Таким образом, в отношении методов проектирования, основанных на представлении о проектанте (проектантах) как «черном ящике», можно сделать следующие основные выводы:

1. Выходные действия разработчика определяются входными сигналами, исходящими от подлежащей решению задачи, а также другими входными воздействиями, связанными с предыдущими задачами и про­ шлым опытом.

2 . Согласившись временно ослабить социальные запреты, можно ус­ корить образование выходных сигналов, но при этом они приобретают более случайный характер.

3.Чтобы разработчик мог выдать выходные сигналы в соответствии с поставленной задачей, ему нужно дать время на осознание и преобразова­ ние (в уме) образов, изображающих структуру задачи в целом. В течение длительных и внешне бесплодных поисков решения он может неожиданно найти новый способ структурирования задачи, позволяющий разрешить конфликты. Это приятное событие, которое иногда называют творческим озарением, дает возможность преобразовать сложную задачу в простую.

4.Контроль интеллекта над формами ввода структуры задачи в «чер­ ный ящик» проектировщика, по-видимому, повышает вероятность получения выходных реакций, содержащих решение задачи.

20.2.Проектант как «прозрачный ящик»

Вбольшинстве своем методы проектирования преследуют цель объективирования процесса и результатов мышления, поэтому они исходят из логических, а не каких-либо мистических предположений. Считается, что процесс проектирования может быть объяснен до конца, даже если проектанты-практики и не в состоянии убедительно обосновать каждое из принимаемых ими решений. Авторы большинства системных

методов проектирования, по-видимому, исходят из того, что разработчик

всегда вполне осознает свои действия и их причины (рис. 20 .2).

Рис. 20.2. П роект ант как ком пью т ер

К этим методам относятся и проектирование с позиций системотех­ ники, (глава 15), и эвристические методы (глава 18), и методы морфологи­ ческого проектирования (глава 21), и автоматизированный синтез физиче­ ских принципов действия (глава 28).

Примерами применения эвристических программ являются систем­ ные программы для игры в шахматы, для сочинения музыкальных пьес, анализ рентгеновских снимков, программы управления деятельностью морских портов и др.

Логическое, или систематическое, поведение проектанта напоминает работу компьютера: он пользуется только той информацией, которая в не­ го введена, и действует по заданной схеме, проводя анализ, синтез, оценку и повторение циклов до тех пор, пока не найдет наилучшее из всех воз­ можных решений. Такое предположение, несомненно, справедливо в слу­ чае оптимизации переменных в хорошо известной ситуации проектирова­ ния, но оно лежит также в основе таких системных методов проектирова­ ния, как морфология и системотехника, которые призваны дать человеку возможность решать привычные для него задачи проектирования «ма­ шинными» приемами.

Морфологический метод основан на комбинаторике. Суть его состо­ ит в том, что в интересующем изделии или объекте выделяют группу ос­ новных конструктивных или других признаков и заносят их в морфологи­ ческую таблицу. Для каждого признака выбирают альтернативные вари­

анты, т.е. возможные варианты его исполнения или реализации. Комбини­ руя их между собой, можно получить множество различных решений, в том числе представляющих практический интерес.

Методы, в которых проектант рассматривается как «прозрачный ящик», характеризуются следующими общими чертами:

1) цели, переменные и критерии задаются заранее;

2 ) поиску решения предшествует проведение (или хотя бы попытка проведения) анализа;

3)оценка результатов дается в основном в словесной форме и по­ строена на логике (а не на эксперименте);

4)заранее фиксируется стратегия; обычно используются последова­ тельные приемы, но иногда включаются и параллельные, условные и цик­ лические операции.

Применение к проектанту этих на первый взгляд сковывающих огра­ ничений нельзя считать заведомо оправданным или неоправданным. При решении некоторых задач проектирования методы «прозрачного ящи­ ка» оказываются более эффективными, чем методы «черного ящика», но в других случаях они приводят к путанице, так что проектировщикам прихо­ дится прибегать к привычному для них поведению «черного ящика».

Расчленимые задачи проектирования. При применении методов «прозрачного ящика» коренным вопросом является возможность расчлене­ ния, или декомпозиции, задачи на отдельные части, которые можно затем решать последовательно или параллельно. Когда задача поддается расчле­ нению, решению каждой частной подзадачи можно уделить больше внима­ ния, что позволяет резко сократить сроки проектирования. Конечно, круп­ ные задачи проектирования всегда на том или ином этапе удается расчле­ нить, чтобы распределить работу между многими проектировщиками, но этап, на котором это членение становится возможным, очень сильно зави­ сит от типа изделия. При разработке химического оборудования, сетей электропередач, телефонных систем и подобных им объектов задача с са­ мого начала поддается декомпозиции на ряд частных вопросов, решать ко­ торые можно параллельно. Это связано с тем, что такие объекты представ­ ляют собой поточные системы, т.е. сложные агрегаты, в которых каждая

функция выполняется отдельным узлом, а каждый узел связан с другими узлами лишь заранее заданными входными и выходными воздействиями. Функции однозначно связаны с отдельными физически различимыми узла­ ми. Все входные и выходные воздействия в системе можно задать с самого начала, а затем при разработке узлов считать, что если узел имеет требуе­ мые входные и выходные характеристики, его можно включить в систему. Небольшие отступления от заданных входных и выходных характеристик и компромиссные решения в отношении выбора узлов не вызывают резкого нарушения заданной последовательности в работе. Чтобы процесс проекти­ рования оставался управляемым при решении задач такого рода, желатель­ но пользоваться простыми методами типа «прозрачного ящика». Многие же более сложные из предполагаемых к рассмотрению в дальнейшем методов проектирования, по-видимому, также могут быть с успехом применены в тех случаях, когда принципиальные решения не зависят от конкретного фи­ зического исполнения отдельных узлов.

Нерасчленимые задачи проектирования. Многие задачи проекти­ рования, как крупные, так и мелкие, вообще не поддаются или лишь с тру­ дом поддаются такого рода расчленению без ущерба для рабочих характе­ ристик, стоимости, массы, внешнего вида или других показателей, что тре­ бует компромиссных решений для сбалансирования различных деталей друг с другом. Такие ситуации возникают при проектировании зданий, ав­ томобилей, станков и других объектов, в которых функции не связаны со специализированными узлами, а сложным и непредсказуемым образом распределены по всему изделию. Обычно в таких случаях на какого-то опытного работника - руководителя проекта - возлагается полная ответст­ венность за все существенные решения, будь то общая схема изделия или тонкие, но важные особенности конструкции деталей. Хорошим примером может служить архитектор, который несет ответственность как за общую планировку здания, так и за детали оформления окон, играющие сущест­ венную роль в реализации задуманного им внешнего вида здания. Другим примером может служить главный конструктор, который отвечает не толь­ ко за эксплуатационные характеристики новой машины, но и за выбор важ­ нейших входящих в нее деталей. Во всех таких случаях руководитель про­

екта на основе имеющегося у него опыта решения аналогичных задач сна­ чала решает основные частные задачи, а затем определяет общую схему из­ делия и распределяет остальную работу между своими помощниками. Яс­ но, что здесь используются методы «черного ящика».

При решении часто повторяющихся задач, таких как проектирование дорог, перекрытий, турбин, электрических цепей, электродвигателей и т.д., иногда удается всецело объективировать опыт разработчиков и полностью автоматизировать процесс проектирования. Это метод «прозрачного ящи­ ка» в чистом виде. Однако чаще всего, и особенно в тех случаях, когда дос­ таточно высок риск совершения дорогостоящей ошибки в проектировании, это оказывается невозможным ввиду отсутствия необходимого опыта: его приходится искусственно создавать путем проведения испытаний и иссле­ дований в рамках процесса проектирования. Здесь ни методы «прозрачного ящика», ни методы «черного ящика» уже недостаточны, а нужны, повидимому, новые методы и средства проектирования, которые сочетали бы в себе лучшие черты обоих подходов.

Цикличность. Ясно, что основной целью методологии проектиро­ вания является уменьшение цикличности и увеличение линейности проек­ тирования. Наличие цикличности предполагает, что важнейшие частные задачи остаются незамеченными до поздних этапов работы, а когда они обнаруживаются, требуется пересмотр решений, положенных в основу проекта, или даже полное прекращение работы.

Линейность предполагает, что все важнейшие проблемы можно об­ наружить с самого начала, а риск того, что на более поздних этапах боль­ шие затраты труда разработчиков придется списывать в убытки, почти или совсем исчезает. Полной линеаризации всякой разработки мешает не­ предсказуемость зависимостей между отдельными частями задачи. Схема зависимостей между подпроблемами одной задачи носит непостоянный характер и находится в зависимости от выбора частных решений каждой подпроблемы. В таких случаях структура задачи остается неустойчивой до тех пор, пока не будут приняты принципиальные решения в проекте. Поэтому беспочвенны попытки специалистов по теории решений нала­

дить решение задач проектирования путем однократного прохода по такой линейной последовательности:

1) выявление всех существенных переменных;

2) определение зависимостей между ними;

3) обеспечение оптимальных значений выходных параметров.

Уже сам процесс выявления переменных (куда входит определение целей и критериев для отбора хороших проектов), очевидно, представляет собой один из труднейших вопросов проектирования. Его трудность свя­ зана с тем, что цель проектирования - внедрить в существующий мир но­ вые формы, которые тем или иным способом служили бы его совершенст­ вованию. Однако суждение о том, в чем заключается совершенствование, на первых порах не может не быть произвольным и субъективным. Только после того, как исследованы возможности осуществления многих альтер­ нативных изменений, можно с четкостью, достаточной для расчетов по методам «прозрачного ящика», определить цели, критерии, структуру за­ дачи. Сейчас применение этих детерминистских методов ограничено та­ кими задачами, которые сводятся к внесению в конструкцию мелких из­ менений, в то время как структура задачи остается практически неизмен­ ной по сравнению с предшествующей конструкцией. Конечно, к этому ти­ пу на практике относится значительная часть проектных работ, но в него не входят поисковые работы и создание конструкций на основе новых принципов. Важнейшим достоинством методов «прозрачного ящика» яв­ ляется то, что они позволяют автоматизировать, а следовательно, и уско­ рить детальные и многократно повторяющиеся операции проектирования. Если же их использовать для создания действительно новых конструкций, исчезает гибкость, необходимая для исследования неопределенной задачи и циклических петель.

Линейность. Можно ли рассчитывать, что не только типовые, но и поисковые задачи удастся решать линейными способами? Перспективны­ ми в этом отношении представляются следующие два направления.

1. Первое направление заключается в том, чтобы превратить разра­ батываемое изделие в конструкцию поточного (или сборного) типа, т.е. сначала спроектировать взаимозаменяемые нормализованные узлы для

каждой существенной функции. При этом все зависимости и расхождения между общей схемой изделия и конструкцией отдельных узлов сводятся к небольшому числу точно предсказуемых и неизменных правил соедине­ ния одного нормализованного узла с другим. В результате появляется возможность, используя методы «прозрачного ящика», создать большое количество новых изделий, не задумываясь над конструкцией самих уз­ лов. Куда же в таком случае делась пресловутая цикличность? Она не ис­ чезла. Она появляется на более высоком уровне при разработке нормали­ зованных узлов и правил их соединения. Эта нерасчленимая операция на­ много сложнее, чем разработка отдельных изделий, и в настоящее время в ее осуществлении, по-видимому, основную роль играет чудо «черного ящика» особо одаренных разработчиков, в которых счастливо сочетаются надлежащий опыт, особенности нервной системы, заинтересованность, упорство, везение и способность апеллировать к глубинным слоям созна­ ния. Поскольку для того, чтобы обеспечить приемлемый уровень норма­ лизации, такой процесс мышления должен давать на выходе в высшей степени упорядоченные и системно организованные результаты, то нужно думать, что в основе этого метапроцесса проектирования лежат системные методы «прозрачного ящика». Разработка нормализованных узлов и пра­ вил их сборки, по-видимому, имеет нечто общее с предельно упорядочен­ ным процессом, в результате которого осуществляется химический синтез нового материала. Пока же, однако, разработка нормализованных узлов остается загадкой «черного ящика».

2 . Второе направление в обеспечении линейности проявляется в адап­ тивных стратегиях. Общим для этих методов является то, что разработка по методу «прозрачного ящика» предваряется или сопровождается проведени­ ем исследований на более высоком уровне общности. Задача этих исследо­ ваний заключается в том, чтобы научными способами, а не путем «раз­ мышлений в кресле» расширить и предсказать «пространство маневрирова­ ния» проектировщика при решении наиболее важных подпроблем. Приме­ ром исследований подобного рода может служить испытание различных вариантов наборного телефонного кода до того, как приступить к конст­ руированию автоматической телефонной станции. Исследование в этом