Постановка
задачи проектирования как создания
управления процессом функционирования
А.Б. Бахур,
дир.,
НВЦ «Интелтех», г. Москва
Основные положения методологии проектирования
сформировались в середине XIX века [4]. Именно тогда был
сделан переход к отработке решения на модели создаваемого изделия. И было
осознано, что содержание проектирования
состоит в принятии решений об устройстве создаваемого и доведении замысла путем
модельной отработки до обоснования реальности изготовления.
Тогда же сложилась процедура разработки изделия
(рис. 1.) и чертежный метод – как способ ее выполнения. Это наименование
обусловлено тем, что в качестве основного модельного отображения создаваемого
изделия выступает чертеж – графическое изображение, создающееся по стандартизованной
методике. Теоретической основой для формирования основных приемов чертежного
метода стали механика и математика.Этот метод является основным и поныне [4].
Ему соответствует постановка задачи проектирования,
которую в первоначальном виде можно охарактеризовать
как определение законов линейного и углового перемещения деталей создаваемого
объекта 
и 
, обеспечивающих его требуемое движение, и параметров их
реального исполнения[1] 
, 
, 
, удовлетворяющих ограничениям.
Такую постановку задачи можно записать в виде
(1.1) 
(1.2) 
(1.3) 
, 
, 
Здесь 
- требуемый закон
движения объекта, а 
- изменение его координат во времени.
Рис. 1. Схема процедуры
проектирования
В последующем развитии методологии проектирования
можно выделить тенденцию роста значения решения задач управления. Это
обусловлено качественным усложнение создаваемой техники произошедшим за
последующие полтора века. Оно выразилось в опосредовании связи получаемого
эффекта с инициализирующими действиями, в увеличении количества звеньев,
связывающих их и исполнительные действия. Современные технические системы имеют
множество контролируемых и выполняемых функций и используют для своей работы
множество видов энергии. Это привело к развитию теории управления и изменениям
в наших представлениях о создаваемой технике. И, соответственно, отразилось на
форме записи постановки задачи проектирования. Теперь ее можно охарактеризовать как разработку устройства и
подбор закона управления технической системой (1.4) – (1.7)
(1.4) 
с вероятностью 
,
где 
- назначаемое критериальное
значение, которое позволяет судить о выполнении задания на разработку, f(Х) – целевая вектор-функция, F – функция, описывающая
соотношение между целевой функцией и вектором 
.
(1.5) 
,
где 
- управление.
(1.6) 
, 
, 
При этом понимание того факта, что собственные
ресурсы у системы принципиально ограничены – пока не нашло широкого отражения в
литературе по методическим вопросам проектирования (см., например, [3, 4, 7 и
др.]. С учетом этого этого ограничения записи (1.4) - (1.6) должны быть дополнены:
(1.7) 
… 
В такой, более обобщенной постановке мы видим два
существенных момента, отсутствовавших ранее. Введение функций 
и 
в критериальную запись
(1.4) означает, что измеряемое рассогласование и средства его нивелирования в
реальном устройстве имеют весь опосредованную связь. Внесение в нее требования
вероятности означало признание неопределенности - того факта, что модель, на
основе которой разрабатывается изделие не позволяет полностью охарактеризовать
условия его функционирования.
Усложнение создаваемой техники привело к тому, что
даже для профессионально подготовленных специалистов становилась все менее
очевидной визуальная связь компоновки технической системы и ее
функционирования. Чертежно-графические методы становились все менее пригодными
для поддержки принятия первоначальных решений [4]. Высокая степень
эвристичности этой стадии процедуры проектирования (а на ней принимаются все
основные решения [10, 11]) привела к тому, что стало возникать много
отбраковки. Соответственно, из-за необходимости проработки большого количества
вариантов растягивались сроки выполнения начальной стадии процедуры
проектирования.
Выход может быть в качественном изменении
постановки задачи проектирования, учитывающем сформировавшиеся тенденции. Идеей
здесь может быть подход к проектированию как к созданию управления процессом
достижения цели.
Тогда постановку задачи можно будет записать в виде
(1.8) 
(1.9) 
, 
Здесь 
- множество вариантов
естественного хода событий, 
- множество различных видов энергии,
используемых в технической системе, 
и 
- характеристики
реального оборудования и конструкции в каналах управления соответствующими
координатами системы. Отметим, что в такой постановке представляет собой
координаты, характеризующие систему, аналогично 
. Однако, исходя из их физического смысла их стоит рассматривать
в виде отдельных групп. Внесение множества в состав координат
системы позволяет рассматривать ограничения (1.7) как результат решения задачи
проектирования, что расширяет область возможных решений.
Представленная математическая постановка позволяет
уточнить содержательную трактовку задачи проектирования. Ее можно
сформулировать как создание управления
(определение состава и взаимодействия ресурсов управления – возможностей
влияния на ход событий), обеспечивающего эквифинальное преобразование
естественного хода событий в интегральный процесс, и воплощение этого
управления в виде технической системы.
Понятие эквифинальность [9] определяется как
способность системы достоверно достигать определенного конечного состояния из
неопределенного начального в условиях хаотического хода событий. Его можно
рассматривать как системное обобщение понятия вероятности достижения цели.
При такой постановке задачи проектирования
техническая система рассматривается как средство, осуществляющее выбор
траектории движения к цели в конкретно сложившихся обстоятельствах и управление
движением по этой траектории. В этом смысле управление 
можно рассматривать
как преобразование множества траекторий естественного хода событий в множество траекторий
достижения цели {,}. Основной характеристикой этого преобразования будет
эквифинальность. Ее величина характеризует то, какие траектории множества смогут в результате
преобразования стать траекториями достижения цели и какова вероятность
формирования траекторий множества , которые не могут быть преобразованы управлением в траектории
достижения цели.
Предложенная постановка задачи изменяет
содержательную последовательность решения задачи проектирования (рис. 2.).
Теперь конструктивно-компоновочная схема и визуальный облик становятся
результатом выбора управления. Они становятся результатом компромисса между
стремлением выбрать закон управления, обеспечивающий максимальную степень
эквифинальности и реально достижимыми характеристиками. Т.е. начальным шагом
процедуры является выбор закона управления, закона преобразования естественного
хода событий в множество траекторий достижения цели. А техническая система уже
представляет собой реальное воплощение этого закона в виде совокупности
агрегатов и устройств.
Т.е. по отношению к процедуре на основе чертежного
метода можно говорить о том, что решается обратная задача.
Рис. 2. Сравнение содержательной последовательности проектной процедуры
Предложенная постановка задачи проектирования,
эксплицирующая отмеченные выше тенденции позволяет получить более совершенную
процедуру с существенно более высокой степенью теоретической поддержки. Это
видно по следующим моментам.
1. В качестве начального момента используется
идеализированный облик, который в процедуре на основе чертежного метода
базируется на визуальных аналогиях, а при предлагаемой постановке задачи – на
более глубоких аналогиях в структурно-функциональной организации и управлении
[1, 2, 8].
2. Использование концептуальных методов
моделирования [5, 6] в качестве основных. Это позволяет обеспечить модельное
сопровождение проектирования современных сложных систем, когда графические
методы не дают отображения связи ее
устройства и функционирования.
3. Использование современной теории управления в
качестве общей платформы, связывающей частные методы описания отдельных
аспектов функционирования проектируемой системы.
Литература
1.
Богданов А.А. Тектология (Всеобщая организационная наука). – М.: Финансы,
2003.
2.
Винер Н. Кибернетика. – М.: Сов. Радио, 1958
3.
Дворянкин А.М., Половинкин А.И., Соболев А.Н. Методы синтеза технических
решений. – М.: Наука, 1977
4.
Джонс Дж. К. Методы проектирования. – М.: Мир, 1986
5.
Никаноров С.П., Никитина Н.К., Теслинов А.Г. Введение в
концептуальное проектирование АСУ: Анализ и синтез структур. – М.: РВСН, 1995
6.
Никаноров С.П. Концептуальные методы. /«Проблемы и решения»
Научно-практический сборник. № 12 (2001) - М.: Концепт, 2001, стр. 118-127
7.
Новиков Б.К. Основы теории принятия решений при проектировании. – М.:
Из-во МГТУ, 1992
8.
Сетров М.И. Основы функциональной теории
организации. - Л.: “Наука”, Лен.отд., 1972
9.
Bertalanffy L.
Von. General System Theory (Foundation, Development, Application), G.
Brazillier, n. y., 1973
10.
Ehrlenspiel K.
Kostengünstig Konstruieren. Springer, Berlin-Heidelberg, 1985
11.
Eversheim W. Organization
in der Produktionstechnik. Bd.2, VDI Verlag, Düsseldorf, 1990