Базовые положения процесса проектирования

Основу современной методологии проектирования объектов составляют теория систем, теория принятия решений и теория информации.

Теории технических систем посвящена, например, книга [20], системный анализ и его приложения представлены в [10] [21] [37] [38].

Систему от хаотического множества отличают ряд свойств; в частности следующие.

· Система существует как обособленное целое, которое делится на компоненты. Функционирование системы задается ее структурой. Первичность целого – основной постулат теории систем.

· Функционирование не определяет структуру однозначно. Одна и та же функция может быть реализована различными структурами.

· Свойства системы нельзя получить из свойств ее компонентов. Система может обладать свойством (свойствами), которым не обладают компоненты.

· Внешняя среда и система взаимодействуют и взаимозависимы.

· Каждый компонент системы может рассматриваться как система (подсистема данной системы).

· Практика показывает, что выживают те биологические, технические, социально-экономические системы у которых функционирование и развитие происходит при приоритете качества.

Общим подходом к процессу проектирования является системный подход. Вместе с тем понятие "системный подход" до настоящего времени не имеет общепринятой формулировки. Известно следующее толкование [16]: "Системный подход содержит в себе два аспекта: его суть выражается, во-первых, в определенном понимании самого объекта исследования именно как системы, а во-вторых, в понимании процесса исследования как системного по своей логике и принимаемым средствам".

Основу системного подхода составляет системный анализ, который объединяет методы разработки и обоснования решений по сложным объектам (системам) на этапах концептуального и технического проектирования. Системный анализ применяется, в частности, при разработке общей схемы решения поставленной проблемы, декомпозиции сложных объектов и формирования их альтернатив, формировании целей и задач проектирования, назначении и согласовании критериев по проектируемому объекту.

Другим базовым компонентом процесса проектирования является теория принятия решений. Эта теория включает две части:

· логические основы обоснования схемы решения задачи;

· набор понятий и методов, образующих "наполнение" схем решения задач.

В общих терминах схема целенаправленной деятельности (схема принятия решения) включает следующие этапы:

замысел – подготовка к действию – планирование действия – действие – результат – оценка результата.

При проектировании (принятии решений) используются различные методы, в том числе:

· методы прогнозирования (метод экстраполяции, экспертных оценок, моделирования, морфологического расчленения [22] и др.);

· методы анализа (спектральный метод [23], факторный [24], корреляционно-регрессионный [2], вариационный, дисперсионный, кластерный, метод многомерного шкалирования [25] и др.);

· методы назначения (выбора) критериев и оптимизации решений [2] [26];

· математические методы расчета, используемые в различных технических дисциплинах (предметных областях).

Третьим блоком основы методологии проектирования является информатика*.

Знания, хранящиеся в компьютерных системах, делятся на две группы:

· процедурные знания (методы, алгоритмы, программы решения различных задач и т.п.);

· декларативные знания (сведения о количественных характеристиках различных объектов, текстовые и иллюстративные материалы).

Эти знания обновляются и дополняются; при этом в "банк" знаний они вносятся после приведения их к определенной форме.

Компьютеризация человеческой деятельности привела к появлению новых возможностей и нового раздела информатики – искусственного интеллекта1). Экспертные системы явились первой практической реализацией методов искусственного интеллекта [28]. Экспертную систему можно определить как систему, основанную на знаниях специалистов и использующую их для вывода правильных заключений при различных заданных условиях (данных).

Большие надежды на создание новых методов искусственного интеллекта специалисты возлагают на разрабатываемые в настоящее время нейрокомпьютеры.

Овладение методами искусственного интеллекта становится одним из важнейших признаков современной технической культуры.

Рассмотрим схему деятельности проектировщика на этапах концептуального и технического проектирования (рис. 3.5). Схема является упрощенной, поскольку на ней не показаны обратные связи (обратные переходы) между стадиями (1 ××× 8 на рис. 3.5). Такие переходы являются характерными для творческого процесса, когда окончательное решение находится путем последовательных приближений (итерационный процесс).

Стадии 1 ××× 4 относятся к фазе дивергенция (см. выше). Некоторые черты этой фазы проектирования Джонс [1] определил следующим образом.

· "Техническое задание, полученное от заказчика, принимается за отправную точку исследований, но при этом считается, что это задание может подвергаться изменениям и развитию в ходе дивергентного поиска, а может быть и на более поздних ступенях (однако не без согласия заказчика)".

· "Одна из целей исследований на этой стадии (фазе) заключается в том, чтобы изучить реакцию заказчиков, потребителей, рынка, производства и т.п. на смещение целей и границ задачи в разных направлениях и в различном объеме".

· "Постановку вопросов и принятие решений о том, куда обратиться за ответом и насколько грубыми или точными должны быть эти ответы, следует предоставить самым опытным и разумным специалистам, которых удастся привлечь к работе". И еще: "Навыками работы на этой стадии лучше овладевают лица, имеющие опыт в таких областях, как журналистика, научно-исследовательская работа, статистический анализ данных…"

Дивергентный поиск включает, наряду с накоплением информации, определение и ранжирование целей (цели) создания объекта, определение функций, которыми должен обладать проектируемый объект, установление критериев оценки объекта и ограничений ("рамок"), накладываемых на ресурсную базу при проектировании. Эти факторы относятся к задаче определения ситуации проектирования объекта; она решается при активном взаимодействии проектанта и заказчика, а также при участии "непрофессиональных" проектировщиков.

Рис. 3.5. Общая схема целенаправленной деятельности на этапах концептуального

и технического проектирования

Критерий – это, по существу, формализованная запись той или иной потребности, связанной с объектом проектирования. Для этапов концептуального и технического проектирования критерии отражают потребности (требования) социального характера, экономические, экологические, правовые, к безопасности объекта, его устойчивости к внешним воздействиям, к назначению (в частности, возможности реструктуризации объекта в период его жизни).

Ограничения могут касаться объема финансирования, производственных возможностей изготовления объекта и т.п.

Стадии 5 ××× 7 (рис. 3.5) относятся к фазе трансформация. В этот период выполняется структурный синтез (подбор частей и синтезирование из них объекта в целом) вариантов объекта. Оптимизация структуры объекта возможна только при наличии ее вариантов.

Рассмотрим результаты проектирования мегакомплекса на примере инвестиционного проекта "Верфи Санкт-Петербурга": реструктуризация основных судостроительных предприятий города" [29]. Проект имеет судостроительную и градостроительную части и в целом охватывает район города, в котором расположены три крупных судостроительных предприятия России: "Адмиралтейские верфи", "Балтийский завод" и "Северная верфь".

Постановка проблемы: реконструкция и модернизация трех заводов на основе создания на территории "Северной верфи" судостроительного комплекса мирового уровня и переноса 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".

Дивергентный поиск включал выявление факторов целесообразности переноса судостроения на "Северную верфь" и ее переоборудования, возможностей использования городом освобождающихся территорий, оценку социальной и экологической составляющей разрабатываемого проекта.

В качестве 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.

В процессе 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 – судостроительный комплекс "Северная верфь": "Для достижения планируемых показателей эффективности (срок окупаемости 7, 6 лет, внутренняя норма доходности 19 %) необходима производственная программа объемом не менее 580 млн. дол. в год".

В заключении здесь отметим, что проектирование системы ("Северная верфь") очевидно, будет развернуто лишь после решения вопроса об источниках финансирования и выполнения ряда организационно-технических мер поддержки проекта (см. [29]).

Конструирование – заключительный этап проектирования (рис. 3.4). Организационно-процессуальная сторона этого этапа достаточно хорошо (полно) разработана в отраслях (предметных областях) (двигателестроение, судостроение и т.п.). В судостроении значительная часть работ на этом этапе автоматизирована [30]. Различные стороны конструирования освещаются в традиционных технических дисциплинах, изучаемых в вузах. Имеется методическая база для выполнения поисковых исследований на этом этапе, например, [31] [32].

Конструирование соответствует уровням: изделия и компоненты (рис. 3.3). При разработке этих объектов, которые в большинстве своем являются продукцией промышленности, проектировщик (конструктор) основное внимание должен уделять качеству объекта. Качество обеспечивается в основном проектировщиком и инженером-технологом.

Проблемы, связанные с количественной оценкой качества продукции исследуются в научной области, которая получила название квалиметрия*. Цели, задачи, методы, критерии и другие базовые составляющие квалиметрии изучаются в дисциплине "Метрология, стандартизация и сертификация". Здесь коснемся лишь некоторых обстоятельств, обусловленных современными тенденциями.

Все группы показателей, которые можно использовать для установления и оценки уровня качества различных видов продукции народного хозяйства, по данным [26] приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1

Одним из важнейших показателей качества, в том числе для судов, является – "назначение". Обеспечить высокий уровень этого показателя в современных условиях невозможно без учета, при проектировании судна, его морального старения.

Различают два вида морального старения [33].

· Уменьшение со временем затрат для судовладельца на приобретение такого же по своим функциональным возможностям судна. Это может быть следствием прогрессивного развития техники.

· Снижение для судовладельца полезности (ценности) эксплуатируемого судна вследствие его несоответствия (в той или иной мере) изменившимся условиям эксплуатации. Этот фактор также называют "функциональным износом". Причины функционального износа могут быть разными – это изменение требований к экологической безопасности судов, безопасности перевозки грузов, совершенствование систем навигации и т.п.

Следует также иметь в виду, что моральное старение судов является одной из причин ускоренного обновления тоннажа (парка судов) в промышленно-развитых странах и ужесточения условий страхования для судов находящихся в эксплуатации свыше 10-12 лет [33].

Известно, что правовым инструментом по обеспечению качества продукции являются стандарты. В 1987 г. Международная организация по стандартизации приняла международные стандарты ИСО серии 9000 по системам качества; эти стандарты приняты в качестве национальных в Германии, Австрии, Франции, Великобритании, Швеции и других странах [9]. С учетом значимости стандартов ИСО серии 9000 для международных хозяйственных связей стандарты ИСО 9001, ИСО 9002 и ИСО 9003 приняты для прямого использования в отечественной практике в виде:

ГОСТ Р ИСО 9001-96 "Система качества. Модель обеспечения качества при проектировании и/или разработке, производстве, монтаже и обслуживании";

ГОСТ Р ИСО 9002-96 "Система качества. Модель обеспечения качества при производстве, монтаже и обслуживании";

ГОСТ Р ИСО 9003-96 "Система качества. Модель обеспечения качества при окончательном контроле и испытаниях".

Разработаны рекомендации по применению отмеченных отечественных гостов и определены ситуации, когда они применяются.

Современный проектировщик должен обладать всесторонней информацией в области квалиметрии.

Поиск по сайту: