10 класс, Технология

Проектирование

 В широком смысле, проектирование – это  составление первичного описания, которое позволяет  создавать ещё не существующий объект для  определённых заданных условий.  С латинского языка  слово «projectus» и переводится как «брошенный  вперёд». Для описания, которое можно в будущем  воплотить в виде реального объекта, используют  текстовые записи, расчёты, чертежи, таблицы, а для  выражения условной последовательности действий  применяют алгоритмы. В целом, после проведённой  детализации, расчётов, дополнений и оптимизации  описание объекта становится основой для воплощения  идеи в жизнь.

 Работа с объектом, который до его создания ещё не  имеет материального выражения (не существует),  принципиально отличает проектирование от  моделирования. С точки зрения этапности,  проектирование может быть как финальной фазой стадии  исследования, так и начальной фазой стадии  производства (строительства). Но современное  проектирование ­ процесс многообразный и  многоплановый, имеющий свою специфику и правила в  каждой отдельной отрасли: начиная с проектирования  систем управления и заканчивая проектированием в  строительстве. И, поскольку развитие отраслей меняет  условия рабочих процессов, правила проектной  деятельности тоже со временем претерпевают изменения.

Проектирование как основа  формирования любой деятельности

 Всякое инженерное проектирование берёт  начало в выраженной общественной  потребности, направленной на необходимость  возникновения тех или иных технических  объектов. К таким объектам относятся  результаты строительной деятельности,  промышленные изделия, программное  обеспечение, процессы и др. И первым этапом  любого проектирования становится выражение  этой потребности в виде технического задания  или разработки технического предложения.

 Чаще всего техническое задание фигурирует в виде  документа (или документов), представляя собой  исходное первичное описание объекта. На выходе  авторы получают итоговый комплект документации,  в котором содержатся сведения, достаточные для  изготовления объекта в тех или иных условиях. В  узком смысле слова, такую документацию,  представляющую собой окончательное описание, и  называют проектом. Поэтому часто современное  проектирование и описывают как процесс перехода  исходного описания объекта в итоговое путём  выполнения комплекса исследовательских,  расчётных и конструкторских работ.

 Такой процесс преобразования обуславливает  возникновение ряда промежуточных описаний,  каждое из которых подводит некие итоги решения  этапных задач. В некоторых моделях проектирования  (например, при итерационных подходах) такие  промежуточные итоги зачастую становятся основой  при обсуждении вопросов о необходимости  продолжения проектирования и о направлениях  развития процесса в случае одобрения  промежуточных результатов. В других моделях  (например, в классической поэтапной модели  проектирования в строительстве) промежуточные  описания (эскизных проект, инженерные изыскания и  др.) становятся обязательной вехой в создании  полного пакета документации.

Как часть инженерной деятельности современное  проектирование имеет ряд особенностей, которые  отражают содержание этого процесса. Итерационная особенность проектирования.  Объект проектирования до его воплощения  рассматривается в виртуальном (идеальном, знаковом)  контексте. До того, как он будет осуществлён, нет  возможности создать исчерпывающее описание,  поэтому неизбежны исправления и уточнения, что  предполагает итерационный характер работы над  проектом. С завершением каждого итерационного  витка описание становится полнее и точнее.

Коллективный характер.  Проектирование сложных технических объектов и объектов  строительства требует привлечения специалистов множества  специальностей. Так один из самых перспективных и  быстроразвивающихся подходов к строительному проектированию –  3D BIM(Информационное объёмное моделирование) – в качестве  важнейшего преимущества содержит возможность различных  специалистов взаимодействовать в режиме реального времени с  обеспечением согласованности и безошибочности действий. Тем не  менее, особенно сложные инновационные объекты с малым  количеством типовых элементов создаются долго даже с учётом  синхронизированной и настроенной работы коллектива  специалистов. Так, например, проектным временем создания  двигателя самолёта называют период в 8­9 лет. Столько же  отводится на создание современного комплекса электронного  оборудования.

Типизация и унификация.  Типизации подвергаются как проектные решения, так и средства  проектирования. Многовариантность решений.  Разнообразие решений обуславливает жёсткая конкуренция в  условиях глобализации. Поиск новых привлекательных и  конкурентных проектных решений рождает многовариантность. Многовариантность методов.  Существуют не только различные проектные задачи, но и разные  методики, технологии и алгоритмы для решения каждой из них.  Отдельные методы имеют ограничения по условиям применения и  по степени точности в обеспечении процессов. Реализацию разных  методов помогает осуществлять вариативный поход в выборе  информационного и программного обеспечения.

По тому, используется или не используется в процессе  осуществления проектной деятельности специализированное  программное обеспечение и ручной труд, выделяют:      автоматизированное проектирование, основанное на  взаимодействии ЭВМ и человека,      автоматическое проектирование, выполняемое на  промежуточных этапах без участия человека,      ручное. Подавляющее большинство проектов пока осуществляется по  автоматизированному типу, а автоматическое проектирование  применимо к относительно несложным объектам. Но и в этом  соотношении доля участия компьютера постоянно растёт.

Подходы к проектированию

Основные принципы и идеи проектирования  выражены в системном подходе, для которого  характерно рассмотрение частей сложной системы  или явления в условиях их взаимодействия. Для  этого выявляется структура объектной системы,  типизируются связи, определяются атрибуты и  анализируется влияние внешней среды. Решение  этих задач в рамках воплощения системного  подхода выливается в создание дисциплин  различного уровня обобщения. Так, «Теория  систем», например, исследует проектирование  сложных и чаще слабо структурированных  экономических, социальных систем.

В технике сложные технические системы исследуются  в рамках дисциплины «Системотехники», которая  аналогична теории систем. Помимо процесса создания и  эксплуатации технической системы, дисциплина изучает  принципы и методы её проектирования. Для этого важно  чётко сформулировать системные цели и с этой точки  зрения организовать рассмотрение системы. Это  позволяет отказаться при проектировании от  малозначимых элементов и частей, сосредоточившись на  оптимизационных задачах. Конкретизация и интерпретация исходных идей  системного подхода находит своё отражение в других  производных подходах к проектированию:

Структурный подход. Он предполагает синтез  вариантов системы из блоков­компонентов. При  частичном переборе компонентов можно  предварительно спрогнозировать их  характеристики. Объектно­ориентированный подход. При этом  подходе вносится большая структурная  определённость, связанная с распределением  данных между классами объектов. Кроме того,  благодаря иерархии и отношениям наследования  уменьшается объём спецификаций и снижается  вероятность искажения данных.

Блочно­иерархический подход. Сущность такого подхода  к проектированию в том, что на первой стадии объект  рассматривается как закрытый «чёрный ящик»,  внутренняя структура которого неизвестна. Затем  постепенно, уровень за уровнем, начиная с первого, объект  детализируется, устанавливается связь между блоками.  Первыми, соответственно, детализируются блоки 1­го  уровня, после чего появляются и детализируются блоки  уровня № 2 и так – вплоть до получения блоков нижнего  уровня с достаточно простой и прозрачной структурой.  При таком подходе различные специалисты могут  занимать работой над отдельными блоками, но сложность  в том, что последующая стыковка решений может создать  затруднения (в том числе – и из­за виртуальной природы  проектируемых объектов). В целом подход предполагает  декомпозицию сложных описаний.

В социальном проектировании все подходы к процессу принято  разделять по критериям их ориентированности на 3 типа:      с ориентацией на объект (объектно­ориентированные),      с ориентацией на субъект (субъектно­ориентированные),      с ориентацией на проблему (проблемно­ориентированные). Необходимость увеличивать скорость реализации проектной  стадии работ обуславливает появление новых подходов к  проектированию.

Методы  проектирования  Для многих областей  деятельности трудно  адекватно представить  проблему проектирования в  качестве задачи формального  выбора лучшего и наиболее  эффективного варианта как  однозначного математического  выражения оптимальности.  Поэтому разнообразные  методы проектирования  выбираются в зависимости от  конкретных условий и  дополняют друг друга,  приобретая специфические  черты в различных областях  деятельности.

Графический метод. К нему применимы законы начертательной  геометрии, согласно которым объект  изображается на плоскости. Все мысли, идеи,  образы и сравнения, анализ и изучение задания на  проектирование, детальная техническая  разработка сопровождаются графическим  изложением в виде схем, таблиц, эскизов,  чертежей, графиков, текстов. На каждой ступени  процесса преобладают свои специфические  приёмы.

Достоинства метода в том, что он отвечает  условиям процесса проектирования всех  элементов различных объектов, не требует  сложного инструмента и оборудования, легко  справляется с разным масштабом и  детализацией, а результаты проектирования  графическим методом одинаково понятны  любому технически подготовленному  грамотному специалисту. Это и сделало данный  метод международным языком проектной  деятельности. Другие методы тоже не обходятся  без графических изображений, поэтому данный  метод считается опорным или основным.

Модельно­макетный метод. Модельно­макетный метод. В основе метода лежит процедура  компоновки объёмных моделей и их элементов непосредственно в  пространстве. При наличии набора унифицированных условных  модельных элементов, а также моделей оборудования и  конструкций можно рассмотреть множество вариантов  компоновок, чтобы выбрать лучшую. Применение метода  ограничено разнообразием составляющих макетиков, которая  есть в распоряжении проектировщика, но в серьёзных проектных  организациях разнообразие элементов постоянно растёт, а при  наличии 3­Д принтеров внедрение метода в повсеместную  проектную практику – вопрос скорого времени. Практическая  ценность и важность этого метода состоит ещё и в том, что идея  моделирования как основы научного эксперимента становится  при создании модели частью проектирования.

Макетно­графический метод. Как способ сочетания композиционного  мышления, графического мастерства и  масштабного моделирования объёмов этот  комплексный метод в наибольшей степени  отвечает существу процесса проектирования,  особенно когда речь идёт об архитектурном  проектировании промышленных предприятий.  С  его помощью проектирование осуществляется на  всех ступенях, начиная с идеи сооружения и  заканчивая созданием рабочих макетов  генеральных планов.

Макетно­графический метод и сам активно  развивается как универсальный метод, и служит  основой для отдельных ответвлений в  проектировании – например, фото­ и  кинопроектирования. С помощью современной  техники с многочисленных реальных точек  зрения имитируется натурное движение людей в  пространстве будущего объекта. При грамотном  применении это позволяет создавать наиболее  совершенные композиции, что, в свою очередь,  снижает вероятность композиционных ошибок,  допускаемых при переходе проекта к натуре.

Автоматизированный метод  (с применением электронной техники). Метод позволяет справляться со всем объёмом  информации, который нужно безошибочно и  быстро переработать во время проектирования.  Предыдущие методы, основанные в первую  очередь на труде человека, имеют объективные  ограничения, которые помогает преодолеть  применение автоматизированной и электронной  техники.

Проекты, созданные с применение этого  метода, отличаются оптимизацией в задаче  синтезирования строительных, технических,  социальных, эстетических, научных сторон  проекта. Пока наиболее проблемным этапом в  применении данного метода становится этап  поиска идеи как художественно­инженерного и  эмоционально­философского высказывания. При всей технической сложности в  обеспечении автоматизированного метода он и  макетно­графический метод относятся к двум  самым быстроразвивающимся методам  проектирования.

Структура проектирования

Проектирование делится на процедуры, этапы и стадии. Проектирование сложных  объектов включает стадии:  научно­исследовательских работ,  опытно­конструкторских работ,  технического проекта,  рабочего проекта,  стадию испытания опытного образца. Первая стадия зачастую делится на стадии предпроектных исследований, технического  предложения и технического задания. Содержание деятельности на этих стадиях сводится  к:  последовательному изучению потребности общества в новых изделиях с заданным  целевым назначением,  исследованиям физических, конструктивных, технологических и информационных  принципов создания изделий,  прогнозированию возможных характеристик объектов и их параметров.

Результатом научно­исследовательских работ  становится техническое задание на разработку  будущего объекта. На стадии опытно­ конструкторских работ создаётся эскизный проект  изделия, а также конкретизируются, проверяются и  корректируются принципы, установленные на  предыдущей стадии. Стадии технического проекта  «отвечает» за детальные технические решения. А  стадия рабочего проекта – за полный (достаточный  для изготовления) комплект конструкторской и  технологической документации. На завершающей  стадии испытания опытного образца по результатам  испытания выявляются ошибки проекта и  принимаются меры по устранению недоработок.

Как правило, за проектирование отвечают  специализированные проектные организации. Так  в строительстве классической считается модель,  при которой заказчик обращается к проектной  компании и та, после согласования с заказчиком  общего концепта и получения технического  задания с исходными данными, вступает в  многоэтапный проектный процесс.

При некоторых видах договора подряда функцию  взаимодействия с проектными организациями берёт  на себя генеральный подрядчик. Международные  стандарты инжиниринга предусматривают  несколько вариантов, среди которых самые  распространённые соглашения – это договоры в  стандарте EPC (Engineering Procurement  Construction) и в стандарте EPCM (+Management). В  первом случае контракт предоставляет заказчику  услуги по проектированию (а также по закупке  оборудования и строительству) «под ключ». Во  втором случае, контракт занимается менеджментом  этих процессов (в том числе, и менеджментом  проектирования).

Различают нисходящее проектирование  (сверху вниз), при котором задачи более высоких  иерархических уровней решаются первыми, и  восходящее проектирование (снизу вверх), при  котором наблюдается обратная  последовательность – от задач нижестоящих в  иерархии структур. В сложных системах  функциональное проектирование чаще всего  носит нисходящий характер, а конструкторское  проектирование – восходящий.