10.5 Технология проектирования

Стратегия проектирования предполагает поиск и определение типов последовательности действий, методов и алгоритмов для решения проектной задачи.

Как и весь процесс проектирования, построение моделей имеет циклический итеративный, спиралевидный характер с последовательным расширением понимания системы, ее сущности, с постепенным углублением исследований, пониманием условий функционирования, эффективности.

При линейной стратегии проектные операции выполняются последовательно. Циклическая стратегия предполагает возможность повторения предыдущей проектной операции. При разветвленной стратегии можно подключать исполнителей для работы на параллельных операциях, при адаптивной стратегии выбор каждого последующего действия зависит от результатов, полученных на предыдущей операции.

Проектирование ведется в соответствии с определенным планом – логической схемой проектирования.

Логическая схема проектирования в общем случае представляет собой иерархическую структуру, включающую декомпозицию проектируемой системы на подсистемы и декомпозицию процесса проектирования на уровни. При этом должно быть обеспечено исследование влияния принятых частных решений на проведение сложной системы в целом.

Логическая схема проектирования разрабатывается на основании принятой стратегии проектирования и устанавливает маршрут проектирования объекта – последовательность этапов и (или) проектных процедур

Реализуется логическая схема на основании опробованной последовательности действий – технологии проектирования.

Для каждого конкретного типа системы и решаемой проектной задачи на основе общих (системный подход к проектированию) и специальных методологических принципов разрабатываются логическая схема проектирования и специальная технология проектирования, учитывающие специфику решаемой задачи, традиционно используемые методы и методики проектирования.

Элементами технологии проектирования являются проектные процедуры как составные части этапа проектирования и проектные операции как составные части проектной процедуры.

Проектная процедура предполагает выполнение формализованной совокупности действий (алгоритм проектирования¹), в результате которых принимается проектное решение.

Каждой проектной процедуре соответствует некоторая задача проектирования, решаемая в рамках данной процедуры.

В обобщенном виде проектная процедура характеризуется входом (исходные данные процедуры), выходной информацией, в том числе показатели эффективности выполнения системой своих задач, множеством моделей объекта проектной процедуры, множеством методов решения проектной задачи.

Выполнение проектной процедуры заканчивается получением проектного решения.

Проектная операция - более мелкая составная часть процесса проектирования, входящая в состав проектной процедуры.

Примеры проектных процедур: расчет параметров какого-либо узла, оформление чертежа узла, выбор конструкции.

Примеры проектных операций: решение системы уравнений, описывающих функционирование какого-либо узла, вычерчивание типового графического изображения элемента узла.

Выполнение проектных операций и процедур в процессе проектирования основано на применении математических моделей, отражающих свойства объекта важные для конкретных целей проектирования на каждом этапе.

Технология проектирования определяется как совокупность составляющих:

- последовательность проектных процедур и операций, реализующих логическую схему проектирования;

- критериев и правил оценки результатов выполнения проектных операций;

- графических и текстовых средств, используемых для описания результатов проектирования.

Основное содержание технологии - технологические инструкции, описывающие последовательность проектных операций и сами операции, условия, в зависимости от которых выполняется та или иная операция.

Для каждой процедуры и операции проектирования определяются исполнители, методические, программные и технические средства, исходные данные и результат выполнения операции выдается в стандартном представлении (документы, результаты предыдущей операции).

Общие требования к технологиям проектирования:

- поддержка жизненного цикла системы;

- обеспечение гарантированного достижения целей разработки системы с заданным качеством и в установленное время;

- обеспечение возможности выполнения крупных проектов в виде подсистем отдельными проектными группами (т.е. возможность декомпозиции проекта на составные части с последующим их объединением) с координацией ведения общего проекта;

- обеспечение возможности управления конфигурацией проекта, ведения версий проекта и его составляющих;

- поддержка процесса проектирования комплексом согласованных средств, обеспечивающих автоматизацию процессов, выполняемых на всех стадиях жизненного цикла.

Реальное применение любой технологии проектирования, разработки и сопровождения системы в конкретной организации и конкретном проекте основано на ряде стандартов (правил, соглашений), которые должны соблюдаться всеми участниками проекта.

Особенности процесса проектирования определяются масштабом (малый, средний, крупный проект) и сложностью (простой, организационно сложный, технически сложный, ресурсно сложный) проекта. Малые проекты допускают упрощения в процедуре проектирования, формировании команды проекта. Крупные проекты отличаются высокой стоимостью, капиталоемкостью, длительностью реализации.

Разработка системы осуществляется в соответствии со стандартами ГОСТ, ЕСКД, ЕСПД, ISO.

Для каждого этапа проектирования вырабатываются некоторые типовые приемы моделирования и общие способы работы с моделями – в зависимости от целей и задач этапа.

Основные особенности процесса внешнего проектирования:

- отсутствие многих исходных данных, неопределенность условий применения, требований и ограничений;

- проведение исследований в широком диапазоне изменения параметров, условий применения, требований и ограничений;

- необходимость анализа большого количества вариантов;

- активное участие руководителей, что требует большой оперативности в проектных проработках и наглядного представления результатов.

Процесс согласования технического задания между заказчиком и разработчиком носит итеративный асимтотический характер. В процессе согласования разрешается конфликтная ситуация между желаемым (заказчик) и возможным (разработчик). Как правило, согласование достигается не сразу, а в результате компромисса: требования к системе не столько задаются, сколько вырабатываются в процессе взаимного обучения сторон.

Проектные решения, принятые на этапе внешнего проектирования определяют эффективность системы и весь ход ее дальнейшей разработки системы, ошибки этого этапа практически неисправимы на последующих этапах.

Проектирование отдельных компонентов сложной системы при ее частичной модернизации является традиционной задачей, решаемой каждый раз на новом уровне в соответствии с развитием техники. Существенная модернизация или создание новой системы происходит чаще всего на основе типичных, ранее созданных компонентов системы, модернизированных для решения новых задач.

Особенности современных крупных проектов сложных систем:

- сложность описания (большое количество элементов, функций, процессов, данных и сложные взаимосвязи между ними), требующая тщательного моделирования и анализа данных и процессов;

- наличие совокупности тесно взаимодействующих компонентов (подсистем), имеющих свои локальные задачи и цели функционирования;

Пример информационных систем: наличие традиционных приложений, связанных с обработкой транзакций и решением регламентных задач, и приложений аналитической обработки (поддержки принятия решений), использующих нерегламентированные запросы к данным большого объема.

- необходимость интеграции существующих и вновь разрабатываемых компонентов системы;

- разобщенность и разнородностью отдельных групп разработчиков компонентов системы по уровню квалификации и сложившимся традициям использования тех или иных средств проектирования;

- неопределенность внешней среды и условий функционирования;

Пример информационных систем: функционирование в неоднородной среде на нескольких аппаратных платформах.

- существенная временная протяженность процесса проектирования.

Исследования с помощью модели на этапе внешнего проектирования:

-  влияние внешних воздействий на систему;

- основные процессы в системе при ее функционировании, влияние структуры и характеристик системы на процессы и динамику их изменения;

- возможность и необходимость управления процессами в системе, основные управляющие воздействия, их тип, источник, степень влияния на систему.

В результате циклического итеративного повторения этих исследований выявляется структура системы, ее элементы, связи, значимость каждого из них.

На этапе внешнего проектирования в зависимости от степени новизны определяются задачи проектирования сложных систем (модернизация существующей или создание новой системы для решения новых задач), формируются структура и основные параметры (облик) системы и оценивается эффективность ее применения. На этапе внутреннего проектирования принимаются технические решения по основным элементам системы, их конструкции, параметрам, режимам эксплуатации.

На этапе внешнего проектирования, как правило, генерируется много вариантов системы, проводится их сравнительный анализ с точки зрения соответствия функциональному назначению системы, дается предварительная оценка эффективности вариантов, и определяются наиболее предпочтительные из них. Характеристики и параметры системы рассматриваются укрупнено, оценивается эффективность решения поставленной задачи. Важную роль при этом играет правильный прогноз развития науки и техники.