15.3. Преодоление сложностей традиционного процесса

проектирования

Самое трудное в любом проектировании —это преодоление сложно­ стей поиска в обширном пространстве с миллионами возможных комби­ наций отдельных узлов и деталей. При использовании традиционных спо­ собов для преодоления этого необъятного многообразия задачу решают по частям. При этом большинство комбинаций узлов и деталей исключается из рассмотрения, и исследование ограничивается единственным, выбран­ ным «на ощупь» набором компонентов, взаимные отношения которых можно выявить и изучить с помощью чертежа. Важнейшим этапом про­ цесса является при этом не взаимная подгонка узлов и деталей друг к дру­ гу, а творческое «озарение», благодаря которому мозг достаточно инфор­ мированного и гибко мыслящего человека позволяет выдвинуть на перед­ ний план один из перспективных комплексов узлов и деталей. Такой ме­ тод дает прекрасные результаты на уровнях изделий и их частей, однако его пригодность для принятия решений на уровнях систем и обществен­ ных групп крайне сомнительна. Трудности его применения на высших уровнях можно объяснить следующими основными причинами:

1.Не имея чего-либо эквивалентного чертежу как средству фиксации

ивидоизменения отношений между изделиями, проектант системы лишен возможности сконцентрировать свое внимание на одном частном вопросе, чтобы решать задачу по частям, и не обладает средством выражения со­ держания мысленных образов, которое позволило бы ему нащупать про­ межуточное решение и тем самым резко сократить пространство поиска. Строить же процесс творческого поиска на традиционном применении чертежа изделий, рассматриваемых как неизменные элементы, значит полностью заблокировать возможности новаторства на уровне систем.

2.Поскольку при разработке систем нет чего-то эквивалентного «уму и карандашу» опытного, знающего и гибко мыслящего проектанта, нет и возможности мгновенно определять осуществимость важнейших компонентов системы, а значит, нет и основы для интуитивного озарения, которое упрощает слишком сложную задачу настолько, что появляется возможность ее поэтапного решения путем последовательного рассмотре­ ния входящих в нее частных проблем. К сожалению, информация, необ­

ходимая для оценки возможностей осуществления новой системы, рассея­ на среди множества людей и по многим публикациям, а часть этой ин­ формации можно получить только с помощью специально поставленных научно-исследовательских работ.

3.Часть сведений, без которых нельзя обойтись при разработке но­ вой системы, содержится в знаниях и опыте людей, непосредственно за­ интересованных в том, чтобы противодействовать любым сколько-нибудь значительным изменениям существующего положения. Естественно, что такие люди не могут не высказывать предвзятого мнения о конечных дос­ тоинствах и недостатках крупных изменений.

4.При выборе упрощающих предположений, достаточно точных для детального исследования возможностей создания новой системы, прихо­ дится исходить из ценностных суждений, а при проектировании на уровне систем правильный выбор этих оценок имеет жизненно важное значение для социальной сферы. Чтобы преодолеть крупные пороки социально­ технического развития, эти оценки должны соответствовать всей сумме социальных, экономических и технических данных, необходимых для де­ тального прогнозирования возможностей реализации системы на всех че­ тырех уровнях иерархии, в которую входят общественные группы, систе­ мы, изделия и детали изделий.

Выводы из приведенного анализа трудностей, возникающих при ре­ шении современных задач проектирования, можно вкратце сформулиро­ вать следующим образом: пространство, в котором приходится вести по­ иск новых систем, реализуемых на основе оригинальных изделий и узлов, слишком велико для упорядоченного обследования и слишком неизведан­ но для того, чтобы в нем могли разобраться люди, знания и опыт которых ограничиваются рамками одной из существующих специальностей в об­ ласти проектирования и планирования.

Несомненно, что нужны проектанты и организаторы широкого про­ филя, творческое мышление которых базировалось бы на глубоких теоре­ тических и практических знаниях об изменениях на всех уровнях - от об­ щественных движений до конструкции деталей. Точно так же нужны и новые методы, которые обеспечивали бы достаточный объем информации для принятия решений на каждом из этих уровней.

Системотехнический подход позволяет добиться внутренней совмес­ тимости между элементами системы и внешней совместимости —между системой и окружающей средой.

По существу системный подход является для процесса проектирова­ ния средством анализа и синтеза с целью одновременного выявления и определения большого числа компонентов и факторов, а также взаимосвя­ зей, образующих данную систему. Другими словами, системный подход дает возможность при проектировании технического объекта удерживать его как целое, когда анализируются или проектируются его части. Это, в свою очередь, позволяет выбрать и способ объединения частей в целое.

В целостном описании, исследовании, проектировании и использо­ вании систем применяется широкий спектр научных и технических зна­ ний (математические - методы оптимизации, моделирования; физические, инженерно-технические и др.). При этом целостное описание, системный анализ и подход являются определяющими в системотехнике.

Процесс системотехнического проектирования подчас требует при­ влечения специалистов разных научных направлений и сферы производ­ ства. В результате всего этого возникают две системные проблемы: с од­ ной стороны, объединить и скоординировать всю работу, с другой - выде­ лить целостные свойства и качества разрабатываемого объекта. Реализа­ ция этих проблем осуществляется путем применения системных методов исследований и конструирования, формирования особых управляющих подразделений, обеспечивающих объединение коллективов и специали­ стов, занятых единой разработкой.

В описании проектируемого объекта используются различные уров­ ни и подходы: например, он может рассматриваться как в динамике (как процесс), так и в статике; с учетом его внешних и внутренних характери­ стик. В анализе и описании обычно применяют 5 уровней представления: поэлементный; функциональный; структурный (система как целое, ее ок­ ружение и связи); иерархический; процессуальный, динамический.

К отдельным задачам системотехники относятся:

1) информационное обоснование управленческих процессов созда­ ния сложных объектов;

2) формирование общей программы разработок;

3) координация работы специалистов и подразделений;

4)оптимальная реализация проектных целей сложных систем;

5)определение существующих и прогнозных потребностей;

6) использование в разработке проектов современных достижений.

15.4. Проектирование системы человек - машина

Одна из важнейших целей рассматриваемого системотехнического подходадобиться внутренней согласованности между человеческим и машинным компонентами в техническом объекте и внешней согласован­ ности между системой и средой, в которой она функционирует. Взаимо­ связь человека (оператора) и устройства (технического объекта, машины) принято называть системой человек - машина.

Практически любой технический объект, даже самый автоматизиро­ ванный, самый «автономный», в той или иной степени связан с операто­ ром, с обслуживающим персоналом, и поэтому при проектировании тех­ нического объекта необходимо обязательно учитывать особенности воз­ действия человека на машину, и наоборот.

Среди множества вопросов, подлежащих учету при проектировании, можно выделить:

1) статическое взаимное расположение оборудования и операторов (зоны управления, зоны обслуживания);

2 ) занятость оператора в моменты работы с оборудованием;

3)возможные причины, способствующие отвлечению внимания оператора;

4)квалификацию оператора;

5)влияние испытываемых оператором перегрузок, вибраций и дру­ гих воздействий со стороны среды или оборудования;

6) возможные последствия ошибочных действий оператора при ра­ боте с данным оборудованием;

7) обеспечение возможности обнаружения и устранения оператором аварийных ситуаций и др.

Проектант не может оставить оператора вне поля зрения даже тогда, когда создаваемое оборудование вообще с ним не связано, т.е. не имеет ни органов управления, ни контролирующих индикаторов. В этом случае он

должен подумать о возможных вредных воздействиях со стороны обору­ дования на оператора. Так, например, при конструировании устройств, содержащих зубчатые редукторы [30], начинающий проектант нередко упускает из виду требование бесшумности для облегчения труда операто­ ра. Между тем повышенный уровень шумов, вредно сказываясь на само­ чувствии оператора, может явиться косвенной причиной увеличения веро­ ятности ошибочных действий последнего, а следовательно, и причиной снижения надежности системы человек - машина в целом.

Когда человек-оператор нажимает не на ту кнопку, набирает на пульте управления не ту команду, теряется при слежении за слишком большим числом индикаторов или испытывает неудобства на своем рабо­ чем месте, то система работает неправильно. Ошибки могут приводить к выпуску бракованных материалов, большим потерям времени и денег и даже к несчастным случаям.

Человек может работать на оборудовании и выполнять определен­ ную работу, если оборудование приспособлено к возможностям челове­ ка. Приспособление обычно осуществляется системой управления, кото­ рая усиливает, ослабляет или преобразует мышечную энергию человека в энергию, легко воспринимаемую объектом. Человек может подавать сигналы с помощью рук и ног. Достижение требуемой величины управ­ ляющего сигнала, подаваемого человеком, определяется по сигналу, по­ ступающему через цепь сенсорной обратной связи. Другим необходи­ мым условием успешной деятельности оператора часто является отобра­ жение световых или звуковых сигналов. Человек испытывает физиоло­ гическое воздействие системы, которое определяет такие показатели его состояния, как утомление, способность концентрировать внимание, а также безопасность, производительность и т.д. Проектант должен ис­ пользовать всю имеющуюся информацию о человеческих факторах, что­ бы обеспечить оптимальное взаимодействие между человеком и тем оборудованием, с которым человек входит в контакт при выполнении своих повседневных задач. На рис. 15.4 показана взаимосвязь элементов, при которой человека можно рассматривать как составную часть эффек­ тивной системы человек - машина.

Рис. 15.4. С ист ем а человек - м аш ина - окруж аю щ ая среда:

Виды человеческих факторов. Если выделить человека из систе­ мы, изображенной на рис. 15.4, и рассмотреть, что необходимо для его эффективной работы как элемента системы, то можно сделать следую­ щий вывод. Руками и ногами человек воздействует на органы управле­ ния системы; в свою очередь, его физиологическое состояние определя­ ется окружающей средой; сигналы обратной связи от органов управления

системы воздействуют на органы чувств человека; уши и глаза человека воспринимают звуковые и визуальные сигналы. Сведения о размерах че­ ловеческого тела называются антропометрическими данными. Ниже рассмотрены факторы, связанные с функционированием человека в сис­ теме, приведенной на рис. 15.5.

Рис. 15.5. К лассиф икация человеческих ф акт оров

Органы управления. К факторам, принадлежащим к органами управления, относятся такие параметры, как форма и размер кнопок и ру­ чек управления; усилия, необходимые для поворота ручек управления; вид управления (например, типа «включено - выключено» или плавное регулирование); направление перемещения; способ действия и т.п. При проектировании органов управления проектант должен учитывать выход­ ные сигналы, поступающие к человеку от объекта, а также сигналы от це­ пи обратной связи.

Окружающая среда. Проектант обязан учитывать такие показатели физиологического состояния, как пульс, частота дыхания и кровяное дав­ ление при комфортных условиях. Проектант должен добиться, чтобы ус­ ловия работы были как можно ближе к нормальным и человек мог эффек­ тивно работать как в течение коротких, так и продолжительных проме­ жутков времени.

Необходимо учитывать такие факторы, как температура, шум, виб­ рация, радиация, ускорение и давление, освещение, расстояние до стен, до другого оборудования и т.п.

Звуковые сигналы. Проектант обязан учитывать целесообразность формирования звуковых сигналов обратной связи. Наиболее распростра­ нены речевые сигналы. Кроме того, проектанта интересует воспроизведе­

ние речи с помощью искусственных средств, сигналы предупреждения и предостережения, а также звуковые сигналы, указывающие на нормаль­ ную работу оборудования или возникновение неисправностей.

Визуальная индикация. К этой категории относятся средства на­ глядного представления информации посредством циферблатов, знаков, цифр и букв, шкал с делениями, счетчиков и стрелочных приборов, а так­ же табличек.

Антропометрические данные. При проектировании оборудования необходимо учитывать антропометрические данные, т.е. размеры челове­ ческого тела.

Размеры определяются для особых статистических групп, называе­ мых процентилями. Антропометрические данные учитываются во многих случаях - от космических кораблей или автомобильных сидений до раз­ меров и расположения школьной доски.

Контрольные вопросы

1.В чем состоит сложность современных задач проектирования?

2.В чем состоит основная задача проектирования в современныхусловиях?

3.Перечислите внешние осложнения процесса проектирования.

4.Перечислите внутренние осложнения процесса проектирования.

5.Какие межличностные барьеры существуют при проектировании?

6.Какова роль заказчика, коллектива проектантов и поставщиков в про­ цессе проектирования?

7.Какова роль изготовителей, работников сбыта, покупателей, потре­ бителей в процессе проектирования?

8.Какова роль операторов систем, общества в процессе проектирования?

9.Как преодолеваются сложности при традиционном проектировании?

10.Какие вопросы подлежат учету при проектировании системы чело­ век - машина?