Kesler_Osnovy_metodologii_proektirovania_2016

ственные результаты дает использование ФСА при комплексном обновлении или системном совершенствовании производственных структур (промпредприятий) и сложных технических изделий (например, самолетов). ФСА наиболее широко применяется в автомобильной, электротехнической, приборостроительной промышленности, а также в производстве бытовой техники.

О значимости ФСА может свидетельствовать следующее 31 : «На большинстве японских фирм ФСА охвачено 80–90% вновь разрабатываемых и 50–85% уже производимых изделий» и еще – «в Вене (Австрия) издается международный журнал по ФСА «Форум».

3.3. Процедурные компоненты и управленческие схемы (стратегии) проектирования

Процесс проектирования технического объекта в целом представляет собой генеральную (большую) совокупность действий. Генеральную совокупность разделяют на локальные (частные) наборы действий, каждый из которых включает действия, выполняемые с целью решения частной задачи, или действия, объединенные некоторой смысловой общностью.

Различают: проектная операция и, более общее, – проектная процедура.

По данным 12 , проектная операция – «часть проектной процедуры, включающая в себя совокупность действий, алгоритм выполнения которых остается неизменным для различных проектных процедур».

В свою очередь, проектная процедура – «формализованная совокупность действий, в результате выполнения которой принимается частное (локальное) проектное решение». Проектная процедура включает набор проектных операций в определенной их последовательности и служит для достижения локальной цели в процессе проектирования. Примерами проектных процедур являются процедуры моделирования, оптимизации, прогнозирования и т.д.

Проектная процедура по общности, как правило, соответствует понятию – метод. По существу проектная процедура является процедурной составляющей того или иного метода.

41

Выполненная проектная процедура является основанием для принятия проектного решения. По 12проектное решение «описание объекта (стадии, фазы) проектирования, необходимое и достаточное для рассмотрения и определения дальнейшего направления (или окончания) процесса проектирования».

Управление процессом проектирования осуществляется в соответствии с выбранной стратегией проектирования.

Стратегия проектирования – это определенная последовательность действий, выбираемая проектировщиком или группой планирования, с целью поиска решения поставленной задачи исходя из технического задания. Содержание каждого действия определяется самим проектировщиком (конструктором). В качестве «действий проектировщика» могут быть методы проектирования, изготовление чертежей или другие процедуры.

Стратегии проектирования различаются по схеме поиска и степени заданности. Схемы поиска различаются по наличию (отсутствию) следующих признаков: обратной связи между этапами, представленными на схеме, наличию конкурирующих этапов, а также параллельных этапов.

Степень заданности стратегии определяется вероятностью использования предусмотренных методов поиска решений на этапах и степенью прогнозируемости ожидаемых результатов. В процессе проектирования может быть принято решение о корректировке стратегии или переходе на новую стратегию проектирования.

Наиболее простая последовательность действий (этапов) присуща линейной стратегии (рис. 10, а). При этой стратегии каждое действие зависит от результата предыдущего, но не зависит от результата последующих действий. Линейная стратегия относится к числу «жестко» заданных стратегий и больше подходит для проектирования в «знакомых ситуациях» (например, для совершенствования существующей конструкции), чем для новаторской деятельности.

В тех случаях, когда после получения результата на некотором этапе приходится возвращаться к одному из предыдущих этапов стратегия становится циклической (рис. 10, б).

Возможно появление двух и более петель обратной связи. Такая схема с петлями характерна для многих компьютерных программ. Наличие петель увеличивает продолжительность процесса проектирования; при этом следует оценивать возможность «зацикливания» процесса на той или иной петле.

42

Разветвленная стратегия применяется при проектировании объектов, образованных их разнородных в значительной мере независимых частей и/или процессов. Например, при проектировании судна гидромеханические расчеты и проектирование движительнорулевого комплекса могут выполняться параллельно с расчетами прочности корпуса судна и разработкой его конструкции. Параллельные этапы (2а, 2б и 2в на рис. 10, в) выгодны тем, что позволяют увеличить количество людей одновременно работающих над проектом и, в итоге, сократить период проектирования.

Этапы 4 и 5 (рис. 10, в) являются конкурирующими; выбор одного из них осуществляется на основании анализа результатов выполнения этапов 2а, 2в и 3. Например, на этапе выбора типа движителя судна могут рассматриваться варианты: гребной винт или водометный движитель и, соответственно, методики их проектирования.

Адаптивная стратегия отличается тем, что в ней определяется только первое действие. Выбор последующих действий (их содержания) зависит от результатов выполнения предшествующего этапа или этапов. В принципе это самая осторожная и разумная стратегия, поскольку каждый этап выполняется только после накопления и анализа дополнительной информации. Ее недостаток заключается в невозможности прогнозирования затрат и сроков выполнения проекта.

Стратегия приращений по существу является ограниченным вариантом адаптивной стратегии. Эта стратегия широко применяется при проектировании простых изделий, в том числе, бытового назначения. В качестве примера рассмотрим подход фирмы «Пел» (Англия), использованный при проектировании стула из формованного пропилена 1 . Было известно, что для изделий сложной конфигурации из нежестких пластмасс расчет деформаций под нагрузкой не дает надежных результатов. В связи с этим была поставлена задача: экспериментальным путем (путем приращений определить приемлемые толщины для различных участков стула в интервале от 2,5 мм (заведомо недостаточная толщина) до 15 мм (максимальная – из экономических соображений). Вначале был изготовлен стул с минимальными толщинами; проведены его испытания и установлены места разрушения. Следующий стул был изготовлен с увеличенными толщинами в местах возможного разрушения; проведены его испытания и установлены недостаточно прочные места. В итоге были определены толщины и их распределение, при которых стул перестал разрушаться при испытаниях.

44

При поиске путем приращений существует риск пропустить хорошие решения, когда приращения слишком велики, и, при ограниченности возможностей, не охватить всего поля поиска, когда они слишком малы.

Здесь также заметим, что многие методы автоматической оптимизации основаны на поиске путем приращений переменной.

Нерегламентированная схема поиска решений, которую условно можно отнести к стратегиям проектирования, отличается полным отсутствием плана действий и называется – случайный поиск. Такой подход пригоден тогда, когда необходимо, например, найти множество областей применения нового синтетического материала. При этом исследования в каждой из областей проводятся независимо.

3.4. Отношения проектанта* с участниками жизненного цикла технического объекта

Жизненный цикл технического объекта (системы) – последовательность этапов его существования от начала создания до момента исчезновения (уничтожения) (рис. 11). Разные классы технических объектов могут иметь несколько различающийся набор этапов жизненного цикла.

Проектировщики (конструкторы) разрабатывают виртуальную версию объекта, процесс изготовление объекта – технологи и ин- женеры-производственники, а техническую эксплуатацию осуществляют инженеры-эксплуатационники.

Активное взаимодействие проектировщики осуществляют со специалистами отраслевых надзорных и контролирующих органов, а также с заказчиком объекта.

Комплексный подход к проектированию, главным образом сложных объектов, предполагает учет ряда факторов, определяющих среду, в которой будет проходить «жизнь» технического объекта. К этим факторам относятся: экономика, политика, обеспечение безопасности, психология и социология, сохранение экосистемы.

* Здесь термин «проектант» используется для обобщенного представления коллектива «профессиональных проектировщиков». «Проектант» является субъектом, принимающим решение по проекту.

45

Отношения (связи) проектанта с «непрофессиональными» участниками процесса проектирования и участниками «жизни» технического средства охарактеризованы ниже с использованием схемы

(см. рис. 11).

Предметом этих отношений по существу является выявление (установление) значимости тех или иных факторов при обосновании решений по проекту. Проектировщик должен руководствоваться правилом – чем больше информации, тем больше возможностей уменьшения расхода массы и энергии. Известно, что наиболее значимые просчеты и удачные решения принимаются на начальных этапах проектирования.

Процесс проектирования, как правило, начинается по инициативе заказчика, которым может быть орган власти, предприятие (организация) или предприниматель. Заказчик, исходя из потребностей, формулирует и передает проектанту задание (чаще – краткое) на выполнение проекта системы (объекта). Такое задание отражает интересы и представления заказчика на данный момент.

Полученное задание и обозначенную в нем проектную проблему проектант должен подвергнуть всестороннему анализу, используя для этого свои отношения с заказчиком и другие возможности. Вопросы относительно проектируемого объекта на этом этапе могут быть следующими.

Каковы цели проектирования?

На чем основывается проектирование?

Является ли объект составной частью инновационного проекта** (целевой комплексной программы)?

Проводилось ли маркетинговое исследование в связи с проектируемым объектом и каковы его результаты?

В интересах ли заказчика вложить капитал в проект (объект)?

Все ли потребности представлены в задании? Нет ли в описании потребностей противоречий или дезинформации?

**Инновационный проект – совокупность документов, определяющих систему научно обоснованных целей и мероприятий по решению какой-либо проблемы, организацию инновационных процессов в пространстве и времени 30 . Понятие «инновационный проект» в основном соответствует понятию «целевая комплексная программа».

47

Не вызовет ли удовлетворение желаемых потребностей появление отрицательных изменений (антипотребностей)?

Имеются ли реальные объекты, которые обеспечивают заявленные заказчиком потребности; каковы достоинства и недостатки этих объектов?

К какой системе (надсистеме) относится проектируемый объект, а также его роль и значимость в составе надсистемы?

Исходя из полученного задания проектант должен:

проанализировать необходимость учета в проекте требований и рекомендаций нормативно-правовой документации;

подготовить (разработать) предложения по критериям для оценки проектируемого объекта с точки зрения социальнотехнических факторов (в частности, проблемы экологии окружающей среды);

выявить логику связей между основными частями проектируемого объекта и его связей с системой (надсистемой).

Вопросы и предложения, которые ставит проектант перед заказчиком на этапе согласования (уточнения) задания могут касаться также этапов эволюции объекта (см. рис. 11): изготовления объекта, его сбыта, функционирования, снятия с эксплуатации и утилизации.

В результате взаимодействия проектанта и заказчика, как правило, формулируется и согласовывается уточненное задание на разработку проекта. Всесторонняя проработка различных аспектов при определении задания особенно важна в тех случаях, когда заказчик (проектант) имеет незначительный опыт применения (проектирования) объектов, подобных создаваемому.

Проектировщик является ответственным творцом техносферы. Его деятельность связана с определением той или иной потребности, расходованием природных ресурсов, влиянием технических объектов на природу и общество. В связи с этим в отношениях проектировщика с заказчиком могут возникнуть морально-этические аспекты. Например, проект нравится заказчику, но объекту присущи отрицательные свойства, которые заказчику безразличны. Столкнувшись с этой дилеммой, следует побудить заказчика принять правильное решение. Однако, как отмечает Джонс 1 , «в случае неудачи проектировщик, выполняя волю заказчика, вправе довести до сведения тех, кто попадет в сферу влияния проектируемого объекта,

48

свои прогнозы, которые он, как профессионал, в состоянии сделать и на которые заказчик решил не реагировать».

В работе 23приведены следующие рекомендации для проектировщика (аналитика):

«обращать внимание лица, принимающего решения на устойчивость или чувствительность альтернатив к изменениям условий»;

«не работать на клиента, не дающего доступа к информации и не позволяющего публиковать результаты»;

«отказываться выполнять анализ только для обоснования уже принятого решения»;

«не работать на клиента, чьи цели и ценности противоречат гуманистическим целям и ценностям, а также собственным убеждениям аналитика».

Проектант должен обладать достаточно полной информацией по каждому этапу (см. рис. 11) «эволюционной траектории» объекта. Такая информация накапливается проектантом и/или к процессу проектирования привлекаются эксперты или экспериментальные системы*.

* Экспертом можно считать любого высококвалифицированного специалиста, способного создать собственную обоснованную модель анализируемого изделия (явления). В зависимости от количества экспертов экспертные оценки (суждения) подразделяются на индивидуальные и коллективные. Экспертные оценки могут содержать количественный показатель (число, ранг) или не содержать; в последнем случае их называют качественными и рассматривают как мнения, данные, полученные от экспертов.

Экспертная система 32 – программная система, имитирующая процессы рассуждений и принятия решений человеком – экспертом (экспертами). Работа экспертной системы основана на методах искусственного интеллекта. Черты экспертной системы: развитый интерфейс с пользователем, возможности использования базы знаний и данных, наличие объяснительного компонента.

Здесь уместно также отметить, что:

искусственный интеллект определяется как «один из разделов информатики, в рамках которого ставятся и решаются задачи аппаратного и программного моделирования тех видов человеческой деятельности, которые традиционно считаются интеллектуальными (творческими)»,

а информатика – как «наука об описании, представлении, интерпретации, формализации и применении знаний, накопленных с помощью вычислительной техники, с целью получения новых знаний» 33 .

49

Связи проектанта с изготовителем объекта, например, заво- дом-строителем судна и поставщиком комплектующих изделий наиболее активны на этапе конструирования изделия. Во взаимоотношениях проектанта и поставщиков сложности возникают при необходимости поставки новых (улучшенных) изделий, изготовление которых предстоит освоить. Поставщика может интересовать лишь объем и регулярность заказов, которые он рассчитывает получить. Поэтому контакты с поставщиком таких изделий должны начинаться на начальном этапе работы над проектом.

В качестве примера может служить ситуация, сложившаяся в период освоения судов на воздушной подушке (СВП) и повышенного интереса к ним со стороны потенциальных заказчиков. Специфической и неотъемлемой частью этих судов, отличающей их от судов других типов, является гибкое ограждение (ГО) воздушной подушки. Материал ГО работает при значительных переменных механических нагрузках. Качество этого материала стало фактором в основном определяющим надежность СВП. В этих условиях для поставщиков материала ГО важное значение имел срок его разработки, а для строителей СВП – получение конкурентных преимуществ по срокам поставки судов на рынок.

Изготовителем является предприятие (или несколько предприятий), которое изготавливает объект (или его основные части) в соответствии с документацией, разработанной проектантом. Очевидными приоритетами изготовителя являются: минимизация затрат труда, энергии, материалов на изготовление изделия, использование имеющегося технологического оборудования и производственного опыта, обеспечение высокого качества продукции.

Добиться этих целей невозможно без тесного взаимодействия изготовителя и проектанта в процессе разработки последним конструкции и принципиальной технологии изготовления объекта (стадия проектирования – конструирование). При этом поддерживается связь между конструкторами и технологами.

На современном уровне взаимодействие между конструкторами и технологами обеспечивается с использованием систем автоматизации проектирования и производства (САПП) 34 . Большинство САПП имеют в своем составе семь подсистем:

50