12.1. Конструювання складних технічних систем.
З погляду загальної методології, процес конструювання складних технічних систем (ТS) являє собою одну з емпірико-інтуітивних форм творчої діяльності, що погано піддаються вивченню, формалізації й алгоритмізації.
Навіть прослідкувавши, як народжується нове оригінальне конструкторське рішення, хід думок і процес міркувань часто залишаються непізнаними і сам конструктор не завжди може їх пояснити. Отже, конкретна методологія конструювання індивідуальна, у зв'язку з чим дуже важко формувати однозначні “рецепти” конструювання.
Проте, незважаючи на індивідуальність і розмаїтість принципів конструювання, у ньому є визначена логічна основа. Спрощена схема етапів конструювання подана на мал.12.1.
Кожний із цих етапів, у свою чергу, розпадається на дві стадії, як-от: аналіз і синтез структур, що невіддільний друг від друга a єдиному процесі конструювання зразка ТS.
На підготовчому етапі конструювання переслідується ціль сформувати вимоги до нової конструкції, намічається область пошуку раціональних структур проектованих зразків ТS: вибрати вид, загальний образ, його основні підсистеми й елементи; установити видові прототипи, проаналізувати їх тенденції і динаміку розвитку.
На початковому етапі провадиться добір із числа попередньо намічених на попередньому етапі (наприклад №3), що знову з'явилися варіанти ТS (варіант №4,5).
На цьому етапі прагнуть задовольнити більш високі вимоги.
Вади в зайвому захопленні спадкоємністю полягають у традиціоналізмі, психологічній інерції у свідомості конструктора, тиск трафаретів, бажання йти уторованим шляхом, острах зруйнувати сформовані уявлення про спадкоємність конструктивних рішень.
Як показує досвід, використання при конструюванні великого числа відомих структурних рішень не забезпечує необхідного росту рівня якості стосовно попередніх зразків складних ТS.
Тому, при конструюванні зразків складних ТS, не варто відразу зупинятися на таких варіантах структур і обмежувати пошук, тому що a наступних етапах конструювання може бути знайдений ще більш раціональний варіант.
Основний етап конструювання, найбільше характерний для ескізного проектування, являє собою цілеспрямований процес багатократного чергування конструкторського аналізу і синтезу зразків ТS і всіх їхніх підсистем, скорочення їх числа, деталізації проробки варіантів. Тільки в ході нього може бути знайдений істинно раціональний, із високою якістю варіант структури зразка складної ТS.
Мал.12.1.Схема процесу конструювання зразків складних ТS.
Слід зазначити, що основний етап конструювання закінчується, як правило, підготовкою вихідних даних на випуск повного комплекту креслярсько-технічної документації, необхідної для дослідного і серійного виробництва.
12.2. Моделювання при проектуванні складних технічних систем.
Інженерне моделювання при проектуванні служить основним інструментом для синтезу певною мірою ідеалізованих моделей існуючих або уявлюваних об'єктів, чинників, процесів, що будуть мати пряме або непряме відношення до розробки, виробництва, експлуатації і цільового застосування проектованих зразків ТS.
Проектні моделі - єдиний засіб для проведення проектних експериментів, що випереджають, над всіма об'єктами, чинниками і процесами в ході проектного керування якістю утворюваних зразків складних ТS із метою оцінки проектних рішень, пошук з можливих найбільше раціональних варіантів їхньої побудови, а також реалізації умов їхньої розробки, виробництва, експлуатації і цільового застосування, що забезпечують максимальний рівень показників якості без реального відтворення всієї множини проміжних варіантів оригіналів що моделюються ор.
Головними об'єктами проектного моделювання є основні проектні системи, як-от:
1. Програмно-цільові системи;
2. Технічні системи;
3. Промислово-функціональні системи;
4. Операційні системи;
5. Кваліметричні системи;
6. Керуючі системи.
Вся сукупність моделей основних проектних систем утворює загальну проектну модель, до якої подаються такі вимоги:
– достовірність, об'єктивність і повнота відораження проектних систем і їхніх взаємозв'язків;
– цілеспрямованість, чутливість до змін аналізованих зовнішніх перемінних (вихідних даних) і внутрішніх параметрів проектних систем;
– впевнерість фізичного трактування, сприйнятливість і “прозорість”;
– доступність у розробці і їхньому використанні з погляду оперативності і трудомісткості синтезу й опрацювання;
– адаптивність, “гнучкість”, і можливість оперативної перенастройки при періодичній зміні структур проектних систем.
Проектне моделювання охоплює ряд етапів:
1. Синтез моделей проектних систем на основі виділення їхньої цікавлячої сутності, абстрагування, зневага неіснуючими деталями, вибір типу моделей, які найбільш повно відповідають вимогам конкретних досліджень.
2. Застосування моделі для виробітки того або іншого проектного рішення по зміні програмно-цільової, технічної, промислово-функціональної, операційної, кваліметричрої або керуючої системи.
3. Аналіз отриманих результатів і прийняття зазначених вище проектних рішень з урахуванням обмежень.
Особливим є питання адекватності проектних моделей реальної діяльності, прийнятих на основі рішень.
Створення загальної проектної моделі для забезпечення проектного керування якістю сучасних зразків складних ТS дуже трудомістка проектно-теоретична задача. Вона базується на встановленні шляхом абстрагування, насамперед, принципу, відношення і характерної ознаки, що лежить в основі об’єкта що моделюється .
При цьому прагнуть з'ясувати основні особливості об’єктів що моделюються , виражаючи їх через найбільше характерні, основні проектні параметри,виключаючи із проектних моделей другорядні параметри.
Характерні типи проектних моделей: евристичні, лінгвістичні (словесно-описові), графічні, математичні, фізичні і комбіновані.
1. Евристичні проектні моделі народжуються в уяві й імітують проектні оригінали у формі суми визначених поглядів, логічних суджень і умов, ідеалізованих символів і аналогій. Вони формуються в результаті акумуляції проектантами різноманітного роду інформації і недоробки її по індивідуальним логіко-інтуїтивним програмам із визначеним цілеспрямуванням, що випливає з виникаючих у них проектних задумів і задач.
2. Лінгвістичні (словесно-описові) проектні моделі формуються у виді різноманітного роду словесних і письмових описів і імітують що моделюються оригінали у формі сценаріїв і оглядів, технічних вимог і завдань, ескізних і технічних проектів, інструкцій, описів і т.п.
3. Графічні проектні моделі рекомендуються у виді різноманітного роду креслярсько-технічної документації й імітують оригінали у формі структурних і функціональних схем, діаграм і графіків, робітників креслень, різних типів планів-графіків, що характеризують розвиток об'єктів у просторово-хронологічній і логічній послідовності.
Графічні моделі грають важливу роль при ескізному і технічному проектуванні.
4. Математичні проектні моделі утворюються на основі формалізованих абстрактних описів, аналогічних оригіналу по формалізованому математичному трактуванню його сутності, що виступають у виді різноманітних математичних відношень (формул, систем рівнянь, функцій, матриць і операторів, алгоритмів або машинних програм для обчислювальних і моделюючих установок), доступних для дослідження математичними, аналітичними, чисельними або машинними методами. Це найбільш досконалі моделі.
Гідність математичних проектних моделей - у їхній широкій доступності й оперативності, машинної оброблюваності, осяжності і одиничності для моделювання багатьох проектних об'єктів.
Розрахунки з використанням математичних моделей і ЕОМ асоціюються з дуже точними результатами, проте результат ніяк не може бути по своїй значимості краще самої моделі, цілком визначається її досконалістю, тобто коректністю вихідних даних, і не залежить від застосовуваних обчислювальних засобів. Проте результати можуть бути отримані і іншими методами.
Слід зазначити, що при використанні математичних моделей не можна випустити з уваги важливе питання про припустимі умови і правомочність їхньої зміни (граничні умови), a математичне моделювання є дуже важкою теоретичною і практичною задачею.
5. Фізичні проектні моделі використовуються у виді конкретних матеріалізованих об'єктів, подібних оригіналам по фізичній сутності і природі, але відрізняються від них меншими масштабами.
Характерними прикладами фізичного моделювання є макетування, проведення фундаментальних,тривкістних, аерогазодинамічних, ходових, транспортувальних, стендових і натурных іспитів.
Гідність цих моделей у достовірності, інформативності і переконливості.
Проте для зразків складних ТS фізичні моделі дуже дорогі і практично недоступні на початкових стадіях проектування. Тому найбільше широке використання такі моделі знаходять тоді, коли створення інших моделей затруднено або на заключній стадії розробки для підтвердження усіх до цього використаних раніше типів моделей.
6. Комбіновані (спеціальні) проектні моделі являють собою різноманітні сполучення з логічних і узгоджених типів моделей. Вони дозволяють одержати всебічне уявлення про об'єкти моделювання і досягати найбільшої практичної результативності на всіх стадіях створення і функціонування зразків складних ТS. При розробці зразків складних ТS для оцінки “можливостей” і “потреб” створення нових зразків ТS виконуються проектні промислово-функціональні прогнози: наукові, технічні, виробничі, економічні, галузеві, міжгалузеві, експлуатаційні, цільові і спеціальні, виконувані стосовно до еволюційної схеми утворюваного виду зразка ТS.