Тема 5 Методы проектирования

Тема 5 Методы проектирования

Следующим этапом дизайн проектирования выступает определения метода проектирования.

Метод (от греч. methodos — путь исследования, познания, теория, учение) — совокупность приемов или операций практического или теоретического освоения действительности, подчиненных решению конкретной задачи.

Метод— это прием или способ действия с целью достижения желаемого результата.

Основной метод дизайна — это художественно-образное моделиро­вание объекта посредством композиционного формообразования. Оно базируется на результатах анализа утилитарных и эстетических запросов и предпочтений определенных групп потребителей с учетом ситуации и среды использования и восприятия объекта, а также ана­лиза всех прогнозируемых функций объекта.

Сегодня дизайн — это комплексная междисциплинарная проектно­художественная деятельность, интегрирующая естественнонаучные, технические, гуманитарные злания с инженерным и художествен­ным мышлением, направленная на создание предметного мира в на­иболее современном его понимании.

Дизайн не только проектирует новые товары — он служит гармо­низации и эстетизации материальной культуры, формируя прототип новой предметной среды человеческого обитания. Одна из целей ди­зайна — синтез красоты и пользы.

Современные дизайнеры выработали свой негласный «кодекс че­сти», который звучит примерно так:

Десять правил хорошего дизайна:

· хороший дизайн — инновационный;

· хороший дизайн делает изделие более полезным;

· хороший дизайн — эстетичный;

· хороший дизайн — незаметный;

· хороший дизайн делает изделие легко понятным;

· хороший дизайн — честный;

· хороший дизайн — долговечный;

· хороший дизайн последователен, вплоть до малейших деталей;

· хороший дизайн экологичен;

· хороший дизайн - это, по возможности, минимум дизайна.

 

В дизайнерском творчестве метод представляет собой совокупность приемов, способов, целесообразных действий, поправленных на упорядочение проектного процесса. Метод отражает повторяемость приемов и путей дизайнерской деятельности, в последствии становятся закономерности создания проектной модели правилами работы дизайнера.

Его выбор зависит не только от вида решаемой задачи, но и индивидуальных черт разработчика (его характера, организации мышления, склонности к риску, способности принимать решения и нести за них ответственность и т. п.), условий его труда и оснащенности средствами оргтехники.

Применение метода проектирования позволяет найти то или иное решение и, в итоге, выбрать окончательное. В настоящее время известно множество методов, как универсальных, так и предназначенных для решения узкого круга задач.

В зависимости от объёма и вида сведений о решаемой задаче методы проектирования можно подразделить на эвристические, экспериментальные и формализованные.

Эвристические методы оперируют понятиями и категориями (абстрактными, отвлеченными, конкретными). Формализованные— конкретными параметрами или их группами. Экспериментальные— физическими объектами и их характеристиками.

Обычно задачи с полностью формализованным решением перестают интересовать человека, их относят к разряду рутинных.

Поскольку экспериментальные и формализованные методы используются человеком, то в них в той или иной степени присутствует элемент эвристики. Человек может, как усиливать эффективность решения благодаря творческому началу, так и вносить ошибки и искажать результаты (осознанно или неосознанно) в силу субъективности.

Эвристические методы

Эвристические методы основаны на подсознательном мышлении, не допускают алгоритмизации и характеризуются неосознанным (интуитивным) способом действий для достижения осознанных целей. Эвристические методы ещё называют методами инженерного (изобретательного) творчества.

Сейчас практически во всех преуспевающих фирмах, занятых созданием материальной и нематериальной (программы, методики) продукции, поиск новых идей и решений ведется с помощью тех или иных эвристических методов. А для современного инженера знание этих методов становится столь же необходимым, как и умение писать и читать. Даже журналисты, художники, бизнесмены и представители других профессий, кто остро нуждается в оригинальных идеях, активно используют такие методы.

Эвристические методы медленно, но постоянно совершенствуются и развиваются: от общих рекомендаций — к последовательности действий, далее — к алгоритмизованным методам и, наконец, к созданию искусственного интеллекта.

Краткое описание основных групп эвристических методов и наиболее характерных их представителей.

Метод декомпозиции

Пример иерархической структуры (блок-схема)

Любую исследуемую систему можно рассматривать как сложную, состоящую из отдельных взаимосвязанных подсистем, которые, в свою очередь, также могут быть расчленены на части. Такой процесс расчленения системы называется декомпозицией. В качестве систем могут выступать не только материальные объекты, но и процессы, явления и понятия.

Метод декомпозиции позволяет разложить сложную задачу на ряд простых, но взаимосвязанных задач, представить её в виде иерархической структуры.

Упрощенное графическое представление иерархической структуры может быть изображено в виде ветвящейся блок-схемы, на подобие представленной на рисунке.

Здесь на нулевом уровне располагается исходная система С₁, на следующих уровнях — её подсистемы (число уровней и количество подсистем, показанных на рисунке, выбрано произвольно). С целью получения более полного представления о системе и её связях в структуру включают надсистему и составляющие её части (системы нулевого уровня, например, вторая система С₂).

В процессе проектирования декомпозиция неразрывно связана с последующей композицией, то есть сборкой и увязкой отдельных частей (подсистем) в единую систему с проверкой на реализуемость в целом, совместимость (особенно подсистем, принадлежащих разным ветвям) и согласованность параметров (восходящее проектирование). В процессе согласования может возникать потребность в новой, корректирующей декомпозиции.

Методы декомпозиции и последовательных приближений очень распространены, причем часто те, кто применяет их, даже не воспринимают их как методы. Очень эффективным является совместное использование этих методов.

Метод контрольных вопросов

Суть метода контрольных вопросов заключается в ответе на специально подобранные по содержанию и определенным образом расставленные наводящие вопросы.

Вдумчиво и, по возможности, полно отвечая на них, фиксируя основные положения ответов, например, на бумаге в виде ключевых слов, схем и эскизов, удается всесторонне представить решаемую задачу, отыскать новые пути её решения

Контрольные вопросы, с одной стороны, подобны консультанту, в ненавязчивой форме предлагающему попробовать те или иные подходы и пути решения проблемы, а с другой стороны, позволяют спокойно и не спеша поразмышлять в одиночестве. В составлении и группировании вопросов участвуют и психологи.

Метод контрольных вопросов широко применяется в процессе обучения как способ развития мышления. Этот метод служит основой для ведения диалога с компьютером при работе с интеллектуальными программными комплексами: здесь сочетается использование обширной информационной базы и иерархического представления множества вопросов.

Например, при анализе известного решения с целью его улучшения рекомендуют задавать себе следующие вопросы:

• Почему так или такое? А как ещё иначе? (применительно к назначению узлов и деталей, их частей и форм, к последовательности выполнения действий и т. д.).
• Зачем это нужно?
• Что произойдет, если этого не будет?
• И другие.

Применительно к проектированию варианты метода были предложены А.Осборном (1964 г., США) и Т.Эйлоартом (1969 г., США).

Метод синектики

На основе метода мозговой атаки разработан ряд других методов, среди которых наиболее известен метод синектики. Его существенной чертой является значительное задействование возможностей подсознания.

В условиях применения метода синектики избегают преждевременной четкой формулировки проблемы (творческой задачи), так как это нейтрализует дальнейший поиск решения. Обсуждение начинают не с самой задачи (проблемы), а с анализа некоторых общих признаков, которые как бы вводят в ситуацию постановки проблемы, неоднократно уточняя её смысл. Активно применяют прямую, личную, фантастическую и символическую аналогии.

Метод агрегатирования

Художественное конструирование, осно­ванное на том, что изделие рассмат­ривается как конструкция, расчленен­ная на самостоятельные узлы, сочета­ния которых могут выполнять одну функцию или, при перекомпоновке, менять рабочие функции. При этом трансформируется форма, изменяется объёмно-пространственная структура изделия. Агрегатные узлы ' остаются прежними, изменяется лишь их поло­жение в пространстве. При агрегатировании внимание дизайнера сосредоточено прежде всего на отработке отдель­ных агрегатных узлов, хотя при этом он всегда должен иметь в виду весь набор необходимых структур целых изделий. Корпус изделия, например станка, рассматривается как функцио­нирующая форма. Внешняя форма и внутренняя структура (конструкция) оказываются фактически одним и тем же, функциональный и композиционный аспекты проектирования сливаются а единый функционально-композицион­ный подход.

Метод ассоциации

Способ формирования проектной идеи на основе сравнения далеких друг от друга явлений, предметов, качеств. Ассоциации различаются по сход­ству, контрасту и смежности. Ассоциа­тивные образы, взятые из фонда памя­ти человека или машины, связываются, сопоставляются между собой в соот­ветствии с задачами и логикой проек­тируемой системы. Целевая взаимо­связь образных характеристик различ­ных объектов делает метод ассоциации основой продуктивной проектно-преобразоваельной деятельности, приводит к от­крытию новых отношений в проекти­руемой модели.

Метод «вживания в роль»

Осмысление задач проектирования с учетом прогнозируемой реакции по­требителя. Строя модель потребителя, автор проекта должен понимать ре­зультат проектирования не просто как программирование духовно-практиче­ского поведения людей, но как двухсто­роннюю коммуникацию изделия или среды с равноправным адресатом художественного сообщения. Возможны два основных направ­ления взаимодействия потребителя с окружением и объектом дизайна, ко­торые формируются в процессе ак­тивного восприятия, выбора и оценки вещи. Первое обеспечивает челове­ку сохранение и, возможно, закрепле­ние уже выработанного им индивиду­ального стиля деятельности в пред­метной среде и ее эмоционального отражения. Второе обеспечивает из­менение в стиле индивидуальной деятельности в среде и формирова­ние новых типов эмоционального и эстетического к ней отношения. Как правило, второе направление опре­деляет более высокий созидательный порядок психологических структур деятельности, чем первое. Дизайнер, создавая новые вещи, закрепляет на новом уровне традици­онные или строит новые формы орга­низации предметной среды. Фактиче­ски происходят два процесса: преоб­разование мира дизайнером и изме­нение мира потребителем. Поэтому продуктивный диалог между дизайне­ром и потребителем происходит толь­ко при общности их направления.

Проективография

Метод проектно-графической деятельности «построения различных вещей» на базе компьютерной техники, развивающий существующие учения «о фигурах, пропорциях и отображениях» (в частности, начертательную геометрию).Проективография — наукоемкий инструмент для достижения целей гармонизации в формотворчестве, в работе дизайнера, архитектора, инженера. Проективография сообщает творческой работе некоторое новое качество научного мышления, которое дается только спе­циальными «проективными» методами преобразований в сочетании с при­влечением комбинаторного мышления на основе перебора и изучения всех возможных перестановок простран­ственных элементов. Переход из трех­мерного пространства в двухмерное, отображение на особым образом упорядоченном поле чертежа, даю­щее специфические метрические эф­фекты, является ключом расшифровки проектографических отображений, в «памяти» которых удерживаются мно­говариантные пространственные пла­стические решения формообразова­ния.

Творческий метод

Закономер­ности создания художественных обра­зов среды, структура организации про­фессионального мышления. В отличие от стиля воплощает закономерности построения самих архитектурных и средовых объектов и с этих позиций метод и стиль соотносятся как путь исканий и их итог. Творческий метод может быть авторским, принадлежать группе авто­ров, определенному времени, направ­лению и т.д.

Метод «синектики»

Проектная деятельность, сознательно использующая разного рода механизмы творчества, в основном различные типы аналогий, для целенаправленного ориентирования спонтанной активности мозга и нервной системы. Творческая активность в методе «синектики» вызывается внутренними причинами или пробуждениями, основанными на необходимости самодвижения и самовыражения мысли или идеи, и возникает без внешних воздействий, самопроизвольно.

Футурология (в дизайне)

Твор­ческий метод, ориентированный на прогноз и поисковое проектирование с изображением свойств будущих объектов на языке зрительных образов. Аналогом работ по футурологии является понятие теории изобретательства «идеальный конечный результат», при формулировании которого условно снимаются любые ограничения техни­ческого или экономического порядка, а вопрос, как достичь этого результата, решается позже. При этом чем на более отдаленное будущее ориенти­рована разработка, тем менее эф­фективными становятся строго логичес­кие методы работы, уступая место общекультурным соображениям и ин­туиции специалиста. Дизайнерская Ф. не только прог­нозирует реализуемые впоследствии формы и пути развития нашего предметно-пространственного окружения, но и необходима самому дизайну в качестве стимулятора и катализатора свежих проектных идей, так как отка­зываясь от проектирования «по прото­типам», провоцирует и совершенству­ет неординарность мышления, умение ставить проблемы и моделировать любые ситуации. Жанры и виды дизайнерской футурологии — проекты утопии и антиутопии, проекты-предостережения, гипотезы, альтерна­тивы, проекты-шутки и карикатуры как отдельных вещей и фрагментов среды, так и концепции жизнедеятельности. Предметом футурологических исследо­ваний может стать техническая воз­можность, свойства вещи, потребитель­ские требования, структурно-морфоло­гические характеристики, эксперимен­ты в области формы, стиля, образа. Богатейшие возможности метода, как в сфере дизайнерского прогноза, так и в сфере художественных воз­можностей визуализации проекта, по­родили подлинный бум этого направ­ления в 1960—1970-е годы (Футуродизайн, Бумажная архитектура).

«Штучный метод»

Дизайнер­ское проектирование отдельных вещей или их небольших комплексов с целью создания уникальных объектов, образ­цов или разработки новых процессов. Проектная концепция и художест­венный принцип деятельности дизай­нера в этом случае не всегда форму­лируются методически и не оформля­ются документально, однако это не означает, что их нет. Они явно или подспудно вынашиваются дизайнером фактически с момента получения за­каза и до формирования предложения, находя свое определенное вербаль­ное или визуальное выражение в тех­ническом задании, в предпроектном анализе, в эскизном предложении и других проектных материалах. «Штучный» объект дизайнер раз­рабатывает в одиночку или с неболь­шим коллективом единомышленников, который решает проблемы координации действий и организации работ в непосредственном общении его членов.

«Ликвидация тупиковых ситуаций»

Метод расширения об­ласти творческого поиска или выбора новых направлений решения проект­ной задачи в случае, если очевидная область не дала приемлемого резуль­тата. При «Ликвидация тупиковых ситуаций» проектировщик ори­ентируется на те участки простран­ства поиска, которые первоначально были исключены на основании оши­бочных или утративших силу предпо­ложений о приемлемости возможных решений. При этом предполагается: использовать приемы уменьшения пси­хологической инерции мышления и упорядочения перебора вариантов решения (например, метод контрольных «наводящих» вопросов); вести поиск новых взаимосвязей между частями имеющегося неудовлетворительного решения; переоценивать проектную ситуацию заменой слов, характеризую­щих затруднение, их синонимами; при­нимать условия, что проблема решена, и идти от последствий вновь к основ­ной структуре; использовать методы аналогий; использовать случайности как подсказку для решения творчес­кой задачи; делать «дикие», произволь­ные предложения; принимать правдо­подобное, но заведомо неправильное решение и предлагать специалистам раскритиковать его; принимать невозможное решение и анализировать его; предлагать за ограниченное вре­мя как можно больше решений (при «мозговой атаке») и т.д.

Коллективный поиск идей

Метод решения актуальных проблем путем использования совместной ра­боты группы специалистов; эффектив­ная форма изобретательства, рацио­нализаторства, проектирования. Коллективный поиск идей предполагает целенаправ­ленный, систематический сбор и обоб­щение сведений об основных аспек­тах проектной проблемы и поиск ее решения с учетом реальных требова­ний, изначально сформулированных в виде постановки проблемы, принци­пиального обзора важнейшей инфор­мации о ней, указания возможных на­правлений поиска и связанных с ними частных подзадачах. Формы коллективного поиска идей— проектный семинар, «мозговая атака» и др.

Комбинаторика

Метод формообразования в дизайне, основанный на применении закономерностей разновариантного изменения пространственных конструктивных, функциональных и графических структур объекта, а также на способах проектирования объектов дизайна из типизированных элементов. Специфика комбинаторики близка к природно­му формообразованию, дает возможность многократно и по разному ис­пользовать элементы дизайн-конструкций и имеет прямое отношение к унифицированному массовому производству. Благодаря комбинаторике мир окружающих нас форм не только бесконечно раз­нообразен, но и экономно устроен, т.к. многие из них есть производное от сочетаний одних и тех же элементов. Комбинаторика - это механизм, порождающий по определенным правилам богатство форм с заданными свойствами. Как сказал Л. Салливан: «Три элементарные формы, а именно столб, перекладина и арка... всего лишь три буквы, из которых разрослось Искусство Архитектуры - язык настолько великий и превосходный, что человек из поколе­ния в поколение выражает с его по­мощью меняющийся поток мыслей». Нынешнее время существенно обога­тило этот условный «алфавит», особен­но в дизайне, но «правила» самого языка (законы К.) - порядок измене­ния качества, количества и условий позиционирования исходных элементов (морфотипов) - сохранились.В дизайнерском творчестве комбинаторику можно условно разделить на два на­правления - функционально-со­держательное (собирающее из оди­накового набора разных деталей ин­дивидуальные приборы и изделия — мебельные гарнитуры, кухонные ком­байны и т.д.) и формально-образ­ное, использующее возможности К. для обогащения облика дизайн-объек­та за счет вариаций цвета, группиров­ки, орнаментации элементов целого, например, в графическом дизайне.

Метод «дельфы» (дельфийская техника)

Индивидуальное анкетирование мнений экспертов с целью выявления преобладающего суждения специалистов, исключающее прямые дебаты и позволяющее экспертам оценивать свои суждения с учетом ответов и доводов коллег. Метод «дельфы» реализует через обратные связи мнений системный подход к коллективному мышлению, «снимая» случайные влияния психологических факторов. Используется при сборе уникальных данных, затрагивающих профессиональные проблемы, при экспертизе, определении приоритетов и других действиях, требующих специальной квалификации.

Методы конструирования

Приведенные выше эвристические методы позволяют найти оригинальные или неожиданные идею, техническое решение, образ объекта. Однако на практике такое требуется примерно в 10 % решаемых задач, когда важны существенные прорыв в новое или отрыв от конкурентов. Чаще необходимо усовершенствовать уже известное решение. Это объясняется тем, что инженерное решение всегда должно увязываться с его практической реализуемостью, с возможностью «воплощения в металле», то есть быть, прежде всего, технологичным, экономичным и не требовать длительных по времени работ. А потому новое решение обычно получают путем постепенного внесения малых изменений в прежнюю, уже существующую конструкцию, используя разные методы и подходы, условно называемые методами конструирования.

К методам конструирования относятся методы на основе преемственности, унификации, агрегатирования, модификации, стандартизации, инверсии и другие. По своему характеру эти методы являются эвристическими.

Конструктивная преемственность — это постепенное совершенствование конструкции путем введения в неё отдельных новых или дополнительных деталей, узлов, агрегатов взамен морально устаревших и неудовлетворяющих современным требованиям, либо с целью изменения прежних характеристик изделия. Метод основан на совершенствовании уже существующей конструкции. Он включает следующие этапы:

• составление списка новых требований к конструкции и его анализ,
• выявление в конструкции частей, препятствующих удовлетворению этих требований,
• поиск путей по усовершенствованию данных частей или поиск вариантов для их замены.

Метод широко использует основные эвристические методы. Так, для поиска слабых мест в конструкции эффективно применять метод иерархической декомпозиции, расчленяя изделие на как можно более простые или элементарные части и отыскивая те, с которыми связана неудовлетворительная работа всего изделия. Чем элементарнее будет заменяемая часть, тем проще и быстрее будет создана более совершенная конструкция: меньше времени уйдет на разработку, не понадобится существенно переналаживать технологический процесс. При этом необходимо выполнять проверку на состыковку новой части с остальными частями изделия (по геометрическим размерам и формам сопрягаемых поверхностей, усилиям взаимодействия и передаваемой мощности и другим входным и выходным параметрам) и обращать внимание на то, чтобы согласование размеров, создание специальных условий и т. д. не усложняло технологию изготовления и сборки соседних взаимодействующих частей.

Метод стандартизации — создание конструкции и её последующее совершенствование на основе применения стандартных деталей и узлов, элементов со стандартными параметрами. Это позволяет, не смотря на сложность стандартных элементов, использовать уже разработанную техническую документацию и, возможно, покупные части (например, асинхронный электродвигатель, подшипник качения), применять типовые технологические операции и оборудование, упрощает обслуживание и ремонт.

Метод унификации — устранения излишнего многообразия посредством сокращения перечня допустимых элементов и решений, приведения их к однотипности, многократное применение в конструкции одних и тех же деталей, узлов, форм поверхностей. Унификация позволяет повысить серийность операций и выпуска изделий и, как следствие, удешевить производство, сократить время на его подготовку.

Метод базового агрегата — выпуск разнообразных изделий, объединенных наличием у них общей, базовой части (агрегата). Обычно таким агрегатом является наиболее сложная часть будущих изделий. Разработка базового агрегата ведется с таким учётом, чтобы, присоединяя к нему дополнительные части, можно было достаточно просто и быстро создавать изделия с измененными внешним видом, числом выполняемых функций, характеристиками. Метод базируется на унификации форм и параметров состыковочных поверхностей, согласованности величин мощности и основных входных и выходных параметров.

Метод модификации — переделка изделия с целью его приспособления к новым требования, условиям работы, технологическому процессу (способу изготовления и сборки) без изменения в нём наиболее дорогих и ответственных частей. Часто основывается на замене материалов или изменении их механических или химических свойств, либо замене одних частей на другие.

Метод инверсии — создание новой конструкции на основе изменения функций, форм или положения частей существующего изделия. Например, пружину растяжения заменить пружиной сжатия, выпуклую поверхность сделать вогнутой.

Экспериментальные методы

Экспериментальные методы основаны на использовании реальных объектов и физических (химических, социальных и т. д.) моделей. Несмотря на сложность, только они позволяют получить наиболее достоверные и надежные исходные данные и результаты решений, служат основой для разработки других методов и моделей. Однако степень объективности результатов исследований зависит от грамотности постановки и проведения эксперимента и обработки его результатов.

Планирование эксперимента

При проведении экспериментальных исследований всегда стремятся к сокращению их сроков и затрат, а также — к получению результатов с требуемой точностью. Для этих целей разработаны и широко применяют (а в некоторых случаях — в обязательном порядке) математические методы планирования эксперимента и обработки экспериментальных данных.

Методы планирования эксперимента позволяют минимизировать число необходимых испытаний, установить рациональный порядок и условия проведения исследований в зависимости от их вида и требуемой точности результатов. Если же по каким-либо причинам число испытаний уже ограничено, то методы дают оценку точности, с которой в этом случае будут получены результаты. Методы учитывают случайный характер рассеяния свойств испытываемых объектов и характеристик используемого оборудования. Они базируются на методах теории вероятности и математической статистики.

Машинный эксперимент

Использование математических моделей дает возможность заменить реальный эксперимент работой с компьютерными моделями. Такое исследование часто называют машинным экспериментом (это исторически сложившийся термин, появление которого связано с первоначальным названием компьютеров — ЭВМ).

Работа с компьютерной моделью, когда для пользователя скрыты зависимости между параметрами, исходные принципы и допущения, подобна исследованию «черного ящика», а поиск взаимосвязей между входными и выходными параметрами — подобно экспериментированию с физическими моделями. Эта схожесть позволяет применять к работе с программными комплексами методы экспериментальных исследований. Также следует учитывать:

• получаемые в процессе машинного эксперимента результаты могут иметь случайный разброс, вызываемый не только неустойчивой работой вычислительной системы, но и особенностями используемых численных методов (необходимость получения высокоточных результатов с числом значащих цифр, сопоставимых с длиной числа, обрабатываемого процессором, расчет вблизи особых точек при малой разности больших чисел, делении на число, близкое к нулю, и т. п.). Убедиться в достоверности результатов расчетов можно проверкой их на соответствие физическому смыслу или повторением расчетов на более совершенном компьютере;
• результаты расчета, не смотря на свою однозначность, в действительности имеют разброс, обусловленный случайным характером физических величин, используемых в качестве исходных данных. Так, если вводимые параметры известны с погрешностью 5…10 % (например, модуль упругости материала, его предел прочности), то и погрешность результатов расчетов (например, величин прогибов, напряжения) будет не меньше и не зависит от увеличения количества цифр в ответе.

Мысленный эксперимент

Мысленный эксперимент — это одна из разновидностей экспериментальных исследований, но проводимых мысленно, в воображении.

Задача мысленного эксперимента — быстрое получение качественного или оценочного результата. Достоверность получаемых таким образом суждений, прежде всего, зависит от практического опыта исследователя, его фантазии и аналитических способностей мышления.

Формализованные методы

Знание законов, лежащих в основе работы исследуемых объектов и процессов, позволяет использовать формализованные методы. Такие методы строятся на основе четких указаний посредством языка схем, математических формул, формально-логических отношений и алгоритмов. Главной их чертой является независимость получаемых результатов от индивидуальных черт человека.

Область применения формализованных методов постоянно расширяется. Это объясняется их следующими достоинствами:

• позволяют построить прогноз поведения изделия или процесса во времени и в пространстве;
• позволяют сравнительно быстро и дешево найти (рассчитать) несколько вариантов решений, что служит основой для выбора лучшего и, следовательно, конкурентоспособного изделия;
• позволяют определять параметры на ранних этапах проектных работ, когда вид создаваемых объектов или их макетов ещё точно не известен;
• позволяют поставить «чистый» эксперимент, то есть исследовать свойства и характеристики в зависимости от заданных параметров при отсутствии влияния (постоянстве) других параметров;
• обеспечивают психологический комфорт и снимают неопределенность и неуверенность в процессе решения задачи благодаря опыту и знаниям специалистов, создавших эти расчетные зависимости;
• позволяют автоматизировать деятельность.

С другой стороны, «объективность» формализованных методов ещё не гарантирует их полного соответствия действительности, поскольку точность результатов зависит от следующих факторов:

• присутствие в расчетах ошибок как субъективных, допускаемых человеком, так и являющихся результатом некачественной работы или сбоя в работе используемого устройства (компьютеров, измерительно-управляющих систем и т. п.);
• правильность выбора модели и метода, их адекватность и точность (субъективный фактор);
• полнота и достоверность исходной информации, корректность (точность) формулировок решаемой задачи.

Стоит отметить, что при решении задачи возможны два случая:

• известна точность, с которой должны быть получены результаты. Тогда точность исходных данных и используемых методов должна соответствовать данной точности и обеспечить её получение;
• известна точность исходных данных и используемого метода. Тогда точность результатов зависит от их точности и, как правило, не превысит наименьшей из их значений.

При расчете по инженерным зависимостям следует помнить о правиле «n%»:

Исходным данным всегда присуща погрешность. Перед проведением исследований или расчетов необходимо оценить максимальную погрешность данных, допустим, составляющую n%. Результаты расчетов и экспериментальных исследований, лежащие в пределах ±n% считаются тождественными.

В машиностроении по умолчанию принимают погрешность, равной 5 %. Снижение погрешности является сложной задачей и требует, в первую очередь, повышения точности знания свойств материалов (технологическая задача) и характеристик внешних нагрузок (экспериментальная задача).

Интересен случай, рассказанный ученым и кораблестроителем академиком А. Н. Крыловым (1863—1945)^[2].

Сотрудник его института выполнил расчеты одной из конструкций корабля с очень высокой точностью. А. Н. Крылов, узнав об этом, вместо благодарности велел посадить его, в назидание другим, на несколько суток под домашний арест за бесцельное разбазаривание рабочего времени на нахождение ничего не значащих цифр.

Методы поиска вариантов решений

Поиск различных вариантов решений является одной из важнейших задач проектирования: чем больше вариантов, тем лучше окончательное решение.

Чаще всего конкретные варианты находят для различных допустимых сочетаний параметров (аналитически или численно). Универсальным является метод полного перебора. Его применяют в ответственных случаях и если позволяют возможности (наличие вычислительной техники, достаточность времени).

При ограниченности ресурсов пользуются упрощенными методами (алгоритмами поиска):

• методы частичного (выборочного) перебора. Они подразделяются на детерминированные методы (выбор параметров в соответствии с некоторым законом) и методы случайного поиска. Важное требование — равномерное покрытие точками области допустимых параметров. В последнее время получили распространение псевдослучайные распределения, обладающие хорошей равномерностью распределения и удобством хранения в памяти компьютеров результатов вычислений;
• методы сокращения области поиска посредством анализа дополнительной информации, получаемой при расчете предыдущих вариантов — анализ тенденций изменения результатов (градиентные методы), выявление областей нерекомендуемых значений параметров.

Анализ решений, найденных методом случайного или псевдослучайного поиска, позволяет получить дополнительную информацию: можно установить степень взаимосвязанности параметров, рассчитав коэффициент корреляции. Если для рассматриваемой пары, например, показателей качества этот коэффициент близок к единице, то показатели линейно зависимы и отображают разными словами одно и то же качество. В таком случае один из них можно отбросить, не потеряв общности задачи, но понизив её размерность.

Формализованные методы — наиболее исследованная область человеческой деятельности. Они — основа создаваемых программ и автоматизации процедур.

Методы принятия решений

Перечислим основные методы принятия решений в задачах параметрической оптимизации, применяемые в процессе проектирования.

Однокритериальные задачи

Поиск решений в однокритериальных задачах (задачах скалярной оптимизации) зависит от вида математической модели и описывающих её выражений. Это могут быть следующие задачи оптимизации:

• поиска экстремума алгебраической функции-зависимости критерия от параметров системы К = ƒ(х). Для задачи с плавным изменением функции экстремум находится дифференцированием. Решение — конкретное численное значение;
• вариационного исчисления, если критерий описывается функционалом, то есть интегралом от выражения, зависящего от параметров, их функции и производных. Решение имеет вид функциональной зависимости (аналитического уравнения), например, уравнения формы поверхности равнопрочного вала, закона нагружения;
• линейного программирования, когда критерий и условия, накладываемые на решение задачи, являются линейными функциями параметров (равенства или неравенства). Решение — численное значение;
• нелинейного программирования;
• поиска вариантов решений методами полного или частичного перебора.

Кластеры. «Кластер» происходит от англий<