Основы инженерного проектирования — это основы комплексного процесса, в котором научно-технические, экономические и экологические информационные данные применяются для реализации новых систем, устройств или машин, несущих пользу обществу.
Введение
Проектированием технического объекта является формирование, преобразование и отображение в общепринятом формате образа этого еще не реализованного объекта. Образ объекта или его фрагментов может формироваться в воображении специалиста как результат творческого процесса или генерироваться согласно некоторым алгоритмам в процессе взаимодействия пользователя и компьютера. В любом случае инженерное проектирование начинается, когда присутствует потребность общества в определённых технических объектах, являющихся объектами строительства, промышленными изделиями или процессами. Проектирование имеет в своём составе разработку технического предложения и (или) технического задания (ТЗ), которые отражают данные потребности, и осуществление ТЗ в форме проектной документации.
Проектирование, при котором каждое проектное решение или какое-то их количество получается за счёт взаимодействия специалиста и компьютера, является автоматизированным, в отличие от ручного, то есть без применения компьютера, или автоматического, то есть без участия специалиста на промежуточных этапах. Система, которая реализует автоматизированное проектирование, является системой автоматизированного проектирования CAD System (Computer Aided Design System).
Автоматическое проектирование может быт возможным только в отдельных частных случаях для относительно несложных объектов. Наиболее широкое распространение получило именно автоматизированное проектирование. Проектирование сложных объектов базируется на использовании идей, приведённых в ряде теорий и подходов. Самым общим подходом считается системный подход, идеями которого нашпигованы разные методы проектирования сложных систем.
Основы инженерного проектирования
Базовый общий принцип системного подхода состоит в рассмотрении фрагментов явления или сложной системы при учёте их взаимного влияния. Системный подход состоит из выявления структуры системы, типизации связей, определении атрибутов, анализе влияния внешней среды. Системный подход может рассматриваться как направление научного познания и социальной политики. Он считается основой для обобщающей дисциплины Теория систем или Системный анализ.
Теория систем является дисциплиной, в которой конкретизируются все положения системного подхода. Она посвящается изучению и проектированию сложных экономических, социальных, технических систем, которые наиболее часто являются слабоструктурированными. В качестве характерных примеров таких систем можно привести производственные системы. При создании проектов систем цели могут быть достигнуты в многошаговых процессах принятия решений. Методики принятия решений были выделены в самостоятельную дисциплину, которая называется Теория принятия решений.
В технической сфере дисциплину, которая является аналогом теории систем и служит для исследования сложных технических систем и их проектирования, принято называть системотехникой. Предметом системотехники являются:
- Организация процессов формирования, применения и развития технических систем.
- Методики, принципы их проектирования и изучения.
В системотехнике важным аспектом считается умение формулировать цели системы и организовать ее изучение с позиций поставленных целей. Тогда возможно отбросить лишние и малозначащие фрагменты при проектировании и моделировании и перейти к постановке оптимизационных задач.
Системы автоматизированного проектирования и управления могут быть отнесены к наиболее сложным современным искусственным системам. Их проектирование и сопровождение просто нереально осуществить без использования системного подхода. Существует различные разновидности системного подхода, а именно:
- Структурный системный подход.
- Блочно-иерархический системный подход.
- Объектно-ориентированный системный подход.
При структурном подходе, который является разновидностью системного, необходимо синтезировать варианты системы из элементов (блоков) и выполнить оценку вариантов при их частичном переборе с предварительным прогнозированием характеристик элементов.
Блочно-иерархический подход к проектированию основан на идее распределения сложных объектов и соответственно средств их реализации на иерархические уровни и аспекты. Также вводится понятие стиля проектирования (восходящее и нисходящее), устанавливается связь между параметрами соседних иерархических уровней.
Несколько главных структурных принципов, применяемых при проектировании информационных систем и, в первую очередь их программного обеспечения (ПО), отражено в объектно-ориентированном подходе к проектированию (ООП). Данный подход обладает следующими преимуществами:
- Способен внести в модели значительную структурную определенность, за счёт распределения представленных данных и процедур среди классов объектов.
- Позволяет сократить объем спецификаций благодаря введению в описание иерархии объектов и отношений наследования среди свойств объектов разных уровней иерархии.
- Сокращает вероятность появления искажений данных вследствие ошибочных действий за счет ограничения доступа к некоторым категориям данных в объектах.
Системный подход обладает следующим набором особенностей:
- Наличие структуризации процесса проектирования, выраженной в выделении проектных задач и документации, определении стадий, этапов, проектных операций. Такая структуризация представляет собой сущность блочно-иерархического подхода к проектированию.
- Наличие итерационного характера проектирования (многошаговости и повторяемости).
- Наличие типизации и унификации проектных решений и средств проектирования.
