Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Методы и интеллектуальные системы анализа и синтеза новых технических решений

Покупка
Артикул: 806174.01.99
Доступ онлайн
500 ₽
В корзину
В монографии рассмотрены подходы к анализу и синтезу технических инноваций, основанные на системном использовании закономерностей строения и развития новой техники, математических, эвристических и интеллектуальных методов, баз данных запатентованных изобретений. Изложенные в книге методы концептуального проектирования инноваций отражают две парадигмы системного анализа: редукционизм, основанный на попытках познания системы путем разложения ее на части и исследования этих частей, и холлизм, предполагающий проведение исследования системы через объяснение взаимодействия ее элементов и функций с точки зрения отношений с окружающей средой. Книга предназначена для научных работников, инженеров и студентов, работающих в таких сферах, как системный анализ, управление качеством инноваций, концептуальное проектирование, разработка интеллектуального программного обеспечения и др.
Андрейчиков, А. В. Методы и интеллектуальные системы анализа и синтеза новых технических решений : монография / А. В. Андрейчиков. - Москва : РИОР, 2019. - 544 с. - DOI: https://doi.org/10.29039/2005-0. - ISBN 978-5-369-02005-0. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/2037330 (дата обращения: 29.03.2024). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов. Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в ридер.
Москва 
РИОР

А.В. Андрейчиков

МЕТОДЫ 

И  ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ 

СИСТЕМЫ  АНАЛИЗА 
И  СИНТЕЗА  НОВЫХ 

ТЕХНИЧЕСКИХ  РЕШЕНИЙ

МОНОГРАФИЯ

УДК 004.896
ББК 32.965
          А63

УДК 004.896
ББК 32.965

Андрейчиков А.В.
Методы и интеллектуальные системы анализа и синтеза новых 
технических решений : монография / А.В. Андрейчиков. — М. : РИОР, 
2019. — 544 с. — DOI: https://doi.org/10.29039/2005-0

ISBN 978-5-369-02005-0
В монографии рассмотрены подходы к анализу и синтезу технических 

инноваций, основанные на системном использовании закономерностей 
строения и развития новой техники, математических, эвристических и 
интеллектуальных методов, баз данных запатентованных изобретений. Из-
ложенные в книге методы концептуального проектирования инноваций 
отражают две парадигмы системного анализа: редукционизм, основанный 
на попытках познания системы путем разложения ее на части и исследо-
вания этих частей, и холлизм, предполагающий проведение исследования 
системы через объяснение взаимодействия ее элементов и функций с точ-
ки зрения отношений с окружающей средой.

Книга предназначена для научных работников, инженеров и студентов, 

работающих в таких сферах, как системный анализ, управление качеством 
инноваций, концептуальное проектирование, разработка интеллектуаль-
ного программного обеспечения и др. 

ISBN 978-5-369-02005-0
© Андрейчиков А.В.

А63

А в т о р :
Андрейчиков А.В. — д-р техн. наук, профессор кафедры менеджмента каче-

ства Российского университета транспорта (г. Москва). Автор более 400 печат-
ных работ и 60 изобретений. Научная деятельность связана с развитием при-
оритетного научного направления в области разработки компьютерных средств 
и методик генерации новых решений на основе комплексного использования 
эвристических методов проектирования, многокритериальных методов теории 
принятия решений, комбинаторно-морфологических и статистических мате-
матических методов, методов искусственного интеллекта. Действительный 
член Международной академии системных исследований, член-корреспондент 
Российской академии естествознания, эксперт национального информацион-
но-аналитического центра по мониторингу приоритетных направлений раз-
вития науки, технологий и техники в области информационно-телекоммуни-
кационных систем

ФЗ 
№ 436-ФЗ
Издание не подлежит маркировке 
в соответствии с п. 1 ч. 2 ст. 1

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 7

Глава.1 ...СОВРЕМЕННЫЕ.ПАРАДИГМЫ.КОНЦЕПТУАЛЬНОГО..

ПРОЕКТИРОВАНИЯ.СИСТЕМ. . .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 10

1.1. 
Обзор методологий концептуального  
проектирования технических объектов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.1.1. Классические методологии проектирования . . . . . . . . . . 13
1.1.2. Эвристические методы проектирования  . . . . . . . . . . . . . 17

1.2..
Системный подход к проектированию . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
1.2.1. Свойства и закономерности технических систем . . . . . . 26
1.2.2. Подходы к моделированию сложных систем . . . . . . . . . . 31
1.2.3. Задачи синтеза в проектировании ТС . . . . . . . . . . . . . . . . 36
1.2.4. Формальные модели проектирования. . . . . . . . . . . . . . . . 38

1.3. 
Современные направления развития проектирования ТС . . . . . . 43
1.3.1. Эволюционный подход к проектированию . . . . . . . . . . . 43
1.3.2. Методы повышения эффективности  

и качества проектирования. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

1.3.3. Компьютерная поддержка процессов  

проектирования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

1.4. 
Обзор задач, методов и систем принятия решений . . . . . . . . . 54
1.4.1. Парадигмы выбора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
1.4.2.  Методы принятия индивидуальных решений  

при многих критериях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

1.4.3. Задачи и методы принятия коллективных решений . . . . 69

1.5. 
Методы и системы для получения прогнозов поведения  
сложных систем  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

Глава.2 ...СИСТЕМНЫЙ.АНАЛИЗ.НАЧАЛЬНЫХ.СТАДИЙ..

ПРОЕКТИРОВАНИЯ.ТЕХНИЧЕСКИХ.ОБЪЕКТОВ. .  .  .  .  .  .  . 82

2.1. 
Анализ множества технических систем, соответствующих 
основным этапам и задачам проектирования . . . . . . . . . . . . . . 82

2.2.  
Влияние неопределенностей на процессы исследования  
сложных систем  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

2.3.  
Информационная модель концептуального проектирования . . .90

Глава.3 ...МЕТОДЫ,.МОДЕЛИ.И.СИСТЕМЫ..

ПРИНЯТИЯ.РЕШЕНИЙ. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 96

3.1. 
Система для поддержки процессов принятия решений  
на базе методов теории нечетких множеств . . . . . . . . . . . . . . . . 97
3.1.1. Постановки задач принятия решений  

на нечетких моделях  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

3.1.2. Описание программной системы «Нечеткий выбор» . . . 102

3.2.  
Экспертные системы для поддержки процессов принятия 
решений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
3.2.1. Оболочка ЭС продукционного типа . . . . . . . . . . . . . . . . 107
3.2.2. Оболочка экспертной системы с нечетким выводом . . . 108

3.3.  
Система для поддержки процессов принятия решений  
на основе метода анализа иерархий  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
3.3.1. Состав и структура системы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
3.3.2. Описание задач, методов и алгоритмов  . . . . . . . . . . . . . 119
3.3.3. Прогнозирование предпочтений и приоритетов . . . . . . 125
3.3.4. Учет взаимного влияния элементов иерархии . . . . . . . . 128
3.3.5.  Методы представления и процедуры извлечения  

знаний из данных . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .133

3.4. 
Система для поддержки процессов коллективного выбора . . . 142
3.4.1. Задачи двухстороннего выбора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
3.4.2. Постановка задачи бинарного синтеза . . . . . . . . . . . . . . 144
3.4.3. Разрешение конфликтов при коллективном выборе  

решений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149

3.4.4. Способы представления и обработки знаний . . . . . . . . 154

3.5. 
Методология принятия решений в условиях  
неопределенности с использованием разработанного  
программного обеспечения  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
3.5.1.  Многокритериальный выбор рациональной  

виброзащитной системы с применением методов  
теории нечетких множеств . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .157

3.5.2. Анализ эволюции технических систем  

с применением МАИ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164

3.5.3. Выбор перспективной системы виброзащиты  

в условиях взаимного влияния рассматриваемых  
факторов окружения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170

3.5.4. Коллективный выбор технологии производства  

виброзащитных устройств для транспортных средств. . . 179

Глава.4 ..ПОДХОДЫ.К.СИНТЕЗУ.СЛОЖНЫХ.СИСТЕМ . .  .  .  .  .  .  .  .  . 188

4.1. 
Морфологический подход к структурному синтезу  
технических объектов  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
4.1.1.  Задачи, критерии и алгоритмы синтеза технических  

систем на ранних стадиях проектирования . . . . . . . . . . 192

4.1.2.  Способы представления знаний об объектах  

структурного синтеза . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205

4.1.3. Методы извлечения знаний из морфологических  

множеств . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212

4.1.4. Методика анализа морфологического множества  

на примере синтеза системы виброзащиты  
для оператора локомотива  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220

4.2. 
Структурно-логический подход к синтезу  
технических объектов  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240
4.2.1. Способы представления знаний . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
4.2.2.  Алгоритмы обработки знаний в процессе  

интеллектуального синтеза . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .249

4.3. 
Эволюционный подход к синтезу технических решений . . . 253
4.3.1. Представление знаний о технических решениях  . . . . . 255
4.3.2. Алгоритмы эволюционного синтеза . . . . . . . . . . . . . . . . 260

4.4. 
Эвристический синтез рациональных  
технических решений  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263

4.5. 
Методология решения задач синтеза с использованием  
разработанного программного обеспечения . . . . . . . . . . . . . . 270
4.5.1. Морфологический синтез ВЗС с переменной  

структурой  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270

4.5.2.  Анализ синтезированных виброзащитных систем  

человека-оператора локомотива и гусеничного  
трактора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .277

4.5.3.  Морфологический синтез виброзащитных систем  

с основными и дополнительными функциями . . . . . . . .281

4.5.4. Эвристический синтез ВЗС на морфологических  

таблицах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287

4.5.5. Синтез ВЗС на основе структурно-логического  

подхода . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295

4.5.6. Эволюционный синтез ВЗС . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306

Глава.5 ...МЕТОДЫ.И.СИСТЕМЫ.ДЛЯ.ПОДДЕРЖКИ.ЗАДАЧ..

ВНЕШНЕГО.ПРОЕКТИРОВАНИЯ. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 316

5.1. 
Обзор методов прогнозирования поведения  
сложных систем  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316

5.2 
 Интеллектуальная система для синтеза сценариев . . . . . . . . 321
5.2.1. Способы представления и обработки знаний . . . . . . . . 322
5.2.2. Подходы к оценке синтезированных сценариев . . . . . . 335
5.2.3.  Описание программной реализации и анализ  

полученных результатов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .338

5.3.  
Компьютерная поддержка процессов стратегического  
планирования на базе метода анализа иерархий . . . . . . . . . . . 344
5.3.1. Задачи, методы и алгоритмы планирования  . . . . . . . . . 346
5.3.2.  Состав и структура программной системы  

стратегического планирования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .351

5.4.  
Стратегическое планирование защиты  
от вибрации на железнодорожном транспорте . . . . . . . . . . . . 361

5.5.  
Решение задач внешнего проектирования  
при поддержке экспертных систем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373

5.6. 
Выбор технических решений с учетом изменения  
экспертных предпочтений во времени . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381

5.7. 
Формирование требований к объекту проектирования  
с применением методик QFD/AHP  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 386

Глава.6 ...ИСПОЛЬЗОВАНИЕ.МЕЖДУНАРОДНЫХ.ПАТЕНТНЫХ.

РЕСУРСОВ.НА.ЭТАПЕ.КОНЦЕПТУАЛЬНОГО..
ПРОЕКТИРОВАНИЯ.. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 391

6.1.  
Построение патентных ландшафтов и позиционирование 
патентообладателей на рынке высоких технологий  
(на примере спутниковых систем навигации) . . . . . . . . . . . . . 391

6.2. 
Исследование эволюции технологий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 434
6.2.1. Выявление закономерностей эволюционного  

развития техники на основе патентных баз данных . . . 434

6.2.2.  Исследование эволюции аэрокосмических  

технологий на основе патентных и научных  
публикаций . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .439

6.3. 
Системный подход к проблеме замещения  
импортной техники на основе анализа патентной  
и финансовой информации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 469

6.4. 
Разработка подхода по выявлению и устранению  
технических противоречий при совершенствовании  
показателей качества изобретений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 489

СПИСОК.ЛИТЕРАТУРЫ. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 525

ВВЕДЕНИЕ

Проектирование технических объектов является развивающейся 
междисциплинарной областью знаний, значительную 
часть которых составляют эвристические и эмпирические знания. 
Для концептуального проектирования (начальных стадий проектирования) 
характерны некорректные и плохо формализуемые 
задачи, для решения которых предложены различные методологии: 
системное проектирование; поисковое конструирование; теория 
решения изобретательских задач (ТРИЗ); функционально-стоимостной 
анализ (ФСА) и т.д. 

Обострение конкурентной борьбы на рынках, усложнение технических 
объектов, уменьшение времени, отводимого на разработку 
изделий, сокращение времени их жизненного цикла, бурное развитие 
вычислительной техники, экологические и социальные факторы 
обусловили в последнее десятилетие развитие методологий по созданию 
интеллектуальных цифровых технологий проектирования.

Это развитие происходит в следующих направлениях:
1. Активизация исследований в области концептуального проектирования, 
которые определяют примерно 80% интегральной 
стоимости изделия в процессе всего жизненного цикла. 

2. Расширение границ проектирования происходит в связи 

с рассмотрением всех стадий жизненного цикла объекта 
в процессе проектирования. При этом задачи внешнего проектирования 
становятся более значимыми. Учет всех стадий 
жизненного цикла приводит к расширению множества 
участников в процессах принятия проектных решений. При 

этом возникают задачи разрешения конфликтов и задачи 
кооперации.

3. Повышение качества проектируемых объектов. Понятие качества 
приобретает все более широкий смысл, включая 
в себя не только качество выполнения основных функций, 
но и экологические, эргономические, технологические и т.п. 
аспекты.

4. Сокращение сроков и повышение эффективности процесса 

проектирования.

5. Развитие теоретических основ проектирования путем обобщения 
опыта, приобретенного при разработке конкретных 
методологий, направленных на достижение определенных 
целей.

6. Компьютеризация проектирования, включающая разработку 

САПР, экспертных систем (ЭС), баз данных (БД) и баз зна-
ний (БЗ), систем поддержки принятия решений (СППР), 
систем моделирования, распределенных систем поддержки 
проектирования и виртуальных студий.

В настоящем учебнике изложены основные методы и интел-

лектуальные цифровые технологии концептуального проектиро-
вания, которые позволяют решать важнейшие задачи структурно-
го синтеза, принятия решений и прогнозирования в условиях 
неопределенности на ранних стадиях проектирования техниче-
ских объектов. Условия неопределенности означают наличие не-
полной, неточной, неколичественной, ненадежной, нечеткой 
информации, привлекаемой для решения указанных задач. С раз-
витием средств информатизации существенно возрастают объемы 
данных, которые могут быть использованы для синтеза, анализа, 
прогнозирования и планирования решений. Это, в свою очередь, 
требует развития средств представления и обработки разнородной 
информации, а также эффективных методов извлечения необхо-
димых сведений из мощных информационных потоков. С каждым 
годом уменьшается время, отводимое на принятие решений, 
а сложность процедур возрастает в связи с увеличением числа 
участников этих процессов, а также объемов привлекаемой ин-
формации, с быстрым и плохо предсказуемым изменением усло-
вий, в которых происходит постановка и решение задач, а также 
реализация принятых решений. В условиях быстро изменяюще-
гося окружения традиционные технологии анализа, синтеза и про-
гнозирования решений не всегда являются приемлемыми, глав-
ным образом из-за жестких ограничений по времени и недоста-

точного количества и качества информации. Все это делает 
необходимым получение прогнозов возможных изменений окру-
жения задач проектирования и разработк у методов для оценки 
последствий принимаемых решений. Проблема планирования 
решений в кризисных и нестабильных ситуациях, которые харак-
терны для России в последние годы, имеет особое значение, по-
скольку в условиях переходной экономики механизмы саморегу-
ляции или не работают, или работают крайне неэффективно, так 
как процессы являются несбалансированными. Поэтому пред-
ставляется важным определить типы задач, которые имеют место 
в подобных ситуациях, и разработать подходы к их решению с ис-
пользованием информационных систем.

Анализ методов и компьютерных систем, применяемых для 

синтеза, прогнозирования и принятия решений, позволяет сделать 
вывод о том, что наиболее перспективными являются методы и си-
стемы, основанные на технологии обработки знаний.

Глава 1.  СОВРЕМЕННЫЕ ПАРАДИГМЫ 

КОНЦЕПТУАЛЬНОГО  
ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМ 

1.1. 
Обзор методологий концептуального  
проектирования технических объектов

Проектирование в широком смысле можно рассматривать как 

процесс составления описания, которое необходимо для создания 
в заданных условиях еще не существующего объекта, и выбор со-
ответствующих действий [151]. Проектирование тесно связано 
с познавательной деятельностью и инженерным творчеством. Этот 
процесс составляет важный элемент жизненного цикла любой 
сложной технической системы (ТС) [173]. В жизненном цикле ТС 
проектирование охватывает начальные стадии и составляет основу 
научно-исследовательских работ (рис. 1.1).

Разработка ТЗ 
Проектирование 
Опытный  
образец

Серийное  
производство
Эксплуатация 

НИР 

ОКР 

Предварительное 
Эскизное 
Техническое 
Рабочее 

Жизненный цикл 

Рис. 1.1. Жизненный цикл технического объекта 

Проектирование включает две основные стадии [108]: 
1. Внешнее проектирование (макропроектирование) — выяснение 
целей проектирования, исследование внешней среды, уточнение 
круга решаемых задач, формирование требований к объекту 
проектирования и разработка технического задания (ТЗ).

2. Внутреннее проектирование (микропроектирование) — определение 
внутренней структуры объекта проектирования, выбор 
технического решения (ТР), разработка проектно-конструкторской 
документации. Внутреннее проектирование вместе с изготовлением 
опытного образца называют опытно-конструкторскими 
работами. 

Начальные стадии проектирования (разработка ТЗ, предварительное 
и эскизное) выделяют в особую фазу концептуального, или 
исследовательского, проектирования, отличительной чертой которого 
являются творческие задачи и процедуры принятия решений 
в условиях неопределенности. Составную часть проектирования, 
связанную с конструктивным воплощением ТР, называют 
конструированием. Основными стадиями конструирования явля-
ются поиск вариантов ТР, их сравнение и выбор наилучшего.

В. Гаспарский выделяет прагматическую и апранматическую 

методологии проектирования [112]. Прагматической методологи-
ей проектирования называется научная дисциплина, занимающа-
яся методами, процедурами и технологиями проектно-творческой 
деятельности. Предметом апрагматической методологии проекти-
рования является объект проектирования. В области исследования 
объектов проектирования накоплены и систематизированы об-
ширные знания и разработаны множества частных методологий. 
Прагматическая методология инвариантна к объектам проектиро-
вания, она включает следующие основные задачи:

1. Выбор типов действий, совершаемых во время проектирова-

ния, и их анализ.

2. Обобщенное описание проектной процедуры, используемой 

в разных видах проектирования.

3. Выявление целей, к достижению которых стремятся проек-

тировщики, и установление критериев правильности дей-
ствий в проектировании. Эффективность действий оцени-
вается как степень достижения цели при заданных затратах.

Дж. Диксон [132] различает два рода деятельности проектиров-

щика: изобретательство и инженерный анализ. К методам изобре-
тательства он относит мозговой штурм, инверсию, аналогию, эм-
патию, системотехническое исследование новых решений, полу-
ченных комбинаторными способами. Инженерный анализ 

базируется на применении широкого набора знаний в процессе 
проектирования. Дж. Диксон выделяет семь основных этапов про-
ектирования: 1) уяснение задачи; 2) выбор пути решения задачи;  
3) формирование идеи; 4) инженерный анализ; 5) конкретизация 
решения; 6) производство; 7) распределение, сбыт и использование.

П. Хилл в книге [311] выделяет следующие этапы проектирова-

ния: 1) определение потребности; 2) определение цели — формули-
ровка в общих выражениях характеристик проектируемого объекта, 
которые удовлетворяют потребность; 3) научные исследования — 
сбор всей доступной информации для решения задач, конкретизи-
рующих цель; 4) формулировка задания; 5) формирование идей; 
6) выработка концепций; 7) анализ концепций; 8) эксперимент; 
9) описание выбранного варианта проектируемого объекта; 10) про-
изводство; 11) распределение продукции; 12) потребление.

Особое значение П. Хилл придает морфологическому подходу 

к проектированию [53], позволяющему генерировать идеи на ос-
нове морфологических матриц, элементами которых являются 
альтернативные характеристики проектируемого объекта. Выбор 
наилучшего решения из совокупности вариантов основан на по-
строении матрицы решений. Сущность метода заключается в вы-
боре критериев для сравнения вариантов, определении их относи-
тельной значимости и оценке вариантов по каждому критерию по 
десятибалльной шкале. Наилучшим вариантом считается тот, ко-
торый имеет максимальное значение взвешенной суммы.

В книге А. Холла [312] выделено шесть основных процедур про-

ектирования:

1. Уяснение задачи. На этом этапе проводится исследование по-

требностей и окружения, при этом под окружением понима-
ется множество внешних объектов, взаимодействующих 
с проектируемой системой. Основными факторами окруже-
ния считаются состояние технологии, естественное окруже-
ние, политика организации, экономические условия, челове-
ческие факторы. Успех проектирования измеряется близостью 
соответствия объекта проектирования факторам окружения.

2. Выбор целей. Цели определяются в системе ценностей, спе-

цифичной для каждого объекта проектирования. Общими 
для большинства систем являются прибыль, конкурентоспо-
собность, стоимость, качество, технические характеристики, 
совместимость с существующими системами, стойкость 
к моральному старению, безопасность, время на разработку, 
простота и изящество.

3. Синтез систем. Для синтеза систем А. Холл предлагает исполь-

зовать мобилизацию идей и функциональное проектирование.

4. Анализ систем состоит в выявлении всех возможных след-

ствий для каждого варианта проектируемой системы. 

5. Выбор наилучших альтернатив.
6. Планирование действий.

1.1.1. Классические методологии проектирования

Методы системного проектирования, называемые сегодня клас-

сическими, были разработаны в Европе, в основном в Германии. 
Системные исследования методологии проектирования начались 
с работ Ф. Ханзена, Г. Паля и В. Бейтца, Р. Колера, В. Роденаккера, 
К. Рота, В. Хубки, П. Хилла, Дж. К. Джонса и других авторов.  
Ассоциация немецких инженеров (WDI) до сих пор является веду-
щей организацией в сфере стандартизации методов проектирова-
ния, а также в организации сотрудничества между исследователя-
ми и практиками. 

Ф. Ханзен [310] предложил методику систематизации творческого 

процесса конструирования, базирующуюся на обследовании области 
возможных технических решений и комбинаторном подходе к гене-
рации новых идей. Он выделил четыре основных этапа конструиро-
вания. На первом этапе формулируется ядро задания, определяюще-
го основной принцип создаваемой технической системы (ТС). На 
втором этапе производится описание возможных рабочих принципов 
и выполняемых функций. Третий этап посвящен анализу ошибок 
в выполнении функций по каждому рабочему принципу. Четвертый 
этап заключается в выборе и улучшении рабочего принципа.

Обобщение работ немецкой школы методологии проектирова-

ния и конструирования [53, 8, 28, 29, 36, 38] приведено в книге 
К. Рота [264], где рассмотрены вопросы представления и использо-
вания каталогов конструкторских знаний в процессе проектирова-
ния. Формирование унифицированных конструкторских каталогов, 
содержащих информацию о часто применяемых технических реше-
ниях, возможно тогда, когда сформулированы требования к этой 
информации со стороны методики конструирования, которую 
К. Рот делит на три фазы: 1) формулировка задачи; 2) функциональ-
ная реализация, или проектирование; 3) предметная реализация, 
или конструирование. Первая фаза тесно связана с предшеству-
ющим процессом планирования изделия. Здесь форми руются спи-
сок требований и функциональное положение (описание воздей-
ствий, процессов и явлений, необходимых для реализации главной 

функции). Выделение функционального положения из списка тре-
бований позволяет формировать представление об идеальной функ-
ции циклически, при этом требования (ограничения) остаются 
неизменными. Функциональная фаза разделяется на два этапа. На 
первом этапе идеальная функция описывается через абстрактные 
функции, связанные только с накоплением, передачей и преобра-
зованием вещества, энергии и информации. Второй этап состоит 
в сопоставлении элементов абстрактной функциональной структу-
ры определенных физических эффектов, после чего формируется 
физическая функциональная структура. Если полученная структу-
ра мало соответствует идеальной, происходит повторение процедур 
второй фазы или возврат на первую. Переход от функциональной 
фазы к предметной вызывает наибольшие трудности из-за огром-
ного разнообразия возможностей. Именно здесь важную роль могут 
сыграть конструкторские каталоги. К. Рот отмечает полезность 
морфологического подхода для решения задач на второй и третьей 
фазах конструирования. Для реализации конкретных этапов кон-
струирования необходимо применять конкретные средства, назы-
ваемые моделями изделия. У Ф. Ханзена [24] выделено семь уров-
ней моделей: 1) уточненная задача; 2) техническая функция; 3) то-
пология; 4) технический принцип; 5) конкретизированный 
принцип; 6) технический проект; 7) полное описание системы. 
Г. Паль и В. Бейтц [35] предлагают другой набор моделей изделия: 
1) постановка задачи; 2) функциональная структура; 3) принципы 
решения; 4) технико-экономическая оценка; 5) грубая и тонкая 
конструктивные структуры; 6) окончательная конструктивная 
структура; 7) технологическая документация. В алгоритмическом 
методе выбора по каталогам К. Рота используются 15 моделей из-
делия. В фазе формулирования — постановка задачи и функциональное 
положение. В функциональной фазе — модель общей 
функции, абстрактная функциональная структура, абстрактная 
диаграмма потоков, логическая функциональная структура, специальная 
функциональная структура, векторная функциональная 
структура, геометрическая функциональная структура. Последняя 
используется также и в предметной фазе, где могут применяться 
модели: геометрическая цепная структура, логическая матрица связей, 
геометрическая материальная реализация, масштабный проект, 
рабочие чертежи. Чтобы эффективно использовать модели изделия 
в процессе проектирования, необходимо предоставить проектировщикам 
замкнутые системы со строго определенными элементами, 
продуманными операциями и четкими указаниями по применению. 
На основе названных моделей должно генерироваться достаточно 

Доступ онлайн
500 ₽
В корзину