Профиль

Концептуальное проектирование

Главным направлением деятельности Компании «Метод» с момента ее основания и по настоящее время является разработка изобретающих программ и систем автоматизированного проектирования на основе концептуального метода.

Концептуальное проектирование – это отдельный вид проектной деятельности. Её результат – варианты концепций проектируемой технической системы (ТС) как в целом, так и её отдельных частей.

Концепция ТС имеет различные формы представления, отличающиеся уровнем проработки (конкретности). Это:

физические принципы действия – взаимосвязанная комбинация физических, химических, биологических и т.п. естественнонаучных эффектов,
функциональные принципы действия – взаимосвязанная комбинация элементарных функциональных структур,
технические эффекты, улучшающие отдельные показатели ТС за счёт изменения материалов её элементов, состава, конструкции, режимов работы и взаимодействие с окружающей средой,
принципы устранения противоречий, улучшающие пары взаимосвязанных показателей ТС за счёт её структурных изменений,
набор оптимальных значений параметров элементов ТС.

Основной объем задач концептуального проектирования приходится решать на ранних стадиях разработки ТС, а именно, при определении облика будущего изделия, устройства или технологии. Однако, и в дальнейшем, на этапах рабочего проектирования, испытаний, постановки на производство разработчики сталкиваются со сложными техническими проблемами. Их устранение также требует привлечения методов концептуального проектирования.

Место и относительный объем концептуального проектирования, как отдельной поисковой процедуры на различных этапах проектирования поясняет следующая схема.

Концептуальное проектирование – это важнейшая составляющая процесса создания нового в технике. В конечном итоге, именно число проработанных концепций будущего изделия определяет его новизну, качество и, как следствие, конкурентоспособность и объём продаж.

Практическое применение методов концептуального проектирования показало, что кроме разработки новых изделий, устройств и технологий, они незаменимы при решении таких задач как:

повышение качества продукции,
снижение издержек производства,
выявление причин и последствий поломок и отказов технических устройств.
определение тенденций развития конкретной области техники,
получение патентного приоритета в заданной области техники,
управление знаниями и интеллектуальной собственностью предприятия.

Изобретательство и концептуальное проектирование

Изобретательство и концептуальное проектирование являются родственными видами деятельности, отличающимися, в основном, своим целями.

Изобретательство – это индивидуальная инициативная деятельность. Цель изобретателя – создать изобретение, т.е. найти техническое решение, обладающее мировой новизной. Изобретательство, как вид человеческой деятельности, сродни искусству. Поэтому часто создание изобретения несет в себе элемент случайности. Многие замечательные изобретения появляются «ни тогда» и «ни там», как того требуют потребности людей или реальное производство. Это одна из главных причин трудностей внедрения изобретения.

Случайный характер изобретательства может задержать развитие техники не на годы, а на тысячелетия! Так, древним грекам были известны все элементарные технические устройства, которые использовал Эдисон в своем фонографе для записи и воспроизведении звука. Они знали о свойстве струн колебаться при дуновении ветра, о колебании мембран барабанов, применяли рычаг для увеличения силы и использовали дощечки, покрытые воском, для записи слов, владели искусством тонкого литья. Однако соединить все эти знания в одном устройстве они не смогли. Кстати, изобретению фонографа Эдисон также обязан счастливому случаю.

В отличие от изобретательства, концептуальное проектирование – это плановая проектная деятельность. Её цель – решить техническую проблему, поставленную перед разработчиками, в нужный срок. При этом, обычно, не ставится задача найти принципиально новое техническое решение, т.е. изобретение.

Если техническое решение найдено после установленного срока, то, как правило, реализовать его удается крайне редко. Использование такого решения в текущем проекте невозможно, т.к. упущено время. В следующем проекте аналогичного изделия или технологии такому решению также обычно нет места, т.к. появляются новые требования и новые решения.

Главная цель концептуального проектирования – обеспечение планомерности решения технической проблемы – достигается за счет применения современных информационных технологий. В отличие от изобретательства, в котором преобладает творческое начало человека, концептуальное проектирование – это, в первую очередь, технология. Именно она гарантирует нужный результат в установленные сроки.

ТРИЗ и концептуальное проектирование

ТРИЗ – теория решения изобретательских задач. Была разработана в СССР Альтшулером Г.С., его учениками и последователями в период 50-х – 80-х годов прошлого века. Эта методология успешно развивается и сейчас. Методы ТРИЗ используют как отдельные изобретатели, так и консультационные фирмы во многих странах мира.

ТРИЗ и концептуальное проектирование являются родственными методологиями. У них одна и та же цель – планомерное, целенаправленное решение технических проблем, но различные методы.

Основной арсенал ТРИЗ – это эвристические методы, состоящие из специальных алгоритмов, инструкций, методических рекомендаций и т.п., которые ориентированы на использование их человеком. Методы ТРИЗ помогают изобретателю проанализировать техническую проблему, придумать решение и расширить область его применения.

Более широкое использование методов ТРИЗ в инженерной практике ограничено необходимостью предварительного обучения. Овладеть этими методами на должном уровне возможно только после длительного обучения на специальных курсах у опытного преподавателя.

Соответствующей реакцией на проблему необходимости обучения стало создание компьютерных программ, реализующих методы ТРИЗ. Но это не позволило полностью избежать предварительного обучения. В этих программах компьютер применяется как вспомогательное средство. С его помощью изобретатель, в основном, регистрирует собственные результаты решения технической проблемы, а также находит подходящие эвристические приемы и технические примеры. При работе с такими компьютерными программами весь объём творческих операций изобретатель должен выполнить сам.

В концептуальном проектировании для решения технических проблем используются формальные алгоритмы и большие базы технических и научных знаний, которые могут быть реализованы только в виде компьютерных программ. Пользователю совсем необязательно знать, какие методы (алгоритмы) применяются в этих программах. Ему достаточно указать техническую проблему, нажать кнопку «Решить» и выбрать лучшее из найденных решений. Таким образом, методы концептуального проектирования позволяют любому инженеру целенаправленно решать технические проблемы без предварительной методической подготовки.

Несмотря на указанные различия, подходы ТРИЗ и концептуальное проектирование не исключают, а дополняют друг друга. Методы ТРИЗ незаменимы при анализе технической проблемы и выявлении противоречий. Они помогают инженеру перейти от сложной технической проблемы к типовым изобретательским задачам. После этого можно применить программы, реализующие методы концептуального проектирования. Уже сейчас такие программы могут решать изобретательские задачи средней степени сложности. Это обеспечивается большими базами конкретных инженерных знаний и сложными формальными алгоритмами, которые используются в этих программах.

Кроме того, как показывает опыт нашей компании, инженеры, владеющие ТРИЗ, добиваются наилучших результатов при работе с программами, реализующими методы концептуального проектирования.