Kesler_Osnovy_metodologii_proektirovania_2016-1

В качестве «технического проектирования» может служить проектная проработка (исследование), выполненная в период второй мировой войны с целью обеспечения безопасности перевозки грузов караванами судов из США в Европу 8 . В начальный период войны караваны подвергались массированным нападениям немецких подводных лодок в северной части Атлантического океана; необходимо было найти решение. Специалистами по теории исследования операций задача решалась с использованием математической модели и учетом следующих факторов: количества коммерческих и эскортных судов в караване, его протяженности, количества подводных лодок, погодных факторов и процедур принятия тактических решений. В результате исследования «были высказаны рекомендации, принятые командованием, и в результате этого количество благополучно достигших своего назначения коммерческих судов резко возросло».

Выдающийся вклад в разработку теоретических основ «широкого» подхода к проектированию судов внес В.М. Пашин. Согласно представленной им концепции 9«…проектант самостоятельно либо с помощью заказчика обосновывает целесообразность создания … судна либо комплекса совместно работающих судов и определяет или уточняет исходные характеристики для непосредственной разработки проекта судна. Подобные обоснования называют внешним проектированием (от автора, или – техническим проектированием, рис. 2). Для решения задач внешнего проектирования требуется рассмотрение условий использования будущего судна, его взаимодействия с другими судами транспортных, промысловых либо других систем, элементом которых является судно. От того, насколько удачным будет тот или иной элемент системы, зависит эффективность системы». И далее: «экономические последствия принимаемых на этом уровне решений становятся более значимыми, нежели на уровне проектирования (конструирования) одного судна».

К внутреннему проектированию (конструированию) при этом относится разработка проектных материалов по некоторому судну в рамках его основных характеристик, значения которых определяются на этапе внешнего проектирования (технического проектирования).

11

Рис. 2. Схема последовательности действий с целью удовлетворения потребностей

Особенностью современной концепции «широкого проектирования» является учет социально значимых факторов и участие в поиске решений и формировании информационной базы, наряду с инженерами, управленцев, научных работников, представителей средств массовой информации и других сфер общества. Это позволяет организовать коллективный контроль над эволюцией искусственной среды, в частности, технической, и усилить социализацию технических средств. Проектирование может служить как средство для выявления и управления противоречиями между различными группами населения.

Такой уровень общности при проектировании называют «социотехническое проектирование» (рис. 3).

12

Рис. 3. К определению понятия «социотехническое проектирование»

«Широкий» подход к проектированию (уровень «социотехнического проектирования») – это современная потребность, «веление времени». В мировой практике нарастают неблагоприятные тенденции: истощение минеральных и энергетических ресурсов, увеличивается «давление» на биологическую среду и др. Для решения (смягчения) этих тенденций проектировщики больших систем (мегакомплексов) стремятся расширить «область видения».

Значимой попыткой разработки общих критериев оценки техники следует считать создание в 1956 г. Союзом немецких инженеров (СНИ) исследовательской группы – «Человек и техника». В 1985 г. Парламент ФРГ утвердил состав комиссии по оценке техники. Этой комиссией была разработана директива СНИ «Оценка техники: понятия и основания», в которой конкретизируется и детализируется нормативный подход к оценке техники. В общем виде этот подход определен следующим образом: «Технические проекты должны быть разумными, выполняемыми и полезными или, по крайней мере, безвредными по отношению к людям, ныне живущим или в будущем, которые могут подвергнуться их воздействию» 7 .

Решение новых задач в области проектирования искусственной среды («второй природы»), в том числе – технических объектов стало возможным благодаря современным научным достижениям и развитию компьютерной техники.

13

Зарождается новый тип – нейрокомпьютеры (нейро ЭВМ, нейронные сети). Эти компьютеры качественно отличаются от предыдущих «отсутствием заранее созданных алгоритмических программ и способностью к самоорганизации и обучению». (Искусственные нейронные сети такого типа ЭВМ создаются на электронных или оптических элементах).

В 21 в. происходит интеграция технического, естественнонаучного и социально-гуманитарного знания, т.е. становление единой системы научного знания.

При рассмотрении проектирования в историческом плане выделяют ряд его организационных форм 6 .

Впериод кустарных ремесел производственной формой были артели; они одновременно выполняли функции обучения.

После появления возможности записи конструкции (чертежей) появилась специальность конструктора, а на заводах – конструкторские бюро. По мере усложнения задач, в 19 в. появились автономные конструкторские, а затем проектноконструкторские бюро.

В20 в. в деятельности проектировщиков увеличивается значимость научно-технических исследований и в бюро возникают исследовательские структуры.

Кроме того, как показывает опыт развитых стран, важное значение имеет участие проектировщиков в процессе внедрения технических средств. В связи с этим возникла тенденция образования исследова- тельско-проектно-конструкторско-внедренческих организаций. Эффективность таких многопрофильных структур в большей мере зависит от системы их организации и управления.

2. Общие положения и основные понятия в области технического творчества

Как и в других областях человеческой деятельности в техническом творчестве (в практике проектирования) используется набор терминов. Понимание и применение терминов позволяет обеспечить однозначность описания структуры (процесса) и облегчить деловое общение.

14

«Краткий словарь терминов науки технического творчества» имеется в книге 6 ; определения терминов, относящиеся к области технического творчества, также можно найти в книгах 4 10 1 . В ряде случаев имеются различия в определениях терминов и понятий, представленных в различных источниках. Это связано, главным образом, с уровнем общности толкования термина (понятия).

Отдельного пояснения заслуживает понятие «проектирование». Современная концепция проектирования зарождалась в 60-е годы прошлого столетия, как реакция на неудовлетворенность традиционными методами проектирования, которые были нацелены на изменения частного, локального характера. В эти годы состоялся ряд крупных международных конференций по новым методам проектирования. Эти методы были нацелены на решение в промышленно развитых странах ряда крупных проблем: транспортных заторов, предотвращения и раскрытия преступлений, шума и загазованности воздуха и др.

Исторически назрела необходимость по-новому взглянуть на цели и процесс проектирования. Стало очевидным, что проектирование не должно ограничиваться логическими обоснованиями и разработкой чертежей по создаваемому техническому изделию (средству).

Современное понимание термина «проектирование» в общем случае, т.е. при разработке сложных технических объектов (больших систем), включает 3 этапа: «социотехническое проектирование», «техническое проектирование» и «конструирование» (см. рис. 2). Если система разрабатывается только на концептуальном уровне (исследовательская разработка, не предполагающая обязательного изготовления компонентов системы «в железе»), то проектирование включает этап «социотехническое проектирование» и, возможно, этап – «техническое проектирование». Термин «конструирование» нередко употребляется без упоминания его связи с проектированием технического объекта. Уровни общности объектов проектирования могут значительно отличаться. Джонс 1различает четыре уровня общности объектов проектирования (рис. 4). Объект уровня мегакомплексов (уровень 1) включает части, представленные на уровне 2 (уровень систем). Проектирование, напри-

15

мер, города – это проектирование комплекса, образованного из частей (систем) этого города (уровень 2).

В свою очередь проектирование, например, транспортной системы (уровень 2) – это проектирование комплекса, образованного из частей (изделий) этой системы, представленных на уровне 3.

Аналогично, проектирование изделия (уровень 3) – это проектирование (конструирование) комплекса, образованного из компонентов (уровень 4).

Рис. 4. Иерархия объектов проектирования

Проектирование объекта уровня 1, рассматриваемого как совокупность систем (уровень 2), относится к социотехническому проектированию. Возможность для проектирования объектов такого типа возникла в 20 в. Основная сложность их проектирования заключается в том, что объекты включают (как составные части)

16

коллективы людей или эффективность объекта зависит от политических (управленческих) решений. При проектировании приходится учитывать такие факторы как самонастройка, изменение линии поведения, распознавание образов и ситуаций и т.п. Проявление этих факторов не контролируется, это происходит беспорядочно или имеет вероятностную природу.

Проектирование систем (уровень 2), например, транспортной системы, – как совокупности изделий (уровень 3) относится к уровню технического проектирования, в этом случае расчеты и обоснования (нередко – многоплановые) выполняются с использованием, в основном, аппарата метрической математики.

Проектирование объектов 3 и 4 уровней относится к области «локального» проектирования. При их проектировании учет «человеческого фактора» не вызывает сложностей, поскольку оказывается достаточным обеспечить комфортные условия для пребывания человека, его работы или управления объектом. Процедурная база проектирования таких объектов разрабатывалась в течение длительного времени; она основана на естественно-научных и научнотехнических знаниях. На уровне изделий и компонентов используются математические проектные модели, которые могут быть исследованы аналитическими, численными или машинными методами. Такой подход к проектированию дает однозначные и наиболее точные результаты.

Проектирование (конструирование) объектов 3 и 4 уровней (компонент рассматривается как совокупность деталей) во многих случаях ведется безотносительно к некоторой системе (мегакомплексу). Такие изделия и компоненты являются предметами массового спроса (например, легковые автомобили) или относятся к рынку комплектующих (например, судовые дизели). Проектирование этих объектов ведется с учетом современных требований в части эргономики, эстетики, экологии и т.д., а также тенденций в развитии техники, технологии изготовления, эксплуатации и т.д.

В качестве примера социотехнического проектирования (уровень больших систем, – см. рис. 4) можно рассматривать инвестиционный проект «Верфи Санкт-Петербурга»: реструктуризация основных судостроительных предприятий города 11 *).

*) Работы по проекту продолжения не получили.

17

Ниже дана краткая характеристика проекта, охватывающего район города, в котором расположены три крупных судостроительных предприятия России: «Адмиралтейские верфи», «Балтийский завод» и «Северная верфь». Постановка проблемы: реконструкция

имодернизация трех заводов на основе создания на территории «Северной верфи» судостроительного комплекса мирового уровня

ипереноса в него основного производства «Балтийского завода» и надводного судостроения с «Адмиралтейских верфей».

Главная цель проекта – «удовлетворение потребностей России в обеспечении строительства судов для внутреннего рынка и на экспорт».

Исследование включало выявление факторов целесообразности переноса судостроения на «Северную верфь» и ее переоборудования, возможностей использования городом освобождающихся территорий, оценку социальной и экологической составляющей разрабатываемого проекта.

Вкачестве критериев проекта, в частности, были приняты: освобождается 120 га территории предприятий; создается непромышленная инфраструктура, позволяющая организовать около 40 тыс. рабочих мест; вредные выбросы предприятий в воздух уменьшаются в 8–9 раз, а потребление предприятиями воды в 12–15 раз; вывоз отходов производства на захоронение уменьшается в 5 раз.

Впроцессе разработки проекта выполнялся анализ различных вариантов использования освобождающихся площадей и различных производственных программ для новой «Северной верфи».

По результатам проектирования мегакомплекса были определены показатели для задания на проектирование системы, т.е. судостроительного комплекса «Северная верфь» (уровень – техническое проектирование).

Особенности технического проектирования рассмотрены ниже (см. п. 3.1.2 «Системотехника»).

Конструирование – заключительный этап проектирования (см. рис. 2). Организационно-процессуальная сторона этого этапа достаточно хорошо (полно) разработана в отраслях (предметных областях), например, в двигателестроении. В судостроении значи-

тельная часть работ на этом этапе автоматизирована 12 . Различные стороны конструирования освещаются в традиционных технических дисциплинах, изучаемых в вузах. Имеется методическая

18

база для выполнения поисковых исследований на этом этапе, например, 13, 14 .

Конструирование соответствует уровням: изделие, компонент, деталь.

Завершая рассмотрение понятия «проектирование» отметим случай, когда разработка технического мегакомплекса была осуществлена на всех уровнях (уровни 1…4, см. рис. 4) и решения реализованы в «железе». Таким примером может служить создание международной космической станции (МКС) и, связанных с ней, наземных структур.

В 6также представлены следующие определения терминов из области технического творчества.

Конструирование – «Подбор конструктивных характеристик, определяющих логическую основу конструкции».

Артефакт*) – «Искусственный материальный комплекс (например, техническое средство) вместе с признаками его действия. Это может быть машина с ее производительным действием; артефактом будет и памятник с его эстетическим, эмоциональным воздействием на человека».

Коммуникат – «Знаковое сообщение, несущее информацию или дезинформацию. Для изготовителей и эксплуатационников технических средств – это техническая документация: проекты и конструкторские чертежи».

Критерий – «Основа оценки, позволяющая избежать субъективных суждений».

Оптимизация – «Методические процедуры в процессе проектирования и конструирования, направленные на решение задачи в наилучшем соответствии с принятыми критериями».

Проект – «Система понятий, дающая абстрактное представление изделия. Совокупность свойств и особенностей материального комплекса, полученная в результате синтеза и характеризующая творческий или исполнительский замысел».

Система – «Любой объект, существующий во времени, подвергающийся внутренним и внешним воздействиям или возмущениям, реагирующий на них изменениями своих состояний и обладающий способностью проявить в том ином виде эти реакции» (рис. 5) 15 .

*) Лат.: arte – искусственный и factus – сделанный.

19

Рис. 5. Модель системы

Структура системы – совокупность элементов системы и отношений между ними. Структура полностью определяет способ функционирования системы; однако одна и та же функция может быть реализована различными структурами (системами).

Системный подход – «Метод анализа артефактов в процессе проектирования с системных позиций».

Техническое средство – «Помещение или орудие, использование которых обеспечивает удовлетворение определенных материальных потребностей».

Техносфера – «Артефакты, образующие окружение человека. Всевозможные технические средства, воздействующие на человека в его социальной и биологических сферах. Техносфера вместе с социальной и биологической сферами представляют собой экологическую сферу человека, которая создает человеку соответствующие условия жизни и развития».

Функция – «Логическая, математическая или фактическая зависимость, определяющая связь между причиной и следствием или между двумя взаимозависимыми явлениями. Функция – не синоним действия или роли. Действие или роль могут определяться потребностью».

20