Хорошев А.Н. - Основы системного проектирования технических объектов (1037544), страница 20

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 20)

Во избежание затруднений при последующем решении задачи условия и ограничения также следует проверять на противоречивость. Так, ограничения могут задавать пустое множество (например, из удобства работы масса устройства не должна превышать 2 кг, а из условия обеспечения требуемого давления на опорную поверхность масса должна быть не менее 5 кг). Подобные противоречия не всегда очевидны: сведения по верхней и нижней границам могут поступать в разное время или помещаться в разных местах ТЗ, быть представлены в неявном виде. Разрешение противоречий возможно следующими способами:

• изменение ТЗ: смягчение ограничений, замена их другими (для ранее приведенного примера — второе ограничение на вес заменить ограничением на опорное давление) или отказ от них (если они не относятся к существенным);

• замена отдельных ограничений показателями качества. Например, вместо первого ограничения на массу изделия ввести требование минимизации его массы. Ясно, что в этом случае решения будут существовать, но лучшее — изделие с массой 5 кг;

• воспользоваться эвристическими приемами по уточнению ТЗ;

• оставить ТЗ таким, как оно есть, а возникшее противоречие попытаться разрешить на последующих этапах проектирования.

3. Разграничение требований на условия, ограничения и показатели качества. Представление требований в виде показателей позволит получить решения с высокими характеристиками, но такая задача решается сложнее. В качестве показателей выбирают те, которые характеризуют наиболее важные свойства. Для вводимых условий необходимо оценить величину разброса и необходимость указания предельных значений, т.е. представления их в виде ограничений.

4. Параметризация. Точность суждения и верность выбора зависят от степени конкретности исходных требований, представлены ли они в формализованном или неформализованном виде. Для однозначности выводов все требования должны быть переведены в формализованный вид, т.е. указаны характеризующие их параметры, причем такие, которые можно измерить, проконтролировать, рассчитать. Это также позволит выделить дублирующие требования (те, которые характеризуются одними и теми же параметрами) и обобщить их (ввести обобщенные параметры с целью сокращения общего их числа).

При решении задачи оптимального проектирования рекомендуют показатели качества приводить к критериальному формализованному виду, т.е. назначать им численную меру. Основной метод конкретизации формулировок — построение дерева целей (И или ИЛИдеревья): исходный показатель декомпозируется до выявления элементарных понятий, однозначно характеризуемых наборами параметров, например, как показано на рис. 15.

Рис.15. Дерево целей

Проблемами оценки качества посредством количественных показателей занимается наука «Квалиметрия». Здесь исследуются методы определения численных значений показателей, установление их рационального состава.

При конкретизации задачи стоит помнить, что хорошее задание заказчика (ТТ), когда оно представлено в неформализованном виде, в общих чертах (это позволяет заказчику коротко, но полно охарактеризовать задачу), а исполнителя (ТЗ) — если оно четкое и формализованное (это является залогом успешного решения задачи).

5. Усечение списка требований. Большой объем информации хотя и способен дать максимально полное представление о решаемой задаче, но и труднее удерживается в голове, усложняет решение задачи. Для сокращения сведений до разумного объема (под способности каждого конкретного разработчика, соответствие его финансовым, организационно-техническим, временным ресурсам) можно воспользоваться ранжированием или разделением их на группы обязательных к учету, желательных и несущественных. К обязательным относятся те, неудовлетворение которых существенным образом влияет на выбор вариантов решений. Это — функциональные параметры, условия взаимосвязи объектов и их частей и другие. Желательные требования позволяют различить варианты по степени качества.

Следует помнить, что проектирование носит итерационный характер и то, что не учтено в начале, может быть учтено на последующих этапах.

Усекая требования, желательно задавать себе контрольные вопросы: «Почему должно выполняться данное условие (или ограничение)?», «Что произойдет, если оно не будет выполнено?» и т.п.

Все изменения, дополнения и уточнения формулировок обязательно согласуются с заказчиком и им утверждаются. Это необходимо и потому, что в случае обнаружения в процессе решения задачи неточностей или ошибочности исходных данных возникает необходимость определения степени вины каждой из сторон-участниц разработки, распределения понесенных в связи с этим убытков. Также, в состав ТЗ могут входить данные, которые должны согласовываться и утверждаться специальными службами, например, Госгортехнадзором, Госсанэпидемнадзором, пожарной инспекцией.

5.1.4. Форма представления технического задания

Вся собранная и обработанная информация будет постоянно использоваться на последующих этапах проектирования. Для удобства работы она должна быть представлена в определенной форме. У каждого существуют собственные, основанные на опыте, способы хранения сведений по задаче, причем часто не в том виде, который предписывается ГОСТом на техническую документацию.

Рекомендуют применять контрольные листы, содержащие отсортированный и ранжированный перечень данных. Первоначально данные разделяют на группы:

• геометрия — размер, высота, ширина, длина, диаметр, площадь, занимаемое пространство, количество, расположение, предельные положения;

• кинематика — вид движения, его направление, скорость, ускорение и их изменение в процессе эксплуатации;

• нагрузки — вид, величина, направление, пределы изменения, силы инерции, вес, давление, деформация, жесткость, упругость, резонанс;

• энергия — вид, мощность, потери на трение, нагрев, обмен, источник, запас, емкость, эффективность;

• материалы — доступность, начальные и конечные свойства, состояние;

• сигналы и информация — входные и выходные потоки, отображение, восприятие;

• безопасность — объекта, персонала, среды, воздействие случайное и преднамеренное;

• удобство — человеко-машинное взаимодействие, ясность инструкций, управления;

• производство — возможности, предельные габариты и вес, процессы, средства, точность, износ;

• контроль качества — возможность испытания и измерения, нормы и стандарты;

• сборка — ограничения по подъемным механизмам, зазоры, транспорт, доставка;

• работа — бесшумность, износ, условия, область рынка;

• обслуживание — периодичность, характер, контроль и ремонт;

• стоимость — допустимая стоимость производства, материалов, оборудования, изменение цен, финансирование.

Опыт учебного проектирования показал, что удобной формой представления сведений ТЗ служит таблица (ее форма с примером заполнения данными приведена ниже).

Название проектируемого объекта (технической системы, ТС) приводится в таблице в нейтральной формулировке, например, — устройство. Далее перечисляются функции, потребность в выполнении которых существует. В следующем столбце перечисляются элементы надсистемы, которые наиболее активно взаимодействуют с рассматриваемым устройством. Хотя они косвенно и определяют часть условий и ограничений, в виде самостоятельных объектов они лаконично и полно характеризуют жизненную среду. Далее в столбце (УО) указывают остальные важные условия и ограничения на этапах производства, эксплуатации и утилизации (за период жизненного цикла). В последнем столбце (ПК) перечисляются в порядке важности показатели качества.

При заполнении таблицы руководствуются следующими правилами:

• данные располагают по степени важности;

• сведения приводят в обобщенном виде, без излишней детализации. При необходимости, на последующих этапах проектирования, отдельные пункты раскрывают подробнее, конкретизируя и уточняя их;

• как пожелание, заполненная таблица должна образовывать смысловую цепочку сведений, например, «устройство, которое оставляет след на бумаге школьником, ..., располагается в произвольном положении, ... , имеет минимальную цену, ... .»

Составление ТЗ существенно сокращается и упрощается при работе с информационными базами данных.

Техническое задание также является юридическим документом — как приложение включается в договор между заказчиком и исполнителем на проведение работ. Поэтому работа над техническим заданием должна увязываться с составлением договора, что требует знания Гражданского кодекса Российской Федерации и знакомства с хозяйственным правом.

Подводя итоги, перечислим основные этапы составления ТЗ:

1. Анализ задания заказчика (технических требований).

1.1. Проверка достоверности исходных сведений, выяснение сути потребности (желания) заказчика.

1.2. Подтверждение необходимости решения задачи:

- выявление наличия проблемы в задаче,

- локализация и уточнение потребности и связанной с ней проблемы.

2. Функциональная постановка целей проектирования.

2.1. Выявление перечня функций.

2.2. Уточнение и обобщение.

2.3. Исследование на непротиворечивость.

3. Составление перечня требований.

3.1. Учет:

- доступных ресурсов,

- жизненной среды,

- жизненного цикла,

- интересов производителя и потребителя.

3.2. Разграничение на условия, ограничения и показатели качества.

3.3. Обобщение, абстрагирование, параметризация требований.

3.4. Исследование на противоречивость.

3.5. Усечение списка требований.

4. Подтверждение целесообразности решения задачи:

- социальное,

- физико-техническое,

- экономическое.

5. Сведение требований в единый документ и утверждение его заказчиком.

5.2. Синтез принципа действия

Функция — цель, физический (или иной) принцип — основа ее достижения. Задача синтеза принципа действия — перевести словесное описание технической задачи (ТЗ) на материально-физическую основу, предложить функционально-физическую схему разрабатываемого объекта, причем такую, которая наилучшим образом удовлетворит требованиям ТЗ.

5.2.1. Составление функциональной структуры

Выбор вида исходной схемы. Это — первый шаг на пути синтеза объекта. Графическим отображением схемы может служить блок-схема, включающая следующие элементы (рис.16а):

• выполняемое действие (функция). Изображается стрелкой и, для удобства восприятия,

• рядом с ней кратко указывается его название или обозначение (Ф). Название функции приводится в ТЗ: это та функция, реализация которой обеспечит выполнение заданной потребности;

• проектируемый объект (ТС), который выполняет указанное действие. Изображается в виде прямоугольника, который подписывается или обозначается;

• объект воздействия (ОВ), на который направлено действие. Он конкретизирует условия реализации функции, приводится в ТЗ. Изображается прямоугольником.

Рис.16. Возможные виды исходных функциональных схем разрабатываемых объектов

В отдельных случаях ТЗ включает указание на вид объекта, приводящего проектируемый объект в действие (например, писать рукой на бумаге). Тогда в начало функциональной схемы вводят блок-источник действия (ИД) и соответствующую стрелку-функцию (рис.16б).

В процессе эксплуатации изделия может возникнуть необходимость контроля и управления его работой. С этой целью в функциональную схему включают дополнительные связи. В итоге блок-схема принимает вид, показанный на рис.16в, где СУ — система управления, Ф_у — выполняемая ею функция (например, регулировать (Ф_у) усилие, создаваемое устройством (ТС), удерживающим (Ф) некий груз (ОВ)). Система управления часто является системой с обратной связью, т.е. изменяющей характер своего действия в зависимости от его результатов и их соответствия требованиям ТЗ. В этом случае в схему вводят функцию-ответное воздействие (Ф_о).

Выделение элементарных действий. При составлении функциональной структуры может оказаться, что не совсем ясна суть функции, приведенной в ТЗ, или характеризующие ее термин и схема имеют слишком обобщенный вид. Поэтому следующим шагом является выделение элементарных действий, выполнение которых обеспечивает требуемое функционирование разрабатываемого объекта. Их поиск возможен рядом способов:

• выбором из списка операций, составленного Р. Коллером. В результате исследования различных технических объектов им предложено для описания элементарных действий 12 пар операций (прямого и обратного действия): излучение-поглащение, проводимостьизолирование, сбор-рассеяние, проведение-непроведение, прямое и обратное преобразование, увеличение-уменьшение, изменение направления, выравнивание-колебание, связь-прерывание, объединение-разъединение, соединение-разделение, накоплениевыдача. Так, например, элементарные действия лампы: проведение-преобразованиеизлучение. Цепочки элементарных действий составляют интуитивно, эвристическими методами, логически (формально или на основе здравого смысла), а затем комбинируют различные операции;

• посредством декомпозиции исходного понятия функции и построения из найденных элементарных функций функциональных цепочек. Разложение исходной функции (цели) на элементарные понятия — обязательное условие разработки алгоритмов (последовательности операций-действий, ведущих к поставленной цели) и широко применяется в математике, программировании, в инструкциях (по работе, действии в тех или иных ситуациях), уставах (воинских) и т.п.;

• на основе анализа подобных объектов с последующей комбинацией выявленных действий.

Составление функциональной структуры можно вести постепенно (отталкиваясь от схем, подобных приведенным на рис.16а,б), полагаясь на итерационный характер процесса проектирования. Но это слишком долго и дорого. Проще структуру выбирать, изучая подобные объекты — аналоги и прототипы, их устройство, опыт эксплуатации. К аналогам относят объекты сходной сущности и достигаемого при использовании результата. Наиболее близкий аналог называется прототипом.

Характеристики

Список файлов книги