СОВРЕМЕННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

Техническое проектирование

Техническое проектирование — основная задача деятельности инженера. Это сложный процесс, в котором главная роль принадлежит творческим навыкам и умению анализиро­вать.

Проектирование — это процесс придумывания или изобретения таких компо­нентов системы, которые позволяли бы ей выполнять определенные задачи.

Процесс проектирования подразумевает планирование деятельности по созданию некоторого изделия или системы. В результате этой инновационной деятельности инже­нер творчески применяет свои знания и навыки для определения типа системы, ее функ­ционального назначения и составных элементов. Основными этапами проектирования яв­ляются:

1) определение запроса на создание системы, основанного на оценках мнений раз­личных общественных групп — от политиков до рядовых потребителей;

2) детальная проработка возможного решения проблемы на основе объединения раз­личных мнений;

3) оценка альтернативных вариантов решения проблемы, удовлетворяющих выдви­нутым требованиям;

4) выбор конкретного варианта и его реализация.

В реальной жизни проектирование ведется с учетом ряда ограничений, одним из ко­торых является фактор времени. Проектирование обычно ведется по жестко установлен­ному графику, поэтому в конечном счете выбирается такой вариант системы, который не является идеальным, но может рассматриваться как достаточно хороший. Во многих слу­чаях выигрыш во времени является единственным определяющим фактором.

Главная задача проектировщика — это составить перечень требований, которым должно удовлетворять техническое устройство. Под требованиями имеются в виду точ­ные формулировки того, каким должно быть устройство и что оно должно делать. Техни­ческая система проектируется таким образом, чтобы удовлетворялись все выдвинутые требования. При этом неизбежно приходится иметь дело с такими объективными факто­рами, как сложность проектирования, возможные компромиссы, расхождения с практи­кой в процессе проектирования, а также определенные риски.

Сложность проектирования обусловлена широким диапазоном используемых для этого методов, знаний и литературы. И здесь при определении требований к системе не­обходимо учитывать очень много факторов, не только классифицируя их по относитель­ной важности, но также задавая их либо в числовой форме, либо в виде словесного описа­ния, либо обоими этими способами.

Под компромиссом понимают возможность выбора между двумя конфликтующими критериями проектирования, каждый из которых является приемлемым.

При создании технического устройства его окончательный вид бывает далеко не по­хож на то, как оно было задумано. Например, наше умозрительное представление о проб­леме, подлежащей решению, не всегда совпадает с ее словесным описанием, в конечном счете выливающимся в задание требований к системе. Эти различия внутренне присущи процессу движения от абстрактной идеи к ее практической реализации.

Отсутствие абсолютной уверенности в том, что проектируемый технологический объект будет функционировать заранее предсказанным образом, есть причина для неко­торой неопределенности. Эта неопределенность связана с возможностью появления не­предвиденных последствий, или риска. Следовательно, процесс проектирования систе­мы есть деятельность, сопряженная с риском.

Сложность, компромисс, расхождение с практикой и риск — всё это факторы, неотъ­емлемые от процесса создания новых систем и устройств. Иногда влияние этих факторов на процесс проектирования можно свести к минимуму, но исключить их полностью не­возможно.

В процессе технического проектирования участвуют два типа мышления — анализ и синтез, между которыми имеется принципиальное отличие. При анализе основное внима­ние уделяется построению моделей физических систем. Целью здесь является более глу­бокое понимание процессов, происходящих в этих системах, и указание путей уточнения их моделей. Напротив, синтез — это деятельность, в результате которой создаются новые физические структуры.

Процесс проектирования может идти по многим направлениям, прежде чем оконча­тельно будет выбрано какое-то одно из них. Это тщательно продуманный процесс, с по­мощью которого проектировщик создает нечто новое, удовлетворяющее определенным потребностям несмотря на практические ограничения. По своей природе этот процесс яв­ляется итерационным — ведь с чего-то надо будет начать! Опытные инженеры обычно прибегают к упрощению сложных систем с целью их анализа и синтеза. При этом неиз­бежно возникает различие между сложной реальной системой и ее моделью. Подобные различия объективно присутствуют на всём пути От исходной концепции до конечного изделия. Интуитивно понятно, что намного проще постепенно совершенствовать исход­ную концепцию, чем пытаться сразу создать конечное изделие. Иными словами, техниче­ское проектирование никогда не идет по жестко установленному пути. Это — итерацион­ный, нелинейный, творческий процесс.

Основной метод, используемый в большинстве задач технического проектирова­ния, — это метод анализа и оптимизации параметров. Он основан на (1) идентификации ключевых параметров, (2) формировании конфигурации системы и (3) оценке того, на­сколько данная конфигурация отвечает предъявляемым к системе требованиям. Эти три этапа образуют замкнутый цикл. Как только установлены ключевые параметры и синте­зирована структура системы, проектировщик может приступить к оптимизации парамет­ров. На практике число таких настраиваемых параметров обычно стремятся свести к ми­нимуму.