- •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
Этот комплекс вопросов Мэтчетт называет «первичным кольцом», а следующий комплекс - «вторичным кольцом».
Какие эффекты, потребности, ограничения вызовет каждая деталь комплекса в отношении любой другой детали этого комплекса при сопос тавлении с помощью матрицы взаимодействий? (см. главу 22).
Назначение «первичного кольца» —выявить множество различных альтернатив, а «вторичного кольца» —обеспечить увязку всех изменений друг с другом, а также со всеми имеющимися потребностями.
Е. Мэтчетт все время подчеркивает, что вопросы и графики, порож дающие многообразие, необходимо применять не для слепого поиска, а для выявления существенных характеристик изучаемого объекта и для устранения из проекта ненужных элементов.
Главное в фундаментальном методе проектирования - это обучение метаязыку, который выявляет характерные особенности мышления и об легчает его согласование с характером решаемой задачи. Это не столько метод проектирования, сколько средство вырабатывания и регулирования стратегии проектирования.
Дж. Джонс высказал мнение, что метод Мэтчетта - один из немно гих систематических методов, продемонстрировавших свою работоспо собность в обычных ситуациях проектирования.
Метод резко повышает мастерство проектанта за счет сознательного управления самим процессом мышления. В Англии метод применялся при проектировании подшипников, машин для гофрирования листового ме талла, усовершенствования передачи информации.
Контрольные вопросы
1.В чем цель метода, разработанного Е. Мэтчеттом?
2.Что относится к режиму мышления стратегическими схемами?
3.Как необходимо понимать «мышление в параллельных плоскостях» и «мышление с нескольких точек зрения»?
4.Опишите процесс мышления в основных элементах.
5.Изложите методику проектирования по Мэтчетту.
26. В ы б о р с т р а т е г и й и м е т о д о в
Каким образом проектанты могут распознать методы, отвечающие стоящим перед ними задачам, и избежать применения непригодных мето дов? Какие особенности того или иного метода проектирования делают его пригодным в одной ситуации и неподходящим в другой? Обязательно ли испробовать метод или хотя бы понять его, чтобы судить о том, будет ли его применение в данных условиях плодотворным или окажется пустой тратой времени? Не ответив на эти вопросы, невозможно найти простой и быстрый способ отбора из всего множества методов тех, которые соответ ствуют реальной ситуации. В этой главе предпринимается попытка отве тить на эти вопросы путем обсуждения стратегии проектирования.
Термин «стратегия проектирования» применяется в значении опре деленной последовательности действий, выбираемой проектантом с целью преобразования исходного технического задания в готовый проект, т.е. как совокупность традиционных приемов технического проектирования.
Прежде чем выбрать или изменить стратегию проектирования, нужно оценить чувствительность проекта к изменениям среды и соответственно среды к изменениям технического решения. Только после этого можно на метить главные решения, установить цели и уточнить структуру задачи.
26.1. Критерии управления проектными работами
Приведенный список критериев взят из длинного перечня целей проектирования и совершаемых при проектировании ошибок, упоминае мых различными теоретиками проектирования.
1. Выявление и пересмотр важнейших решений. Каждое решен которое может принести значительные убытки, должно бьггь выявлено как можно раньше. Такие решения на начальных стадиях следует принимать лишь условно и предусматривать возможности их пересмотра в случае, если в дальнейшем обнаружится, что они вступают в противоречие с на дежно установленными фактами или с обоснованными суждениями спе циалистов. К числу важнейших решений относятся исходные допущения, цели, выбор моделей, выбор стратегии и метод изменения стратегии.
2.Соотношение затрат на научно-исследовательские и опытно конструкторские работы с убытками от принятия неверного реше ния. Как уже говорилось, убытки от незнания должны превышать затраты на дорогостоящие усилия проектанта при поиске ответа на тот или иной вопрос. При оценке предложения о проведении какой-либо работы нужно, прежде всего, выяснить, на какие вопросы она даст ответ.
3.Распределение заданий в соответствии с возможностями ис полнителей. Каждому члену коллектива разработчиков нужно поручать такие задания, с которыми он способен справиться, в которых он разбира ется и в выполнении которых заинтересован. Это требование гораздо труд нее выполнить в коллективах, состоящих из представителей разных специ альностей и работающих над новаторским проектом, чем в группах тради ционных проектантов одинаковой специализации, занятых решением зада чи знакомого типа.
4.Отыскание полезных источников информации. Информацию следует искать во всех основных источниках стабильности и нестабильно сти, с которыми приходится считаться при проектировании. Прежде чем обратиться к важной или дорогостоящей информации из различных ис точников, следует провести независимые испытания или получить сведе ния о надежности этих источников. Нельзя ожидать, что консультанты будут давать нужные рекомендации, если они не знакомы с взаимодейст виями и конфликтами, характерными для данного проекта.
Эти критерии управления стратегией сами собой подразумеваются, когда проектанты одной специальности совместно работают над типовой задачей. Однако эти критерии редко выдерживаются в тех случаях, когда для решения новых типов задач проектирования либо создаются бригады из специалистов разного профиля, не обладающих опытом проектирова ния, либо привлекаются опытные проектировщики, которые в ходе рабо ты над задачей вынуждены выходить за пределы своей компетенции.
Решение о том, какие действия должны быть включены в стратегию проектирования, может быть принято с самого начала, или же можно ме нять стратегии в зависимости от результатов, полученных после выполне ния предыдущих действий. Содержание каждого «действия проектанта» определяется самим проектантом; некоторые действия могут быть осно ваны на новых методах; другие могут базироваться на традиционных
приемах, таких как изготовление эскизов и масштабных чертежей; нако нец, третьи будут представлять собой новые процедуры, самостоятельно изобретенные проектантом. Если метод проектирования, взятый сам по себе, позволяет решить задачу проектирования, он называется стратегией; однако в большинстве случаев методы не дают такой возможности, по этому они здесь рассматриваются как «действия», из которых можно со ставить различные варианты законченных стратегий.
Аналогия с военной стратегией была бы ошибочной: лучше всего по нимать стратегию проектирования просто как намеченную последова тельность методов.
26.2. Стратегии проектирования
Целесообразно классифицировать стратегии проектирования по
двум показателям:
а) степень заданности; б) схема поиска.
Заблаговременно заданные, или готовые, стратегии жестко зафикси рованы заранее, подобно программам ЭВМ. Они больше подходят для ак тирования в знакомых ситуациях, чем для новаторской деятельности, т.е. для объединения или модернизации существующих конструкций, а не для изобретения новых технических объектов.
Значительная доля работы по проектированию совершается по пред сказуемой схеме и, следовательно, может быть выполнена на компьютере. По мнению Джонса [17] в идеале заданная стратегия должна быть линей ной, т.е. состоять из цепочки последовательных действий, в которой каж дое действие зависит от исхода предыдущего, но не зависит от результа
тов последующих действий (рис. 26.1). |
|
|
Этап 1и |
Этап 2К |
Этап 3 Ъ |
Рис. 26.1. Л инейная ст рат егия
Если после получения результатов на одной из стадий приходится возвращаться к одному из предыдущих этапов, стратегия становится цик-
лической. Встречаются случаи, когда две или несколько петель обратной связи охватывают друг друга (рис. 26.2).
Техническое*v L |
71 41 _ |
I V |
Продолжить |
ч | |
I * |
Продолжить Ч Г " |
|Результатv |
|
задание |
> Этап 11-^| Этап 2 |
или |
|
Этап 3 ^ |
или ^ Этап 4 |
|||
|
|
|
tt * |
вернуться |
* |
— I * |
прпн\'ТЬГ.авернуться |
|
Рис.26.2.Цикпическая стратегия
Такая схема с петлями характерна для многих программ для ЭВМ. Самой страшной опасностью для проектанта в этом случае становится бес конечная петля, или «порочный круг», из которого не удается выбраться иначе, как изменив структуру задачи. Когда действия проектанта не зависят одно от другого, может иметь место разветвленная стратегия (рис. 26.3).
1 |
^ jjra n 2а --------------> |
|
^|Этап 4|"“ |
|
|
|
ft® |
NU |
|
“ ^ Э тап |
1[™^|Этап 26 ■^Этап 3 ■) |
|Этап б| |
||
ю 5 |
||||
|
|
Та * |
|
|
|
|
Л . |
т |
|
|
|
PQ^ |
Рис.26.3.Разветвленная стратегия
В нее могут входить параллельные этапы, очень выгодные в том от ношении, что позволяют увеличить количество людей, одновременно ра ботающих над задачей, и конкурирующие этапы, которые позволяют в определенной степени видоизменять стратегию в соответствии с исходом предыдущих этапов.
Адаптивные стратегии (рис. 26.4) отличаются тем, что в них с самого начала определяется только первое действие.
Рис. 26.4. Адаптивная стратегия