- •С.Г. Ярушин, А.Г. Схиртладзе
- •ПРЕДИСЛОВИЕ
- •ВВЕДЕНИЕ
- •Часть I.
- •ОБОРУДОВАНИЯ
- •ПРОЕКТИРОВАНИЯ НОВОЙ ТЕХНИКИ
- •2.2. Общие свойства объектов проектирования
- •2.2.1. Реализуемые функции и взаимодействие с внешней средой
- •2.2.2. Функциональная структура
- •2.3. Классификация оборудования
- •2.4. Оценка работы технической системы
- •Контрольные вопросы
- •3.2. Техническая функция (ТФ)
- •Характеристика и отличительные признаки операций Коллера Е
- •3.3. Функциональная структура (ФС)
- •3.4. Описание физического принципа действия
- •3.5. Описание физико-технических эффектов
- •3.6. Техническое решение
- •3.7. Проект
- •3.8. Объект
- •Контрольные вопросы
- •4.1. Критерии развития
- •4.2. Выбор критерия
- •4.3. Показатели качества
- •4.4. Недостатки технического объекта
- •Контрольные вопросы
- •III. Закон гомологических рядов
- •V. Закон прогрессивной эволюции техники
- •5.2. Тенденции технического развития
- •Контрольные вопросы
- •Этапы работ по созданию технического объекта и временные периоды прогнозирования
- •6.1. Метод экстраполяции
- •6.2. Метод экспертных оценок
- •6.3. Метод моделирования
- •6.4. Схема процесса прогнозирования
- •Контрольные вопросы
- •Контрольные вопросы
- •ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
- •9.1. Определение и виды потребности
- •9.2. Что такое проектирование?
- •9.2.1. Постановка задачи
- •9.2.2. Проектирование как искусство, наука и ремесло
- •9.3. Проектирование с позиции теории отображения
- •9.4. Проектирование и искусственный интеллект
- •9.5. Основные понятия и принципы методологии проектирования
- •9.6. Концепция проектирования
- •9.7. Процедурная модель проектирования
- •9.8. Индивидуальная и коллективная работа
- •Контрольные вопросы
- •10.1. Техническое задание
- •10.2. Техническое предложение
- •10.3. Эскизный проект
- •10.4. Технический проект
- •10.5. Этап разработки рабочей документации
- •Контрольные вопросы
- •11.1. Этапы творческого процесса
- •11.2. Препятствия творчеству
- •11.2.1. Препятствия личного порядка
- •11.2.2. Препятствия организационного порядка
- •Контрольные вопросы
- •12.1. Метод проб и ошибок
- •12.2. Метод адаптивного поиска
- •12.3. Метод случайного поиска
- •Контрольные вопросы
- •ИЗВЕСТНОГО ТЕХНИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА
- •14.1. Предварительная постановка задачи
- •14.2. Уточненная постановка задачи
- •Контрольные вопросы
- •СИСТЕМОТЕХНИКИ
- •15.1. Сложность современных задач проектирования
- •15.3. Преодоление сложностей традиционного процесса
- •проектирования
- •15.4. Проектирование системы человек - машина
- •ТЕХНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ
- •16.1. Всесторонняя экономия ресурсов
- •16.2. Порядок проведения ФСА
- •16.2.1. Подготовительный этап ФСА
- •16.2.3. Разработка улучшенных проектно-конструкторских решений
- •Пример оценки вариантов
- •16.2.4. Разработка и внедрение результатов ФСА
- •16.3. Дальнейшее развитие ФСА
- •Контрольные вопросы
- •ТЕХНИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА
- •17.1. Использование возможностей подсознания
- •17.2. Метод прямой мозговой атаки
- •17.3. Метод обратной мозговой атаки
- •17.5. Синектика
- •Контрольные вопросы
- •18.1. Краткий обзор и классификация эвристических методов
- •18.2. Метод эвристических приемов
- •18.2.1. Количественные изменения
- •18.2.2. Преобразование формы
- •18.2.3. Преобразование структуры
- •18.2.4. Преобразования в пространстве
- •18.2.5. Преобразования во времени
- •18.2.6. Преобразование движения и силы
- •18.2.7. Преобразование материала и вещества
- •18.2.8. Приемы дифференциации
- •18.2.9. Использование профилактических мер
- •18.2.10. Использование резервов
- •18.2.12. Повышение технологичности
- •18.3. Обобщенный эвристический метод
- •19.1. Операции обработки информации
- •19.2. Метафорическое описание и анализ проблемной ситуации
- •Контрольные вопросы
- •МЕТОДОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
- •20.1. Проектант как «черный ящик»
- •20.2. Проектант как «прозрачный ящик»
- •20.3. Проектант как самоорганизующаяся система
- •20.4. Критерии управления проектными работами
- •Контрольные вопросы
- •АНАЛИЗ И СИНТЕЗ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ
- •21.1. Морфологическая комбинаторика
- •21.3. Составление морфологических таблиц
- •21.4. Выбор наиболее эффективных технических решений
- •Комбинация из двух элементов
- •21.5. Пример решения задачи
- •22.1. Матрица взаимодействий
- •22.2. Сеть взаимодействий
- •22.5. Проектирование новых функций
- •Контрольные вопросы
- •23.1. Контрольные перечни
- •23.2. Ранжирование и взвешивание
- •23.2.1. Выбор соответствующей шкалы измерения
- •Контрольные вопросы
- •24.1. Сбор и анализ данных
- •Типовой метод накопления данных
- •24.2. Свертывание данных
- •24.3. Накопление и свертывание
- •24.4. Последовательность действий
- •Критерии методов накопления и свертывания данных
- •Контрольные вопросы
- •ПО ФУНДАМЕНТАЛЬНОМУ МЕТОДУ ПРОЕКТИРОВАНИЯ МЭТЧЕТТА
- •Контрольные вопросы
- •26.1. Критерии управления проектными работами
- •26.2. Стратегии проектирования
- •26.3. Как выбрать метод проектирования
- •Схема «Дано - требуется»
- •Часть III
- •КОМПЬЮТЕРИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
- •ПРОЕКТИРОВАНИЯ
- •Описание синтезированного с помощью ЭВМ известного ФПД датчика тока
- •28.2. Количественный синтез физических принципов
- •действия
- •Физическая сущность эффекта
- •Примеры описания ФЭ
- •29.1. Использование многоуровневых морфологических таблиц
- •29.3. Составление списка требований
- •29.4. Разработка модели оценки технических решений
- •29.5. Алгоритмы поиска решения на И - ИЛИ-дереве
- •Ограничения по типам свертки
- •29.6. Порядок решения задач
- •СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ
- •СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- •ОГЛАВЛЕНИЕ
их обработки, прибегнув к услугам специалистов, которые не могут дока зать соответствие своих действий поставленным задачам.
Потенциальные исследователи должны иметь в виду, что сбор дан ных - это длительный и дорогостоящий процесс, который к тому же мо жет привести к практически бесполезным результатам. Есть смысл затра тить, скажем, 20% времени и средств на предварительные исследования и быструю обработку результатов, чтобы направить поиск в нужном на правлении или вовсе приостановить его, как только станет ясно, что соб ранные данные не окажут влияния на критические проектные решения; иначе говоря, убытки от незнания должны превышать затраты на при обретение знаний.
Табл. 24.2 дает примерное представление о том, по каким критериям можно выбирать методы накопления и свертывания данных.
|
|
Т а б л и ц а 24. 2 |
|
Критерии методов накопления и свертывания данных |
|||
Тип накопления данных |
Стоимость планирования |
Стоимость анализа |
|
Неизбирательный |
Низкая |
Высокая |
|
(категория АВ) |
|||
|
|
||
Избирательный |
Высокая |
Низкая |
|
(категория CD) |
|||
|
|
Отношение между высокой и низкой стоимостями может быть дос таточно велико, например, стоимость анализа неизбирательной звукозапи си на пленку может в 10-100 раз превышать стоимость планирования и самой записи.
Контрольные вопросы
1.В чем состоит цель метода накопления и свертывания данных?
2.Расскажите об этапе сбора и анализа данных.
3.Изложите, в чем состоит суть свертывания данных?
4.Какова последовательность действий при применении данного метода?
25. Выработка и регулирование стратегии
ПО ФУНДАМЕНТАЛЬНОМУ МЕТОДУ ПРОЕКТИРОВАНИЯ МЭТЧЕТТА
Цель метода, разработанного Е. Мэтчеттом, английским специали стом в области методологии проектирования [17],- научить проектанта понимать и контролировать свой образ мыслей и более точно соотносить его со всеми аспектами проектной ситуации.
Метод включает последовательное выполнение следующих этапов:
♦обучение принципам этого метода;
♦использование особых «режимов мышления», сформулированных Мэтчеттом для осознания, контроля и приспособления образа мышления к задачам проектирования;
♦выполнение с помощью нижеприведенных методики проектиро вания и контрольных перечней исследования характера проектной ситуации, к которой применяется мышление.
Начальный этап предназначен для проектантов, не знакомых еще с этим методом, и направлен на то, чтобы придать им уверенность в целесо образности дальнейшего развития идей, от которых они преждевременно отказались бы, если бы работали одни по традиционным методам. Мэтчетт утверждает, что придание уверенности для продолжения работы тре бует изменений в самооценке проектантов.
Когда обучающиеся проектанты осознают, что они начинают пони мать и контролировать свой образ мыслей, у них появляются способность и желание использовать некоторые режимы мышления фундаментального метода проектирования для своих целей.
Основой такого мышления по фундаментальному методу проектирова ния являются два определения проектирования, данные Мэтчеттом:
♦«хороший проектэто оптимальное решение, удовлетворяющее сумме истинных потребностей в конкретном комплексе обстоя тельств»;
♦«проектированиеэто выявление и разрешение конфликтов в многомерных ситуациях».
После обучения приступают к использованию следующих режимов мышления для осознания, контроля и приспособления образа мышления к задачам проектирования:
♦мышление стратегическими схемами;
♦мышление в параллельных направлениях;
♦мышление с нескольких точек зрения;
♦мышление «образами»;
♦мышление в основных элементах. Раскроем существо этих режимов мышления.
1. Мышление стратегическими схемами. К этому режиму относятся: а) способность заранее выбрать стратегию (т.е. последовательность
или сеть действий или мыслей проектанта); б) способность сравнивать достигнутое с намеченным;
в) способность разрабатывать стратегии для разработки стратегий.
2.Мышление в параллельных плоскостях. Мышление в параллельных плоскостях - это «отстраненное» наблюдение проектанта за своими собствен ными мыслями и действиями, а также за мыслями и действиями своих сотруд ников в ходе выполнения проектных работ. В частности, проектант должен сознавать, в какой степени он направляет работу своих сотрудников и в какой они направляют его работу; он должен также уметь сосредоточивать внимание на своем образе мышления в процессе проектирования.
3.Мышление с нескольких точек зрения. Этот процесс аналогичен «мышлению в параллельных плоскостях», но направлен на решение задачи проектирования, а не на процесс ее выявления. В предельно упрощенной форме это, по-видимому, определение целей через функции объекта проек тирования: объект «обеспечивает возможность» что-то сделать. В более сложной форме используются контрольные перечни, приведенные ниже.
4.Мышление «образами». Этот режим мышления труднее всего поддается пониманию. Он заключается в том, чтобы мысленно предста вить себе или вычертить геометрические схемы, позволяющие проектанту сопоставить приведенные ниже контрольные перечни фундаментального метода проектирования с формами его собственного опыта и мышления. Рисунки, с помощью которых Мэтчетт иллюстрирует этот режим мышле ния, напоминают магические слова и образы таких художников, как Мар
сель Дюшан (рис. 25.1).
Хороший |
|
Оптимальное решение |
= |
равно сумме истинных |
|
проект |
|
потребностей в конкретных |
Этапы |
|
обстоятельствах |
существования |
|
|
. объектов |
|
Основные |
|
|
характеристики |
Рис. 25.1. Режим мышления проектанта
Мэтчетт называет их «синтетическими архетипами», имея в виду, что речь идет о чем-то, что управляет ассоциациями между отдельными мыслями.
Основное назначение мышления «образами» заключается в том, что бы дать проектанту запоминающийся образ взаимосвязей между задачей проектирования, процессом проектирования и решением.
5. Мышление в основных элементах. Это самый понятный из пяти режимов мышления; в его описании применяются простые, понятные сло ва, обозначающие небольшие элементы мысли или действия, которые, как правило, встречаются в процессе решения любой задачи. Е. Мэтчетт на звал эти элементы «течтэмами», записав свою фамилию справа налево. Назначение течтэмов заключается в том, чтобы заставить проектанта осознать множество альтернативных действий, которые он может пред принять в каждой точке принятия решений. Мэтчетт разбивает течтэмы на семь групп, приведенных ниже (Дж. Джонс [17] присвоил группам соот ветствующие названия, приведенные в скобках).
Группа 1 (варианты решений):
♦определить потребность;
♦определить необходимый элемент;
♦представить себе решение;
♦принять временное решение;
♦принять окончательное решение;
♦отменить решение.
Группа 2 (варианты суждений):
♦предположить;
♦взвесить;
♦взвесить и сравнить;
♦экстраполировать;
♦оставить без изменений;
♦предсказать.
Группа 3 (варианты стратегий):
♦продолжить в том же направлении;
♦продолжить и расширить;
♦изменить направление; сопоставить с прошлым;
♦сопоставить с будущим;
♦внимательно рассмотреть;
♦разрешить конфликт;
♦продолжить более интенсивно;
♦прекратить.
Группа 4 (варианты тактик):
♦оценить риск;
♦проверить последствия;
♦развить;
♦сравнить с другими решениями;
♦разделить действие;
♦приспособить другое решение;
♦сосредоточиться на малом участке;
♦разложить на компоненты;
♦проверить возможную причину;
♦обдумать возможность нового решения;
♦заменить решение на обратное;
♦проверить другие варианты.
Группа 5 (варианты отношений):
♦хранить решение в памяти;
♦выявить зависимость;
♦отложить принятие решения;
♦сообщить о решении;
♦соотнести с ранее принятым решением;
♦проверить на избыточность;
♦проверить на несоответствие.
Группа 6 (варианты понятий):
♦использовать понятие;
♦изменить плоскость абстракции;
♦использовать схему стратегии;
♦изменить точку зрения;
♦сравнить с существующей системой;
♦сравнить с получающейся системой;
♦применить первичное кольцо (см. ниже);
♦применить вторичное кольцо (см. ниже).
Группа 7 (варианты препятствий):
♦обойти препятствие;
♦разрушить препятствие;
♦устранить препятствие;
♦начать новое действие с нуля;
♦начать новое действие с принятого решения;
♦действовать в одном, двух, трех или многих измерениях.
Одновременно с помощью методики проектирования и контрольных перечней фундаментального метода проектирования исследовать характер проектной ситуации, к которой применяется мышление.
Методика проектирования. Методику проектирования по Мэтчетту можно вкратце изложить следующим образом:
1)исследуется проектная ситуация;
2)приблизительно определяются потребности, для удовлетворения которых предпринимается проектирование;
3)выявляется и анализируется основная функциональная потреб ность (т.е. потребность, без удовлетворения которой нет смысла удовле творять другие);
4)исследуются альтернативные принципы, на которых могло бы быть построено средство для удовлетворения основной потребности;
5)выполняется - только в эскизе - проект, способный удовлетворить как основную, так и дополнительные потребности;
6)оценивается функциональная эффективность проекта;
7)оценивается материалоемкость и трудоемкость осуществления данного проекта;
8)определяется качество деталей и узлов, например, степень дефор мации при сварке, совершенство внешнего вида и т.д.
Мэтчетт подчеркивает, что не следует жестко придерживаться этой последовательности; проектанты должны сами решать, когда применить тот или иной этап, когда повторить его, а когда перескочить через этап. Главное состоит в том, чтобы проектанты могли изменять структуру сво его опыта и мышления применительно к существенным особенностям и многофакторности проектной ситуации.
Контрольные перечни. Контрольные перечни фундаментального метода проектирования (которые Мэтчетт называет «стандартными по следовательностями») представляют собой развитие обычных в анализе трудовых операций вопросов: «что?», «почему?», «когда?» и т.д. Часто их комбинируют парами вдоль каждой оси графика, что позволяет получить большое разнообразие более конкретных вопросов:
а) Какие потребности являются:
♦жизненно важными?
♦очень важными?
♦важными?
♦желательными?
б) Каковы потребности:
♦функциональной системы?
♦потребителя?
♦фирмы?
♦внешнего мира?
в) Каковы потребности на каждом из перечисленных ниже десяти этапов существования изделия:
♦проектирование и деталировка?
♦отработка?
♦изготовление деталей?
♦сборка?
♦испытание и отладка?
♦окончательная отделка и упаковка?
♦сбыт?
♦монтаж?
♦эксплуатация и неправильное использование?
♦техническое обслуживание и уход?
г) Какие сведения можно получить, если задать шесть основных во просов анализа трудовых операций:
♦что нужно сделать? (потребности);
♦почему это нужно сделать? (причина);
♦когда это нужно сделать? (время);
♦где это нужно сделать? (место);
♦кем или с помощью чего это должно быть сделано? (средства);
♦как это сделать? (метод).
д) Каким образом каждую часть проекта можно:
♦исключить?
♦объединить с другими?
♦унифицировать?
♦перенести?
♦модифицировать?
♦упростить?