Как называется процесс создания проекта
Проектирование
Полезное
Смотреть что такое «Проектирование» в других словарях:
ПРОЕКТИРОВАНИЕ — ПРОЕКТИРОВАНИЕ (от лат. projectus брошенный вперед) один из основных (наряду с инженерной деятельностью) способов создания техники и других изделий и сооружений. Исторически проектирование возникает внутри сферы “изготовления” (домостроения,… … Философская энциклопедия
проектирование — Процесс разработки и выпуска проектной документации, необходимой для строительства объекта [Терминологический словарь по строительству на 12 языках (ВНИИИС Госстроя СССР)] проектирование (ITIL Service Design) Деятельность или процесс, который… … Справочник технического переводчика
проектирование — конструирование, планировка, синтезирование; проектировка, планирование, дизайн, задумывание, проецирование Словарь русских синонимов. проектирование см. планирование Словарь синонимов русского языка. Практический справочник … Словарь синонимов
ПРОЕКТИРОВАНИЕ — процесс создания проекта прототипа, прообраза предполагаемого или возможного объекта, состояния. Наряду с традиционными видами (архитектурно строительными, машино строительными, технологическими и др.) начали складываться самостоятельные… … Большой Энциклопедический словарь
ПРОЕКТИРОВАНИЕ — 1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ1, проектирования, мн. нет, ср. Действие по гл. проектировать1. Проектирование нового завода. 2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ2 и проицирование, проектирования, мн. нет, ср. Действие по гл. проектировать2. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков … Толковый словарь Ушакова
ПРОЕКТИРОВАНИЕ — 1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ1, проектирования, мн. нет, ср. Действие по гл. проектировать1. Проектирование нового завода. 2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ2 и проицирование, проектирования, мн. нет, ср. Действие по гл. проектировать2. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков … Толковый словарь Ушакова
ПРОЕКТИРОВАНИЕ — деятельность по созданию проектов. Исходя из этого определения, можно сказать, что П. характеризуется двумя моментами: идеальным характером действия и его нацеленностью на появление (образование) чего либо в будущем. Эти две характеристики… … Новейший философский словарь
проектирование — ПРОЕКТИРОВАТЬ 1, рую, руешь; анный; несов., что. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова
ПРОЕКТИРОВАНИЕ — англ. projection/planning; нем. Projektierung. Одна из форм опережающего отражения действительности; процесс создания прообраза (прототипа) предполагаемого объекта, явления или процесса посредством специфических методов. Antinazi. Энциклопедия… … Энциклопедия социологии
проектирование — ПРОЕКТИРОВАНИЕ (от лат. projectus брошенный вперед) наряду с инженерной и технологической деятельностью представляет собой основной способ создания техники и других изделий и сооружений. Исторически П. возникает внутри сферы… … Энциклопедия эпистемологии и философии науки
ПРОЕКТИРОВАНИЕ — (1) процесс разработки (см.); (2) способ выполнения (см.) … Большая политехническая энциклопедия
Проектирование
Существует несколько определений термина «проектирование». В основном они характеризуют его с двух сторон, как общераспространенное понятие и с научно-технической позиции [1] :
Проектирование — деятельность человека или организации (ий) по созданию проекта, то есть прототипа, прообраза предполагаемого или возможного объекта, состояния; комплекта документации, предназначенной для создания определённого объекта, его эксплуатации, ремонта и ликвидации, а также для проверки или воспроизведения промежуточных и конечных решений, на основе которых был разработан данный объект.
От специфического для машиностроения, строительства и других отраслей науки и техники понятия «проект» (англ. design) в значении «проектная документация» следует отличать используемое в области деятельности управление проектами в контексте менеджмента понятие «проект» (англ. project, от лат. projectus — брошенный вперёд, выступающий) в значении «некоторая задача с определёнными исходными данными и требуемыми результатами (целями), обусловливающими способ её решения», «программа», «комплекс работ» и т. п.
Проектирование может включать несколько этапов от подготовки технического задания до испытания опытных образцов. Объектом проектирования является проект материального предмета.
Понятие «проектирование» не включает в себя стадию реализации проекта.
Проектирование обладает своей методологией, которая включает структуру деятельности, принципы и нормы деятельности, субъектов, объект и его модели, методы и др.
Содержание
История
Понятие конструирования
Внутри процесса проектирования, наряду с расчетными этапами и экспериментальными исследованиями, часто выделяют процесс конструирования.
Конструирование — деятельность по созданию материального образа разрабатываемого объекта, ему свойственна работа с натурными моделями и их графическими изображениями (чертежи, эскизы, компьютерные модели). Эти модели и изображения, а также некоторые виды изделий называют конструкциями.
Например, конструирование форм одежды, конструирование интерьеров, разработка конструкции машины, конструктивные и объёмно-планировочные решения объекта капитального строительства, металлоконструкция, строительные конструкции.
Слово «конструкция» часто употребляется в значении «структура», «устройство», например, конструкция предложения в лингвистике или организация эстетического материала в искусстве.
Конструирование может осуществляться:
Виды проектирования
По отраслям деятельности
По видам разрабатываемых объектов выделяют следующие виды проектной деятельности:
По подходу к проектированию
Функциональное проектирование
Любой объект служит лишь материальным носителем функции, то есть функция — первична, объект — вторичен и создается по причине невозможности иными, нематериальными средствами удовлетворить потребности людей. Так, автомобиль нужен для перевозки грузов и людей (функция — перемещать в пространстве, создан вследствие нереальности перемещения предметов только усилием мысли), назначение ручки — писать, а книги — хранить информацию и т. д.
Наряду со словом «функция» часто используется слово «назначение», особенно при рассмотрении не технических объектов.
Функциональное проектирование нацелено, прежде всего, на создание эффективно работающего объекта. Выполнение требуемой функции — главная цель и основа разработки объекта. Во внимание принимаются, прежде всего, функциональные показатели качества и показатели надёжности.
Функциональное проектирование лежало в основе массового проектирования разнообразных объектов, особенно в эпоху СССР. При индивидуальном проектировании (отдельных зданий, предметов потребления и т. д.) разработчик стремился учитывать пожелания и особенности заказчика.
Правильный выбор функции и приоритетов сильно влияли на конечный результат. Например, известна следующая шутка времён 80-х годов:
Если считать, что назначение автомобиля — езда по дорогам, то его главной частью является двигатель. Тогда разработку автомобиля начинаем с двигателя, а в оставшееся место помещаем пассажиров. Если считать, что назначение автомобиля — перевозить пассажиров, то разработку автомобиля начинаем с салона, а в оставшееся место помещаем двигатель. В итоге, в первом случае получаем «Запорожец ЗАЗ-965», во втором — «Фольксваген Жук».
Оптимальное проектирование
Процесс проектирования всегда подчинён необходимости учёта интересов двух групп людей: производителей и потребителей продукции (товаров, работ, услуг). Каждая из групп стремится к удовлетворению своих требований к продукции, часть из которых может быть взаимоисключающей. Также, процесс решения практической задачи всегда многовариантен, и перед разработчиком встаёт проблема аргументированного выбора окончательного варианта.
Например, автомобиль должен не только обладать высокой скоростью и мощностью двигателя, но и низкой стоимостью, комфортабельностью, экологичностью, быть выгодным для производителя и т. д.
Проектирование, целью которого является не только поиск функционально эффективных решений, но и удовлетворение разных, порой противоречивых потребностей людей, обоснованный выбор окончательного варианта, стали называть оптимальным проектированием (критериальным проектированием, вариантным проектированием). Активно оно начало применяться со второй половины 20 века благодаря достижениям теории принятия решений и теории исследования операций и широкому распространению вычислительной техники, позволившим разработать соответствующие методы, в обозримые сроки просчитывать многочисленные варианты и решать сложные математические задачи.
Большое значение в оптимальном проектировании отводится подготовке на этапе технического задания полного перечня требований к разрабатываемому объекту, выделению среди них показателей качества и преобразованию наиболее важных из них в критерии оптимизации. Показателен в этой связи девиз одной японской фирмы — «Мы не создаем технику, мы создаем человека».
К типовым требованиям к научно-технической продукции относят требования функциональные (показатели назначения), надёжности, технологичности, стандартизации и унификации, ограничения вредных воздействий (эргономичность и экологичность), эстетичность, экономичность, патентно-правовые. Требования к другим видам продукции во многом совпадают с перечисленными.
Системное проектирование
К концу 20 века не только существенно возросла сложность проектируемых объектов, но и их воздействие на общество и окружающую среду, тяжкость последствий аварий из-за ошибок разработки и эксплуатации, высокие требования к качеству и цене, сокращению сроков выпуска новой продукции. Необходимость учёта этих обстоятельств заставляла вносить изменения в традиционный характер и методологию проектной деятельности.
При создании объектов их уже необходимо было рассматривать в виде систем, то есть комплекса взаимосвязанных внутренних элементов с определенной структурой, широким набором свойств и разнообразными внутренними и внешними связями. Сформировалась новая проектная идеология, получившая название системного проектирования.
Системное проектирование комплексно решает поставленные задачи, принимает во внимание взаимодействие и взаимосвязь отдельных объектов-систем и их частей как между собой, так и с внешней средой, учитывает социально-экономические и экологические последствия их функционирования. Системное проектирование основывается на тщательном совместном рассмотрении объекта проектирования и процесса проектирования, которые в свою очередь включают ещё ряд важных частей, показанных на рисунке 1.
Принципы системного проектирования
Системное проектирование должно базироваться на системном подходе. На сегодняшний день нельзя утверждать, что известен его полный состав и содержание применительно к проектной деятельности, однако можно сформулировать наиболее важные из них:
Нисходящее и восходящее проектирование
Ведение разработки объекта последовательно от общих черт к детальным называется нисходящим проектированием. Его результатом будут требования к отдельным частям и узлам. Возможен ход разработки от частного к общему, что образует процесс восходящего проектирования. Такое проектирование встречается, если одна или несколько частей уже являются готовыми (покупными или уже разработанными) изделиями.
Нисходящее и восходящее проектирование обладают своими достоинствами и недостатками. Так, при нисходящем проектировании возможно появление требований, впоследствии оказывающихся нереализуемыми по технологическим, экологическим или иным соображениям. При восходящем проектировании возможно получение объекта, не соответствующего заданным требованиям. В реальной жизни, вследствие итерационного характера проектирования, оба его вида взаимосвязаны.
Например, разрабатывая при нисходящем проектировании автомобиль (от общей схемы к его частям, например, — к мотору), необходимо увязать общую компоновку с размерами и мощностью уже выпускаемых двигателей. В противном случае придётся разрабатывать применительно к данной компоновке новый двигатель, либо изменять первоначальные варианты его расположения или схему компоновки всего автомобиля.
Структура проектирования
Проектирование, как осознанная целенаправленная деятельность, обладает определённой структурой, то есть последовательностью и составом стадий и этапов разработки проекта, совокупностью процедур и привлекаемых технических средств, взаимодействием участников процесса.
В настоящее время существуют два представления структуры проектирования, подобные по форме, но различные по целям и подходам к деятельности. Это — структура в виде стадий разработки проектной документации (стадий проектирования) и структура процесса проектирования.
Стадии проектирования
Стадии проектирования регламентированы стандартами ГОСТ 2.103-68 [5] и ГОСТ Р 15.201-2000. [6] Последовательность выполнения всех стадий образует официальную структуру процесса разработки проектной документации, которая, как правило, используется при официальных взаимоотношениях между заказчиком и исполнителем или между соисполнителями работ. Сама документация необходима для отчета перед заказчиком о проделанной работе, возможности проверки или повторения разработок другими исполнителями, подготовки производства и обслуживания изделия в период эксплуатации.
Стадии создания других систем регламентируются своими стандартами, например, для автоматизированных систем — ГОСТ 34.601-90. [7]
Структура устанавливает стадии разработки конструкторской документации на изделия всех отраслей промышленности и этапы выполнения работ внутри каждой стадии, то есть состав документации и виды работ, что помогает ответить на вопрос «Что нужно делать?» в процессе проектирования. Основные стадии структуры показаны на рисунке 2 и включают:
В процессе разработки проектной документации в зависимости от сложности решаемой задачи допускается объединять между собой ряд этапов. Этапы постановки ТЗ и технического проектирования могут входить в цикл научно-исследовательских работ (НИР), а этапы технического предложения и эскизного проектирования — образовывать цикл опытно-конструкторских работ (ОКР).
Структура процесса проектирования
Проектирование — это ещё и целенаправленная деятельность, которая обладает последовательностью процедур, ведущих к достижению эффективных решений. Соответственно, должна быть структура процесса решения задачи проектирования, которая помогает ответить на вопрос «Как это делать?». В настоящее время предложен ряд структур и алгоритмов проектирования, совпадающих в основных чертах и различающихся только в содержании или названии отдельных этапов. На рисунке 3 представлена обобщённая такая структура.
Решение любой задачи начинается с её осмысления и уточнения исходных данных. Те (технические) требования (ТТ), которые выдаются заказчиком, формулируются на языке потребителя-неспециалиста и не всегда бывают технически чёткими и исчерпывающими. Перевести требования на язык предметной области, сформулировать задачу максимально полно и грамотно, обосновать необходимость её решения, то есть сформулировать техническое задание (ТЗ), — первый и обязательный этап работы. Исполнитель выполняет его в тесном контакте с заказчиком.
В машиностроении этот этап иногда называют внешним проектированием. Этим подчеркивают, что разработка объекта уже начинается с постановки задачи (ТТ) и формирования ТЗ и активно ведётся совместно с заказчиком. Важным результатом этапа является согласование целей разработки и назначения проектируемого объекта (его функций), системы показателей качества.
Следующие этапы образуют внутреннее проектирование. Они нацелены на поиск решения задачи и выполняются разработчиком. Сюда входят этапы синтеза принципа действия, структуры и параметров проектируемого объекта:
Вследствие неполноты начальных знаний о задаче процесс проектирования — итерационен, что на рисунке 3 отражается стрелками обратных движений. С каждым циклом итерации цели проектирования всё более уточняются, появляется необходимость в дополнительных функциях и, как следствие, — потребность в разработке дополнительных частей и узлов. Решение частных проектных задач, дополняющих основное решение, также проводится в соответствии с представленной последовательностью.
На каждом этапе внутреннего проектирования выполняются следующие процедуры:
Замечено, что эффективность проектируемого объекта определяется: в первую очередь — выбранным принципом действия, во вторую — предложенной структурой и в третью — соотношением параметров.
Методы проектирования
Участники (субъекты) проектных работ
Проектирование — это один из видов работ, результатом которых является продукция-проект. Поэтому участников этих работ можно разделить на потребителей (заказчиков проектных работ) и поставщиков (исполнителей этих работ). Исполнителя-специалиста по разработке проекта обобщенно называют проектировщиком или разработчиком. Если продукция создается для собственного потребления, то возможно соединение в одном лице заказчика и исполнителя.
Поставщиком, как и потребителем, продукции, может быть организация (юридическое лицо) или конкретный человек (физическое лицо). Работы по созданию такой продукции в соответствии с Гражданским кодексом относятся к подрядным. В этой ситуации исполнитель называется подрядчиком, то есть стороной по договору подряда, которая обязуется выполнить по заданию другой стороны (заказчика) определенную работу и сдать её результат заказчику, а заказчик обязуется принять результат работы и оплатить его. Подрядчик рассматривается как первая сторона в коммерческой деятельности. Субподрядчик — организация, представляющая продукцию поставщику.
Существует ещё один участник этих работ — государство, которым создана система мер по защите потребителя посредством контроля, лицензирования, выпуска нормативной документации, регламентирующей в том числе проектную деятельность.
1.3: Что такое процесс проектирования?
В начале блока проектирование было определено как применение практических и научных знаний в решении задач при использовании систематизированного процесса. Как говорилось выше, в работе проектировщики использую массу знаний из различных областей. Однако, о самом процессе речь пока не шла. Какой систематизированный подход применяют проектировщики для решения задачи?
Процесс проектирования представляет собой последовательность этапов, которой следуют проектировщики при поиске и реализации решений. Это и есть систематизированный подход. По сути это похоже на «научный метод», преподаваемый учащимся. Единого процесса проектирования, принятого во всем мире, не существует. Большинство проектировщиков используют собственные методики в процессе работы. Процесс начинается с постановки задачи и завершается представлением готового решения, но промежуточные этапы могут быть различными.
Процесс проектирования можно представить как рецепт бананового хлеба. Этот хлеб может быть изготовлен различными способами, но процесс его изготовления почти всегда начинается с бананов и завершается формой буханки. Один из таких «рецептов» будет описываться в настоящем блоке. Однако, это не единственно верный вариант организации процесса проектирования, а лишь один из примеров. На его примере учащиеся изучат основы процесса.
Процесс проектирования может быть представлен как замкнутый цикл из трех этапов:
В рамках этого простого цикла производится генерирование идеи (1). Ее применение (2). После внедрения идеи проектная группа производит испытания изделия или анализ результатов его внедрения путем тестирования (3). Как правило, в ходе испытаний или оценки результатов генерируются дополнительные идеи, и весь процесс повторяется. Повторяющаяся природа этого цикла позволяет утверждать, про процесс проектирования является итерационным процессом.
Данный процесс мог бы продолжаться непрерывно (или до тех пор, пока проектная группа не перестанет придумывать новые идеи и искать недостатки в своем проекте). О проектировщиках говорят: «Иногда чтобы построить что либо, из процесса проектирования нужно исключить проектировщика!»
ПРИМЕНЕНИЕ ПРОЦЕССА ПРОЕКТИРОВАНИЯ:
Как обсуждалось ранее, не существует единственно верного процесса проектирования. В рамках настоящего курса, для моделирования концепции, проектирования и создания соревновательного робота учащиеся применят процесс проектирования, включающий 11 этапов. Вот они:
Этап 3 – ОПРЕДЕЛИТЬ – Выделить спецификации решения
Этап 4 – ПРЕДСТАВИТЬ – Выработать решения
Этап 5 – ПРОТОТИП – Понять, работают ли концепции
Этап 6 – ВЫБРАТЬ – Выделить окончательную концепцию
Этап 7 – ДОРАБОТАТЬ – Детально проработать проект
Этап 8 – ПОКАЗАТЬ – Получить реакцию и утверждение
Этап 9 – ПРИМЕНИТЬ – Применить решение
Этап 10 – ИСПЫТАТЬ – Испытать решение на соответствие рабочих показателей
Этап 11 – ПОВТОРИТЬ
ЭТАП 1: ПОНЯТЬ
На этом этапе проектировщики определяют задачу, решением которой займутся.
Это единственный неизменный и наиболее важный этап процесса проектирования. Без понимания задачи, ее невозможно решить. Зачастую, данный этап реализуется не правильно или не полностью, что оказывает негативное воздействие на весь проект. Очень важно на данном этапе выделить задачу, а не только определить ее признаки или видимые стороны.
В ходе определения задачи необходимо помнить историю о лифте.
Иллюстрацией может служить история о небоскребе, усовершенствование которого поручили молодым инженерам. Небоскреб располагался в деловом сердце города. Его арендаторы постоянно жаловались на то, что подъем на лифте занимает слишком много времени. Владельцы здания решили исправить ситуацию и предложили различным проектным бюро представить свое видение решения проблемы.
1. Одна компания предложила добавить несколько новых лифтов. Аргументация состояла в том, что за счет добавления дополнительных лифтов длительность и количество остановок каждого из них сократится, что приведет к сокращению общего времени в пути. Стоимость проекта была абсурдной (детализация расчетов была произведена на основании устных суждений).
2. Другая компания предложила обносить здание и установить в здании несколько совершенно новых высокоскоростных лифтов, соответствующих последнему слову техники. За счет использования этих лифтов время в пути также могло бы сократиться. Расчет данного проекта был более разумным, но стоимость все равно превышала все разумные пределы.
3. Третья компания предложила обновить программное обеспечение лифта. Проектировщики предложили разработать новый алгоритм работы существующих лифтов и с его помощью повысить эффективность их работы и сократить среднее время в пути. Это предложение было дорогостоящим, но его стоимость была в разы ниже предыдущих предложений.
Владельцы здания были почти готовы нанять третью фирму, когда поступило четвертое предложение. После детального рассмотрения, оно было незамедлительно принято. Четвертая проектная организация предложила установить в каждом лифте зеркала в полный рост. Перемещаясь в лифте, люди поправляли галстуки и проверяли макияж, не замечая времени. Реализация этого проекта почти ничего не стоила владельцам, а сам проект имел огромный успех. Проектировщики четвертой компании сфокусировали внимание на действительной проблеме, которая состояла не в слишком медленном перемещении самого лифта, а в восприятии людей.
Этап «ПОНЯТЬ» в соревновательной робототехнике
В соревновательной робототехнике существует огромного количество задач, решение которых ложится на проектную команду. Чем больше будущие проектировщики работают над проектом, тем больше новых задач возникает. Это связано с тем, что одна комплексная задача, как правило, состоит из более мелких простых задач. На ранних этапах проектирования задачи представляют собой «общие картинки», тогда как на поздних этапах они более «ориентированы на детали».
Вот некоторые простые задачи, которые проектировщик может счесть требующими решения, а также сопряженные с ними вопросы.
Какая игровая стратегия является наиболее эффективной? Как победить в матче?
Как сделать так, чтобы робот набрал наибольшее количество очков в ходе матча? Как набрать больше очков, чем противники?
Насколько быстро должен перемещаться робот?
Какими способами робот может поднимать игровые объекты?
Как сделать так, чтобы роботы мог быстро поднимать объекты?
Сколько игровых объектов должен удерживать робот?
Все эти задачи и вопросы имеют массу решений и ответов, некоторые из которых лучше других. Как проектировщик понимает, что найдено правильное решение и правильный ответ? Вот здесь в работу вступает остальная часть процесса. Но пока задача не определена, она не может быть решена!
ЭТАП 2: ИССЛЕДОВАТЬ
На этом этапе проектировщики исследуют задачу, над которой работают. Они рассматривают способы решения аналогичных задач, разработанные другими специалистами. Проектировщики также собирают информацию о внешней среде, с которой им придется иметь дело, ситуациях, в которых будет применяться их решение, а также путях его использования.
Этап «ИССЛЕДОВАТЬ» в соревновательной робототехнике
Учащиеся, вовлеченные в изучение соревновательной робототехники, должны также исследовать свою задачу. Важно детально рассмотреть аналоги поставленной игровой задачи, существующие в реальном мире. Учащиеся могут также изучить опыт предыдущих соревнований на предмет решения аналогичных игровых задач. Настоящий раздел посвящен аккумулированию данных из разных источников для обеспечения учащихся, проектирующих роботов, дополнительными ресурсами в ходе поиска успешного решения.
ЭТАП 3: ОПРЕДЕЛИТЬ
На этом этапе проектировщики выделяют решение, над которым продолжат работу, не приступая пока к его реализации. Выбор делается на основе спецификаций.
Спецификации, как правило, могут иметь два источника:
1. Проектные ограничения
2. Функциональные требования
Итак, спецификациями определяется, ЧТО будет реализовано с помощью решения и насколько хорошо это будет реализовано, но не КАК это будет реализовано. В соревновательной робототехнике, спецификацией определяется, ЧТО делает робот, а не КАК он это делает. На этом этапе не рекомендуется уделять слишком много внимания поиску ответа на вопрос «КАК», поскольку это может оказаться контрпродуктивным. В то же время, проектировщики должны всегда помнить о вопросе «КАК», поскольку им требуется базовое понимание возможностей для реализации. (Например, утверждать, что ноутбук сможет непрерывно работать в течение одного года на одной батарее АА, не разумно).
Этап «ОПРЕДЕЛИТЬ» в соревновательной робототехнике
В соревновательной робототехнике, проектировщикам предлагается принять участие в испытаниях или играх с созданными ими роботами. К испытанию зачастую прилагается руководство с описанием ряда ограничений и требований, которым должен соответствовать каждый робот. Это проектные ограничения. И это первый тип спецификации, которую проектировщик должен учитывать в работе. Примером данного типа являются «максимальный стартовый размер робота» и «максимальное допустимое количество электромоторов».
Некоторые спецификации могут быть спровоцированы доступными ресурсами. Первый из двух перечисленных выше наборов правил входит также в правила соревнований и известен всем проектировщикам. Второй набор ограничений не всегда очевиден, но не менее важен в рамках процесса проектирования. Некоторые из них могут являться самостоятельно назначаемыми спецификациями ограничивающего типа. Вот два примера: «проект робота должен соответствовать выделенному бюджету» и «в конструкции робота могут быть использованы только имеющиеся у проектировщика части».
Еще одно самостоятельно назначаемое ограничение касается возможностей команды.
Одним из важнейших элементов успешного формирования проектных ограничений в соревновательной робототехнике является понимание возможностей. Желая создать исключительный проект, многие команды пытаются выйти за пределы своих возможностей.
Каждая команда должна четко осознавать собственные возможности. Возможности зачастую зависят от количества людей, ресурсов, бюджета, опыта и многого другого. В определении достижимого проекта необходимо сфокусировать внимание на его общем виде. Если проект разделен на части, каждая из них может быть доступной, но при суммировании проект окажется не по силам.
Команды могут добиться большего успеха, выбрав простой проект и полностью реализовав его, чем путем выбора сложного проекта при слабой реализации! Например, представьте себе, что две команды собирают роботов, которые должны уметь забивать футбольный мяч в ворота. Одна команда принимает решение о сборке простого плуга, который будет заталкивать мяч в ворота. Другая команда пытается собрать механизм, который будет пинать мяч, чтобы забить его в ворота. Этот механизм кажется более удачной идеей, но что если вторая команда не сможет реализовать свою задачу? В этом случае, победит более простое решение! Вторая команда должна соотнести свои возможности со сложностью задачи.
Следующая группа спецификаций основана на функциональных требованиях, предъявляемых к роботу. Сюда входят элементы, которые, по задумке проектировщика, будет выполнять робот. Некоторые из них относятся к испытанию, с которым столкнется проектировщик (например, робот может удерживать 10 игровых объектов, робот может поднимать игровые объекты вверх на 1 метр, и т.д.)
Разработка третьего типа спецификаций на ранних этапах процесса проектирования может оказаться ложной или невыполнимой задачей, так как большая часть этих спецификаций зависят от характера проекта и его развития. Они больше относятся к подсистемам, нежели ко всему проекту.
Рейтинг спецификаций
Спецификации могут обладать разной значимостью в рамках проекта. Проектировщикам необходимо обдумать, что является наиболее важным и почему. Спецификации зачастую упорядочивают в зависимости от степени значимости. Вот пример подобного рейтинга:
W = Возможно (не так важно, но было бы полезно реализовать)
P = Предпочтительно (важно, но без этого проект может быть реализован)
D = Необходимо (критически важно для проекта, ДОЖНО быть включено в проект)
Путем расстановки этих оценок проектировщик может распределить спецификации по приоритетам. Это также послужит для проектировщика хорошим инструментом «контрольной проверки» после завершения проекта. Проектировщик может пересмотреть перечень спецификаций и проанализировать, насколько изначальный рейтинг был реализован в проекте.
На основании рейтинга проектировщик также принимает решение относительно того, что является наиболее важным. Рейтинг спецификаций, в данном случае, позволяет более четко организовать идеи, что дает возможность понять основную цель, на которой необходимо сфокусироваться. В некоторых случаях создание рейтинга представляет собой простую задачу. Например, когда к проекту применяется ОБЯЗАТЕЛЬНОЕ ограничение. Данное ограничение автоматически расценивается как «необходимое».
При создании спецификаций некоторые проектировщики размещают несколько аналогичных спецификаций на разных уровнях в рейтинге, чтобы показать разную степень их значимости. Ниже приводится пример:
Из примера видно, что робот ДОЛЖЕН уметь удерживать 5 игровых объектов. В случае возможности реализации, он будет способен удерживать и 10. И идеальный вариант, если он сможет удерживать 15 игровых объектов. Используя правильные спецификации и расставляя их в соответствии с приоритетами, проектировщики выделяют наиболее важные требования, обязательные к соблюдению, а также цели, к достижению которых должна стремиться вся команда.
ЭТАП 4: ПРЕДСТАВИТЬ
Сформулировать, изобразить или сформулировать идею.
Теперь, когда проектировщик знает, ЧТО будет реализовано с помощью решения, он или она должны определить, КАК это будет реализовано.
В случае возникновения проблемы или при необходимости принятия решения, все люди делают одно и то же: обдумывают альтернативные варианты действий, даже если это происходит спонтанно. Формально, документирование этого интуитивного действия может помочь в решении сложных проектных задач.
На этом этапе также необходимо проявить изобретательность. Вот некоторые из вопросов, часто задаваемых проектировщикам: «Как вы пришли к этому?», «Откуда вы почерпнули идею?» Идея может возникнуть где угодно! Вдохновение может прийти из ниоткуда!
Часто соединение двух идей или поиск компромисса между двумя различными предложениями может привести к созданию качественной концепции. Усовершенствование и инновация на ранних этапах проектирования могут способствовать получению отличных результатов на последующих этапах работы.
Очень важно не ограничивать и не усреднять концепции и всегда стремиться найти «правильное» решение. Правильное решение, зачастую, приходит само. В этом случае проектировщики говорят «я чувствую, что это верное решение». Правильное решение выглядит органичным и простым. К сожалению, оно не всегда легко достижимо, а его органичность не всегда очевидна.
Проектировщики должны фиксировать ВСЕ свои идеи в проектном отчете!
(Для проектировщика важным этапом является копирование салфеточных набросков в проектные отчеты для последующего использования в проекте.)
Этап «ПРЕДСТАВИТЬ» в соревновательной робототехнике
В соревновательной робототехнике, для достижения хороших результатов необходимо разработать несколько концепций. Командам необходимо разработать концептуальные стратегии, концепцию целой системы, а также концепции отдельных подсистем и механизмов. Некоторые системы являются взаимозависимыми и влияют на работу друг друга. Стратегия команды влияет на проект целой системы, что, в свою очередь, влияет на различные подсистемы, но каждая из подсистем оказывает влияние на работу целой системы.
Разработка этих концепций обычно осуществляется на встречах команды, при этом в процессе разработки участвуют все участники встречи. Концепции фиксируются в проектных отчетах в виде схем, схематических изображений или описаний.
Коллективный поиск решений – Техника, с помощью которой команда проявляет свою изобретательность
На этом этапе процесса проектирования требуется изобретательность и создание большого количества вариантов решения задачи. Для этого проектировщики используют инструмент, который называется «коллективный поиск решений». Это упражнение, в рамках выполнения которого отдельные члены команды работают совместно с целью создания большого количества идей.
Вот несколько важных правил, касающихся коллективного поиска решений:
1. При коллективном поиске решений команды фокусируют внимание на количестве идей, а не на качестве каждой из них. Акцент делается на то, что среди множества найденных идей обязательно будут несколько гениальных!
2. Сохранение собственного мнения. Плохих идей не бывает, так как даже самая странная концепция может вдохновить проектировщика на создание исключительного решения. Сумасшедшие идеи можно усовершенствовать и проработать до состояния осуществимых идей.
3. Регистрация всех идей и мыслей. Учащиеся-проектировщики должны фиксировать все идеи, найденные в процессе коллективного поиска решений, в проектных отчетах.
ЭТАП 5: ПРОТОТИП
На данном этапе процесса проектировщики выделяют некоторые концепции, полученные в ходе предыдущего этапа, и создают на их основе версии решений. Главная цель данного этапа заключается в изучении функциональности каждого решения, созданного на базе каждой отдельной концепции, а также формы его взаимодействия с окружающей средой. На данном этапе проектировщики также приступают к определению наиболее эффективной концепции. Создаваемые прототипы могут быть не проработаны, но должны быть достаточно функциональны для того, чтобы на их основе можно было получить представление о концепции. Ключевое слово: изучить.
Проектировщики не обязаны создавать прототипы для всех без исключения концепций, только для тех, которые они планируют реализовать в дальнейшем!
Этап «ПРОТОТИП» в соревновательной робототехнике
В соревновательной робототехнике, роботы взаимодействуют с окружающей их средой, поэтому для достижения успеха проектировщики должны изучить природу этого взаимодействия. Для этого проектировщики проводят испытания в «реальных условиях», чтобы получить представление о формах взаимодействия и внести первые корректировки уже на РАННИХ этапах проектирования. Система проектирования VEX Robotics Design System идеально подходит для быстрого создания прототипов, необходимых проектировщикам в процессе работы. Система предназначена для быстрой сборки конструкций и механизмов, проведения испытаний их работы, а также внесения незначительных изменений, без необходимости наличия производственной базы.
При создании прототипов команды должны проявлять максимум внимания. В ходе работы учащиеся должны вносить подробные примечания в проектные отчеты, записывая все, что видят, а также мысли относительно того, почему одни элементы эффективнее других, затем создавая дополнительные прототипы, чтобы проверить свои идеи. Сбор данных является важной частью работы с прототипами.
ЭТАП 6: ВЫБРАТЬ
На этом этапе проектировщик или проектная группа выделяет несколько потенциальных решений задачи. Здесь проектировщики будут использовать для определения наиболее эффективной концепции уроки, полученные в процессе работы с прототипами. Выбор не всегда является простым и очевидным. Иногда правильное решение приходит само. Зачастую определить лучшее бывает трудно. Команды сравнивают решения на соответствие спецификациям, установленным на этапе 3, и пытаются определить одно, явно выделяющееся среди других. Проектировщики ищут наиболее простое и органичное решение.
В том случае, если выделить одно решение сложно, для принятия решения проектировщики применяют систематизированный подход.
При выборе концепций в рамках проектной группы, голосование кажется наиболее удобной методикой. Тем не менее, голосование базируется на необоснованном суждении, а необоснованные суждения не приемлемы в проектировании. Когда речь идет об обсуждении проекта, важно проанализировать суть вещей и вынести общее логическое решение. Как обсуждалось выше, важно использовать количественные доказательства аргументации. Например, утверждения «это решение лучше» не достаточно, а утверждение «на 14,8 % светлее» может служить доказательством того, почему «это решение лучше».
В некоторых случаях в процессе принятия решений участвует не вся группа, а только ее руководящая часть, либо только руководитель. В этой ситуации руководство группы несет ответственность за сравнение альтернатив и выбор плана действий. Этот метод не всегда работает хорошо, особенно если оставшаяся часть группы не принимает авторитет лидера и ставит под вопрос принимаемые им решения. Тем не менее, этот метод может быть полезен в предотвращении тупиковых ситуаций, когда консенсус не может быть достигнут. Для получения одобрения от группы руководитель должен постараться использовать метод принятия согласованного решения.
Этап «ВЫБРАТЬ» в соревновательной робототехнике
В соревновательной робототехнике, задачи, с которыми сталкиваются учащиеся, аналогичны реальным задачам, стоящим перед профессиональными проектировщиками. Учащиеся должны работать сообща, чтобы выделить концепцию, максимально соответствующую спецификациям проекта, то есть найти ответ на вопрос «Какая концепция наиболее эффективна в решении задачи?» Учащиеся должны использовать свои прототипы как основную для принятия решения. Очень важно применять количественные доказательства для аргументации преимуществ одной концепции относительно другой. Проще всего это можно сделать с помощью прототипа.
Инструмент принятия решений: Таблицы взвешенных обоснований
В процессе проектирования, на этапе выбора концепции используется инструмент, который называется «таблица взвешенных обоснований» (WOT), или матрица решений. Таблица взвешенных обоснований может использоваться как вспомогательное средство в осуществлении выбора между вариантами на основании рейтинга критериев. WOT является особенно эффективным инструментом, так как с его помощью проектировщики могут сравнить альтернативы на основании параметров, имеющих наибольшую значимость для финального решения.
Для получения информации относительно использования таблицы взвешенных обоснований см. приложение 7 «Применение таблицы взвешенных обоснований».
ЭТАП 7: ДОРАБОТАТЬ
На этом этапе проектировщики приступают к реализации выбранной концепции. Этот этап касается деталей. По его завершении проектные группы должны получить все необходимое для конструирования и внедрения проектного решения. Вот некоторые элементы, которые могут быть разработаны на данном этапе: модели САПР, сборочные чертежи, планы изготовления, ведомость материалов, руководства по установке, пользовательские руководства, презентации проектов, предложения и многое другое.
Работа начинается с базового проекта, который постепенно расширяется за счет добавления деталей. На практике, работа над проектом не начинается с детального представления всех его частей с последующим их сопряжением. Финальный проект является результатом постепенной проработки и детализации базовых элементов проекта.
Этап «ДОРАБОТАТЬ» в соревновательной робототехнике
В соревновательной робототехнике, создание трехмерной модели робота в Autodesk Inventor является важным этапом. Это, возможно, один из самых длительных этапов процесса проектирования, но за счет него выигрывает весь проект. Чем лучше проработан проект робота, тем проще будет справиться с его сборкой.
Детальная проработка трехмерных моделей позволяет решать возникающие проблемы проекта до того, как они станут критическими.
На этом этапе процесса также производятся расчеты. В их числе расчеты, касающиеся оптимизации передаточного отношения, прочности материалов, массы, стоимости и многого другого. В процессе проектирования не всегда есть возможность полностью оптимизировать все аспекты проекта. В зависимости от проекта, иногда максимальной «приближенности» к цели уже достаточно. При планировании, многие проектировщики могут брать за основу только собственный опыт и интуицию, не уделяя внимания выполнению расчетов для каждой детали. Такой подход может работать в робототехническом проекте в рамках высшей школы, но не может применяться в проектировании частей костюма для космонавтов, где оптимизация очень важна. Вместо того, чтобы оптимизировать каждый элемент, убедитесь, что он способен выполнять свою задачу. Этого достаточно для того, чтобы данный элемент мог быть применен при сборке, так как все технические требования выполнены.
ЭТАП 8: ПРЕДСТАВИТЬ
Перед внедрением, детализированный проект зачастую проходит этап проектной экспертизы или утверждения. Проектная экспертиза может быть произведена различными методами. Некоторые виды экспертизы могут быть реализованы в форме беседы двух проектировщиков. Другие виды экспертизы производятся в форме собрания проектной группы, где члены группы проверяют проделанную работу на наличие ошибок. Многие виды экспертизы включают презентацию детализированного проекта перед заказчиком, менеджером или ответственным лицом, принимающим решения, с целью получения окончательного утверждения.
Этап «ПРЕДСТАВИТЬ» в соревновательной робототехнике
В соревновательной робототехнике, проектировщик робота или проектная группа представляют окончательный проект робота перед членами группы, классом, школой или руководством для получения утверждения. Иногда команда организует встречу, целью которой является проведение экспертизы робота. Во встрече могут принимать участие спонсоры, администрация и члены сообщества.
Проектировщики должны вносить в проектные отчеты подробные примечания для последующего использования в ходе проектной экспертизы, в том числе перечень последующих действий.
Общие вопросы для проектной экспертизы:
Анализ эффективности затрат
Иногда важной частью экспертизы проекта является проведение анализа эффективности затрат. При выполнении этого вида анализа, проектировщики рассматривают проект в двух аспектах: затраты и эффективность, реализуемая за счет затрат. Проектировщик сопоставляет эти два аспекта.
При этом затраты не всегда выражены в финансовом эквиваленте. Затраты могут касаться ресурсов, необходимых для реализации, времени, количества персонала, денежных средств, свободного пространства на роботе, его массы, а также многого другого. Они также могут иметь отношение к обоснованному отказу от чего-либо с целью получения требуемой функциональности. Иными словами, если мы сконструируем руку с двумя подвижными соединениями, места для размещения приемника мячей на роботе уже не останется.
Функции, обеспечивающие высокую эффективность при низких затратах, являются наиболее выгодными и должны быть добавлены к проекту. Очень важно проводить подобный анализ на всех этапах процесса. Даже не значительные дополнения могут иметь огромное значение в последующем. Элементы, требующие значительных затрат, могут быть внедрены только в том случае, если они обладают исключительной эффективностью. Проектировщики всегда должны учитывать в работе эти важные факторы.
ЭТАП 9: ПРИМЕНИТЬ
После завершения процесса проектирования и получения утверждения проект должен быть применен. В зависимости от природы задачи, решения могут различаться. В зависимости от типа решения, его применение может также быть различным. Применение может заключаться во внедрении нового процесса, созданного проектировщиками, либо может состоять в плане производства и изготовлении некоторого физического объекта. Например, в истории о лифте, которая обсуждалась ранее, было представлено несколько уникальных решений.
Если проектировщик хочет найти способ ускорения процесса завязывания шнурков, он создает процесс. Применение решения заключается в том, чтобы представить людям новый способ ускорения процедуры завязывания шнурков. Если проектировщик хочет усовершенствовать ботинок, применение решения будет состоять в производстве и распространении новых ботинок. Области применения решений могут иметь различные формы.
Этап «ПРИМЕНИТЬ» в соревновательной робототехнике
В соревновательной робототехнике, на этом этапе учащиеся выполняют сборку. Все детали, выполненные в рамках этапа 7, используются здесь для создания полноценного функционального соревновательного робота (или подсистемы, являющейся часть большого законченного изделия!) На данном этапе может производиться закупка компонентов, обрезка частей, сборка, а также другие действия, целью которых является получение конечного изделия.
Здесь команда изготавливает пакеты для продажи, заявки на участие в категориях и другие материалы, связанные с соревнованиями, но не имеющие отношения к самому роботу. Эти элементы являются также частью применения проекта.
ЭТАП 10: ИСПЫТАТЬ
На данном этапе проектировщики проводят испытания примененного решения, чтобы оценить качество его работы. Здесь производится анализ того, что работает и что не работает, а также что должно быть усовершенствовано. Порядок проведения испытаний и их результаты документируются. Основной задачей данного этапа является подтверждение надлежащего функционирования примененного решения и его соответствие спецификациям.
Что происходит, если проект не признан удовлетворительным? Проектная группа должна сделать его удовлетворительным! Проектная группа должна разработать план усовершенствования решения. Этот план может заключаться в повторной разработке с нуля, в возврате к чертежной доске и создании нового плана.
После применения решения, его анализа и признания проекта удовлетворительным, процесс проектирования может считаться завершенным.
Этап «ИСПЫТАТЬ» в соревновательной робототехнике
В соревновательной робототехнике, испытания могут проводиться также в ходе соревнований. Во время участия в матче робот наиболее ярко демонстри