Обзор новых методов.

Все новые методы проектирования направлены на то, чтобы заставить проектировщика «думать вслух», позволить другим людям ознакомится с процессами мышления, которые до сих пор протекали у него в голове, объектировать процесс проектирования.

2.3.1.Проектировщик как «черный ящик».

Ньюмен, так же как и многие другие исследователи, попытался понять каким образом в нервной системе возникает все огромное многообразие выходных реакций. Он предположил, что мозг - это переменная сеть, изменяющая свою структуру в зависимости от того, какие сигналы поступают на нее из внешнего мира. Согласно этой теории, которой трудно найти физиологическое обоснование, «озарение», о котором сообщают многие творческие личности, возникает, когда такая сеть после многих неудачных попыток находит структуру, соответствующую полученным незадолго перед этим входным сигналом. Экспериментальное исследование памяти заставляет предположить, что при каждом извлечении из памяти прошлый опыт предстает в новом варианте. Объединяя эти две гипотезы, можно прийти к выводу, что мозг - это полуавтоматическое устройство, способное разрешать противоречия между различными сигналами (т.е. решать задачи) путем такой перестройки своей структуры, чтобы она соответствовала как текущим входным сигналам, так и многим хранящимся в памяти ранее полученным сигналам.

Мозговая атака.

Сеанс «мозговой атаки» - это беседа, каждый участник которой свободно выдвигает предложения, а критика запрещена. Можно считать, что этот метод снимает социальные запреты, налагаемые каждым человеком на свои высказывания в обычном разговоре: это сознательный возврат к нелогичной и «эгоцентричной» детской болтовне.

Практическая ценность мозговой атаки заключается именно в том, что на ранних этапах проектирования, когда структура задачи еще не ясна и не подвергалась трансформации, резко повышается скорость генерирования данных, имеющих отношение к этой задаче. Результаты мозговой атаки целесообразно ввести в «черный ящик» одного человека, поручая ему классифицировать все высказанные случайные идеи, сведя их в согласованную структуру.

Синектика.

По цепи обратной связи снова на его вход, причем для преобразования выходного сигнала во входной используются тщательно отобранные типы аналогий.

Можно предположить, что применение аналогий, в котором участвуют все члены синектической группы, позволяет им в определенной мере разделять друг с другом свою способность преобразовывать противоречивую структуру входных сигналов до тех пор, пока не будет найдена структура, позволяющая разрешить конфликт. Тот факт, что в этом методе основной упор делается на биологические и анатомические аналогии, наводит на мысль, что здесь преследуется цель использовать те отделы нервной системы, которые управляют движениями тела и обычно не контролируются сознанием.

В отношении методов проектирования, основанных на представлении о проектировщике как «черном ящике», можно сделать следующие выводы:

1.Выходные действия проектировщика определяются входными сигналами, исходящими от подлежащей решению задачи, а также другими входными воздействиями, связанными с предыдущими задачами и прошлым опытом.

2.Согласившись временно ослабить социальные запреты, можно ускорить образование выходных сигналов, но при этом они приобретают более случайный характер.

3.Чтобы проектировщик мог выдавать выходные сигналы в соответствии с поставленной задачей, ему нужно дать время на осознание и преобразование образов, изображающих структуру задачи в целом. В течение длительных и внешне бесплодных поисков решения он может неожиданно найти новый способ структурирования задачи, позволяющий разрешить конфликты.

4.Контроль интеллекта над формами ввода структуры задачи в «черный ящике» проектировщика, по - видимому, повышает вероятность получения выходных реакций, содержащих решение задачи.

Проектировщик как «прозрачный ящик».

Логическое, или систематическое, поведение проектировщика напоминает работу вычислительной машины: он пользуется только той информацией, которая в него введена, и действует по заданной схеме, проводя анализ, синтез, оценку и повторение циклов до тех пор, пока не найдет наилучшее из всех возможных решений. Такое предположение, несомненно, справедливо в случае оптимизации переменных в хорошо известной ситуации проектирования, но оно лежит также в основе таких системных методов проектирования, как морфология и системотехника, которые призваны дать человеку возможность решать непривычные для него задачи проектирования «машинными» приемами. Методы, в которых проектировщик рассматривается как «прозрачный ящик», характеризуются следующими общими чертами:

1)цели, переменные и критерии задаются заранее;

2)поиску решения предшествует проведение (или хотя бы попытка проведения) анализа;

3)оценка результатов дается в основном в словесной форме и построена на логике (а не на эксперименте);

4)заранее фиксируется стратегия, обычно используются последовательные приемы, но иногда включаются и параллельные, условные и циклические операции.

Применение к проектировщику этих на первый взгляд сковывающих ограничений нельзя считать заведомо оправданным или неоправданным. При решении некоторых задач проектирования методы «прозрачного ящика» оказываются более эффектными, чем методы «черного ящика», но в других случаях они приводят к путанице, так что проектировщикам приходится прибегать к привычному для них поведению «черного ящика».

Расчленимые задачи проектирования.

При применении методов «прозрачного ящика» коренным вопросом является возможность расчленения, или декомпозиции, задачи на отдельные части, которые можно затем решать последовательно или параллельно. Когда задача подается расчленению, решению каждой частной подзадачи можно уделить больше внимания, что позволяет резко сократить сроки проектирования. Конечно крупные задачи проектирования всегда на том или ином этапе удается расчленить, чтобы распределить работу между многими проектировщиками, но этап, на котором это членение становится возможным, очень сильно зависит от типа изделия. При разработке химического оборудования, сетей электропередач, телефонных систем и подобных им объектов задача с самого начала поддается декомпозиции на ряд частных вопросов, решать которые можно параллельно. Это связано с тем, что такие объекты представляют собой поточные системы, т.е. сложные агрегаты, в которых каждая функция выполняется отдельным узлом, а каждый узел связан с другими узлами лишь заранее заданными входными и выходными воздействиями. Функции однозначно связаны с отдельными физически различимыми узлами. Все входные и выходные воздействия в системе можно задать с самого начала, а затем при разработке узлов считать, что если узел имеет требуемые входные и выходные характеристики, его можно включить в систему. Небольшие отступления от заданных входных и выходных характеристик и компромиссные решения в отношении выбора узлов не вызывают резкого нарушения заданной последовательности в работе. Чтобы процесс проектирования оставался управляемым при решении задач такого рода, желательно пользоваться простыми методами типа «прозрачного ящика»; многие же более сложные из рассмотренных ниже методов проектирования, также могут быть с успехом применены в тех случаях, когда принципиальные решения не зависят от конкретного физического исполнения отдельных узлов.

Нерасчленимые задачи проектирования.

Многие задачи проектирования вообще не поддаются или лишь с трудом поддаются такого рода расчленению без ущерба для рабочих характеристик, стоимости, массы, внешнего вида или других показателей, что требует компромиссных решений для сбалансирования различных деталей друг с другом. Такие ситуации возникают при проектировании зданий, автомобилей, станков и других объектов, в которых функции не связаны со специальными узлами, а сложным и непредсказуемым образом распределены по всему изделию. Обычно в таких случаях на какого - то опытного работника - руководителя проекта - возлагается полная ответственность за все существенные решения, будь то общая схема изделия или тонкие, но важные особенности конструкции деталей. Хорошим примером может служить архитектор, который несет ответственность как за общую планировку здания, так и за детали оформления окон, играющие существенную роль в реализации задуманного им внешнего вида здания. Другим примером может служить главный конструктор, который отвечает не только за эксплуатационные характеристики новой машины, но и за выбор важнейших входящих в нее деталей. Во всех случаях руководитель проекта на основе имеющегося у него опыта решения аналогичных задач сначала решает основные частные задачи, а затем определяет общую схему изделия и распределяет остальную работу между своими помощниками.

При решении часто повторяющихся задач, таких, как проектирование дорог, перекрытий, турбин, электрических цепей, электродвигателей и т.д., иногда удается всецело объектировать опыт разработчиков и полностью автоматизировать процесс проектирования. Это метод прозрачного ящика в чистом виде. Однако чаще всего, и особенно в тех случаях когда достаточно высок риск совершения дорогостоящей ошибки в проектировании, это оказывается невозможным ввиду отсутствия необходимого опыта: его приходится искусственно создавать путем проведения испытаний и исследований в рамках процесса проектирования. Здесь ни методы «прозрачного ящика», ни методы «черного ящика» уже недостаточны, а нужны, по видимому, новые методы и средства проектирования, которые сочетали бы в себе лучшие черты обоих подходов.

Цикличность.

Основной целью методологии проектирования является уменьшение цикличности и увеличение линейности проектирования. Наличие цикличности предполагает, что важнейшие частные задачи остаются незамеченными до поздних этапов работы, а когда они обнаруживаются, требуется пересмотр решений, положенных в основу проекта, или даже полное прекращение работы. Линейность же предполагает, что все важнейшие проблемы можно обнаружить с самого начала, а риск того, что на более поздних этапах большие затраты труда разработчиков придется списывать в убытки почти или совсем исчезает. Полной линеаризации всякой разработки мешает непредсказуемость зависимостей между отдельными частями задачи. Как показал Лакмен, схема зависимостей между подпроблемами одной задачи носит непостоянный характер и находится в зависимости от выбора частных решений каждой подпроблемы. В таких случаях структура задачи остается неустойчивой до тех пор, пока не будут приняты принципиальные решения по проекту. Поэтому беспочвенны попытки специалистов по теории решений находить решение задач проектирования путем однократного прохода по такой линейной последовательности:

1)выявление всех существенных переменных;

2)определение зависимостей между ними;

3)обеспечение оптимальных значений выходных параметров.

Линейность.

Перспективными в этом отношении представляются следующие два направления:

1.Первое направление заключается в том, чтобы превратить разрабатываемое изделие в конструкцию поточного (сборного) типа, т.е. сначала спроектировать взаимозаменяемые нормализованные узлы для каждой существенной функции. При этом все зависимости и расхождения между общей схемой изделия и конструкцией отдельных узлов сводятся к небольшому числу точно предсказуемых и неизменных правил соединения одного нормализованного узла с другим. В результате появляется возможность, используя методы «черного ящика», создать большое количество новых изделий, не задумываясь над конструкцией самих узлов. Куда же в таком случае делась пресловутая цикличность? Она не исчезла. Она появляется на более высоком уровне при разработке нормализованных узлов и правил соединения. Эта нерасчленимая операция намного сложнее, чем разработка отдельных изделий, и в настоящее время в ее осуществлении, по - видимому, основную роль играет чудо «черного ящика» особо одаренных проектировщиков, в которых счастливо сочетаются надлежащий опыт, особенности нервной системы, заинтересованность, упорство, везение и способность апеллировать к глубинным слоям сознания.

2.Второе направление в обеспечении линейности проявляется в адаптивных стратегиях. Общим для этих методов является то, что разработка по методу «прозрачного ящика» предваряется или сопровождается проведением исследований на более высоком уровне общности. Задача этих исследований заключается в том, чтобы научными способами, а не путем «размышлений в кресле» расширить и предсказать «пространство маневрирования» проектировщика при решении наиболее важных проблем. Примером исследований подобного рода может служить испытание различных вариантов наборного телефонного кода до того, как приступить к конструированию автоматической телефонной станции. Исследование в этом случае можно рассматривать как этап прогнозирования, в котором методами «прозрачного ящика» определяется диапазон возможных выходов на каждом этапе до того, как этот этап осуществлен (рис. 3).

Рис. 3. Этап прогнозирования, или исследовательская деятельность для предсказания пределов промежуточных выходов, в линейной последовательности действий по разработке проекта.

Ясно, что при обеспечении линейности вторым способом разработка ведется в обратным порядке по сравнению с обычным, т.е. от внутреннего к внешнему, а не от внешнего к внутреннему, как при обычной разработке, которая идет от описания основных характеристик изделия к деталировке его конструкции.

Проектировщик как самоорганизующаяся система.

В методах «прозрачного ящика» выходная реакция нервной системы обобщается на языке внешних символов с таким расчетом, чтобы она включала альтернативы, одной из которых является замысел проектировщика. Основным недостатком в обеих случаях является то, что проектировщик вырабатывает множество неучтенных альтернатив, слишком большое для того, чтобы его можно было исследовать медленным способом сознательного осмысления. Он не может сделать выбор интуитивно, по принципу «черного ящика», так как при этом вновь вступят ограничения, налагаемые опытом прошлого, а он как раз стремится избежать этого; в то же время он лишен возможности ускорить и автоматизировать поиск с помощью вычислительной техники, так как для составления программы для ЭВМ необходимо заранее знать цели и критерии отбора, а они сами зависят от имеющихся вариантов. Столкнувшись с такой дилеммой, проектировщик вынужден либо а) отказаться от использования новых методов, либо б) произвольно (по принципу «черного ящика») выбирать цели для поиска на ЭВМ, либо же в) корпеть над невыполнимой задачей всестороннего оценивания каждого отдельного варианта.

Выходом из дилеммы, связанной с обилием нового материала и необходимостью сразу оценивать его в целом, может явится разделение работы проектировщика на две части:

1)осуществление поиска подходящей конструкции;

2)контроль и оценка схемы поиска (управление стратегией).

Это дает вместо слепого перебора вариантов применить осознанный поиск и найти короткие пути через незнакомую территорию, используя как внешние критерии, так и результаты частичного поиска. Этот метод применим в том случае, если функция управления стратегией обеспечивает создание правильной модели как стратегии поиска, так и внешней ситуации, которой должна удовлетворять создаваемая конструкция.

Эта модель «осознания себя + ситуации» (или «стратегии + цели») имеет своей целью предоставить каждому члену бригады проектировщиков возможность самому определить, насколько избранная методика поиска способна привести к приемлемому равновесию между новой конструкцией, ситуацией, на которую она окажет влияние, и стоимостью ее разработки. Для этого, во - первых, создается метаязык из терминов, достаточно широких по значению, чтобы с их помощью можно было описать зависимости между стратегией и проектной ситуацией, и, во - вторых, посредством этого метаязыка проводится оценка модели, которая позволяет предсказывать вероятные результаты альтернативных стратегий, с тем чтобы можно было выбрать наиболее перспективную из них.

Критерии управления проектными работами.

1.Выявление и пересмотр важнейших решений.

Каждое решение, которое может принести значительные убытки, должно быть выявлено как можно раньше. Такие решения на начальных стадиях следует принимать лишь условно и предусматривать возможности их пересмотра в случае, если в дальнейшем обнаружится, что они вступают в противоречие с надежно установленными фактами или обоснованными суждениями специалистов. К числу важнейших решений относятся исходные допущения, цели, выбор моделей, выбор стратегии и метод изменения стратегии.

2.Соотношение затрат на научно - исследовательские и опытно - конструкторские работы с убытками от принятия неверного решения.

Как уже говорилось, убытки от незнания должны превышать затраты на дорогостоящие усилия проектировщика при поиске ответа на тот или иной вопрос. При оценке предложения о проведении какой - либо работы нужно прежде всего выяснить, на какие вопросы она даст ответ.

3.Распределение заданий в соответствии с возможностями исполнителей.

Каждому члену бригады проектировщиков нужно поручать такие задания, с которыми он способен справиться, в которых он разбирается и в выполнение которых заинтересован. Это требование гораздо труднее выполнить в бригадах, состоящих из представителей разных специальностей и работающих над новаторским проектом, чем в группах традиционных проектировщиков одинаковой специализации, занятых решением задачи знакомого типа.

4.Отыскание полезных источников информации.

Информацию следует искать во всех основных источниках стабильности и нестабильности, с которыми приходится считаться при проектировании. Прежде чем обратится к важной и дорогостоящей информации из различных источников, следует провести независимые испытания или получить сведения о надежности этих источников. Нельзя ожидать, консультанты будут давать нужные рекомендации, если они не знакомы с взаимодействиями и конфликтами, характерными для данного проекта.

5.Исследование взаимосвязей между изделием и средой.

Прежде чем выбрать или изменить стратегию проектирования, нужно оценить чувствительность конструкции к изменениям среды и соответственно среды к изменениям конструкции. Только после этого можно наметить главные решения, установить цели и уточнить структуру задачи.

Эти пять критериев управления стратегией сами собой подразумеваются, когда проектировщики одной специальности совместно работают над типовой задачей. Однако эти пять критериев редко выдерживаются в тех случаях, когда для решения новых типов задач проектирования либо создаются бригады из специалистов разного профиля, не обладающих опытом проектирования, либо привлекаются опытные проектировщики, которые в ходе работы над задачей вынуждены выходить за пределы своей компетенции.