2. Систематизированное принятие оптимальных детерминированных решений при конструировании то, для студентов и молодых специалистов

Оптимизация принятия решений при конструировании является необходимой, потому, что как правило, не очевидна полнота выполнения требований ТЗ и степень реализации всех возможностей в разрабатываемом ТО.

Особенно в таких случаях, когда:

1) Задача проектирования нова для данной отрасли, т.е. ввиду отсутствия опыта, возрастает вероятность появления ошибок при проектировании.

2) Возможны принципиально различные варианты исполнения ТО.

3) Большое число исходных данных, предполагающих значительное число существенных конструктивных элементов и вариантов решений.

4) Особая важность предстоящей разработки, например, по решению лица, принимающего решение (ЛПР); ввиду многофункциональности разработки ТО, когда от него зависит работоспособность ряда других узлов или изделия в целом и т.п.

1. Алгоритм процессса конструирования

А) ТЗ на проектирование ТО является основой для его конструирования и должно содержать все необходимые исходные данные:

- цель проекта, которую следует достичь;

- требования и ограничения, накладываемые на разрабатываемый ТО.

В большинстве случаев ТЗ содержит и основные конструктивные элементы и параметры проектируемого ТО, последнее не является необходимыми исходными данными, но поскольку ТО также может являться составной частью изделия или комплекса, то некоторые элементы и параметры могут быть обязательны по условиям функционирования для разрабатываемого ТО.

ОПРЕДЕЛЕНИЯ:

Под основным принципом исполнения ТО понимается совокупность существенных параметров и их признаков, обеспечивающих его работоспособность.

Существенность параметров и их признаков идентично такому же пониманию, которое используется в патентной терминологии: необходимые и достаточные для характеристики и функционирования ТО.

В соответствии с этими определениями разрабатываемого ТО, необходимые исходные данные ТЗ (цель проекта, требования и ограничения) составляют достаточное условие для формулировки основного принципа исполнения конструкции проектируемого ТО. Таким образом в алгоритме конструирования прежде всего должно быть:

1. Проанализировать цели проекта и максимально их усилить в пределах ТЗ.

Проанализировав требования и ограничения ТЗ, следует рассмотреть возможность изменить их (дополнить или сгруппировать) из всего известного разработчику на момент выработки основного принципа ТО. Для облегчения этой работы следует подразделить требования и ограничения на группы в соответствии с наиболее вероятными факторами, имеющими непосредственное отношение к функционированию проектируемого ТО, такими как:

– свойства,

– материалоёмкость,

– энергетичность,

– размеры,

– нагрузки,

– социальность,

– прочие факторы (например, перспективность, универсальность и т.п.),

хотя могут быть и другие факторы, в качестве исключения. Таким образом, следующий шаг алгоритма:

2. Выявить требования и ограничения по группам:

- энергетичность,

- нагрузки действующие,

- свойства,

- материалоёмкость,

- размеры,

- социальность,

- прочие.

На данном шаге разработчик самостоятельно переосмыслив ТЗ, может судить об объективности и целесообразности целей проекта, соответственно целесообразно повторить шаг 1:

1'. Повторить шаг 1, согласовав с Заказчиком.

В дальнейшем необходимо критически изучить требования и ограничения ТЗ, используя приёмы факторного анализа: «группируя» и «вычёркивая» родственное и несущественное.

Составляется условно окончательный список требований и ограничений, предъявляемых к ТО:

3. Составить список основных исходных требований и ограничений, группируя и вычёркивая несущественные.

Этим шагом фактически сформулировано уточненное ТЗ, однако т.к. начальная стадия любого проекта наиболее ответственная, следует проверить:

4. Понятно ли сформулировано условие проектирования.

При отрицательном ответе формулирование условий проекта следует повторить.

В соответствии с определением основного принципа требуется детерминировано преобразовать требования и ограничения ТЗ в параметры и признаки ТО, преодолев тем самым психологическую инерцию мышления, используя принципы ИТ.

В связи с этим вначале потребуется предварительная проработка, без особых подробностей и уточнений, достаточны лишь основные принципиальные моменты без изучения НТИ по вопросу разработки и вполне применим «принцип концентрации творческих усилий» (п.п. 1.2.3.):

5. Проработать возможные решения разрабатываемого ТО, без глубокого изучения НТИ.

Значительно повысить эффективность работы разработчика позволяет выделение, до и во время разработки, доминирующей идеи.

Так работа любого ТО основана на использовании одной или нескольких доминирующих идей (явлений, взаимосвязей и т.п.), которые осуществляются в рабочем исполнении ТО, путём введения в ТО конкретных элементов, связей, технических решений, обусловленных именно этими доминирующими идеями. Для примера рассмотрим несколько устройств:

- вид используемой энергии для вращения заслонки: электрическая, механическая, пневматическая, гидравлическая, магнитная;

- многослойный силовой сосуд – надёжно гарантированное использование толщины каждого слоя силовой оболочки, независимо от вида рабочего газа.

Рассмотрим, каким требованиям должна соответствовать доминирующая идея и её место в процессе разработки ТО.

Доминирующая идея должна соответствовать высшему из всех уровней общности и быть изложена чисто общими понятиями, без подробной разработки и завершённости изложения.

Правильность формулировки доминирующей идеи заключается прежде всего в наличии общих характеризующих признаков с требованиями и ограничениями ТЗ. Отсутствие таких общих признаков свидетельствует о полной или частичной несостоятельности доминирующей идеи – о необходимости её доработки.

Из выше изложенного следует, что доминирующая идея по сути своей должна предшествовать выработке основного принципа ТО, который и создаётся на основе таких идей. Однако без предварительной проработки возможных технических решений в рамках процесса проектирования, выработка доминирующей идеи не гарантирует оптимального ведения разработки, поскольку не будет достаточного понимания поставленных целей и условий ТЗ.

Кроме того, по ходу разработки могут возникнуть идеи равнозначные (по мнению разработчика) или превосходящие имеющуюся доминирующую.

Всё это должен учитывать алгоритм конструирования:

6. Выработать доминирующую идею.

Основываясь на предварительной проработке основного принципа ТО и доминирующей идее:

7. Составить список существенных параметров ТО и их признаков.

Работа над списком проводится с использованием ранее описанных приёмов проверки значимости, группированием и минимизацией:

8. Функционирует ли ТО с составленным списком параметров и признаков? Минимизировать список.

После получения окончательного списка существенных параметров и их признаков основного принципа функционирования ТО, необходимо проверить правильность сформулированной доминирующей идеи:

9. Состоятельна ли доминирующая идея?

Данная проверка осуществляется исследованием функциональных связей признаков доминирующей идеи с признаками параметров окончательного списка. Если ответ отрицательный, то возникшие несоответствия необходимо устранить доработкой доминирующей идеи.

На данном этапе уместно «покачать» ситуацию и рассмотреть вопрос:

10. Имеются ли другие доминирующие идей основного принципа исполнения ТО.

Например, это может быть решение другой, не прямой (обходной) задачи, если ответ положительный, то повторяются шаги 7,8,9 для нового основного принципа.

Параллельная разработка нескольких основных принципов усложняет разработку в несколько раз и это следует делать только в тех случаях, когда нет возможности рассуждениями или расчётами отдать предпочтение какому – либо из основных принципов и позволяет финансовое обеспечение проекта.

Так или иначе становится реальной уточненная формулировка основного принципа исполнения ТО, используя возможности ИТ в части подбора списка характеризующих ТО существенных параметров и признаков, коррелирующих межу собой, требованиями и ограничениями ТЗ, параметрами и признаками доминирующей идеи:

11. Выработать уточненный основной принцип ТО: список существенных параметров и признаков, коррелирующих межу собой, требованиями и ограничениями ТЗ, параметрами и признаками доминирующей идеи.

По известным процедурам поиска и принятия решений эффективная процедура должна включать:

- эвристическую функцию оптимального пути – функцию поиска,

- оценочную функцию,

- кроме этого, как показала практика применения систематизированной методики конструирования (см. v-olevskiy.ru), эффективному принятию технических решений весьма способствует проверочная (контрольная) функция, цель которой комплексно проверить работоспособность ТО, полноту использования творческих возможностей разработчика и т.п.

Поскольку смысловой подход на всех этапах алгоритма должен быть соблюдён, то и последующие шаги аналогичны во многом предыдущим:

12. В общих чертах, исходя из личного опыта, проработать реальные компоненты решения основного принципа ТО, без глубокого изучения НТИ.

13. Рассмотреть возможность выполнения параметров и признаков основного принципа ТО реальным однокомпонентным решением или решением с минимальным количеством компонентов.

После этого шага целесообразно и своевременно провести изучение НТИ, теперь уж без вреда для прошедшей, в основном, концентрации творческих усилий и возможностей разработчика:

14. Проработать возможные компоненты решения реального ТО с подробным изучением НТИ и дополнить, минимизировать или уточнить список компонентов.

После этого проведём теоретическую – информационную проверку функционирования реального ТО:

15. Функционирует ли принятый реальный ТО при исследовании ИТ полноты взаимосвязей его параметров и их признаков с требованиями и ограничениями ТЗ и доминирующей идеи?

Минимизировать или дополнить список компонентов реального ТО.

С целью самоконтроля целесообразно повторить контрольный шаг активизации творческих усилий разработчика:

16. Возможно ли исполнение реального ТО одним или меньшим количеством компонентов?

Этот шаг является последним в информационно – факторной формулировке основного принципа реального ТО.

Далее предлагается следующая последовательность шагов поиска приемлемых оптимальных решений по каждому компоненту ТО:

17. Рассмотреть каждый компонент ТО с точки зрения выявления недостатков.

18. Предложить идеализированный вариант исполнения (идеальный конечный результат – ИКР [2]) рассматриваемого компонента, устраняющий все недостатки.

19. Заменить ИКР одним или несколькими реальными параметрами, наиболее полно соответствующими ИКР по характеризующим признакам.

20. Сгруппировать ИКР компонентов по их признакам и по всем возможностям, которые могут быть практически реализованы.

21. Дать количественную оценку каждому компоненту, ориентируясь на требования и ограничения ТЗ.

Следует также выполнить контрольный шаг:

22. Предложить ИКР по каждому компоненту, превосходящий ранее принятый.

Таким образом была проведена разработка составных частей ТО, дальнейшая работа сводится к компоновке этих составных частей в единый ТО, а поскольку возможны варианты, то и выбор оптимального из них. На данной стадии необходимо квалифицированно использовать ранее изложенные идеи принятия решений для обеспечения конечной цели проекта – создание, в соответствии с ТЗ, высоко эффективно и оптимально функционирующего нового ТО.

23. Скомпоновать ТО разработанными компонентами на основе характеризующих признаков, знаний НТИ и приёмов решения задач конструирования.

Массив приёмов решения технических задач представляет собой более или около 500 (см. v-olevskiy.ru), после их анализа и обобщений выделено 10 основных и главное обозримых приёмов:

- неология (перенос нового из другой области),

- адаптация,

- мультипликация,

- дифференциация,

- интеграция,

- инверсия (переворачивание, перестановка и т.п.),

- импульсация,

- динамизация,

- аналогия,

- идеализация.

Использование и даже только знание этих приёмов – принципов стимулирует генерирование идей разработчиками, расширяет инженерную мысль и, соответственно, делает поиск решений более эффективным, особенно, с точки зрения затрат времени.

24. Дать интегральные оценки рабочим вариантам ТО, используя требования и ограничения ТЗ. Вычеркнуть более слабые.

В случае, если несколько рабочих вариантов ТО определены как оптимальные, то дальнейший выбор может быть произведён, исходя из более полного выполнения особых (основных, главных и т.п.) требований и ограничений ТЗ (например, по перспективности использования), которые не поддаются количественной оценке.

Завершающим этапом алгоритма должен быть контроль гарантии по работоспособности разработанного ТО:

25. Выявить умозрительно или расчётно основные возможные нарушения работоспособности ТО и их причины.

Используя приёмы алгоритма, устранить возможность нарушения работоспособности ТО.

Не исключено, что введение контрольных мероприятий потребует коренных изменений в основном принципе и рабочем исполнении ТО, и работу алгоритма необходимо будет повторить.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ (для 2 – го раздела).

Если хорошим бухгалтером можно стать через 3 месяца, хорошим менеджером (не простым продавцом) или экономистом – через 6 месяцев, то чтобы стать хорошим (с некоторой натяжкой) конструктором – не менее 3 лет, всё это – при высоком уровне полученного образования.

Было бы даже очень здорово, если нечто подобное реально было бы в арсенале принятия решений у чиновников (за некоторым исключением), что подняло бы достаточно низкий их рейтинг в глазах общественности.