Методологія інженерного проектування

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ, НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ 
ЗАПОРІЗЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

КОНТРОЛЬНА РОБОТА 
з предмету «Методологія інженерного проектування»

Варіант №5

Виконав студент гр. Ез-419                                        М.Г. Капустіна

Перевірив                                                                     К.І. Чумаков

2012 р.

1 СВЯЗЬ МЕЖДУ ФУНКЦИЯМИ И СТРУКТУРАМИ СИСТЕМНОГО ОБЪЕКТА И ЕГО ЭЛЕМЕНТОВ.

Слово "система" стало  излюбленным (и вследствие этого  избитым) в речах всех любителей  трибун и совещаний, поэтому точный смысл его давно расплылся (в  чем легко убедиться, попросив любого краснобая сказать, что он под  этим термином разумеет). В литературе существует более сорока определений этого термина, каждое из которых ориентировано на ту или иную область знаний. Один из основателей общей теории систем Л.Берталанфи [1] дал весьма краткое определение: "Система есть комплекс взаимодействующих элементов", из которого следуют два главных признака системы:

1) система состоит из  дробных частей (элементов);

2) эти элементы представляют  собой не случайную совокупность, соседство, а каким-то образом  между собой взаимодействуют,  т.е. между ними существуют  определенные связи.

Если это краткое определение  слегка развернуть с учетом названных  признаков, то получится довольно работоспособная  формула: "Система - это упорядоченное  определенным образом множество  элементов, взаимосвязанных между  собой и образующих некоторое  целостное единство". Важным дополнением  к этому определению является замечание, что любая система  представляет собой элемент системы  более высокого порядка (надсистемы), а ее элементы, в свою очередь, обычно выступают в роли систем более  низкого порядка (подсистем).

Система характеризуется  составом элементов, структурой и выполняет  определенную функцию.

Элементы - это относительно неделимые части целого, объекты  или операции, которые в совокупности образуют систему. Элемент считается  неделимым в пределах сохранения определенного качества системы. Например, в микрокалькуляторе блок питания  является элементом, который можно  рассматривать как неделимое  целое, поскольку тот факт, что  блок питания имеет сложное устройство и сам состоит из многих деталей, имеет для системы "микрокалькулятор" весьма несущественное значение. Другой пример - бухгалтерия предприятия. Если предприятие рассматривать как систему, то бухгалтерия - это элемент данной системы, который в известной степени можно представить как неделимое целое, обеспечивающее определенную часть жизнедеятельности предприятия. Пример из другой области - интегрирование. В рамках учебного курса "математический анализ" этот раздел представляет собой замкнутую часть целого, которую изучают именно как элемент курса, но вместе с тем это - разветвленная самостоятельная дисциплина, включающая в себя множество подразделов, правил и процедур.

Структура - это закономерные устойчивые связи между элементами системы, отражающие пространственное и временное расположение элементов  и характер их взаимодействия. Именно структура делает систему некоторым  качественно определенным целым, так  как структура предполагает взаимодействие элементов друг с другом по-разному, выдвигая на первый план те или иные стороны, свойства элементов. Структура  является важнейшей характеристикой  системы, так как при одном  и том же составе элементов, но при различном взаимодействии между  ними меняется и назначение системы, и ее возможности. В подтверждение  этого на рис. 1 приведен пример пары различных систем, построенных из одних и тех же элементов.

Рисунок 1 – Пример пары различных систем.

Другой характерный пример - в стихотворении С.Я.Маршака "Мельник, мальчик и осел", где упомянутая троица по пути домой из одних и тех же элементов, перечисленных в названии, создавала разные системы, но никак не могла угодить общественности, и закончилось все это, если помните, так:

«Тьфу ты ! - хохочет народ у ворот:

- Старый осел молодого везет!»

Функция - это внешнее  проявление свойств объекта (системы  или ее элемента) в данной системе  отношений, определенный способ взаимодействия объекта с окружающей средой.  Чаще всего функции проявляются  в форме действий и отражают возможности  системы.

Например, функцией товарной биржи как системы является предоставление возможности купить или продать  товар клиентам без лишних затрат личного времени на поиск контрагента. Функция брокера как элемента этой системы - это поиск контрагента  в соответствии с заявкой клиента. Другой пример: функции турникета  в проходной предприятия - исключить  возможность неконтролируемого  прохода на территорию и обеспечить возможность поочередного контроля проходящих. Еще пример: функция витрины магазина - показать товары потенциальному покупателю.

Надо заметить, что большинство  систем или их элементов выполняют  не одну, а несколько функций. При  этом из всего перечня функций  объекта всегда можно выделить одну (реже - две) наиболее важную его функцию  в данной системе отношений. Эта  функция называется главной полезной функцией (ГПФ) объекта и, как правило, соответствует первоначальной цели создания или использования объекта. Действительно, если я взял в руку палку при появлении поблизости злой собаки, то ГПФ палки - защитить мои брюки и ноги от повреждения ее зубами, но если я взял ту же палку, чтобы заделать дыру в заборе, то ГПФ этой палки уже совсем другая - перекрыть доступ через дырку для незваных двуногих и четвероногих посетителей. Конструктивные элементы системы следует отличать от подсистем, являющихся частями системы. В качестве подсистемы обычно выступает выделенная по функциональному признаку группа элементов. Иногда подсистема содержит всего один элемент; с другой стороны, один и тот же элемент может входить сразу в несколько подсистем. В таблице 1 приведены примеры такой "многоликости".

Таблица 1 - Примеры систем и их состава.

Все системы, независимо от их природы, обладают рядом общих  свойств.

Целостность системы означает, что комплекс объектов, рассматриваемый  в качестве системы, обладает общими свойствами, функцией и поведением, причем свойства системы не сводимы к сумме свойств входящих в нее элементов.

Делимость системы отражает тот факт, что любой объект можно  представить состоящим из элементов. В соответствии с этим любой объект нужно рассматривать в трех аспектах: как нечто целое (систему), как  часть более общей системы (надсистемы) и как совокупность более мелких частей (подсистем). Способность всегда представить себе эти три (как  минимум!) этажа является краеугольным камнем, основной характеристикой системного подхода.

Любую составную часть  системы можно выделить и рассматривать  отдельно, изолированно. Однако эта  изолированность относительна, так  как всегда необходимо помнить, что  взаимодействие между выделенной частью и ее окружением в системе в  той или иной мере влияет на поведение  и свойства этой выделенной части.

Именно это свойство - делимость - позволяет упростить  изучение и преобразование даже очень  сложных систем, не упустив при  этом ничего существенного.

Чтобы представить степень  общности системного подхода, ниже приведены  примеры систем и некоторые элементы этих систем.

Таблица 2 – Примеры систем.

Ясно, что при таком разнообразии систем не обойтись без их классификации. И действительно, существует множество классификаций систем. Например, системы можно классифицировать по таким признакам:

1) по происхождению (естественные, искусственные),

2) по типу элементов  (абстрактные, конкретные),

3) по виду элементов  (материальный предмет, процесс,  информационный блок),

4) по состоянию (статические, динамические),

5) по связям с окружением (открытые, закрытые).

Сейчас для нас наиболее важным является разделение систем на естественные (возникающие и существующие независимо от человека и его воли) и искусственные (созданные человеком  сознательно для прямого или  косвенного удовлетворения какой-либо своей потребности). Мы сосредоточим внимание на искусственных системах, поскольку и разнообразие их, и  актуальность для человека, и, как  это ни странно, недостаточная степень  познания (а ведь они - дело рук самого человека!), и, наконец, важность их для  преуспеяния человека, - все это  дает достаточно оснований для нашего выбора.

Искусственные системы, в  свою очередь, можно разделить на несколько классов, каждый из которых  по-своему касается человека. Вот эти  классы:

1. Технические системы  (машины, приборы, аппараты, технологии, и т.п.),

2. Социальные системы  (государство, город, профсоюз, выборы, и т.п.),

3. Информационные системы  (наука, связь, пресса, обучение, и  т.п.),

4. Культурологические системы  (философия, театр, этика, живопись, и т.п.).

Дело в том, что творения рук человеческих неизбежно встраиваются не в одну, а в несколько надсистем, и в каждой из них и окружение  нашей системы, и принципы ее "деталировки" различны. Например, телевизор - это  техническая система? Да, конечно. Это  информационная система? Пожалуй, в  чистом виде нет, но он входит в информационную надсистему связи. Это социальная система? Нет, но в социальной надсистеме "город" ему отведено определенное место. Впрочем, телевизор можно рассматривать и как самостоятельную информационную систему (это мы сделаем ниже), и как элемент культурологической надсистемы "телевидение" (заметим, что надсистема "телевидение" существует и в социальной сфере, но это совсем другая надсистема!). И разумеется, в каждой из названных надсистем основными, наиболее существенными с точки зрения роли телевизора в надсистеме будут совершенно разные его свойства, элементы.

Другой пример - валютная биржа. Это техническая система? Нет, конечно, но в самой валютной бирже работает множество технических систем (строительные конструкции, технические средства жизнеобеспечения: освещение, отопление, вентиляция, и т.п.). Это социальная система? Безусловно, слишком сильно она связана с социальными процессами в обществе, так же как и с другими социальными структурами. Это информационная система? Конечно, и сама она напичкана информационными подсистемами, и внешние ее связи - почти исключительно информационные. Это культурологическая система? В целом, наверное, нет, но влияние ее наличия и функционирования на мировоззрение, этические принципы и нормы достаточно значительно, т.е. она в той или иной мере связана с культурологическими системами.

Первый шаг системного анализа - представление изучаемого объекта в виде системы. Для искусственной  системы этот шаг сводится к выявлению  и словесному определению следующих  понятий:

а) надсистема, в которую  входит объект,

б) главная полезная функция  объекта,

в) перечень подсистем объекта,

г) структура системы.

Простота формулировок этого  первого шага отнюдь не означает простоты его исполнения. Коварный ложный след ожидает неопытного аналитика уже  на первом этапе - этапе определения  надсистемы. Слишком часто вместо надсистемы хочется назвать всего лишь обобщенное определение исходного объекта, а эта ошибка заводит в тупик, который ощущается неопытным аналитиком только на следующих шагах системного анализа.

Дальнейшее исполнение первого  шага системного анализа (определение  подсистем и структуры), как правило, затруднений не вызывает, но часто  оказывается неполным. Впрочем, эта  неполнота не смертельна и не должна особенно беспокоить аналитика, т.к. на следующем шаге она неизбежно  выявится и будет скорректирована.

2 ВЗАИМОСВЯЗЬ ГЛАВНЫХ ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ.

Проектная процедура –  это взаимосвязанная, взаимообусловленная  совокупность действий, направленных на получение проектных решений.

Проектное решение – промежуточное  или окончательное описание объекта  проектирования, необходимое и достаточное  для продолжения или окончания  проектирования или вариант проекта, удовлетворяющий требованиям технического задания (ТЗ) (промежуточное или конечное описание объекта проектирования).

В этих определениях практически  не оговариваются требования по качеству результатов проектирования.

Эффективное проектное решение  – описание объекта, принципиально  выполняющего требуемые функции  или проектное решение, принципиально  отвечающее требованиям ТЗ.

Оптимальное проектное решение  – описание объекта, наилучшим образом  выполняющего требуемые функции  или проектное решение, наилучшим  образом отвечающее требованиям  ТЗ.

Проектные процедуры принято  разделять на проектные операции, под которыми понимаются действия, выполняемые для разных процедур по единому алгоритму.

Существуют следующие  проектные операции.

Синтез – конкретизация  облика или параметров проектируемого объекта; определение состава и  взаимосвязей элементов объекта  или конкретизация технических  решений, определяющих вариант проекта.

Моделирование или создание модели объекта проектирования –  создание абстрактной (математической, графической, текстовой) или физической (макетный, опытный, серийный образец) модели объекта.

Анализ – исследование свойств синтезированного варианта проекта с применением абстрактных  и (или) физических моделей или исследование объект проектирования с использованием моделей.

Принятие проектного решения  – выбор варианта проекта из имеющихся  альтернативных вариантов по результатам  анализа или выбор варианта проекта  с учётом требований ТЗ на основе результатов  анализа.

Термин «принятие проектного решения» имеет и другой смысл: часто  под ним понимают общий процесс  определения множества вариантов  проекта, задания принципа оптимальности  и выбор лучшего варианта.

Моделирование или создание модели объекта проектирования является проектной операцией, связанной  с каждой из двух других проектных  операций: синтезом и анализом. Поэтому  далее моделирование или создание модели объекта будет рассмотрено  подробно.

Процесс получения проектного решения имеет явно выраженный итерационный характер, иллюстрируемый блок-схемой на рис.2.

Обратная связь в блок-схеме  начинает работать, если ранее синтезированный  вариант проекта даёт неудовлетворительные результаты, то есть не отвечает поставленным требованиям, а также, если необходимо получить вариант проекта, имеющий  лучшие показатели. В последнем случае нужно получить несколько допустимых вариантов проекта, то есть вариантов, для которых выполняются ограничения, и выбрать среди них лучший. Для выбора требуется знать или  сформулировать правило сравнительной  оценки вариантов или критерий оптимальности.

Рисунок 2 - Итерационный процесс получения проектного решения.

Процесс проектирования во времени разделяется на стадии и  этапы.

В соответствии с системным  подходом к проектированию принято  укрупнённо выделять следующие стадии проектирования:

1) Внешнее проектирование  – конкретизация целей и задач  объекта проектирования и определение  требований к его функционированию.

2) Формирование облика  будущего объекта – корректное  согласование требований внешнего  проектирования с возможностями  внутреннего проектирования.

3) Внутреннее проектирование  – реализация проектируемого  объекта с заданными свойствами.

При более детальном рассмотрении выделяют 9 стадий проектирования (проектных  работ):

1) Предпроектные исследования.

2) ТЗ.

3) Техническое предложение.

4) Эскизное проектирование (эскизный проект).

5) Техническое проектирование (технический проект).

6) Рабочее проектирование (рабочий проект).

7) Изготовление опытного  образца.

8) Отладка.

9) Испытание и ввод  в эксплуатацию (в действие).

Первый этап проектирования – этап НИР составляют первые три  стадии (иногда вместе с четвёртой) (для большинства объектов проектирования в сфере электромеханики и  электромеханических систем НИР  фундаментальные или прикладные). На этапе НИР проводятся исследования по поиску новых принципов работы и конструкций объектов проектирования, новой элементной базы и пр.

Второй этап проектирования – этап опытно-конструкторских работ (ОКР) – включает техническое проектирование (иногда вместе с эскизным проектированием). На этапе ОКР осуществляется детальная конструкторская проработка объекта проектирования.

Третий этап проектирования – этап технологической подготовки производства – совпадает с шестой стадией – рабочее проектирование.

Четвёртый этап проектирования – изготовление опытного образца  – совпадает с седьмой стадией  проектирования.

 Пятый этап проектирования  – отладка, испытание и ввод  в эксплуатацию (в действие) –  включает восьмую и девятую  стадии проектирования.

Укрупнённо в логической схеме проектирования выделяются этапы:

 ✓ формирования ТЗ,

 ✓ предварительного,

 ✓ эскизного,

 ✓ и рабочего проектирования.

На этих этапах развивается  описание объекта проектирования, фиксируемое  в комплекте документации.

3. РАБОЧИЙ ПРОЕКТ, ЕГО НАЗНАЧЕНИЕ И СОДЕРЖАНИЕ.

Проектирование - основа любой инженерной системы. Нет необходимости лишний раз говорить о том, что правильно спроектированная система прослужит долгое время, в то время как изначально неправильно выполненный проект приведет к ошибкам при инсталляции, а при эксплуатации если и не будет серьезных отклонений в работе, то, как минимум, существует вероятность в доработке системы, что так или иначе связано с финансовыми затратами.

Проект должен соответствовать нормам и стандартам проектирования, а также учитывать специфику работы проектируемого объекта, возможность изменения структуры организации, количества рабочих мест и другие аспекты.

Этапы проектирования можно разбить на 3 основные части:

- Техническое задание;

- Рабочий проект;

- Исполнительная документация.

Техническое задание на проектирование.

Основой для создания любого проекта служит техническое задание (ТЗ). В идеальном случае развернутое  техническое задание на проектирование компьютерной сети должен предоставить Заказчик. Зачастую у Заказчика нет  специалистов, которые могли бы составить  полноценное ТЗ, включающее все параметры  системы. В этом случае на помощь приходят наши Инженеры, которые вместе с  сотрудниками Заказчика прорабатывают  все детали будущего проекта, выясняют потребности и предпочтения. Результатом  совместной работы является полноценное Техническое задание, по которому будет создаваться Рабочий проект.

Рабочий проект

Составив и согласовав с Заказчиком Техническое задание на проектирование, мы приступаем к созданию Рабочего проекта. Рабочий проект включает в себя все необходимые документы, чертежи, схемы, журналы и описания необходимые для производства работ на объекте. Рабочий проект описывает что, где, каким образом и согласно каких стандартов, норм и правил должно быть установлено на объекте. Перед тем как приступить к работам, сотрудники нашей компании в обязательном порядке согласовывают с Заказчиком Рабочую документацию. Только после выполнения работ по проектированию и согласования начинается монтаж. За соответствием выполняемых работ Рабочему проекту в нашей компании следят Инженеры - авторы проектов. Такой контроль называется Авторским надзором. Любые изменения и отступления от рабочего проекта оперативно согласовываются с Заказчиком и вносятся в проект. По завершению работ выпускается Исполнительная документация.

Рабочий проект содержит следующие документы:

• Титульный лист;
• Лист согласования;
• Общие данные;
• Пояснительная записка;
• Ведомость ссылочных документов;
• Ведомость чертежей рабочего комплекта;
• Принципиальная схема;
• План расположения коммуникационного оборудования;
• План расположения рабочих мест и кабельных трасс;
• План с графиками радиочастотного покрытия;
• Кабельный журнал;
• Условные обозначения;
• Спецификация оборудования, изделий и материалов.

Исполнительная документация

После окончания работ  на объекте, изготавливается Исполнительная документация (ИД). ИД некоторым образом  повторяет Рабочий проект, но в  свою очередь учитывает все изменения, внесенные в Рабочий проект СКС  в течение производства монтажных  работ. Исполнительная документация передается Заказчику и нередко эксплуатационной службе здания. Документация необходима для Системных администраторов, службы эксплуатации здания, для обслуживания и возможности дальнейшей модернизации сети.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Системное представление объекта [Электронный ресурс]: http://www.metodolog.ru/00046/00046.html

2. Основные понятия проектирования. Основные проектные операции и их взаимосвязи, стадии и этапы проектирования [Электронный ресурс]: http://all4study.ru/proektirovanie/osnovnye-ponyatiya-proektirovaniya-osnovnye-proektnye-operacii-i-ix-vzaimosvyazi-stadii-i-etapy-proektirovaniya.html

3. Типовой рабочий проект  [Электронный ресурс]: http://www.e-interra.ru/upload/PTPwifi.pdf