формализация списка требований
- •5.1.4. Форма представления технического задания
- •5.2. Синтез принципа действия
- •5.2.1. Составление функциональной структуры
- •5.2.2. Подбор и состыковка физических эффектов
- •5.2.2.1. Понятие физического эффекта
- •5.2.2.2. Составление функционально-физической схемы
- •5.2.2.3. Анализ и развитие схемы
- •5.3. Структурный синтез
- •5.4. Параметрический синтез
- •5.5. Циклы итерации проектирования
- •5.5.1. Структура сложного процесса проектирования
- •5.5.2. Разработка сложных объектов
- •5.5.3. Действия по завершении цикла итерации
- •Литература
- •Оглавление
3.2. Законы проектирования
Проектирование как деятельность, направленная на создание реальных предметов, основывается на объективных законах природы. И качество создаваемых объектов зависит от степени познания и следования этим законам. С другой стороны, участие в проектировании человека вызывает потребность в знании законов наук, изучающих мышление человека, принципы его деятельности.
Уже с давних времен обращали внимание на непредсказуемость и индивидуальность результатов творческого труда, возможность появления как выдающихся изделий, так и явных неудач. Это — следствие неспособности человека охватить всю решаемую задачу целиком, во всех ее подробностях, учесть все параметры, внутренние и внешние связи. Велика роль и субъективных факторов, таких как личный опыт, знания, настроение, особенности характера.
По этим причинам всегда представлял большой интерес поиск закономерностей, которые управляют процессом проектирования, и стремление максимально формализовать его (но, если задуматься, познание алгоритмов творческого труда превратит деятельность человека в нетворческую, что обеднит его как личность или, что опаснее, приведет к интеллектуальной деградации).
В работах Г.С.Альтшуллера и А.И.Половинкина приведены результаты исследований и поисков в этом направлении. Они представлены как законы, хотя в действительности указывают пути достижения наиболее эффективного результата, носят рекомендательный характер и, точнее говоря, пока являются лишь закономерностями. Это — следующие законы:
Закон «энергетической проводимости» системы: необходимым условием принципиальной жизнеспособности системы является сквозной проход энергии (и информации) по всем ее частям.
Следствие из закона. Чтобы часть системы была управляемой, необходимо обеспечить энергетическую проводимость между этой частью и органами управления.
Закон увеличения степени идеальности системы: развитие систем идет в направлении увеличения степени идеальности.
Идеальная система — такая, у которой вес, объем или размеры (или другие исследуемые характеристики) стремятся к нулю (наилучшему значению), а функция сохраняется и выполняется.
Закон стадийного развития: развитие технических систем идет в последовательности:
1. выполнение системой технологических функций, т.е. исходной и основной функцией системы является облегчение человеческого труда или выполнение чисто утилитарной, потребительской функции (количественное изменение характеристик);
2. дополнительное выполнение системой энергетической функции, т.е. не только передача энергии, но и изменение ее вида, введение в систему двигателя;
3. дополнительное выполнение системой функций управления, т.е. изменение режимов работы, саморегулирование в пределах, заданных программой;
4. дополнительное выполнение системой функций планирования, т.е. саморегулирование в непредвиденных условиях, анализ ситуации и способность выбора режима работы.
Последний закон указывает, что совершенствование технических систем идет в направлении их полной автоматизации и независимости от человека:
Закон соответствия функции и структуры: жизнеспособными оказываются те конструктивные решения, у которых форма объекта подчинена его внутреннему содержанию, содействует реализации предъявляемых к нему требований.
Предполагают, что в основе мотивов, заставляющих вести разработку и совершенствование технических систем, лежат еще и общечеловеческие законы:
Закон непрерывного возрастания потребностей людей и неугасимого любопытства.
После удовлетворения очередной потребности у каждого человека появляется новое желание, причем получить не только больше, но и лучше. Желание не дает довольствоваться уже достигнутым и заставляет совершенствовать окружающие нас предметы и, как следствие, совершенствоваться нам самим (больше трудиться, обучаться чему-то новому, задумываться). Стоит отметить, что тенденция в развитии потребностей указывает на переход от удовлетворения физиологических потребностей к эмоционально-психологическим, которым и следует уделять больше внимания при создании объектов с высокими потребительскими свойствами.
Закон действует в условиях, когда физические и иные возможности человека (но не интеллектуальные) ограничены, и чем сложнее обстоятельства, тем эффективнее результат;
Закон лености (минимизации усилий).
Человек всегда стремился к минимизации усилий на обслуживание своих потребностей (физических усилий, работы органов чувств, мыслительной деятельности и т.п.). Эта своеобразная «лень» так стимулирует человека, что заставляет его напрягать все свои усилия и, прежде всего, интеллектуальные для создания устройств, облегчающих, а в идеале и исключающих его собственный труд. Поэтому, как только у человека возникает какая-либо потребность, он будет искать пути ее удовлетворения наиболее простым способом, а связанные с этой потребностью устройства будут совершенствоваться до их полной автоматизации либо максимально простого обслуживания (обычно стадийно, в соответствии с законом стадийного развития).