ZASADY INŻYNIERII PROJEKTOWANIA SYSTEMÓW TECHNICZNYCH

Transkrypt

1 37/10 Archives of Foundry, Year 2003, Volume 3, 10 Archiwum Odlewnictwa, Rok 2003, Rocznik 3, Nr 10 PAN Katowice PL ISSN ZASADY INŻYNIERII PROJEKTOWANIA SYSTEMÓW TECHNICZNYCH R. WRONA 1, E. ZIÓŁKOWSKI 2 Akademia Górniczo-Hutnicza, Katedra Mechanizacji, Automatyzacji i Projektowania Odlewni Wydziału Odlewnictwa ul. Reymonta 23, Kraków STRESZCZENIE Celem opracowania jest wskazanie kierunku badań i studiów zmierzających do stworzenia nowoczesnej dziedziny wiedzy inżynierii projektowania systemów technicznych. Podstawą inżynierii są założenia metodologiczne polegające na zintegrowanym badaniu zjawisk, tworzeniu konstrukcji metodycznej do opisu problemów projektowych, formułowaniu twierdzeń i modeli dla celów postępowania optymalizacyjnego. Podano w jaki sposób postępuje przekształcenie potrzeby społecznej w problem projektowy i jego rozwiązanie. Key words: designing engineering, technology system 1. REFLEKSJA NAD PROJEKTOWANIEM Nowoczesne projektowanie techniczne dotyczące obiektów złożonych, wymaga stosowania zasad i praw z wielu dziedzin nauki, między innymi z teorii informacji, teorii systemów, podejmowania decyzji itp. Interpretacja tych zasad daje pewne możliwości rozwoju nauki o projektowaniu i ujęcia jej w postaci użyteczn ej treści. Jak projektować, jak tworzyć systemy techniczne, są to pytania, które wiążą się przede wszystkim z metodologicznym ujęciem prac projektowych, z doborem skutecznych metod analizy i syntezy. 1 prof. dr hab. inż, rwrona@agh.edu.pl 2 dr inż., ez@agh.edu.pl

2 274 Na drodze do ukształtowania podstaw naukowych projektowania napotyka się szereg trudności merytorycznych oraz z ustaleniem terminów dotychczas nieistniejących w opracowaniach szczegółowych lub stosowanych, lecz nie zdefiniowanych. Stąd też badania projektowe często nie są usystematyzowane i przystosowane do wymagań stawianych w szczególnych przypadkach projektowych. Stopień złożoności i różnorodności problemów technicznych są obecnie bardzo duże, a w przyszłości z pewnością będą szybko wzrastać. Wiedza przedmiotowa oraz instrumentalna będzie stawała się coraz trudniejsza do opracowania i efektywnego wykorzystania. Z tych względów badania metodologiczne mogą przyczynić się do doskonalenia praktyki projektowej w dwojaki sposób. Z jednej strony będą sprzyjać rozwojowi wiedzy o projektowaniu zwiększając jej uporządkowanie, z drugiej zaś będą pomagać w doskonaleniu rozwiązywania problemów inżynierskich projektowych. Szeroko zakrojone prace badawcze nad projektowaniem prowadzone w Katedrze Mechanizacji, Automatyzacji i Projektowania Odlewni AGH zmierzają do ukazania możliwości stworzenia nowej dziedziny wiedzy jaką jest inżynieria projektowania obiektów technicznych ze wskazaniem na obiekt system jakim jest odlewnia. Program badań bazujący na różnych formach wiedzy naukowej i elementach doświadczenia praktycznego jest przedsięwzięciem kompleksowym [1] i polega na: - zintegrowanym badaniu zjawisk, - tworzeniu konstrukcji metodycznej w celu dokonania opisu lub sformalizowania problemu zadania projektowego, - formułowaniu twierdzeń i modeli dla celów postępowania optymalizacyjnego. Taki pogląd określa inżynierię jako działalność organizowania wiedzy mającej na celu badanie grupy problemów inżynierskich i zwrócenie uwagi na operacyjną treść pracy projektowej i wytwór projektowania. 2. ZNACZENIE PROJEKTOWANIA W działalności inżynierskiej występują dwa zasadnicze zagadnienia: technologia i działania techniczne służące zaspokojeniu potrzeb materialnych (rys. 1). Technologię należy pojmować jako dziedzinę trzech nauk: konstrukcji wytwarzania eksploatacji. Chronologicznie pierwsze miejsce zajmuje projektowanie, czyli w każdym działaniu technicznym istotna jest problematyka twórcza co najmniej projektowanie. W tym miejscu może wydawać się zbędne pytanie o rozumienie projektowania wobec niemal intuicyjnej oczywistoś ci projektowania. Otóż termin projektowanie bywa rozumiany w różny sposób. Warto więc przytoczyć jego etymologię oraz nadawane mu znaczenia.

3 275 T E C H N O L O G I A Nauka konstrukcji Nauka o wytwarzaniu Nauka eksploatacji Projektowanie i konstruowanie Wytwarzanie Eksploatowanie D Z I A Ł A N I A T E C H N I C Z N E Zaspokojenie potrzeb Rys.1. Proces zaspokajania potrzeb praktycznych. Fig. 1. The process of the practical need s fulfilling Terminem pierwotnym jest projekt. Wywodzi się to od łacińskiego proiectus wysunięty do przodu. W języku polskim projekt oznacza tyle co pomysł, zamiar, nowa idea a także rysunek. Na przykład angielskie design, odpowiednik polskiego projektowania, pochodzi od łacińskiego designo co oznacza określać, podać, odrysować, ukształtować Tymczasem angielski projekt o etymologii pokrewnej z polskim projektem oznacza między innymi polskie przedsięwzięcie a także plan [3]. Z przytoczonych porównań można z pewnym przybliżeniem zdefiniować pojęcie projektowania, o znaczeniu: termin traktujący o projektach, a także jako termin występujący w tytułach prac dotyczących przedsięwzięć nazwa ogólna aktywności związanej ze sporządzaniem projektów, rodzaj działalności pewnych grup zawodowych i nie tylko. Przytoczone sformułowania nie w pełni oddają istotę pojęcia projektowanie; czy w świetle przytoczonych znaczeń projektowanie jest sztuką, nauką czy techniką? zważywszy, że istnieje rozwinięta dyscyplina praktycznych umiejętności. Pojęcie projektowanie przechodzi ewolucję od tradycyjnego wąskiego rozumienia oznaczającego działalność pewnego typu głównie w technice, do coraz powszechniejszego rozumienia go jako postępowania zmierzającego do sformułowania konkretnych wzorców zmiany rzeczywistości. Dlatego projektowanie powinno być traktowane jako element szerszego procesu tworzenia zmian obejmującego przygotowanie zmiany, jej realizację i kontrolę. Oznacza to, że włączenie projektowania

4 276 do ogólnego procesu tworzenia zmian pozwoli na postrzeganie go na tle istniejącej dynamicznej struktury społecznej. Zainteresowania teoretyków i praktyków koncentrują się wokół takich zagadnień jak: - cele zmiany, - sposoby jej realizacji, - rodzaje reakcji na zmianę. Przytoczone rozważania są dopełnieniem do podanych definicji o znaczeniu, że projektowanie jest czynnością poznawczą, której celem jest tworzenie takiej teorii optymalizacyjnej, mającej pełne zastosowanie w rozwiązywaniu problemów praktycznych w zaspokajaniu potrzeb. Projektowanie jest działaniem przygotowującym inne działania, które w stosunku do tegoż projektowania są działaniami wykonawczymi. 3. ROZWIĄZYWANIE PROBLEMÓW INŻYNIERS KICH Badania metodologiczne procesu projektowania mogą skutecznie przyczynić się do opracowania technik postępowania w trudnych sytuacjach problemowych. Od badań nad wytworami projektowania oczekuje się propozycji mechanizmu efektywnej weryfikacji rozwiązań projektowych pod kątem rzeczywistego zaspokojenia potrzeby społecznej. Należy sobie uświadomić, że projektant działa przede wszystkim w sferze techniki, natomiast problem projektowy ma swój początek potrzebę i koniec zaspokojenie potrzeby, poza techniką. Obecną sferę techniki można uważać za czas teraźniejszej działalności projektowej, natomiast nowoczesność w projektowaniu powinna polegać na rozróżnianiu nie tylko czasu przeszłego (stanu niezadawalających sytuacji), ale głównie czasu przyszłego (społeczne zmiany w technice itp.) i warunków w których tworzone są różne warianty rozwiązań. W rozważanym kontekście aspekt społeczny oznacza głównie rezultat, a nie kryterium działania. Wynikiem postępowania projektotwórczego jest rozwiązanie projekt. Projekt musi być rozwiązaniem ściśle określonego problemu (zadania projektowego), czyli musi być adekwatny. Rozwiązanie problemu powinno być ponadto zgodne z przyjętymi kryteriami oceny oraz współczesnym stanem wiedzy, czyli trafne. Rozwiązanie problemu nie stanowi przezwyciężenia sytuacji praktycznej, lecz tylko je umożliwia, a więc musi być wykonalne. Rozwiązania problemów projektowych są z metodologicznego punktu widzenia hipotezami [3], natomiast z punktu widzenia projektowania inżynierskiego są dyrektywą praktyczną. Dla pełniejszego zobrazowania procedury rozwiązywania problemów w projektowaniu technicznym przeprowadzono następującą analizę: a. w pewnej sytuacji generowana jest potrzeba określona jako uświadomiona i zidentyfikowana nie będąca jeszcze problemem projektowym. Procedurę przekształcenia potrzeby na język problemu projektowego podaje rysunek 2.

5 Co i jak użytkować Problem poznawczy 277 Problem projektowy (inżynierski) Co i w jaki sposób użytkować, aby osiągnąć cel System projektujący (projektant) Analiza synteza celowości Potrzeba Jak metodycznie ująć działanie Źródło potrzeb (generowanie) Rys. 2 Transformacja potrzeby w problem projektowy Fig. 2. The transformation of the need into the designing problem b. rozwiązanie problemu wymaga poznania rzeczywistości (formułowanie potrzeby poznawczej) oraz kryteriów oceny. System projektujący jest generatorem potrzeby poznawczej do systemu badań. Procedurę formułowania problemu poznawczego podaje rysunek 3. Definicja problemu poznawczego w języku badań System badania System Projektujący Potrzeba poznawcza Analiza synteza identyfikacja warunków Rys. 3. Transformacja problemu projektowego w problem poznawczy Fig. 3. The transformation of the designing problem into the cognitive problem

6 278 c. metodologia jest fragmentem systemu badań. Poznawcze wspomaganie projektowania podaje rysunek 4. [4] System badania Metodologia projektowania System Projektujący? Rys. 4. Poznawcze wspomaganie projektowania Fig. 4. The cognitive support of designing Należy podkreślić, że potrzeba poznawcza generowana przez system projektujący, dotyczy informacji merytorycznych niezbędnych do rozwiązania problemu inżynierskiego oraz informacji proceduralnych, dotyczących sposobu działania systemu projektującego, systemu projektowanego i metod projektowania. Stąd tak ważne miejsce metodologii projektowania (rys. 4). Wynikiem rozwiązania problemu technicznego jest projekt systemu technicznego. Na podstawie projektu podejmowane są kolejne działania polegające na wykonaniu materialnej struktury, a następnie dynamicznej zgodnie z metodami eksploatowania(rys.5). Przedmiot techniczny dany projektem jest systemem abstrakcyjnym (system in abstracto) natomiast przedmiot wytwarzany i funkcjo nujący (system in concreto) są elementami tej samej klasy tworząc system techniczny.

7 279 System Projektujący Projektowanie System projektowy tak użytkować tak eksploatować tak wytwarzać Projekty metod: wytwarzania eksploatowania użytkowania System wytwarzający System eksploatujący System użytkowujący Rys. 5. Składowe procesowe rozwiązania problemu projektowego inżynierskiego Fig. 5. The process components of the solution of the designing-engineering problem 4. PODSUMOWANIE Przytoczone rozważania są tylko fragmentem badań prowadzonych w Katedrze nad projektowaniem technicznym i dążą do ukształtowania nowej dziedziny wiedzy jaką powinna być inżynieria systemów technicznych. W opracowaniu wykazano, że wraz z postępującą ewolucją pojęcia projektowania, formułowane są postulaty oraz terminologia metodologicznej działalności projektotwórczej. Trudności napotykane w rozwiązywaniu problemów inżynierskich powinny prowadzić do podejmowania prób ich przezwyciężenia, a te muszą prowadzić do zmiany metod postępowania. Te ostatnie zaś są domeną metodologii. LITERATURA [1] R. Wrona: Model zintegrowanego procesu projektowania zakładów przemysłowych na przykładzie odlewni. Monografia, Zeszyty Naukowe AGH, Kraków (1989).

8 280 [2] R. Wrona i zespół: Metodologiczne aspekty projektowania i modernizacji odlewni. III Internacional Conference Science for the Foundry Industry. Wydz. Odlewnictwa AGH, Kraków (2001). [3] W. Gasparski: Projektoznawstwo. WNT, Warszawa (1988). [4] W. Gasparski: Projektowanie koncepcyjne przygotowanie działań. PWN, Warszawa (1978). Praca naukowa finansowana ze środków KBN w latach jako projekt badawczy THE PRINCIPLES OF ENGINEERING OF THE TECHNOLOGY SYSTEMS DESIGNING SUMMARY The purpose of this paper is to indicate the direction of the research and studies leading to creation of a modern branch of knowledge engineering of the technology systems designing. The bases of engineering are the methodological principles consisting in the integrated research of phenomena, the creation of the methodical construction to describe the designing problems, the creation of theorems and models for optimization purposes. The transformation of the social need into the designing problem and its solution were given. Recenzował Prof. Przemysław Wasilewski