1.2. Принципы, уровни и аспекты проектирования, пути повышения его эффективности

Возможности проектирования сложных технических систем (сложных объектов) обусловлены использованием ряда принципов, основными из которых являются: 1) декомпозиция; 2) иерархичность; 3) многоэтапность; 4) типизация и унификация проектных решений, методологии и средств проектирования.

Принцип декомпозиции предполагает структуризацию (разбиение) представлений соответствующего уровня описания объекта на составные части с целью их раздельного проектирования с учетом согласования принимаемых решений.

Принцип иерархичности предполагает структуризацию представлений об объектах и их составных частях по степени конкретизации и детализации описания с целью последовательного наращивания сложности описания объекта в сочетании с декомпозицией.

Р

Рис. 2. Блочно-иерархическая

структура системы

азделение описаний по степени детализации отображаемых свойств и характеристик объекта лежит в основе блочно-иерархического подхода к проектированию и приводит к появлению иерархических уровней (уровней абстрагирования) в представлениях о проектируемом объекте (рис. 2). На каждом иерархическом уровне используются свои понятия системы и элементов. На уровне I (верхнем уровне) подлежащий проектированию сложный объект S рассматривается как система из n взаимосвязанных и взаимодействующих элементов S_i, где i = 1, 2,…, n. Каждый из элементов в описании уровня I представляет собой также довольно сложный объект, который, в свою очередь, рассматривается на уровне II как система, состоящая из m_i взаимосвязаных и взаимодействующих элементов S_ij, где j =1,2,…, m_i (m_i – количество элементов в описании системы S_i). Как правило, выделение элементов S_ij происходит по функциональному признаку. Подобное разделение продолжается вплоть до получения на некотором уровне элементов, описания которых дальнейшему делению не подлежит. Такие элементы по отношению к объекту S называют базовым элементами.

Принцип многоэтапности обусловливается тем, что процесс проектирования во времени в соответствии со степенью конкретизации описаний и готовности проектных решений подразделяется на стадии, этапы, проектные процедуры и операции.

Принцип итерационности проектирования заключается в том, что при разработке сложных объектов в условиях многоэтапного иерархического проектирования выработать рациональные проектные решения путём однократного прохождения необходимых этапов и уровней удаётся далёко не всегда. Поэтому чаще всего проектирование ведут как итерационный процесс с возвратом к предшествующим этапам и уровням.

Принцип типизации и унификации проектных решений, методологии и средств проектирования осуществляется с целью улучшения технико-экономических показателей объектов, сокращения трудоёмкости и сроков проектирования. Типизация проектных решений целесообразна при их многократном использовании, она предполагает отбор ограниченного количества проектных решений, которые можно применять в широком диапазоне изменения параметров внешней среды. Унификация методологии проектирования предполагает выбор и разработку методов и методик, обеспечивающих достаточно эффективное проектирование объектов соответствующего класса (группы). Унификация средств проектирования предполагает разработку проектных процедур и операций, выполняемых непосредственно проектировщиком, либо с использованием технических и программных средств, для ведения проектирования объектов соответствующего класса (группы).

Кроме расчленения описаний по степени подробности отражения свойств объекта, порождающего иерархические уровни, используют декомпозицию описаний по характеру отображаемых свойств объекта. Такая декомпозиция приводит к появлению ряда аспектов описаний. Наиболее крупными являются функциональный, конструкторский и технологический аспекты. Решение задач, связанных с преобразованием или получением описаний, относящихся к этим аспектам, называют соответственно функциональным, конструкторским и технологическим проектированием.

Функциональный аспект связан с отображением основных принципов функционирования, характера физических и информационных процессов, протекающих в объектах, и находит выражение в принципиальных, функциональных, структурных, кинематических схемах и сопровождающих их документах.

Конструкторский аспект связан с реализацией результатов функционального проектирования, т.е. с определением геометрических форм объектов и их взаимным расположением в пространстве.

Технологический аспект относится к реализации результатов конструкторского проектирования, т.е. связан с описанием методов и средств создания объектов.

Существуют следующие пути повышения эффективности и рационализации процесса проектирования: типизация, оптимизация, автоматизация. Типизация заключается в многократном использовании при проектировании сложных объектов типовых проектных решений, что позволяет значительно повысить производительность и сократить трудоемкость и сроки проектирования. Оптимизация предполагает принятие таких решений, которые в наибольшей степени соответствуют требованиям, являющимся критериальными, и удовлетворяют требования, используемые в качестве ограничений. Автоматизация проектных работ, это внедрение автоматизированного проектирования, при котором отдельные преобразования описаний объекта и алгоритма его функционирования или алгоритма процесса, а также представления описаний на различных языках осуществляются взаимодействием человека и ЭВМ.