Процессы проектирования отличаются друг от друга и зависят от конкретного объекта, от размеров проектирующей организации и ее структуры, от вида проекта (проектирование на базе типовых решений или полностью оригинальный проект нового изделия). Основными принципами построения логических схем процесса проектирования сложных объектов являются: 1) расчленение сложной задачи синтеза полного комплекса проектно-технологической документации на более простые задачи синтеза промежуточных проектных решений; 2) чередование процедур синтеза и анализа; 3) итерационность проектирования; 4) усиление тщательности анализа (многовариантность, усложнение моделей) по мере приближения к окончательному проектному решению.
Расчленение сложной задачи синтеза на ряд простых выполняется в соответствии с рассмотренными положениями блочно-иерархического подхода к проектированию. Расчленение позволяет распределить работу между соответствующими подразделениями проектной организации, организовать параллельно-последовательное выполнение проектных процедур коллективом разработчиков.
Чередование процедур синтеза и анализа обусловлено тем, что для выполнения большинства задач структурного синтеза отсутствуют методы, обеспечивающие безошибочное получение проектных решений, удовлетворяющих требованиям Т3. Это связано с трудностями формализации задач синтеза, поэтому основные решения принимает человек на основе эвристических приемов. При этом невозможно учесть всё многообразие качественных и количественных требований и избежать ошибок. Поэтому результаты предложенных при синтезе проектных решений контролируются выполнением процедуры анализа.
Итерационность проектирования обусловлена двумя факторами. Во-первых, она вытекает из особенностей блочно-иерархического подхода. Действительно, при нисходящем проектировании на k-ом иерархическом уровне можно лишь предположительно судить о свойствах неспроектированных элементов, которые будут разрабатываться на следующем (k+1)-ом уровне. При восходящем проектировании неопределённость связана с требованиями Т3, корректность которых может быть установлена только при выполнении процедур самого верхнего иерархического уровня. Поэтому ошибочность или неоптимальность решений, полученных на предыдущих этапах, выявляется в последующем, что требует возврата к предыдущим этапам для перепроектирования. Во-вторых итерационность связана с чередованием синтеза и анализа, представляющих собой последовательное приближение к приемлемому проектному решению. Очевидно, что на первых итерациях синтезируемые варианты хуже с точки зрения требований Т3, чем последующие. Поэтому на первых итерациях с помощью довольно приближенных моделей полученные варианты оцениваются быстро и просто. Чем ближе очередной вариант к окончательному решению, тем более точное и всестороннее исследование требуется для его оценки. Следовательно, в процедурах анализа нужно использовать не одну модель объекта, а иерархический ряд моделей, различающихся сложностью и точностью.
Усиление тщательности анализа по мере приближения к окончательному решению выражается также в том, что проверка производится по все большому числу показателей, оговариваемых в ТЗ, зачастую с учетом статистического характера параметров и нестабильности внешних условий.
Логические схемы (модели) процесса проектирования можно рассматривать на двух иерархических уровнях. На общем уровне модель процесса проектирования (рис. 5) предполагает следующее: 1) цель проектирования неизменна (по крайней мере в течение какого-то времени); 2) для создания проекта требуются знания технологии определенного типа; 3) процесс проектирования порождает информацию (проект), которая может быть документирована и использована для производства тем или иным способом.
Рис. 5. Общая логическая схема процесса проектирования
Рассмотрим детализированную модель процесса проектирования (рис. 6). В начале процесса проектирования передается спецификация проекта проектировщику, под которой понимается некоторое первичное техническое задание на проект. Эта спецификация пока не полностью соответствует конечной цели, она скорее формулирует цель. Это обусловливается тем, что формулировка Т3 выполняется в условиях неполноты, изменчивости и неточности исходной информации. На спецификацию проекта могут влиять не только внешние воздействия. В ходе проектирования может выясниться, что некоторое положения Т3 уже не соответствует цели проектирования.
Рис. 6. Детализированная логическая схема процесса проектирования
Процесс проектирования представляет собой цикл управления. Во внутреннем цикле осуществляется следующие операции над проектными описаниями: синтез, анализ, оценка. Внешний цикл замыкает не внутри самого процесса проектирования, а только в процессе высшего уровня.
1.7. Проектирование сложных технических систем.
Свойства и характеристики сложных технических систем
Под сложными техническими системами будем понимать технические объекты, характеризующиеся следующими свойствами: целенаправленностью, целостностью и членимостью, иерархичностью, многоаспектностью и развитием.
Целенаправленность. Сложная техническая система (СТС) создается для достижения некоторой цели. Так как она функционирует в составе включающей её надсистемы, то целью можно считать устранение противоречий или удовлетворение каких-либо потребностей, возникающих в этой надсистеме.
Целостность и членимость. СТС представляет собой целостное образование, состоящее из связанных между собой элементов. Целостность СТС обусловливается её пониманием как единого целого, функционирующего в конкретных условиях надсистемы и состоящего из взаимодействующих в интересах достижения цели частей, разнокачественных, но совместимых. Совокупность элементов системы и устойчивых связей между элементами называется структурой системы. Структуру системы удобно описывать графом, вершины которого соответствуют ее элементам, а ребра – связям между ними.
Иерархичность. СТС может быть представлена не только как элемент надсистемы, находящейся на более высоком уровне иерархии, но и как совокупность элементов, являющихся подсистемами и принадлежащих более низкому уровню иерархии. Подсистемы также могут быть разделены на части. Разделение системы на части и последующие их раздельное исследование называется декомпозиций. Продолжая декомпозицию системы до уровня элементов, дальнейшее членение которых нецелесообразно, получим многоуровневую иерархическую структуру СТС (см. рис. 2).
Многоаспектность. СТС характеризуется различными группами свойств (аспектами), которые необходимо учитывать при ее проектировании. Описание СТС, выполненное в каком-либо аспекте, называется ее представлением. Основными представлениями системы являются функциональное, морфологическое и процессное.
Развитие. СТС является развивающимися, т.е. изменяющими свои функции, структуру, внутренние процессы на протяжении всего жизненного цикла. Причинами изменений в СТС являются изменения ее внешней среды и воздействие ее на СТС.
Перечисленые свойства позволяют сформулировать основное противоречие процесса проектирования, возникающее при описании СТС, – между необходимостью получения целостного описания, отражающего целостность и целенаправленность системы, и ее сложностью, заключающейся в иерархичности, многоаспектности, развитии. Для разрешения этого противоречия необходимо обеспечить комплексный характер создаваемых описаний СТС, учитывающий ее сложность в вышеуказанном смысле.
В результате проектирования должен быть создан единый согласованный проект СТС, обеспечивающий ее работоспособность и требуемый уровень качества функционирования и эффективности.
Работоспособность СТС заключается в совместимости подсистем СТС между собой и с надсистемой, а также в функциональности СТС, т.е. в способности выполнять все возложенные на нее функции, перечень которых формируется во время предпроектных исследований и фиксируется в техническом задании.
Совместимость достигается за счет использования совместимых типовых средств, на базе которых строятся подсистемы СТС, и формирования системных требований, которым должны удовлетворять разрабатываемые компоненты.
Качество функционирования СТС – совокупность свойств, обусловливающих достижение требуемого результата в конкретных условиях функционирования.
Эффективность СТС определяется сопоставлением результатов от ее функционирования и затрат всех видов ресурсов на ее создание и эксплуатацию. Обобщенный критерий эффективности СТС находят на множестве частных критериев эффективности, каждый из которых описывает одну из сторон системы и может быть оценен. Эффективность СТС достигается решением следующих задач: 1) правильностью выбора критериев оценки проектных решений; 2) правильностью использования моделей для их оценки; 3) генерацией возможно более широкого множества вариантов построения компонентов СТС; 4) выбором согласованных оптимальных решений по построению СТС.
Проблема эффективности СТС не может быть решена путем независимой оптимизации ее отдельных подсистем и требует целостного подхода.
