Хорошев А.Н. - Основы системного проектирования технических объектов (1037544), страница 5

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

Текст из файла (страница 5)

Например, если при перечислении частей автомобиля опустить, допустим, мотор, то функциональное взаимодействие остальных подсистем не обеспечит нормальное функционирование всей системы (автомобиля) в целом. В другом примере, перечисляя возможные виды двигателей, используемые в автомобиле, необходимо охватить всю известную область (декомпозиция — по принципу действия). Если это сложно сделать, допускается неупомянутые (или неизвестные) элементы объединить в одну группу (подсистему) и назвать ее «другие», либо «прочие», либо провести деление двигателей, например, на «тепловые» и «нетепловые». К неоднозначности может привести использование на одном уровне взаимно пересекающихся подсистем, например, «двигатели электрические» и «двигатели переменного тока», так как неясно куда же нужно в таком случае отнести асинхронный двигатель.

Для обозримости рекомендуют выделять на каждом уровне не более 7 подсистем. Недопустимо, чтобы одной из подсистем являлась сама система.

4. Глубина декомпозиции (степень подробности описания) и количество уровней определяются требованиями обозримости и удобства восприятия получаемой иерархической структуры, ее соответствия уровням знаний работающему с ней специалиста.

Обычно в качестве нижнего (элементарного) уровня подсистем берут такой, на котором располагаются подсистемы, описание или понимание устройства которых доступно исполнителю (руководителя группы людей или отдельного человека). Таким образом, иерархическая структура всегда субъективно ориентирована: для более квалифицированного специалиста она будет менее подробна.

Число уровней иерархии влияет на обозримость структуры: много уровней — задача труднообозримая, мало уровней — возрастает число находящихся на одном уровне подсистем и сложно установить между ними связи. Обычно, в зависимости от сложности системы и требуемой глубины проработки, выделяют 3...6 уровней.

Например, разрабатывая механический привод, в качестве элементарного уровня можно взять колеса, валы, подшипники, двигатель в целом. Хотя подшипники и двигатель являются сложными по устройству элементами и трудоемкими в проектировании, но как готовые покупные изделия для разработчика они выступают в виде элементарных частей. Если бы двигатель пришлось бы разрабатывать, то его, как сложную систему, было бы целесообразно декомпозировать.

Эвристический характер построения иерархической структуры проявляется, прежде всего, в выборе числа уровней и перечня составляющих их подсистем. Наиболее сильна субъективность в ИЛИ-деревьях, когда вид системы еще не известен и возможно различное их представление.

В процессе проектирования декомпозиция неразрывно связана с последующей композицией, т.е. сборкой и увязкой отдельных частей (подсистем) в единый объект (систему) с проверкой на реализуемость в целом, совместимость (особенно подсистем, принадлежащих разным ветвям) и согласованность параметров (восходящее проектирование). В процессе согласования может возникать потребность в новой, корректирующей декомпозиции.

Методы декомпозиции и последовательных приближений очень распространены, причем часто те, кто применяет их, даже не воспринимают их как методы. Очень эффективным является совместное использование этих методов.

3.3.1.5. Метод контрольных вопросов

Суть метода заключается в ответе на специально подобранные по содержанию и определенным образом расставленные наводящие вопросы. Вдумчиво и, по возможности, полно отвечая на них, фиксируя основные положения ответов, например, на бумаге в виде ключевых слов, схем и эскизов, удается всесторонне представить решаемую задачу, отыскать новые пути ее решения. Контрольные вопросы, с одной стороны, подобны консультанту, в ненавязчивой форме предлагающему попробовать те или иные подходы и пути решения проблемы, а с другой стороны, позволяют спокойно и не спеша поразмышлять в одиночестве. В составлении и группировании вопросов участвуют и психологи.

Метод контрольных вопросов широко применяется в процессе обучения как способ развития мышления. В последнее время этот метод служит основой для ведения диалога с ЭВМ при работе с интеллектуальными, «думающими» программными комплексами — здесь сочетается использование обширной информационной базы и иерархического представления множества вопросов.

Например, при анализе известного решения с целью его улучшения рекомендуют задавать себе следующие вопросы:

- Почему так или такое? А как еще иначе? (применительно к назначению узлов и деталей, их частей и форм, к последовательности выполнения действий и т.д.).

- Зачем это нужно?

- Что произойдет, если этого не будет?

Применительно к проектированию варианты метода были предложены А. Осборном (1964г., США) и Т. Эйлоартом (1969г., США).

3.3.1.6. Метод мозговой атаки

Многие согласятся с тем, что легче выбрать хорошее решение из нескольких вариантов, чем сразу предложить требуемое решение. Естественно, чем больше вариантов, тем лучшее решение можно найти. Для отыскания большого количества идей в сжатые сроки и предназначен метод мозговой атаки (или, как его еще называют, мозгового штурма).

Метод основан на коллективном обсуждении проблемы в психологически комфортной обстановке. Он направлен на преодоление психологической инерции. Отличается простотой и эффективностью.

Коллективное обсуждение как способ решения задач было известно с древности. Но в виде самостоятельного метода со своими правилами и структурой он был предложен А. Осборном (США) в 1957 году, в развитие своих идей, появившихся в годы 2-й мировой войны.

Решение задачи включает ряд этапов.

1. Постановка задачи. Заказчик выдает руководителю будущей творческой группы задание. Руководитель анализирует проблему и четко формулирует задачу (желаемые свойства, действия, последствия и т.д.).

2. Формирование творческой группы. Замечено, что по своим способностям решать задачи большинство людей можно разделить на две группы — генераторы идей (люди с большим воображением) и аналитики (люди практического склада мышления, способные трезво осмыслить и конкретизировать идею). Творческую группу формируют из генераторов.

Численность группы — 3...10 человек: при большем числе трудно обеспечить свободное высказывание мнений каждому члену, а при меньшем — сложнее развивать предлагаемые идеи и взгляды. Как правило, основу группы составляют неспециалисты в области решаемой задачи. Чем шире и разнообразнее интересы и профессиональная подготовка членов группы, тем продуктивнее будет работа. Уровень образования, специальность не имеют значения, чтобы изначально преодолеть психологическую инерцию, свойственную специалистам или вызванную должностными обязанностями. Главное требование к кандидату в члены группы — богатство фантазии. Члены группы должны быть знакомы друг с другом и психологически совместимы, во время сеанса находиться в хорошем настроении и соблюдать правила игры.

3. Правила поведения во время сеанса мозговой атаки:

• главное — высказать идею, а не задумываться о ее содержании и аргументации (это — дело аналитиков, количество предпочтительнее качества). Мысли должны выражаться кратко, в течение не более полминуты, поскольку длительное высказывание снижает активность и притупляет внимание остальных участников, а возникающие в головах идеи могут забываться;

• запрещена любая критика идей, а также осуждающие реплики, усмешки, одергивания и т.п., что порождает психологические барьеры. Задача каждого — поддержание атмосферы доброжелательности, что высвобождает мысль;

• желательно развитие идей, высказанных другими.

4. Проведение сеанса мозговой атаки. Перед началом сеанса или накануне руководитель излагает членам группы суть задачи (в случае, когда участники предпочитают настроиться на проблему заранее). Во время сеанса своими вопросами и замечаниями руководитель управляет ходом обсуждения, следит за соблюдением правил и регламента, поддерживает атмосферу доброжелательности и творчества, удерживает от сужения области поиска (зацикливания на какой-то одной идее или направлении поиска).

Продолжительность сеанса обычно составляет один-два часа. Возможны перерывы. Высказываемые идеи должны фиксироваться, но так чтобы участники сеанса не отвлекались (например, записывая разговоры на магнитофон).

После сеанса возможно коллективное редактирование высказанных идей с их развитием и дополнением.

Окончательный список идей затем передается группе аналитиков для детальной оценки. При этом перед ними ставится задача не отметать сходу внешне абсурдные предложения, а пытаться найти способ их реализации, применения или улучшения.

Генерация идей возможна следующими способами:

• прямой аналогии, по сходству с аналогичным процессом или объектом из живой природы или области, знакомой члену группы (для чего и подбирают людей с широкой областью интересов). Например, требуется найти способ перебраться с одного берега на другой. — Построим мост, ... ;

• фантастической аналогии, использование гипотетичных, фантастических, вымышленных и сказочных средств и персонажей. Например, ... попробовать использовать коверсамолет, сдвинуть берега;

• личностной аналогии (эмпатия), отождествление себя с деталями или изделием, попытка изнутри прочувствовать и увидеть, что можно улучшить или изменить (вжиться в образ). Например, ... сделать огромный шаг, представить себя в виде моста;

• символической аналогии, в парадоксальной форме кратко сформулировать суть проблемы. Например, ... перейти по твердой воде или воздуху.

Метод мозговой атаки применяется не только для поиска путей решения задачи, но и уточнения ее формулировки, выявления возможных недостатков или побочных эффектов (так называемый метод обратной мозговой атаки). Например, какими недостатками обладает освещение в комнате? — Мигает, создает тень,... .

На основе метода мозговой атаки разработан ряд других методов, среди которых наиболее известен метод синектики. Его существенной чертой является значительное задействование возможностей подсознания.

Метод мозговой атаки совместно с методом контрольных вопросов лежит в основе некоторых «думающих» программ: компьютер выступает в качестве собеседника, активизирующего мышление, предоставляющего огромное количество сведений и быстро обрабатывающего информацию.

3.3.1.7. Теория решения изобретательских задач (ТРИЗ)

На основе анализа собственного опыта и многочисленных патентов Г.С. Альтшуллер предложил метод под названием «алгоритм решения изобретательских задач» (АРИЗ, в котором слово «алгоритм» означало «четкая программа действий»). Позднее на его основе был создан более совершенный метод — ТРИЗ.

Этот метод предназначен для выявления истинных причин (противоречий), мешающих совершенствованию исследуемого объекта, и выбора эффективного средства для их преодоления.

Предлагается 4 способа устранения противоречий:

1. Переход от рассматриваемого объекта к объекту с идеальными характеристиками (показателями качества) посредством формирования идеального конечного результата (ИКР). Способ служит для уточнения целей решаемой задачи, поскольку в такой формулировке ярче проявляются главные противоречия в виде барьеров на пути совершенствования объекта, отсеиваются второстепенные факторы, проясняются необходимые свойства.

ИКР можно формировать по следующим направлениям:

• масса, размеры, время действия стремятся к нулю, т.е. потребная функция выполняется мгновенно, а самого объекта как материального тела нет. Например, необходимо устройство для нагрева воды, используемой для питья. ИКР — нагревать прямо в чашке, не используя дополнительного устройства, либо нагревать воду в чайнике мгновенно. Далее нужно посмотреть, что этому мешает, в чем заключается противоречие;

• объект обладает идеальными характеристиками, такими как автономность (часы, не нуждающиеся в подзаводе; доска, с которой записи исчезают через заданное время сами, ...), независимость от окружающих условий, самонастраиваемость (очки, которые обеспечивают глазам постоянную освещенность, независящую от интенсивности внешнего освещения, ...);

• в функционирующем объекте полностью отсутствуют недостатки. Например, устройство для нагрева воды без потерь.

2. Замена одного типа противоречия на другое, для которого решение уже известно или легче достижимо. Так, например, задачу нагрева воды без потерь энергии можно сформулировать в другой постановке — нагревать только воду.

3. Применение вепольных преобразований для устранения противоречий. Веполь (ВЕщество-ПОЛе) — система из трех элементов В₁, В₂, П, которая лежит в основе каждого технического процесса и является его простейшим устойчивым элементом. Так, процесс наворачивания гайки (В₁) на винт (В₂) будет записан в виде П->В₁->В₂ , где П — механическое движение (как разновидность поля).

4. Применение системы операторов: ИКР, РВС, ММЧ.

Оператор РВС (размер, время, стоимость) — это серия мысленных экспериментов по преодолению привычного представления об объекте и исследование его поведения при изменении составляющих оператора (замедление-ускорение времени, увеличение-уменьшение размеров, ...).

Оператор ММЧ (метод маленьких человечков) связан с мысленным населением объекта маленькими человечками, которые связывают между собой отдельные элементы, выполняют действия, необходимые для получения требуемого результата. Далее мысленно или графически изучают их поведение (что изменить в расположении объекта, какие у человечков возникают проблемы, ...).

ТРИЗ предлагает систему типовых приемов для устранения противоречий. Их количество колеблется в зависимости от модификации метода и для АРИЗ-77 включает 40 видов.

В процессе решения задачи последовательно просматривают все приемы, пытаясь реализовать предлагаемый совет либо на его основе развить решение. Эффективно использовать данные приемы во время сеанса мозговой атаки.

3.3.1.8. Метод морфологического анализа

Метод предназначен для существенного расширения области поиска возможных решений задачи. Он основан на предложении возможных решений для отдельных частей задачи (так называемых морфологических признаков, т.е. признаков, характеризующих устройство) и последующем систематизированном получении их сочетаний (комбинировании). Это — первый метод, специально созданный для решения эвристических задач. Он был разработан Ф. Цвикки (Швейцария) в 30-х годах 20-го века, но практическое применение получил с 1942 г., во время работы Цвикки в США в авиастроительной фирме. Употребляются также другие названия этого метода: метод морфологического ящика, метод морфологических карт.

Характеристики

Список файлов книги