Проекти́рование — процесс определения архитектуры , компонентов , интерфейсов и других характеристик системы или её части (ISO 24765). Результатом проектирования является прое́кт — целостная совокупность моделей , свойств или характеристик, описанных в форме, пригодной для реализации системы. ^:272

Проектирование, наряду с анализом требований, является частью большой стадии жизненного цикла системы , называемой определением системы ( англ. system definition ). Результаты этой стадии являются входной информацией для стадии реализации ( воплощения ) системы ( англ. system realization ). ^:268

Проектирование системы направлено на представление системы, соответствующее предусмотренной цели, принципам и замыслам; оно включает оценку и принятие решений по выбору таких компонентов системы, которые отвечают её архитектуре и укладываются в предписанные ограничения. ^:272

В настоящее время существует сильная тенденция рассматривать архитектурное и детальное проектирование как различные виды деятельности; делаются попытки определить их как отдельные практики, однако эти виды проектирования в значительной мере «переплетены». Архитектурные решения в сравнении с «обычными» проектными решениями рассматриваются как более абстрактные , концептуальные и глобальные; они нацелены на успех всей миссии и на наиболее высокоуровневые структуры системы. ^:272 Детальное проектирование, в свою очередь, определяется как процесс детализации и расширения предварительного проекта (архитектуры) до такой степени, при которой проект полностью готов к реализации.

История

В античные времена проектирование рассматривалось как « наука архитектора » . Деятельность архитектора была связана не только с возведением зданий , но и с созданием строительных и военных машин . Описание системы знаний и принципов организации этой науки представлено в труде римского архитектора и механика Витрувия , жившего 2 тысячи лет назад в эпоху Цезаря и Августа ^{[ источник не указан 1580 дней ]} .

Проектирование в СССР

В ранний период истории СССР проектирование являлось одним из наиболее «узких мест» строительства. Существовало индивидуальное кустарное проектирование. Только в 1929 году начинали создаваться специальные проектные организации ^{[ источник не указан 2567 дней ]} .

Проектные конторы разделялись на республиканские и местные. Республиканскими конторами, проектирующими гражданское строительство, являлись: Гипрогор и , деятельность которых координировалась с проектными конторами областного значения — в частности по Москве — , , по Ленинграду — и т. д.

В целях построения единого плана работ по проектированию гражданского строительства для 1932 года как правило устанавливалось, что:

а) программы республиканских проектных контор РСФСР по гражданскому строительству охватывали проектные работы для сверхлимитного индивидуального, типового и нижелимитного типового строительства;

б) программы местных проектных контор (автономных республик, краевых и областных) охватывали проектные работы для нижелимитного не типового строительства и по приспособлению типовых проектов к земельным участкам; проектирование для сверхлимитного индивидуального и типового строительства допускалось в порядке плановой увязки этих работ с программами указанных выше республиканских проектных контор ^{[ источник не указан 2567 дней ]} .

Понятие конструирования

Внутри процесса проектирования, наряду с расчётными 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:

• вручную при помощи чертёжных инструментов, например, кульмана (чертёжного стола);
• автоматизированно — при помощи систем автоматизации проектных работ ( САПР );
• автоматически (без участия человека) при помощи Интеллектуальной информационной системы .

Виды проектирования

По отраслям деятельности

Можно привести следующие примеры видов проектирования по отраслям деятельности:

• проектирование инженерных систем (вентиляции, газопроводов, электросетей и др. инфраструктуры);
• архитектурно-строительное проектирование ;
• градостроительное проектирование ;
• проектирование интерьера ;
• ландшафтное проектирование ;
• проектирование программного обеспечения ;
• и т. д.

По подходу к проектированию

Функциональное проектирование

Любой инженерный объект служит для осуществления одной или нескольких функций в использующих его системах, то есть функция — первична, объект — вторичен. Так, основной функцией автомобиля является перевозка грузов и людей, основной функцией ручки — оставить чернильный след на поверхности (бумаге и т.п.), книги — выступать носителем письменной информации и т. д.

Функциональное проектирование представляет наиболее общий подход к описанию систем. Определяются граничные условия и желательные входы и выходы, составляется подробный перечень функций или операций, которые должны выполняться . При функциональном проектировании осуществляется синтез структуры и определяются основные параметры объекта и его составных частей (элементов), оцениваются показатели эффективности и качества процессов функционирования. Результатом проектирования, как правило, являются принципиальные, функциональные, кинематические, алгоритмические схемы и сопровождающие их документы .

Оптимальное проектирование

Процесс проектирования всегда подчинён необходимости учёта интересов всех ключевых стейкхолдеров (заинтересованных сторон) : заказчиков, разработчиков, производителей, продавцов, потребителей, утилизаторов и т. д. Каждый из стейкхолдеров стремится к удовлетворению своих потребностей, часть из которых может вступать в конфликт. Например, автомобиль с точки зрения интересов различных причастных сторон должен одновременно обладать высокой скоростью и мощностью двигателя, низкой стоимостью, комфортабельностью, экологичностью, быть технологичным в производстве, удобным в обслуживании, лёгким в утилизации и т. д.

Кроме того, вариантов решения практической задачи практически всегда несколько, и перед разработчиком встаёт проблема аргументированного выбора окончательного варианта.

Проектирование, целью которого является не только поиск функционально эффективных решений, но и удовлетворение разных, порой противоречивых потребностей, обоснованный выбор окончательного варианта , стали называть оптимальным проектированием ( критериальным проектированием , вариантным проектированием ). Активно оно начало применяться со второй половины XX 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 .

Системное проектирование

В разделе не хватает ссылок на источники (см. рекомендации по поиску ). Информация должна быть проверяема , иначе она может быть удалена. Вы можете статью, добавив ссылки на авторитетные источники в виде сносок . ( 26 июля 2023 )

К концу XX века не только существенно возросла сложность проектируемых объектов, но и их воздействие на общество и окружающую среду, тяжесть 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 определённой 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.

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:

• Практическая полезность:
  • деятельность должна быть целенаправленной , устремлённой на удовлетворение действительных потребностей реального потребителя или определённой социальной, возрастной или иной групп людей;
  • деятельность должна быть целесообразной . Важно вскрыть причины, препятствующие использованию существующих объектов для удовлетворения новых потребностей, выявить вызывающие их ключевые противоречия и сконцентрировать усилия на решении главных задач;
  • деятельность должна быть обоснованной и эффективной . Разумным будет использование не любого решения задачи, а поиск оптимального варианта ;
• Единство составных частей:
  • целесообразно любой объект, сложный ли он или простой, рассматривать как систему , внутри которой можно выделить логически связанные более простые части — подсистемы , единство частных свойств которых и образует качественно новые свойства объекта-системы;
  • разрабатываемые объекты предназначены для людей, ими создаются и эксплуатируются. Поэтому человек также обязан рассматриваться в качестве одной из взаимодействующих систем. При этом должно приниматься во внимание не только физическое взаимодействие, но и духовно-эстетическое воздействие;
  • внешняя, или как её ещё называют — жизненная среда , также должна рассматриваться в качестве системы, взаимосвязанной с проектируемым объектом;
• Изменяемость во времени:
  • учёт этапов жизненного цикла объекта;
  • учёт истории и перспектив развития и применения разрабатываемого объекта, а также областей науки и техники, на достижениях которых базируются соответствующие разработки.

Нисходящее и восходящее проектирование

В разделе не хватает ссылок на источники (см. рекомендации по поиску ). Информация должна быть проверяема , иначе она может быть удалена. Вы можете статью, добавив ссылки на авторитетные источники в виде сносок . ( 26 июля 2023 )

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 ^{[ источник не указан 1580 дней ]} .

Стадии проектирования

Стадии проектирования регламентированы стандартами ГОСТ 2.103—2013 и ГОСТ Р 15.301—2016 . 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 отчёта 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 .

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 включают:

• Эскизное проектирование состоит в создании эскизного проекта, состоящего из совокупности документов, содержащих принципиальные решения и дающих общее представление об устройстве и принципе работы разрабатываемого объекта, а также данные, определяющие его назначение, основные параметры и габаритные размеры. В случае большой сложности объекта этому этапу может предшествовать аван-проект (предпроектное исследование), обычно содержащий теоретические исследования, предназначенные для обоснования принципиальной возможности и целесообразности создания данного объекта. При необходимости проводят изготовление и испытание макетов разрабатываемого объекта.
• Техническое проектирование состоит в создании технического проекта, образуемого совокупностью документов, которые должны содержать окончательные технические решения, дающие полное представление об устройстве проектируемого объекта, исходные данные для разработки рабочей документации.
• На стадии рабочего проектирования (рабочего проекта) сначала разрабатывают подробную конструкторскую документацию для изготовления опытного образца и последующего его испытания. Испытания проводят в ряд этапов (от заводских до приёмо-сдаточных), по результатам которых корректируют проектные документы. Далее разрабатывают рабочую документацию для изготовления установочной серии, её испытания, оснащения производственного процесса основных составных частей изделия. По результатам этого этапа снова корректируют проектные документы и разрабатывают рабочую документацию для изготовления и испытания головной (контрольной) серии. На основе документов окончательно отработанных и проверенных в производстве изделий, изготовленных по зафиксированному и полностью оснащённому технологическому процессу , разрабатывают завершающую рабочую документацию установившегося производства.
• Завершает цикл работ этап, подводящий итог проектной деятельности, сертификация . Её назначение — определение уровня качества созданного изделия и подтверждение его соответствия требованиям тех стран, где предполагается его последующая реализация. Необходимость выделения этого этапа в виде самостоятельного вызвана тем, что в настоящее время экспорт продукции или её реализация внутри страны во многих случаях недопустимы без наличия у неё сертификата качества. Сертификация может быть обязательной или добровольной. Обязательной сертификации подлежат товары, на которые законами или стандартами установлены требования, обеспечивающие безопасность жизни и здоровья потребителей, охрану окружающей среды, предотвращение причинения вреда имуществу потребителя. Добровольная сертификация проводится по инициативе предприятий. Обычно это делается с целью официального подтверждения характеристик продукции, изготавливаемой предприятием, и, как следствие, повышения доверия к ней у потребителей.

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) ^{[ источник не указан 1580 дней ]} .

Структура процесса проектирования

Проектирование — 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.

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 подчёркивают, 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:

• На этапе синтеза принципа действия отыскивают принципиальные положения, физические, социальные и т. п. эффекты, которые составят основу функционирования будущего изделия. Это могут быть основополагающие нормы, фундаментальные законы и правила, их частные случаи или следствия. Работа ведётся с принципиальными моделями и их графическим представлением — блок-схемами . Этому этапу соответствует заключительная стадия ТЗ и стадия технического предложения структуры проектирования по ГОСТ 2.103;
• На этапе структурного синтеза на основе выбранного принципа действия создаются варианты начального графического представления объекта — структуры, схемы, алгоритмы, упрощённые эскизы. В соответствии с ГОСТ 2.103 этот этап включает стадию эскизного проектирования;
• На этапе параметрического синтеза отыскиваются значения параметров объекта, находится численное, в том числе оптимальное, решение проектной задачи, создаётся подробная документация или описание объекта, чертежи изделия и его частей. Этот этап соответствует стадиям технического и рабочего проектирования.

Вследствие неполноты начальных знаний о задаче процесс проектирования итеративен , 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:

• выбор модели (то есть основополагающего принципа, вида блок-схемы и расчётной схемы),
• выбор метода решения, в том числе метода оптимизации ,
• решение,
• анализ полученных результатов и принятие решения .

Замечено, что эффективность проектируемого объекта определяется: в первую очередь — выбранным принципом действия, во вторую — предложенной структурой и в третью — соотношением параметров.

Проекты повторного применения

Проект повторного применения — это документация на объект строительства, по которой получено положительное заключение государственной экспертизы, построен и введён в эксплуатацию объект. Использование проектов повторного применения в проектировании позволяет затраты на проектирование и экспертизу свести к минимуму. Также сокращается срок проектирования ^{[ источник не указан 1580 дней ]} .

Методы проектирования

• Эвристические методы
  • Метод итераций (последовательного приближения)
  • Метод декомпозиции
  • Структурно-функциональный подход, построение структуры системы на основе описания её функциональности, и представление её в структурном виде
  • Метод контрольных вопросов
  • Метод мозговой атаки (штурма)
  • Теория решения изобретательских задач ( ТРИЗ )
  • Метод морфологического анализа
  • Функционально-стоимостной анализ
  • Методы конструирования
• Экспериментальные методы
  • Цели и виды экспериментальных методов
  • Планирование эксперимента
  • Машинный эксперимент
  • Мысленный эксперимент
• Формализованные методы
  • Методы поиска вариантов решений
  • Методы автоматизации процедур проектирования
  • Методы оптимального проектирования

См. также

• Управление проектированием
• Архитектура системы
• Выбор материала
• Жизненный цикл системы
• Модель
• Параметр (техника)
• Показатель качества
• Проектирование под заданную стоимость
• Разработка нового продукта
• Стейкхолдер
• Философия техники

Примечания

Литература

• Сидоров А.И. Основные принципы проектирования и конструирования машин. — М. : Макиз, 1929. — 428 с.
• Орлов П.И. Основы конструирования: Справочник: В 2-х книгах. — М. : Машиностроение, 1988. — ISBN 5-217-00222-0 .
• Хорошев А.Н. Введение в управление проектированием механических систем: Учебное пособие. — Белгород, 1999. — 372 с. — ISBN 5-217-00016-3 .
• ISO/IEC/IEEE 24765:2010 Systems and software engineering — Vocabulary. — 2010.
• ГОСТ Р ИСО/МЭК 15288—2008. Системная инженерия — Процессы жизненного цикла систем. — 2008.
• Kossiakoff A., Sweet W. N., Seymour S. J., Biemer S. M. Systems Engineering Principles and Practice. — 2-е изд. — Hoboken, New Jersey: A John Wiley & Sons, 2011. — 599 с. — ISBN 978-0-470-40548-2 .
• Pyster, A., D. Olwell, N. Hutchison, S. Enck, J. Anthony, D. Henry, and A. Squires (eds). . — The Trustees of the Stevens Institute of Technology, 2012.