7.2 Інженерні помилки при формуванні сукупності вихідних даних

Одна з поширених інженерних помилок полягає в тому, що інженер закінчує пошук потрібної йому системи S₁на першій строго припустимій системі, а це може призвести до того, що ця система буде не тільки не оптимальною, але, можливо, і найгіршою.

До інженерних помилок може призвести і невірно сформульована множина умов {Y} чи невірне тлумачення їх розробником.

Припустимо, що в технічному завданні (ТЗ) вказівки щодо електроживлення розроблюваної системи обговорені таким пунктом: «...Зазначені в даному ТЗ експлуатаційні характеристики повинні забезпечуватися при живленні системи від лінії електропередач, від тягових підстанцій електрифікованих залізниць чи від енергопоїзда. Система повинна мати також власну дизельну електростанцію (ДЕС), що забезпечує нормальну роботу при перервах електроживлення від зазначених вище джерел».Тут умови експлуатації описані не повно, а тому не точно. Неясно, чи можна допустити хоча б короткочасну перерву в роботі системи на час, необхідний для запуску ДЕС, чи така перерва в принципі неприпустима, тому що вона приведе до аварії, до матеріальних втрат?

Якщо перерва в кілька десятків хвилин допустима, може бути прийнята система перебування ДЕС у ненавантаженому резерві. Якщо допустимі перерви тільки на кілька секунд – ДЕС повинна завжди бути в резерві, але може працювати в полегшеному, черговому режимі. Якщо допустимі перерви тільки на декілька мілісекунд, ДЕС повинна працювати в робочому режимі, причому потрібні пристрої для автоматичного переключення джерел живлення. Якщо перерви взагалі неприпустимі, необхідно, щоб до системи живлення завжди було підключенебуферне джерело електроживлення, наприклад, акумуляторна батарея.

Розробник повинен отримати відповідь на приведені питання. Інженерні рішення будуть принципово різними при різних відповідях [66].

Спосіб завдання умов роботи може істотно вплинути на вибір конструкції, параметрів і характеристик розроблюваної системи.

Якщо не обумовити тривалість впливу граничних температур, тривалість впливу механічних навантажень і т. ін., то розроблювана система повинна залишатися працездатною при роботі в умовах граничної температури або при граничних механічних навантаженнях протягомзаданого терміну служби. У дійсності таких умов, як правило, не буває. При таких припущеннях система може виявитися невиправдано ускладненою. Якщо вимоги були невиправдано жорсткими, якість системи буде знижена. Іноді вдається значно спростити і полегшити конструкцію, якщо задані розподіли рівнів інтенсивності того чи іншого впливу за відносною тривалістю чи частотою реалізації цих рівнів.

Наприклад, якщо висувається вимога про підтримку чутливості чи точності приладів на заданому рівні при зміні температури зовнішньогосередовища в діапазоні –60 ⁰С…+60 ⁰С, причому відомо, що підтримка цих параметрів при температурі +40 ⁰С…+60 ⁰С та –40 ⁰С…–60 ⁰Сдосягається підвищенням складності, подорожчанням процесів регулювання, уведенням додаткових настроювань і т. ін., то іноді буває можливим знизити вимоги до чутливості в цих діапазонах температур з огляду на те, що такі температури дуже рідкісні і тривалість їх дуже мала.

Якщо відомо, що граничне значення температур явище достатньо рідкесне, то для зменшення впливу короткочасних підвищень і знижень температури навколишнього середовища на апаратуру можна передбачати спеціальну термоізоляцію, призначену для збільшення теплової інерції апаратури чи окремих її елементів і деталей.

Джерелом помилок може з’явитися також некритичне ставлення до тих обмежень, якими керується інженер, що приймає рішення. Уся безліч обмежень, що враховуються інженером, складається з обмежень справжніх, що випливають із самої ситуації, «помилкових», що привносяться самим інженером і обумовлених відсутністю необхідних знань [67]. Наявність цих обмежень формує поле пошуку можливих альтернатив.

Часто задача не вирішується тому, що ми усвідомлено чи неусвідом­леновключаємо в умову задачі обмеження, що не випливають з постановки задачі.

Прикладом може служити задача про дев’ять точок. У задачі було потрібно з’єднати чотирма прямими лініями 9 точок, що утворюють квадрат, не відриваючи олівця від паперу (рис. 7.1).

Рисунок 7.1 – Задача про дев’ять точок

Помилка багатьох, що вирішують цю задачу, полягає в тому, що вони поле пошуку рішень обмежують площею квадрата, утвореного точками, хоча це не обумовлюється. Як тільки вирішуючий знімає це обмеження – рішення знаходиться відразу (рис. 7.2).

Аналогічна ситуація спостерігається й у випадках відшукання рішення в задачах про шість сірників, у якій пропонувалося побудувати чотири рівнобічних трикутники із шести сірників. Причому ламати сірника не дозволялося. Якщо сірники розташовувати в одній площині, то задача явно не розв’язувана. Коли ж трикутники будувати в об’ємі, то рішення очевидне (рис. 7.3).

Рисунок 7.2 – Рішення задачі про дев’ять точок

Рисунок 7.3 – Задача про шість сірників

Усунення зайвих, сторонніх обмежень безумовно розширює поле пошуку сильного рішення, очевидно ймовірність знаходження сильного рішення з п’ятдесятьох альтернативних варіантів вища, ніж із двох. До того ж, якщо поле пошуку дуже мале, то оптимальне рішення взагалі може знаходитися за його межами.

Однак, не завжди відкидання обмежень, навіть якщо воно можливе, спрощує задачу знаходження оптимального (чи в крайньому випадку гарного) рішення, тому що в цьому випадку його приходиться шукатив більшому пошуковому полі, що за інших рівних умов є ускладню­ючим чинником.

При відкиданні обмежень задача відшукання оптимального варіанта може як спроститися, так і ускладнитися, у залежності від характеру обмежень. Про це протиріччя завжди повинен пам’ятати інженер, що формує область {Y, 0} припустимих альтернатив. Пошукове поле припустимих рішень містить як відоме інженеру рішення, так і нові можливі рішення розглянутої задачі, які потрібно ще відшукати. Пошукове поле обмежує ділянку можливих рішень, ті ж рішення, що лежать поза цього поля, до уваги не приймаються.

Часто інженери, вирішуючи задачу, розглядають і аналізують тільки ті альтернативні варіанти, що лежать у сфері їхніх професійних знань, інтересів, досвіду. Тому хіміки вирішують задачу хімічним шляхом, механіки – механічним, електрики – електричним і т. ін.

Одна з причин багатьох ІП складається з невміння глянути на ситуацію «свіжим поглядом», застосувати нові підходи до вирішення задач, відмовитися від шаблонів і стереотипів, запозичити свіжі ідеї з інших галузей науки і техніки.

«Генрі Форд-старший, коли йому знадобилося модернізувати якийсь вузол у машині, доручав це не тільки своїм фахівцям, але і про­фанам, скажемо, інженерам-текстильникам. І текстильники, бувало, пропонували куди більш оригінальне, цікаве й ефективне рішення, ніж фахівці, яким заважали шори багаторічного досвіду» [68].

Сам же Г. Форд писав: «Фахівці шкідливі, тому що вони швидше за інших знайдуть недоліки нової ідеї і висунуть тисячі заперечень проти, щоб загубити будь-яку гарну справу.

Вони дуже розумні і досвідчені, вони в точності знають, чому не можна зробити те й те; вони бачать межі і перешкоди.

Якби я хотів убити своїх конкурентів нечесними засобами, я надав би їм полчища фахівців. Одержавши масу добрих порад, мої конкурен­тине змогли б приступити до роботи.

Я ніколи не брав на службу чистокровних знавців, тому що від них більше шкоди, аніж користі» [19].

Джерелом багатьох інженерних помилок може з’явитися недостат­ньо продумана сукупність CK показників якості. До вибору показників якості необхідно підходити дуже відповідально, тому що випадковий їхній підбір може призвести до випадкових рішень. Які показники якості – така і система.

Узагалі кажучи, кількість показників, що характеризують якість реальних об’єктів, дуже велика. Може здатися, що чим більша кількість показників якості враховується при виборі, тим досконаліше сам вибір. Однак, це далеко не так. Наприклад, розширення спектра показників якості ускладнює процес вибору оптимального варіанта рішення при розробці нового технічного об’єкта на всіх етапах його життєвого циклу без уведення грубих допущень і ідеалізації. Тому в дійсності у кожному конкретному випадку існує деяка оптимальна кількість показників якості, яку варто враховувати; уведення додаткових показників якості призводить не до поліпшення, а до погіршення результатіввибору оптимального варіанта рішення. У кожному конкретному випа­дкуприходиться цілком ігнорувати цілий ряд показників якості.

Крім повного ігнорування має місце часткове чи тимчасове ігнорування показників якості. Цей вид ігнорування особливо часто зустрічається в практиці при проектуванні нових технічних об’єктів, при їхньому синтезі, коли на кожному етапі створення нового об’єкта склад показників якості трансформується. Наприклад, при функціональному опису майбутнього виробу можна не брати до уваги такі важливі показники, як технологічність, зручність експлуатації, дизайн і т. ін., що інженер обов’язково повинен врахувати на подальших стадіях проектування. В інженерній практиці зустрічається і такий вид ігнорування, коли кілька показників якості заміняються одним інтегральним показником.

«У ряді випадків сукупність усіх конструктивних і економічних показників, а також показників технологічної надійності враховується введенням такого поняття, як «складність системи». Вважається, що чим складніше буде синтезована система, тим гірше буде її надійність і економічні й конструктивні показники. При цьому в процесі синтезу показник «складність» або мінімізується, або переводиться в розряд об­межень. Для здійснення мінімізації складності звичайно вводять будь-якийпараметр системи, що хоча б побічно враховує її складність. Таким параметром може служити кількість каналів системи, кількість каскадів, потужність радіопередавального пристрою і т. ін.». [65].

Сформувавши вектор якості K = <K₁, K₂, … , K_m> особа ПР повинна визначити своє ставлення до сукупності обраних нею показників якості, указати їхню вагомість та проранжирувати ці показники за ступенями їхньої важливості. Дана операція повинна завжди передувати вибору. Якщо у виборі оптимального варіанта зацікавлені декілька виконавців, то оцінки важливості тих чи інших показників якості повинні бути погоджені, для того, щоб кожний з виконавців ясно розумів критерії, якими керувалися у своїх рішеннях його колеги. При наявності розбіжностей в оцінці вагомості окремих показників якості необхідне зближення точок зору осіб, зацікавлених у виборі оптимального варіанта, і, поки не досягнуте взаєморозуміння, вибір оптимального рішення не доцільний. Вибір оптимального рішення, оптималь­ного варіанта завжди умовний і відносний. Досить змінити умови оптимізації, віддати перевагу іншим показникам якості, змінити їхню вагомість, щоб показати, що знайдене рішення далеко не найкраще. Особливо небажана розбіжність в оцінці вагомостей окремих показників якості між замовником, розробником і тими, хто експлуатує цей виріб. Серед інженерів існує жарт: «робити не те, що просить замовник, а те, що йому дійсно потрібно».