Методология системотехнического проектирования электронных и радиоэлектронных средств (в двух частях)

2 – потребность в проектировании технической системы и сама техническая система существуют;

3 – потребность в проектировании технической системы не существует, но сама техническая система существует;

4 – потребность в проектировании технической системы и сама техническая система не существуют.

Рисунок 1.28 – Отношение между потребностью в проектировании технической системы и технической системой в смысле дихотомии их существования

Первая ситуация характерна для случаев появления новых потребностей, когда сама потребность существует и выявлена, но система, удовлетворяющая ее еще никогда не была создана. В данном случае задача проектировщика заключается в создании новой технической системы и в поиске новых физических принципов её действия.

В качестве примера можно привести изобретение беспроводного телеграфа А.С. Поповым в 1897 г. В этом случае потребность общества заключалась в необходимости передачи информации на большие расстояния без использования проводов. Достоинства такого способа передачи информации очевидны: экономия материалов, автономность приемо-передающих систем и удобство их эксплуатации, относительная надёжность (обрыв проводной линии приводит к отказу системы связи, тогда как у беспроводного телеграфа нет такого недостатка: радиоволны практически беспрепятственно преодолевают радиопрозрачные преграды). Новый физический принцип действия заключался в генерировании передатчиком высокочастотных электромагнитных колебаний, которые излучались в пространство посредством антенны определенной конструкции, а затем принимались в географически удалённом пункте посредством такой же антенны и особого чувствительного элемента, изменявшего свои электрофизические свойства под воздействием электромагнитных волн определенной частоты. Необходимо отметить, что изобретение беспроводного телеграфа

100

стало возможным, благодаря опыту Г. Герца в 1887 году, в результате которого немецким ученым было доказано существование электромагнитных волн. Таким образом, между открытием нового физического явления и его первым прикладным использованием в реально функционирующей технической системе, служащей на благо общества, прошло десять лет. В современном мире фактор времени становится определяющим с точки зрения целесообразности разработки ТС: чем короче промежуток времени между появлением потребности в ТС и началом реализации готового изделия, тем больше экономический эффект от разработки ТС.

Вторая ситуация имеет место, когда потребность общества в технической системе постепенно эволюционирует, а сама система за тот же период времени не совершенствуется и перестает удовлетворять требованиям общества. При этом возникает задача модернизации, совершенствования параметров ТС, а также подбора существующих более эффективных или открытия новых физических принципов действия.

Примером такой ситуации является единый в пределах России переход

саналоговой системы телевизионного вещания на цифровое телевещание. Недостатки аналоговой системы очевидны: малая помехозащищённость, затратность, большая трудоемкость эксплуатации из-за невозможности полнойавтоматизации подсистем и несовместимость

сцифровыми информационными системами.

Третья ситуация характерна для технических систем, потребности в которых существовали ранее, но не существуют (или существуют в очень малом масштабе

ив очень специфических областях человеческой деятельности) в настоящее время. Такие технические системы теперь можно найти только в радиотехнических музеях

имузеях электронной техники. Как правило, к ТС, потребность в которых давно исчезла, относятся вспомогательные технические устройства, предназначавшиеся для обеспечения функционирования других устаревших технических систем.

Примером технических систем, у которых сегодня нет прямых функциональных потомков, является пейджинговая система связи, или сеть персонального радиовызова, под которой понимают систему односторонней беспроводной передачи сообщений. К этой системе относятся тональные биперы, пейджеры и твейджеры.

Тональный бипер – устройство, способное издавать однообразные звуки, несущие закодированную информацию. Пейджер – беспроводный радиоприёмник персонального вызова. Твейджер – пейджер с двухсторонней радиосвязью.

Четвертая ситуация, когда ни ТС, ни потребность в ней не существуют, как правило, характеризует потенциальную возможность существования или появления

101

новыхпотребностей, а следовательно, и новыхТС.Вданномслучаепередпроектной группой возникают две задачи:

1)выявление потребностей, которые уже существуют, но ещё не осознаны в достаточной мере обществом;

2)прогнозирование будущих потребностей общества, которые могут быть реализованы с помощью технических систем, работающих на принципах электроники, радиотехники или принципах, которые только предстоит открыть [48].

Решение этих двух задач при условии объединения тщательных исследований малейших изменений состояния и поведения общества, а также в области психологии социального потребления, прогнозирования потенциальных потребностей социума, проведения опережающих фундаментальных научных исследований, проектного планирования и соответствующих маркетинговых акций и рекламных кампаний может в будущем послужить причиной громкого коммерческого успеха компаний-разработчиков и производителей продукции. Именно четвертая ситуация является ключевым условием для опережающего технического развития инновационных компаний, обществ и государств.

Однакостоит отметить, чтоподобная деятельность связана сосверхрисками, которые при условии неграмотного и этически некорректного подхода могут привести

ккрупным финансовым потерям и даже к краху целых компаний. В истории человечества также имеют место случаи изобретений, появление которых на рынке опережало психологическую готовность социума к их внедрению и использованию, в результате чего изобретение забывалось и появлялось снова только через несколько десятилетий.

В таблице 1.14 приведены примеры одних из самых неуспешных инновационных проектов [49].

Таблица 1.14 – Неуспешные проекты

102

Окончание таблицы 1.14

Исследование потребностей имеет целью возможно шире определить множество потребностей, для удовлетворения которых целесообразно составить общую программу выбора и разработки систем. Перед тем как принимать решение об удовлетворении отдельной потребности, обычно необходимо специальное и более подробное исследовательское планирование [50].

При планировании общей программы исследование потребностей иногда начинается с попыток выяснить, чего хотят конечные, промежуточные и непосредственные потребители системотехнических работ. Другой путь – посмотреть, какие частные критерии потребности вытекают из потенциальных общих нужд клиента. Оба метода приводят к четырем основным направлениям планирования проектов:

1)расширение функциональных возможностей или обновление имеющейся функции;

2)улучшение технических характеристик;

3)снижение стоимости;

103

4) улучшение внешних качеств.

Расширить функциональные возможности означает заставить систему выполнять больше функций, чем она делала раньше, или исполнять функции, которых ранее у нее не было.

Примеры:

1)система аналого-цифрового телевидения имеет расширенную функцию, так как может принимать сигналы как аналогового, так и цифрового телевизионного вещания;

2)электрическое одеяло;

3)телефон с режимом конференц-связи;

4)радиобудильник.

Улучшить технические характеристики ТС означает сделать её более долговечной, более надежной, более безопасной или легкой в эксплуатации и ремонте, способной удовлетворять более высоким стандартам.

Примеры:

1)модернизация компьютерной видеокарты для повышения её быстродействия и производительности;

2)в области записи и воспроизведения звукапереход от проволоки к восковым цилиндрам, от восковых цилиндров к виниловым пластинкам, от виниловых пластинок к магнитной ленте, от магнитной ленты к современным типам flash- и SSD-памяти;

3)модернизация вашего персонального компьютера, когда вы время от времени покупаете более совершенные комплектующие, т.е. производите «апгрейд системы» по частям (заменяете свой старый процессор на новый более производительный и вместе с ним меняете систему охлаждениянаболеемощную;ставитебольшийобъемоперативнойпамяти и жесткий диск с большей информационной вместимостью и т.д.);

4)замена электронной компонентной базы объемного монтажа на электроннуюкомпонентнуюбазуповерхностногомонтажауменьшает массогабаритные показатели устройств и систем.

Снижение стоимости не требует объяснения. Планирование проектов в этом направлении проводится почти непрерывно, поскольку оно вытекает из постоянной потребности в уменьшении расходов. Большинство ТС долговременного действия реконструируется в какой-то момент, чтобы использовать в них новые и более дешевые материалы, устройства, схемы или производственные методы.

Проекты улучшения внешних качеств имеют в виду главным образом конечного потребителя, так как их цель – сделать продукт или услугу более привлекательными для покупателя, изменив их вид, форму, упаковку или увеличив удобство использования.

104

Пример: обновление линеек смартфонов от ведущих фирм и производителей раз в два-три года.

Иногда промышленный дизайнер рассматривает эти вопросы как свое исключительное достояние. Однако если требуется более тонкая модель корпуса смартфона, то дизайнер не сможет разработать её, пока, к примеру, схемотехник не предложит использоватьболеекомпактныекомпоненты электрической принципиальной схемы, такие как аккумуляторная батарея, микропроцессор, датчики и т.п. Это в свою очередь зависит от развития таких областей науки и техники, как проектирование и разработка электронной компонентной базы, материалы и компоненты ЭРЭС, материаловедение, физико-химические технологии электронных средств и т.д.

Понятие потребности важно по трём причинам. Во-первых, потребность есть причина любой человеческой деятельности, причина решения задачи. В случае фундаментального научного исследования потребность, как правило, бывает личной и проявляется во внутреннем побуждении. Напротив, фактором, стимулирующим системотехнические изыскания, служит общественная потребность, получившая межличностное выражение как нечто нужное, желательное или полезное широкому кругу людей. Во-вторых, удовлетворение потребности есть итог или цель решения задачи. Так как при выборе и разработке систем целью является новая техническая система, соответствующая определенному окружению, то системотехник должен выводить требования к новым системам из данных, которые он собирает о потребности. В-третьих, так как потребность есть причина проектирования и изготовления изделия, то требования к качеству этого изделия должны быть ею и обусловлены

[50].

Подход системотехника к исследованию потребностей должен быть максимально объективным. Главный шаг при выяснении того, что нужно людям, определяетсяпросто:нужноспроситьихсамих. Однакопри этомвозникаетмножествопроблем, касающихся объективности и точности формулировок ответов опрашиваемых, а такжеколичественной и качественной измеримости результатов подобногоопроса. В некоторых случаях опрашиваемый действительно не знает, чего хочет, или не скажет, или скажет то, что, по его субъективному мнению, вы хотите услышать, или неправильно поймет вопрос, или попытается вас обмануть. При попытках определить, чего хочет какая-то конкретная социальная группа, эти трудности возрастают, причем количество трудностей зависит прямо пропорционально от размера опрашиваемой группы.

Несмотря на такие проблемы, исследователи нашли много способов получения надёжных и воспроизводимых результатов. К основным способам относятся:

–заранее апробированное интервью;

–анкетирование со специальными проективными вопросами;

–получение в течение некоторого периода времени обратной связи в виде ответов, реакций, замечаний, пожеланий от всех пользователей опытного образца проектируемой ТС. При этом группа таких пользователей должна быть достаточно

105

компактной, но в то же время репрезентативной относительно генеральной совокупности индивидов заданной категории, а сами пользователи должны быть выбраны случайным образом.

1.3.2 Исследование окружения технической системы

Для конкретной ТС окружение есть множество всех предметов вне системы, изменение признаков которых влияет на систему и признаки которых изменяются вследствие поведения системы [50].

Общая проблема выделения окружения ТС далека от тривиальности. Для того чтобы описать окружение полностью, необходимо знать все факторы, воздействующие на систему или испытывающие воздействие с её стороны, – задача не менее трудная, чем полное описаниесамой системы. Каквовсяком научном исследовании, мы включаем в мир системы и ее окружения все те предметы, которые нам кажутся наиболее важными, описываем связи между ними возможно точнее и уделяем главное внимание наиболее интересным признакам, пренебрегая теми, которые не играют существенной роли. Это называется методом абстрагирования или идеализации. Примерами могут быть резистор с «чистым» омическим сопротивлением, конденсатор с бесконечным сопротивлением для постоянного тока, катушка индуктивности без омического сопротивления провода и т.п.

Нас будут интересовать факторы окружения, которые диктуют требования к искусственным, созданным человеком системам. Эти факторы несколько различаются в зависимости от области проектирования. Из относительно универсальных факторов отметим:

–состояние технологии;

–естественное окружение (климат, растительность и т.д.);

–политику организации, предприятия, фирмы;

–экономические условия для новых систем;

–человеческие факторы.

При исследовании окружения ТС необходимо принимать во внимание широкий контекст отношений компонентов макросистемы «общество–экономика–наука и техника» (рисунок 1.29) и проанализировать следующие вопросы [6]:

–какими факторами определяется развитие общества;

–каким образом текущее состояние общества определяет потребности в данной

ТС;

–какое влияние оказывает даннаяТС на развитие общества, науки и экономики;

–как влияет прогресс науки и техники на эволюцию потребностей общества

вчасти использования данной ТС?

Создавая техническую систему для удовлетворения некоторого множества потребностей, мы не просто проектируем систему, вводимую в окружение, но и обнаруживаем, что она определяется окружением. По существу, успех проектирования измеряется близостью соответствия, т.е. степенью интеграции с окружением.

106

–внешние технические факторы.

Экономическое и коммерческое окружение:

–структура организации;

–кадры организации;

–политическое окружение;

–действия государства;

–предлагаемые системы и структуры их цен;

–экономические условия для новых систем;

–коммерческие операции.

Социальное окружение:

–макроскопические социальные факторы;

–индивидуальные человеческие факторы.

1.3.3Перечни контрольных вопросов Мэтчетта

Всистемотехнике очень большое внимание уделяется совершенствованию методологии, технологий, методов, методик, техник и процедур мыслительной деятельности проектировщика для стимулирования инновационного, оригинального и нешаблонного мышления, увеличения эффективности поиска решений сложных задач и ликвидации состояния психологической инерции [7].

Один из таких методов – фундаментальный метод проектирования – был разработан английским специалистом в области методологии проектирования Е. Мэтчеттом [51]. Цель метода заключается в том, чтобы научить проектировщика понимать и контролировать свой образ мыслей и более точно соотносить его со всеми аспектами проектной ситуации. Метод резко повышает мастерство проектировщика за счет сознательного управления процессом мышления.

Вметоде Мэтчетта используются перечни контрольных вопросов для исследования потребностей. Вопросы представляют собой развитие обычных в анализе трудовых операций вопросов: «что?», «почему?», «когда?»и т.д. Частоихкомбинируют парами, что позволяет получить большое разнообразие более конкретных вопросов.

1. Какие потребности являются:

– жизненно важными;

– очень важными;

– важными;

– желательными?

2. Каковы потребности:

– функциональной системы;

– потребителя;

– фирмы (предприятия);

– внешнего мира?

3. Какие потребности сопровождают каждый из перечисленных ниже этапов существования изделия:

– проектирование и деталировка;

108

–отработка;

–изготовление деталей;

–сборка;

–испытание и отладка;

–окончательная отделка и упаковка;

–сбыт;

–транспортировка;

–хранение;

–монтаж;

–эксплуатация и неправильное использование;

–техническое обслуживание и уход;

–ремонт;

–утилизация?

4.Какие сведения можно получить, если задать шесть основных вопросов 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 (специалисты и средства);

– как это сделать (метод)?

5.Каким образом каждую часть проекта можно:

–исключить;

–объединить с другими;

–унифицировать;

–перенести;

–модифицировать;

–упростить?

Данный комплекс вопросов позволяет выявить множество альтернативных потребностей.

1.3.4 Перечни контрольных вопросов Холла

Системотехнические и проектные группы иногда попадают в затруднительное положение из-за проблем, которые не были предвидены в фазах планирования [50]. Большей частью такиепроблемы связаны свопросами, которых никтонеставил, или ответами, которых никто не искал. Эти просчеты, вероятно, появляются чаще тогда, когда создается новая система с расширенной функцией, т.е. впервые испытывается нечто действительно новое. При модификации функционально старой системы для улучшения характеристик, снижения стоимости или повышения спроса проектировщики лучше подготовлены к возможным ситуациям неопределенности. Перечни вопросов Холла позволяют предвосхитить такие затруднительные проектные ситуации и своевременно принять необходимые предупреждающие меры.

109