волюция проектирования. Проектирование в технике

Что такое проектирование?

Существует множество  определений. Приведем лишь те, в которых  упоминаются его основные характеристики.

Проектирование – это процесс, который кладет начало изменениям в искусственной среде.

Техническое конструирование – это использование научных принципов, технической информации и воображения для определения механической структуры машины или системы, предназначенной для выполнения заранее заданных функций с наибольшей экономичностью и эффективность

Проектирование  – это вдохновенный прыжок от фактов настоящего к возможностям будущего.

Проектирование  – это творческая деятельность, которая вызывает к жизни нечто  новое, чего ранее не существовало.

Цель проектирования – положить начало изменениям в  окружающей человека искусственной  среде.

Что такое проектирование: искусство или наука? Проектирование – это сложный вид деятельности, в котором сочетаются три средства познания: естественные науки, искусство и математика. Как они сочетаются?

Деятели науки  и искусства имеют дело с физическим миром (реальным или символическим) в том виде, в котором он существует в настоящее время. В математике оперируют с абстрактными отношениями, не зависящими от календарного времени. Проектировщики же всегда вынуждены считать реальным то, что существует лишь в воображаемом будущем и искать пути претворения в жизни предвидимых объектов.

Цель ученого  – точно описать и объяснить  наблюдаемые явления. Его главная  методика – тщательно поставленный эксперимент, призванный опровергнуть гипотезу, доказав истинность обратного утверждения.

Цель художника  – в обработке материала, существующего  одновременно с его деятельностью. Он действует в реальном времени, в полной мере используя высокоразвитую способность своей нервной системы остро реагировать на интуитивно схваченную картину реального мира.

Математик рассматривает  не физический мир, а мир отношений, точный и вневременной. Он ставит задачу и логическим путем ищет ее решение.

Проектировщик, прежде чем предсказать будущее, должен в достаточной мере знать  настоящее и для этого должен обладать качествами ученого: умением  поставить эксперимент и проанализировать его результаты. Подход художника  необходим ему на следующем этапе, когда среди альтернатив приходится отыскивать новое и непротиворечивое построение, которое может быть положено в основу решения. При этом нужно иметь какой–либо податливый материал или аналог, который позволял бы, поспевая за течением мысли, передавать форму решения. Обычно таким материалом служили эскизы, за которыми стояли точные образы вариантов проекта в воображении.

Метод математика, выражающего исходные предположения  через абстрактные символы, а  затем манипулирующего этими  символами, пока не будет получено решение, годится для проектировщика лишь на том этапе, когда задача стабилизировалась, когда для того, чтобы разрешить противоречие между целью и средством, уже не требуется изменять исходные посылки. Таким образом, деятельность проектировщика синтезирует разные подходы, являясь сложной по структуре и междисциплинарной по содержанию.  

Сущность  и особенности  инженерного проектирования.

Проектирование  как особый вид инженерной деятельности формируется в начале XX века и  связано первоначально с деятельностью чертежников, необходимостью особого (точного) графического изображения замысла инженера для его передачи исполнителям на производстве. Однако постепенно эта деятельность связывается с научно–техническими расчетами основных параметров будущей технической системы, ее предварительным исследованием.

В инженерном проектировании различают "внутреннее" и "внешнее" проектирование. Первое связано с  созданием рабочих чертежей (технического и рабочего проектов), которые служат основными документами для изготовления технической системы на производстве; второе – направлено на проработку общей идеи системы, ее исследование с помощью теоретических средств, разработанных в соответствующей технической науке.

Русло инженерного  проектирования ныне в гораздо большей  степени задается не собственно естественнонаучными законами, а экономическими, экологическими, культурными, политическими реалиями.

В связи с  этим инженерное проектирование должно основываться на следующих посылках:

1) теоретическое  естествознание следует рассматривать как продукт конструктивной деятельности человека. Его концентрированным выражением является инженерное проектирование.

2) фундаментальное  знание – это, прежде всего,  социально–культурное (куда входит  и математическое, и естественнонаучное  знание, но понятие как культурное развитие человечества).

3) инженерное  проектирование это в первую  очередь проектирование конструктивной (совместной) деятельности (в частном  случае проектирование работ), продуктом  которой является технические  объекты.

4) технический объект должен вести себя по законам той системы, элементом которой он выступает, т.е. по законам социума.

Анализ современных  методов проектирования (принятых в  основном в научно–технической практике) и приемов конструктивного мышления обнаружил удивительную близость логики научных открытий и методов изобретательства. Таким образом, согласно современным представлениям, не открытие фундаментальных законов природы делает возможным создание технических проектов (изобретений), но в основании теоретической познавательной деятельности и специализированной научно–технической практики находится универсальная конструктивная природа всей человеческой жизнедеятельности. Причем по выраженности конструктивных процессов инженерная деятельность «ближе» стоит к этой природе, чем научное познание.

Если рассматривать  весь цикл инженерного проектирования с момента зарождения идеи до массового  производства (инновационный цикл), то можно заметить сокращение доли материальных факторов. До 2/3 всех работ  и затрат приходится на организационную деятельность; обсуждение проблем, знакомство с литературой, подготовку документации, инструкций и т.д. Причем, чем сложнее продукт, тем выше удельный вес организационно–коммуникативной компоненты деятельности по сравнению с материальными компонентами.

Для современного производства характерна постоянная замена номенклатуры выпускаемых изделий. Срок их жизни все более сокращается. При этом, критерием замены, как  правило, выступает не техническая  целесообразность, а соображения  экономического, политического плана. (В маркетинге известно, что большая часть предпочтений в сфере потребления осуществляется из соображений престижа, моды и т.д.). Соответственно при проектировании новых изделий необходимо учитывать условия и ограничения со стороны экономики, права, экологии, культурных традиций и прочие. Практически, «технически возможное» является последним фактором при принятии решения о производстве. В литературе признается, что в роли важных ограничений выступают ограничения культурные (так называемый «культурный лаг»).

В эпоху индустриального  развития ведущим был критерий технически возможного (целесообразного). Положение  дел меняется в силу принципиально  возрастающей сложности социальной жизни, появления новых элементов  и иерархических ступеней.

Профессия инженера появилась для решения новых  нестандартных классов задач, которые  требуют предварительного расчета, проектирования. Сама эта профессия  возникла в оппозиции к традиционному  мастерству (мастеру–ремесленнику, который  был искусен в решении стандартных задач), мастерство не требует расчета, оно основано на личном умении.

Массовое промышленное производство низвело расчетные  задачи на уровень стандартного набора операций и приемов. В условиях массового  стандартизированного производства практически не осталось места для старого ремесленника–мастера. Это место занял инженер. Теперь от него требовалось мастерское владение стандартными приемами инженерной деятельности. Рациональная изобретательность как дух инженерной профессии не то чтобы совсем исчез, но оказался на периферии профессии. Образование отреагировало на это изменение усилением внимания на прикладные аспекты фундаментальных наук: решение типовых задач не требует знания фундаментальных законов, доказательства теорем и формул.

Кризис индустриального производства – это кризис массового стандартизированного производства. Он меняет характер задач инженера. Системы автоматизированного проектирования делают ненужными использование специалиста с высшим образованием для решения типовых расчетных задач. Инженер опять, как и на заре становления профессии должен уметь применять накопленное культурное знание для решения нестандартных задач.

Какой же должна стать система подготовки инженера?

Для ответа на этот вопрос нужно посмотреть, как решает сегодня профессиональные задачи выдающийся специалист–творец в своей области. Для системы знаний и умений такого специалиста характерна одна особенность: завершенность. Завершенность в системном понимании на уровне: фактологическом, теоретическом, рефлексивном.

Фактологический уровень связан со знанием и умением ориентироваться во всей эмпирической базе своей профессии, теоретический – со знанием принципов функционирования объекта, рефлексивный – со знанием происхождения этих принципов, владением методологией познания и конструирования.

Рефлексивный  уровень знания по отношению к  теоретическому выполняет такую  же функцию, как теоретический к  фактологическому (эмпирическому). Каждый из них синтезирует и упорядочивает  материал, данный на предшествующем уровне. Без понимания теоретических законов (принципов) эмпирическая база науки становится необозримой, без понимания того, как строятся теоретические модели, какова человеческая стратегия и тактика достижения поставленных целей – выявленные законы природы оказываются случайной совокупностью.

В конечном счете, достаточно развитый рефлексивный срез знания позволяет человеку сориентироваться в своей профессии. Этим качеством  творец отличается от исполнителя.

Известная способность  науки расширять границы непознанного (чем больше мы знаем, тем отчетливее понимаем, что еще большего не знаем). Очевидно, что такое понимание носит метатеоретический (рефлексивный) характер.

Если раньше инженерные задачи в своей массе  достаточно далеко отстояли от границ непознанного, базировались на твердо установленных конструктивных принципах, то инновационная стратегия современного производства передвинула эти задачи непосредственно к границе незнаемого (к проблемной области). На этой границе специалисту, подготовленному к решению типовых задач, как инженеру делать нечего, его функции низводятся до функции техника–исполнителя, а фундаментальное знание оказывается невостребованным.

Инженерное проектирование отличают от инженерного конструирования. Для проектной деятельности инженера исходным является социальный заказ, т.е. потребность в создании определенных объектов, вызванная либо «разрывами» в практике их изготовления, либо конкуренцией, либо потребностями развивающейся социальной практики.

Продукт проектной  деятельности, в отличие от конструкторской, выражается в особой знаковой форме – в виде текстов, чертежей, графиков, расчетов, моделей в памяти компьютера и т.д.

Результат конструкторской  деятельности должен быть обязательно  материализован в виде опытного образца, с помощью которого уточняются расчеты, приводимые в проекте, и конструктивно–технические характеристики проектируемой технической системы.

Возрастание специализации  различных видов инженерной деятельности привело в последнее время  к необходимости се теоретического описания: во–первых, в целях обучения и передачи опыта и, во–вторых, для осуществления автоматизации самого процесса проектирования и конструирования технических систем. Выделение же проектирования в сфере инженерной деятельности и его обособление в самостоятельную область деятельности во второй половине XX века привело к кризису традиционного инженерного мышления, ориентированного на приложение знаний лишь естественных и технических наук и созданию относительно простых технических систем. Результатом этого кризиса было формирование системотехнической деятельности, направленной на создание сложных технических систем.

Во второй половине XX века изменяется не только объект инженерной деятельности (вместо отдельного технического устройства, механизма, машины и т.п. объектом исследования и проектирования становится сложная человеко–машинная система), но изменяется и сама инженерная деятельность, которая стала весьма сложной, требующей организации и управления. Для организации такой деятельности требуются особые специалисты – инженеры–системотехники.

Системотехническая  деятельность рассматривается как  процесс синтеза функциональной модели системы и затем ее преобразования в структурную модель (или ее реализации). Каждый этап связывается с определенными  средствами символического и графического представления системы. Функциональная модель воспроизводит протекание в реальной системе субстанции (вещества, энергии или информации), т.е. преобразует входную субстанцию в выходную адекватно функционированию реальной технической системы. В качестве функциональных моделей могут быть использованы, например, алгебраические модели.

При членении системотехнической деятельности в соответствии со структурой технической системы обычно выделяются следующие ее этапы:

макропроектирование (внешнее проектирование);

микропроектирование (внутреннее проектирование); проектирование окружающей среды;

разбивка системы  на подсистемы;

проектирование  подсистем;

изучение их взаимодействий;

интеграция системы.

Второй способ описания системотехнической деятельности заключается в выделении в ней последовательности фаз, а в самих этих фазах – цепи действий или обобщенных операций.

Обычно системотехническая деятельность распадается на 6 фаз:

подготовка технического задания;

разработка эскизного  проекта; изготовление;

внедрение;

эксплуатация;

оценка.

Иногда добавляется  еще одна фаза – ликвидация. На каждой фазе выполняется одна и та же последовательность обобщенных операций:

анализ проблемной ситуации;

синтез решений;

оценка и выбор  альтернатив;

моделирование;

корректировка и реализация решения