Хорошев А.Н. - Основы системного проектирования технических объектов (1037544), страница 3

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

Текст из файла (страница 3)

2. Единство составных частей. Эффективность решения задачи зависит и от того, насколько полно учтены все связи, как между частями рассматриваемого объекта, так и с взаимодействующими с ним другими объектами.

Целесообразно любой объект, сложный ли он или простой, рассматривать как систему, внутри которой можно выделить логически связанные более простые части — подсистемы, единство частных свойств которых и образует качественно новые свойства объектасистемы. С другой стороны, ряд объектов-систем могут быть взаимосвязанными и образовывать более общую систему, которую называют надсистемой. Например, объект-система «лампочка» включает подсистемы «цоколь», «колба», «нить накаливания», а с другой стороны, является частью, например, такой надсистемы, как «настольная лампа».

Все три понятия — подсистема, система, надсистема,- относительны и их конкретное содержание определяется назначением объекта и условиями его применения. Так, в предыдущем примере система «настольная лампа» в свою очередь является подсистемой для системы «жилая комната».

Разрабатываемые объекты предназначены для людей, ими создаются и эксплуатируются. Поэтому человек также обязан рассматриваться в качестве одной из взаимодействующих систем. При этом должно приниматься во внимание не только физическое взаимодействие, но и духовно-эстетическое воздействие.

Функционирующие объекты активно взаимодействуют с окружающей средой, испытывая влияние внешних нагрузок, изменения температуры, влажности и других факторов. В то же время объекты сами оказывают влияние на эту среду, загрязняя ее продуктами износа и утечками веществ, выделяя тепло и т.п. Внешняя, или как ее еще называют — жизненная среда, также должна рассматриваться в качестве системы, взаимосвязанной с проектируемым объектом. Жизненная среда конкретизирует условия применения и производства объекта проектирования, влияет на выбор показателей качества.

3. Изменяемость во времени. Объекты проектирования существуют не мгновение, а, как и живой организм, последовательно «проживают» ряд этапов:

• постановка цели и планирование работы,

• проведение исследований и проектирование,

• производство,

• эксплуатация,

• утилизация (переработка и захоронение вышедшего из употребления изделия).

Все вместе, т.е. период от возникновения потребности в создании объекта до его ликвидации вследствие исчерпания потребительских качеств, составляет жизненный цикл. Учет этапов жизненного цикла позволяет уменьшить издержки или даже предотвратить возможную катастрофу вследствие действия «непредусмотренных» обстоятельств, рационально спланировать деятельность по созданию и обслуживанию объекта.

С другой стороны, новое изделие возникает не на пустом месте. Важно учитывать историю и предусматривать перспективы развития и применения разрабатываемого объекта, а также областей науки и техники, на достижениях которых базируются соответствующие разработки.

3.2. Законы проектирования

Проектирование как деятельность, направленная на создание реальных предметов, основывается на объективных законах природы. И качество создаваемых объектов зависит от степени познания и следования этим законам. С другой стороны, участие в проектировании человека вызывает потребность в знании законов наук, изучающих мышление человека, принципы его деятельности.

Уже с давних времен обращали внимание на непредсказуемость и индивидуальность результатов творческого труда, возможность появления как выдающихся изделий, так и явных неудач. Это — следствие неспособности человека охватить всю решаемую задачу целиком, во всех ее подробностях, учесть все параметры, внутренние и внешние связи. Велика роль и субъективных факторов, таких как личный опыт, знания, настроение, особенности характера.

По этим причинам всегда представлял большой интерес поиск закономерностей, которые управляют процессом проектирования, и стремление максимально формализовать его (но, если задуматься, познание алгоритмов творческого труда превратит деятельность человека в нетворческую, что обеднит его как личность или, что опаснее, приведет к интеллектуальной деградации).

В работах Г.С.Альтшуллера и А.И.Половинкина приведены результаты исследований и поисков в этом направлении. Они представлены как законы, хотя в действительности указывают пути достижения наиболее эффективного результата, носят рекомендательный характер и, точнее говоря, пока являются лишь закономерностями. Это — следующие законы:

• Закон «энергетической проводимости» системы: необходимым условием принципиальной жизнеспособности системы является сквозной проход энергии (и информации) по всем ее частям.

• Следствие из закона. Чтобы часть системы была управляемой, необходимо обеспечить энергетическую проводимость между этой частью и органами управления.

• Закон увеличения степени идеальности системы: развитие систем идет в направлении увеличения степени идеальности.

Идеальная система — такая, у которой вес, объем или размеры (или другие исследуемые характеристики) стремятся к нулю (наилучшему значению), а функция сохраняется и выполняется.

• Закон стадийного развития: развитие технических систем идет в последовательности:

1. выполнение системой технологических функций, т.е. исходной и основной функцией системы является облегчение человеческого труда или выполнение чисто утилитарной, потребительской функции (количественное изменение характеристик);

2. дополнительное выполнение системой энергетической функции, т.е. не только передача энергии, но и изменение ее вида, введение в систему двигателя;

3. дополнительное выполнение системой функций управления, т.е. изменение режимов работы, саморегулирование в пределах, заданных программой;

4. дополнительное выполнение системой функций планирования, т.е. саморегулирование в непредвиденных условиях, анализ ситуации и способность выбора режима работы.

Последний закон указывает, что совершенствование технических систем идет в направлении их полной автоматизации и независимости от человека.

• Закон соответствия функции и структуры: жизнеспособными оказываются те конструктивные решения, у которых форма объекта подчинена его внутреннему содержанию, содействует реализации предъявляемых к нему требований.

Предполагают, что в основе мотивов, заставляющих вести разработку и совершенствование технических систем, лежат еще и общечеловеческие законы:

• Закон непрерывного возрастания потребностей людей и неугасимого любопытства.

После удовлетворения очередной потребности у каждого человека появляется новое желание, причем получить не только больше, но и лучше. Желание не дает довольствоваться уже достигнутым и заставляет совершенствовать окружающие нас предметы и, как следствие, совершенствоваться нам самим (больше трудиться, обучаться чему-то новому, задумываться). Стоит отметить, что тенденция в развитии потребностей указывает на переход от удовлетворения физиологических потребностей к эмоционально-психологическим, которым и следует уделять больше внимания при создании объектов с высокими потребительскими свойствами.

• Закон действует в условиях, когда физические и иные возможности человека (но не интеллектуальные) ограничены, и чем сложнее обстоятельства, тем эффективнее результат;

• Закон лености (минимизации усилий).

Человек всегда стремился к минимизации усилий на обслуживание своих потребностей (физических усилий, работы органов чувств, мыслительной деятельности и т.п.). Эта своеобразная «лень» так стимулирует человека, что заставляет его напрягать все свои усилия и, прежде всего, интеллектуальные для создания устройств, облегчающих, а в идеале и исключающих его собственный труд. Поэтому, как только у человека возникает какая-либо потребность, он будет искать пути ее удовлетворения наиболее простым способом, а связанные с этой потребностью устройства будут совершенствоваться до их полной автоматизации либо максимально простого обслуживания (обычно стадийно, в соответствии с законом стадийного развития).

3.3. Методы проектирования

Проектирование представляет собой последовательность выполнения взаимообусловленных действий — процедур. В свою очередь, процедуры подразумевают использование определенных методов, основанных на тех или иных законах природы и общества.

Метод — это прием или способ действия с целью достижения желаемого результата. Его выбор зависит не только от вида решаемой задачи, но и индивидуальных черт разработчика (его характера, организации мышления, склонности к риску, способности принимать решения и нести за них ответственность и т.п.), условий его труда и оснащенности средствами оргтехники. Сложность процесса проектирования (как и любой другой творческой деятельности), нестандартность проектных ситуаций вызывают необходимость знания и владения различными методами: эвристическими, экспериментальными, формализованными. Применение метода завершается выбором (принятием) окончательного решения.

Эвристические методы основаны на подсознательном мышлении, не допускают алгоритмизации и характеризуются неосознанным (интуитивным) способом действий для достижения осознанных целей. Понятие «эвристика», что в переводе с греческого означает «отыскиваю», «открываю», впервые встречается в 300 г. н.э. в трудах греческого математика Паппа, хотя и он уже ссылается на своих предшественников. Часто эвристические методы еще называют методами инженерного (изобретательного) творчества.

Эвристические методы и моделирование присущи только человеку и отличают его от искусственных интеллектуальных (мыслящих) систем. В настоящее время к сфере человеческой деятельности относят:

• постановку задачи;

• выбор методов ее решений и построение (разработка) моделей и алгоритмов, выдвижение гипотез и предположений;

• осмысление результатов и принятие решений.

Стоит отметить, что важной особенностью именно человеческой деятельности является наличие в ней элемента случайности: необъяснимые поступки и сумасбродные решения часто лежат в основе оригинальных и неожиданных идей.

Однако с развитием вычислительной техники выполнение все большего числа функций берут на себя автоматические системы, при этом выполняя работу быстрее и эффективнее человека. Задача человека как homo sapience — прежде всего, совершенствоваться в эвристических процедурах, а не в выполнении алгоритмизированных операций, чтобы впоследствии не оказаться вытесненным «разумной» техникой.

Экспериментальные методы основаны на использовании реальных объектов и физических (химических, социальных и т.д.) моделей. Несмотря на сложность, только они позволяют получить наиболее достоверные и надежные исходные данные и результаты решений, служат основой для разработки других методов и моделей. Однако следует помнить, что степень объективности результатов исследований зависит от грамотности постановки и проведения эксперимента и обработки его результатов.

Знание законов, лежащих в основе работы исследуемых объектов и процессов, позволяет использовать формализованные методы. Такие методы строятся на основе четких указаний посредством языка схем, математических формул, формально-логических отношений и алгоритмов. Главной их чертой является независимость получаемых результатов от индивидуальных черт человека.

Обычно задачи с полностью формализованным решением перестают интересовать человека, их относят к разряду рутинных.

Поскольку экспериментальные и формализованные методы используются человеком, то в них в той или иной степени присутствует элемент эвристики. Человек может как усиливать эффективность решения благодаря творческому началу, так и вносить ошибки и искажать результаты (осознанно или неосознанно) в силу субъективности. Совместное использование в процессе проектирования формализованных и эвристических методов называют эвроритмом.

Эвристические методы оперируют понятиями и категориями (абстрактными, отвлеченными, конкретными). Формализованные — конкретными параметрами или их группами. Экспериментальные — физическими (и иными) объектами и их характеристиками.

Применение метода позволяет найти то или иное решения. Те из них, которые будут обладать отличными характеристиками и высокой эффективностью, часто называют сильными решениями.

Применение метода завершается выбором окончательного варианта, т.е. принятием решения.

3.3.1. Эвристические методы

Долгое время в основе творчества лежали методы проб и ошибок, перебора возможных вариантов, ожидание озарения и работа по аналогии. Так, Эдисон провел около 50 тысяч опытов, пока разрабатывал устройство щелочного аккумулятора. А об изобретателе вулканизированной резины Чарльзе Гудиер (Goodyear) писали, что он смешивал сырую резину (каучук) с любым попадавшимся ему под руку веществом: солью, перцем, сахаром, песком, касторовым маслом, даже с супом. Он следовал логическому заключению, что рано или поздно перепробует все, что есть на земле и, наконец, наткнется на удачное сочетание.

Однако со временем такие методы начали приходить в противоречие с темпами создания и масштабами современных объектов. Стали вырабатываться рекомендации, позволявшие более осознанно подходить к проектированию как творческой деятельности. Наиболее интенсивно поиском новых методов занялись со второй половины 20 века, причем не только посредством изучения приемов и последовательности действий инженеров и других творческих работников, но и на основе достижений психологии и физиологии мозга.

Сейчас практически во всех преуспевающих фирмах, занятых созданием материальной и нематериальной (программы, методики) продукции, поиск новых идей и решений ведется с помощью тех или иных эвристических методов. А для современного инженера знание этих методов становится столь же необходимым, как и умение писать и читать. Даже журналисты, художники, бизнесмены и представители других профессий, кто остро нуждается в оригинальных идеях, активно используют такие методы.

Характеристики

Список файлов книги