ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ И ПРИНЦИПЫ РАЦИОНАЛЬНОГО ПОДХОДА К ОРГАНИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ В ВУЗАХ Алексеев В.П.,Буханец Д.И.,Никольский Ю.В.

Международный инновационный университет


Номер: 3-2
Год: 2015
Страницы: 39-43
Журнал: Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук

Ключевые слова

педагогика, системный подход, принципы, проектирование, оптимальность, technology, systems, Graduate work, systems analysis, problem situation, Applied System Analysis

Просмотр статьи

⛔️ (обновите страницу, если статья не отобразилась)

Аннотация к статье

Статья посвящена принципам рационального планирования и проведения проектирования студентами технических специальностей ВУЗов. Авторы предлагают оптимизировать работу студентов при курсовом и дипломном проектировании. В основе предлагаемого метода лежит системный подход и принципы технического творчества, с опорой на комплекс научных знаний.

Текст научной статьи

Введение При выполнении квалификационных работ (КР) технического профиля и при проектной деятельности на производственной практике, у руководителей и студентов возникает проблема обеспечить техническую новизну проектируемых объектов (изделий, технологий, программ) в условиях бурного научно-технического прогресса и жесткой конкуренции. Для решения этой проблемы каждому автору КР необходимо подойти системно к изучению состояния своей области проектирования, правильно сформулировать как задачи (цели проектирования), так и основные технические ограничения, выбрать набор квазиоптимальных, а затем и оптимальные технические решения, подготовить комплект конструкторской (технологической) документации. Для рационального достижения указанных задач нами предлагается методология прикладного системного анализа [1,23], широко применяемая системными аналитиками ведущих стран мира и доработанная нами для решения задач проектирования и организации группового проектного обучения в ВУЗах [2,14]. Суть предлагаемого подхода. Проектирование является высшим видом творческой деятельности [1,10] и сложным процессом, организовать который (в том числе и в ВУЗах) можно только с использованием системного подхода и методов системного анализа [3,12; 4,10]. Нами предлагается при выполнении КР и подготовке проектной документации использовать следующие (основные) этапы. 1. Анализ потребности На этом этапе выявляется потребность в разрабатываемом объекте и формулируется проблема проектирования. Потребность определяется на основе выявления следующих факторов: - наличие аналогов и прототипов, имеющихся в сфере реализации по приемлемой цене; - удовлетворение аналогом или прототипом требуемой функции; - анализ состояния рынка и прогнозированием объёмов производства; - степень морального старения аналогов и прототипа; - возможности наращивания объёмов производства объекта. Аналоги и прототип находятся в процессе информационного исследования различных видов источников, в том числе монографий, учебников и учебных пособий, статей, патентов и материалов Интернета. Аналоги могут исходить из различных принципов действия. И поэтому их может быть несколько. Желательно привести внешний вид и основные характеристики аналогов. Прототип - это один из аналогов, который лучше всего удовлетворяет требуемую потребность. Иногда правильно выбранный прототип отменяет проблему проектирования, т.к. имеющийся серийно выпускаемый объект экономически более целесообразен в использовании, чем разработка и внедрение в производство нового. По опыту проектирования: новое изделие чаще всего менее надёжно и долговечно! В итоге по данному этапу необходимо привести детальное описание прототипа и обосновать необходимость дальнейшей разработки. Формулировка проблемы должна состоять из одного предложения типа: «Проблема проектирования состоит в том, чтобы создать объект, отличающийся от прототипа… (далее указывается отличие объекта) при сохранении… (указываются значения не ухудшаемых параметров или признаков). 2. Проблемная ситуация Для того, чтобы спроектировать новый объект, не породив новых проблем, необходимо выявить всех участников проблемной ситуации. Напомним, что системно решить проблему - это улучшить состояние неудовлетворённых участников проблемной ситуации, не ухудшив состояние остальных, имеющих реальное отношение к решаемой проблеме [2,28]. В число участников проблемной ситуации могут входить: - заказчик; - разработчики (системотехники, схемотехники, конструкторы); - изготовители (технологи); - специалисты по маркетингу и торговой реализации объекта; - финансисты (спонсоры); - специалисты по эксплуатации; - потребители (клиенты); - безмолвные участники (прошлое поколение, окружающая среда, будущее поколение). Интересы безмолвных участников могут выражать эксперты - историки науки и техники, экологи, специалисты по научно-техническому прогнозированию. После составления списка участников проблемной ситуации проводится анализ возможностей каждого из участников с позиций сформулированной ранее проблемы. При этом учитываются кадровые, профессиональные, творческие, технические, финансовые, временные возможности. Выявление проблем участников проблемной ситуации может быть проведено экспертным методом, особенно это касается безмолвных участников. Заметим, что в XXI веке особенно возрастает роль учёта интересов окружающей среды - природы, при проектировании новых технических объектов. 3. Выбор языка описания проблемы Для того, чтобы успешно решить проблему проектирования объекта КР, необходимо детально изучить его возможные физические принципы действия (ФПД), особенности аналогов и прототипа, описать проблему проектирования. Для этого могут быть использованы различные языки: - профессиональный (по характеру проблемы); - математический; - алгоритмический; - финансовый; - технический (язык чертежа, схемы); - информационный и т.п. Конфигуратором называется минимально необходимое число языков для описания поставленной проблемы. По сути, конфигуратор - это знания и умения, полученные автором проекта из различных информационных источников. Таким образом, под конфигуратором в дальнейшем будем понимать список информационных источников, необходимых для описания проблемы проектирования. Для выполнения КР конфигуратор должен содержать, как правило, не менее 50 наименований монографий, учебных пособий, статей, патентов, материалов Интернета. Конфигуратор нужно изучить с позиций решаемой проблемы. 4. Формирование цели В системном анализе главенствует принцип: «Нет цели - нет решения проблемы!». Дальнейшее продвижение в проектировании объекта требует составления технического задания (ТЗ) на КР. ТЗ является обобщённой описательной интегральной моделью проектируемого объекта. Для КР естественнонаучного или гуманитарного профиля, ТЗ может называться заданием на КР или заданием на проведение исследований. На начальных стадиях проектирования ТЗ носит идеализированный характер, в конце проектирования оно может быть уточнено с учётом научно-технологических реалий. ТЗ имеет формализованный вид в соответствии с ведомственными, корпоративными или государственными нормами. Для составления ТЗ необходимо сформировать массив критериев, описывающих качество объекта и задать значения показателей, входящих в критерии. Задание значений показателей может быть проведено методом прогнозируемых экспертных оценок, методом назначений или аналитическим (расчётным) методом. Для типовых потребительских объектов существуют ГОСТы на значения показателей, причём для повышения качества таких изделий применяется опережающая стандартизация. В общем случае для большинства технических объектов существуют следующие четыре группы критериев: - функциональные критерии, характеризующие тактико-технические показатели; - технологические критерии, связанные с возможностью и простотой изготовления; - экономические критерии, связанные с материальными, энергетическими финансовыми ресурсами [4,32]; - критерии, связанные с эргономикой, экологией и безопасностью жизнедеятельности (система «Человек-Машина»). Конкретные значения показателей критериев выбираются, исходя из особенностей объекта и проблемы проектирования. Методической основой для выбора показателей являются массив показателей аналогов и прототипа. Итогом данного этапа является дерево целей, примерный вид которого приведён на рисунке 1, а также ТЗ по предписанной форме. Значения показателей объекта, проставленные в дереве целей, переносятся в ТЗ. Заметим, что в этом случае ТЗ является научно обоснованным, т.к. его составлению предшествовали четыре предыдущих системных этапа. Выбор показателей дерева целей может осуществляться следующими методами: - прогнозированием на основе информационного исследования; - аналитическим, на основе математического моделирования тенденций развития объекта и расчёта показателей объекта на модели; - заданием на основе интуиции, опыта проектирования, изготовления, эксплуатации аналогичных объектов. Рис. 1. Характерный вид структуры показателей (целей) для технического объекта 5. Проблема проектирования и пути её решения Исследование проблемы в конечном итоге выливается в детальное изучение проектируемого объекта, рассмотрение возможных вариантов ФПД, конструктивной функциональной структуры (КФС), внешнего вида и цветовой гаммы объекта. При проектировании социальных и общественных объектов составляется структурная схема системы и задаются её функции. Программные объекты определяются структурной схемой алгоритма и программой. В процессе исследования проблемы решается вопрос - можно ли достичь показателей объекта, заданных в дереве целей и с помощью каких решений. Исследование может быть проведено информационным, теоретическим, экспериментальным, экспериментально-теоретическим, теоретико-экспериментальным методами или методом планирования эксперимента [3,25]. В процессе исследований возможно применение имитационного моделирования или вычислительного эксперимента. Изучается проектируемый объект, декомпозируются его составные части. Анализ проводится по уровням «надсистема» - «система» - «подсистема» - «элемент». Выявляются главная, основные, второстепенные, вредные функции каждой составной части. Такой анализ поможет на следующем этапе провести синтез нового объекта для решения поставленной проблемы. Информационное исследование или обзор литературных источников является минимально необходимым. Если такое исследование не сформирует у автора проекта конфигуратор, проводятся исследования указанными выше методами. 6. Генерация идеи решения проблемы проектирования. Для принятия новых технических решений по проблеме проектирования могут быть использованы следующие методы [1,37]: - мозговые атаки; - морфологический анализ; - функционально-стоимостной анализ; - метод эвристических приёмов; - теория решения изобретательских задач; - «изобретающие» программы; - аналитические методы, моделирование. На этом этапе генерируются идеи по решению проблемы проектирования и выбирается лучший, наиболее соответствующий дереву целей. Описанные подходы используется нами в практике дипломирования по ряду технических специальностей при подготовке специалистов и бакалавров в течение 15 лет. При её применении выпускники легко защищают свои работы, т.к. вся логика выполнения КР подчинена системному обоснованию, анализу и синтезу проектных решений. Уяснив указанную технологию, выпускники быстро осваиваются на производстве, становятся авторами технических решений на уровне изобретений и достигают быстрого карьерного роста. В инженерной профессиональной деятельности рассмотренная технология широко применяется нами на стадиях разработки «Техническое задание» и «Техническое предложение» при выполнении опытно-конструкторских работ. Весьма существенным и важным моментом в рассматриваемой технологии является широкое использование средств вычислительной техники, и информационных технологий. «Эффекты» и «Стандарты». Для обоснования перспективных направлений проектирования на стадии разработки «Техническое предложение» мы применяем лицензированные программные продукты в виде пакетов прикладных программ MatCAD, AutoCAD, SolidWorks, ANSIS, AltiumDesigner, Асоника и др. Эскизные варианты конструкций представляются с использованием 3-х мерной динамической графики. На этапе исследования проблемы применяются численные методы компьютерного моделирования электрических, тепловых, электромагнитных и механических связей в конструкциях с 3-х мерным отображением. В итоге моделирования и оптимизации могут быть получены рациональные значения основных технических параметров нового образца, а также основные требования к производству, такие как: технологическая трудоемкость, себестоимость, оптовая цена при заданном объёме производства и другие необходимые показатели.

Научные конференции

 

(c) Архив публикаций научного журнала. Полное или частичное копирование материалов сайта возможно только с письменного разрешения администрации, а также с указанием прямой активной ссылки на источник.