PROCES PROJEKTOWO-

KONSTRUKCYJNY I JEGO

STRUKTURA

Pojęcie projektowania

Projektowanie (łac. proiicere, proiectus

„rzucić naprzód; wyciągnąć”) jest twórczą
działalnością związaną z powstawaniem
produktu zróżnicowanego, powodująca jego
zróżnicowanie wynikające z:

• cech,
• parametrów użytkowych,
• zgodności ze standardami,
• trwałości,
• niezawodności,
• łatwości naprawy,
• stylu itd.

Projektowanie

Przez projektowanie rozumieć będzie

się będzie wszystkie czynności i

działania, począwszy od określenia i

opisania potrzeby a skończywszy na

szczegółowym obmyśleniu jak ta

potrzeba ma być zaspokojona.

Zazwyczaj wiąże się to z koniecznością

zaprojektowania jakiegoś urządzenia

(np. maszyny, pojazdu, aparatu itp.) i

pomieszczenia, w którym to urządzenie

będzie eksploatowane.

Projekt jest to:

1. wymyślony plan działania; pomysł,
zamysł, zamiar wykonania czegoś,
2. ogólny zapis pomysłu na

wykonanie czegoś; szkic, plan
obiektu, przedsięwzięcia itp.

Niektóre firmy lub nawet całe kraje zdobyły

sobie pozycję lidera w zakresie

projektowania, w szczególności urządzeń

technologicznych, artykułów trwałego użytku,

odzieży, usług, a nawet produktów

pakowanych. Należą do nich: Francja i

Włochy - na rynku odzieży, obuwia i mebli,

kraje skandynawskie - w zakresie

funkcjonalności, estetyki i ochrony

środowiska, Niemcy - dzięki prostocie i

solidności rozwiązań technicznych. Japonia

jest liderem wśród krajów

uprzemysłowionych pod względem wielkości

środków przeznaczanych na projektowanie,

dlatego też w coraz większym stopniu

dystansuje konkurentów w wielu dziedzinach,

jak np. elektronice i motoryzacji.

Projektowanie jako obmyślanie sposobów

realizacji zadań jest jedną z najstarszych

czynności intelektualnych człowieka, gdyż

radykalnie zmienia ono świat i kształtuje

cywilizację techniczną.

W drugiej połowie XX wieku zainicjowano

systematyczne badania naukowe nad

metodami projektowania (prace: M.

Asimova, J.Ch. Jonesa, G. Nadlera,

Gregory'ego i innych). Istnieje bardzo wiele

różnych definicji projektowania, dlatego

interesujące jest porównanie definicji

sformułowanych przez różnych autorów w

różnych latach, a oto niektóre z nich:

• Proces stosowania rozmaitych technik i zasad

naukowych w celu takiego opisania urządzenia, procesu

lub systemu, które umożliwi jego realizację [E.S. Taylor,

1959],

• Naczelna robota nauk praktycznych [T. Kotarbiński,

1961],

• Podejmowanie decyzji w obliczu niepewności i przy

wysokiej karze za błąd [Asimow, 1962].

• Znajdowanie właściwych składników fizycznych struktury

fizycznej [Alexander, 1963].

• Projektowanie inżynierskie polega na zastosowaniu

metod naukowych, informacji technicznej i wyobraźni dla

zdefiniowania mechanicznej struktury lub maszyny lub

systemu służących wykonaniu z góry określonych funkcji

najbardziej ekonomicznie i skutecznie [Fielden, 1963].

• Symulowanie tego, co chcemy wykonać (lub zrobić),

zanim to wykonamy (lub zrobimy) tylekroć, ile potrzeba

dla uzyskania poczucia ufności w ostateczny wynik

[Booker, 1964].

• Celowo ukierunkowane działanie, polegające na

rozwiązywaniu problemów [Archer, 1965].

• Działanie twórcze - powołanie do istnienia czegoś

nowego i użytecznego, czegoś co poprzednio nie

istniało [Reswick, 1965].

• Czynnik decydujący dla tych części produktu, które

wchodzą w styczność z ludźmi [Farr, 1966].

• Satysfakcjonujące powiązanie produktu z

istniejącymi warunkami [Gregory, 1966].

• Realizacja bardzo złożonego aktu wiary [Jones,

1966].

• Przeskok wyobraźni od współczesnych faktów do

przyszłych możliwości [Page, 1966].

• Iteracyjny proces decyzyjny zmierzający do

sformułowania planów, wedle których zasoby są

przekształcane w systemy lub urządzenia

zaspokajające potrzeby człowieka [T.T. Woodson, 1966],

• Twórczy proces decyzyjny skierowany ku zaspokojeniu

potrzeb ludzkich [G.C. Beakley, 1967],

• Optymalne rozwiązanie sumy prawdziwych potrzeb

określonego zespołu okoliczności [Matchett, 1968],

• Kolejne czynności począwszy od zidentyfikowania

problemu, a skończywszy na opracowaniu rozwiązania

zadowalającego pod względem funkcjonalnym,

ekonomicznymi itd. [E.V. Krick, 1969],

• Proces tworzenia artefaktów dla osiągnięcia celów [H.A.

Simon, 1969],

• Działalność intelektualna pomagająca w tworzeniu

sztucznych obiektów materialnych [H.A. Simon, 1969],

• Proces podejmowania decyzji [R.L. Ackoff, 1970],

• Proces wytwórczy, w którym własności podmiotu

(...), przy właściwym korzystaniu z dostępnych

metod i narzędzi pracy w danych warunkach,

zmierzają do zawarcia w wytworze projektowania

wzoru przedmiotu projektowanego o własnościach

odpowiadających wymaganiom ustalonym w

zadaniu projektowym [Cz. Babiński, 1972],

• Dobieranie sposobu działania jakiegokolwiek

układu [J. Dietrych, 1974].

• Tworzenie odpowiedniego systemu mającego

zaspokoić taką to a taką potrzebę lub spełnić taką

to a taką funkcję [G. Nadler, 1975],

• Wieloetapowy proces przetwarzania informacji [B.

Kirów, 1976],

• Koncepcyjne przygotowanie zmiany relewantnej

[W. Gasparski, 1978],

Definicji projektowania (zwłaszcza

sensu largo) można znaleźć w literaturze
znacznie więcej. Powyższy wybór zawiera
tylko te definicje, które są
charakterystyczne dla kontekstu
technicznego oraz dla fazy rozwoju
metodologii projektowania, dlatego przy
poszczególnych definicjach i nazwiskach
autorów podano daty.

Na podstawie analizy przytoczonych

definicji projektowania można wysnuć

następujące wnioski:

• pojęcie projektowania jako czynności

intelektualnej człowieka zależy od przyjętej
perspektywy badawczej: kierunku naukowego,
stopnia ogólności rozważań, szerokości
spojrzenia,

• istniejące definicje projektowania technicznego

nie są względem siebie sprzeczne, lecz
uzupełniające,

• można wyróżnić pewne elementy muszące

zaistnieć zawsze, aby zrealizować proces
projektowania, czyli niezmienniki projektowania

.

Niezmiennikami projektowania są:

•potrzeba społeczna - mogąca się przejawiać w różny

sposób, jako impuls inicjujący proces projektowania,

•kompetentny sprawca procesu projektowania - tzw.

system projektujący, może to być zorganizowany zespół

projektantów lub pojedynczy projektant,

•określony system wartości uznawany przez system

projektujący, ważne są m.in. relacje pomiędzy względną

ważnością kryteriów technicznych, ekonomicznych i

humanistycznych,

•zasoby warunkujące poprawność przebiegu

procesu:

»

metodologiczne (strategie projektowe, metody),

» informacyjne (ilość i jakość potrzebnych informacji),
» techniczne (wyposażenie w sprzęt techniczny),
» ekonomiczne (finanse, kapitał),
» czasowe (projektowanie musi trwać odpowiednio

długo),

• wynik projektowania, pojawiający się w postaci

zweryfikowanej dokumentacji technicznej, często -
prototypu lub modelu funkcjonalnego.

Początek projektowania tkwi w

życzeniach zleceniodawcy i ciągnie
się przez działania projektantów,
wytwórców, dystrybutorów i
konsumentów aż do ostatecznych
efektów, jakie wywiera nowo
zaprojektowana rzecz w świecie, w
szerokim rozumieniu tego słowa.

Proces projektowania

charakteryzują następujące cechy:

• projektowanie jest procesem projektowania

przetwarzania informacji i jak również generowania

informacji,

• obmyślenie czegoś czego jeszcze nie było;

• podporządkowanie procesowi zaspokajania potrzeb,

• mimo znacznego udziału elementów twórczych, proces

projektowania może być badany, opisany i powinien być

uczony,

• brak jednoznacznych modeli samego procesu

projektowania,

• informacja wejściowa projektowania jest niepełna,

• najczęściej brak pełnego matematycznego modelu

projektowania obiektu i procesów z nim związanych co

powoduje, że proces projektowania daje się tylko

częściowa algorytmizować,

• ekonomiczne i poza ekonomiczne skutki złych rezultatów

projektowania mogą powodować wielkie straty.

Projektowanie techniczne i jego podział

Projektowanie sensu stricto często jest

określane przez dodanie przymiotnika lub

określenia opisującego dziedzinę, której

dotyczy, jak np. projektowanie

architektoniczne, urbanistyczne,

inżynierskie, wnętrz, wzornicze, form

przemysłowych itd.

Ogólnie projektowanie można

definiować jako opracowanie informacji o

sposobie zaspokajania potrzeby.

Opracowaniem sposobów zaspokojenia

potrzeb w wyniku działań technicznych

zajmuje się projektowanie techniczne.

Projektowanie techniczne

Jest to jeden z bardzo istotnych etapów

działalności inżynierskiej, którego głównym
celem jest projektowanie obiektów
technicznych, w tym procesów i środków
produkcji. Na tym etapie dobiera się idee
działania technicznego, rozwija się je w
koncepcje systemów technicznych i tu
zapadają istotne decyzje, rzutujące potem na
skuteczność, ekonomiczność i niezawodność, a
tym samym na wydajność i użyteczność
społeczną całego przedsięwzięcia.

Każde projektowanie obiektów

technicznych, wymaga
zaangażowania zdolnych inżynierów o
najwyższych kwalifikacjach, głębokiej
wiedzy i dużym doświadczeniu.

Skonkretyzowanym wynikiem

działalności projektowej jest
dokumentacja techniczna w postaci
rysunków, opisów, instrukcji i
zestawień obiektów oraz kosztorysy.

Projektowanie procesów

technologicznych polega na obmyśleniu i

opracowaniu informacji o sposobie i kolejności

działań, o potrzebnych narzędziach,

maszynach, urządzeniach i pomieszczeniach

oraz o sposobie sterowania tymi działami.

Projektowanie urządzeń polega na

obmyśleniu koncepcji działania urządzenia,

doborze układów przetwarzania energii,

materii i informacji, odpowiednim

wykorzystaniu i kojarzeniu właściwości materii

oraz zjawisk fizycznych, opracowaniu struktur

mechanizmów oraz tworzeniu pożądanych

sprzężeń i relacji pomiędzy obiektami.

Projektowanie ergonomiczne

Projektowanie, którego celem jest

tworzenie ergonomicznie

poprawnych obiektów technicznych,

wyróżniające się od tradycyjnego

projektowania inżynierskiego

położeniem nacisku właśnie na

ergonomiczną jakość projektowanego

obiektu, traktowanego jako system

złożony z dwóch komponentów:

ludzkiego i technicznego, nazwa się

projektowaniem ergonomicznym.

W literaturze polskiej, zwłaszcza

o tematyce technicznej, na ogół
rozróżnia się pojęcia:

• projektowania,
• konstruowania,
choć czasem traktuje się je jako

synonimy.

Z przytoczonymi wcześniej definicjami

projektowania można porównać definicje

konstruowania:

• J. Dietrych określa konstruowanie jako

dobieranie cech konstrukcyjnych

stanowiących logiczną podstawę

identyfikacyjną konstrukcji,

• W. Gasparski powołuje się na źródła

semantyczne i wyjaśnia, że

„konstruowanie” (łac. construo -

układać warstwami razem, gromadzić,

spiętrzać, budować) jest używane przez

specjalistów zajmujących się budową

maszyn oraz wznoszeniem konstrukcji

(łac. constructio - łączenie, budowa)

mostowych, budowlanych itp.

• W. Tarnowski definiuje konstruowanie jako tę część

procesu projektowania technicznego, której

bezpośrednim celem jest uszczegółowienie postaci

części składowych projektowanego obiektu oraz

wartości cech konstrukcyjnych. Określenie cech

konstrukcyjnych projektowanego obiektu

umożliwia właściwe jego wykonanie i

eksploatowanie. Projektowanie szczegółowe,

określane w budowie maszyny jako konstruowanie,

polega na dobieraniu cech konstrukcyjnych

(materiałowych, geometrycznych i dynamicznych)

projektowanej maszyny, jej zespołów i elementów.

Projektowanie wyprzedza fazę konstruowania, ale

już w pewnym stadium zaawansowania prac działania

o charakterze projektowania i konstruowania mogą

się przeplatać wzajemnie. Pewne wcześniejsze

ustalenia projektowe mogą być korygowane w celu

uzyskania konstrukcji spełniającej postawione

wymagania w sposób możliwie najlepszy.

Rozróżnienie projektowania i konstruowania

okazuje się pożyteczne, dla uporządkowania pewnych

pojęć oraz przy ustalaniu zakresu i kolejności działań

w procesie projektowo-konstrukcyjnym. Nie należy

jednak nazbyt formalnie traktować tych dwóch

określeń ani szukać granicy pomiędzy nimi i można

czasem przez projektowanie jak i konstruowanie

rozumieć całość prac projektowo-konstrukcyjnych.

W zależności od stopnia wprowadzenia nowych

rozwiązań można wyróżnić następujące rodzaje

projektów:

• Projekt oryginalny dotyczy wykonania wyrobu

mającego funkcjonować według nowej zasady. W

takim przypadku, projektant musi pozwolić sobie na

wyjątkowo nieskrępowane myślenie, wziąć pod uwagę

wszystkie pomysły przychodzące mu do głowy, aż

wreszcie, kierując się jakimiś sensownymi kryteriami,

zdecydować się na jeden z nich. Na powstawanie

oryginalnych projektów duży wpływ mają nowe

materiały o specjalnych właściwościach. Niekiedy

użycie nowego materiału może być inspiracją do

zaprojektowania nowego produktu, lecz często bywa

tak, że nowy produkt wymaga stworzenia nowego

materiału. Nowe rozwiązania w technice lotniczej i

rakietowej stały się możliwe po wynalezieniu super

wytrzymałych i bardzo lekkich materiałów

kompozytowych, podobny wpływ ma rozwój nowych

stopów metalicznych, cermetów oraz tworzyw

sztucznych.

• Projekt adaptacyjny, czyli rozwojowy - jest

projektem, w którym poprawia się właściwości

użytkowe działającego dotąd urządzenia

przez stosowne projektowanie wykorzystujące

postęp w inżynierii materiałowej. Od sposobu

wykorzystania nowych materiałów w

projektowanych wyrobach zależą ich

właściwości i atrakcyjność rynkowa.

• Projekt alternatywny jest projektem, w

którym zmieniono skalę, wymiary lub jakieś

szczegóły rozwiązania bez zmiany funkcji lub

sposobu jej osiągnięcia, np. zwiększenie

pojemności silnika spalinowego, cysterny na

płyny itp.

Projektowanie urządzeń w zależności od

stopnia nowości opracowywanej
konstrukcji można podzielić następująco:

• podpatrzone - naśladownicze,

odtwarzające,

• kompilacyjne - dobór i dostosowanie

istniejących konstrukcji do pełnienia
nowych, innych zadań,

• ewolucyjne - rozwój i doskonalenie

istniejących konstrukcji,

• innowacyjne - nowatorskie, oryginalne.

W zależności od sposobu podejścia do

projektowania można wyróżnić

projektowanie:

• rutynowe,
• intuicyjne,
• metodologiczne, czyli oparte na

działaniach logicznych, naukach
podstawowych i konstrukcyjnych,

• eksperymentatorskie - tworzenie i

weryfikacja informacji
konstrukcyjnych za pomocą prób i
badań.

W zależności od sposobu ujęcia

tematu można wyróżnić projektowanie:

• systemowe - rozwiązywanie tematu

realizowane jest na tle rozwiązywania
problemu całościowego w ujęciu
systemowym,

• cząstkowe - wąskie ujęcie tematu

sprowadzające się w zasadzie do
szczegółowego zadania.

W zależności od sposobu ujęcia tematu

projektowanie można podzielić na:

• integralne - rozwiązuje problemy

części całości ze względu na całość,
do której ma należeć,

• cząstkowe - część traktuje się

niezależnie od całości.

W zależności od dynamiki rozwoju

metod można wyróżnić projektowanie:

• statyczne – wykorzystujące utarte

sposoby, powtarzające się działania i
prace typowe,

• dynamiczne – stosujące

nowoczesne i rozwijające się techniki
oraz metody projektowania.

Wszystkie wymienione sposoby

projektowania są potrzebne, jeśli są

wykorzystane odpowiednio do zadań i

kryteriów oceny.

Projekty nowatorskie tworzą coś

nowego dla dobra człowieka, zaś

projekty o charakterze kompilacyjnym i

ewolucyjnym umożliwiają szybkie i

tanie zaspokojenie potrzeby przez

nowe wykorzystanie sprawdzonych

konstrukcji, które czasem przez

pomysłowe zmiany spełniają nowe

zadania.

W projektowaniu przydają się:
• wszystkie umiejętności,
• praktyka i doświadczenie,
• inwencja i intuicja,
• zdolności eksperymentowania,
• a przede wszystkim dobre podstawy

naukowe.

Wymagania stawiane projektantowi urządzeń

technicznych

Podstawowe zadanie projektanta urządzeń polega na

opracowaniu

konstrukcji technicznych najlepiej odpowiadających potrzebom

klienta,

wykazujących najwyższe wskaźniki techniczno-ekonomiczne i

eksploatacyjne, z których najważniejszymi są:

• duża wydajność,

• ekonomiczność,

• wytrzymałość,

• niezawodność,

• mała masa i zużycie materiału,

• odpowiednie gabaryty,

• niskie zapotrzebowanie na energię,

• zakres i koszt remontów,

• niski koszt wykonawstwa,

• duża trwałość,

• długie okresy międzyremontowe,

• wysoki poziom nowoczesności i automatyzacji,

• łatwość i bezpieczeństwo obsługi,

• wygodne sterowanie,

• łatwy demontaż i montaż,

• estetyka.

Wymogi, które powinno spełniać

urządzenie techniczne, szczegółowo

określone są

w założeniach projektowych.

Są jednakże pewne

zasady podstawowe

,

które powinny być zawsze

uwzględniane podczas projektowania

urządzenia technicznego.

Takimi podstawowymi wymaganiami są:

• funkcjonalność - poprawne spełnianie

przez projektowane urządzenie funkcji, do

których zostało przeznaczone,

• niezawodność i trwałość - uzyskanie

żądanego prawdopodobieństwa

niezawodnej pracy przy danych

obciążeniach w okresie nie krótszym od

założonego,

• sprawność – najwyższy stosunek energii

użytecznej do wprowadzonej, czyli

zmniejszenie kosztów eksploatacji

• lekkość - zmniejszenie masy materiałów

konstrukcyjnych, ułatwienie transportu i

montażu,

• taniość, dostępność materiałów i

technologiczność - stosowanie
najkorzystniejszych technologii,
umożliwiających wykonanie przy minimalnych
kosztach,

• łatwość eksploatacji - najprostsza w obsłudze

eksploatacyjnej i zdolności do naprawy,

• względy ergonomiczne i estetyczne -

powinna być przystosowana do potrzeb
obsługującego człowieka, zaś estetyka wpływa
na konkurencyjność wyrobu,

• zgodność z obowiązującymi normami i

przepisami z zakresu ochrony środowiska.

Tak więc, poprawne zaprojektowanie urządzenia

technicznego wymaga spełnienia większej ilości

wymagań, które można podzielić na

następujące grupy:

• eksploatacyjne - nadanie konstrukcji cech

koniecznych z punktu widzenia właściwych

możliwości eksploatacyjnych danego urządzenia

technicznego,

• ekonomiczne - ekonomiczność budowy samego

urządzenia technicznego, procesu jego wytwarzania,

eksploatacji i wycofywania z eksploatacji,

• technologiczne – projektowane urządzenie

techniczne musi stanowić odpowiednie rozwiązanie,

ale technologia jego wytworzenia powinna zapewnić

najniższą pracochłonność i końcowy koszt,

• produkcyjne - należy uwzględnić potrzeby zakładu

produkcyjnego i mieć na względzie uproszczenie i

potanienie produkcji, a więc również podłoże

ekonomiczne.

Podczas projektowania szczególnie

obowiązujące są dwie zasady:

1. projekt musi co najmniej spełniać

wstępne warunki i wymagania określone
w założeniach do projektu,

2. projekt powinien być w danych

warunkach rozwiązaniem optymalnym ze
względu na przyjęte kryteria
optymalizacji.

Projektowanie wyrobu musi łączyć w

sobie trzy ważne i nierozdzielne elementy:

• projektowanie konstrukcyjne, którego celem jest

opracowanie kształtu i cech geometrycznych

produktów zaspokajających ludzkie potrzeby,

• projektowanie materiałowe w celu zagwarantowania

wymaganej trwałości produktu lub jego elementów

wytworzonych z materiałów inżynierskich o

wymaganych właściwościach fizykochemicznych i

technologicznych,

• projektowanie technologiczne procesu umożliwiającego

nadanie wymaganych cech geometrycznych i

właściwościowości poszczególnym elementom

produktu, a także ich prawidłowe współdziałanie po

zmontowaniu, przy uwzględnianiu wielkości produkcji,

poziomu automatyzacji i komputerowego

wspomagania, jak również przy zapewnieniu

najmniejszych możliwych kosztów tego produktu.

W literaturze z zakresu metodologii

projektowania opisano wiele metod i
procedur projektowania technicznego.

Różnią się one między sobą głównie

stopniem szczegółowości, podziałem na
poszczególne etapy, kroki lub fazy,
przeznaczeniem, strategią, stopniem
formalizacji itd. We wszystkich
przypadkach można jednak wyodrębnić
pewne cechy wspólne.

Poszczególne działania podstawowe są

powiązane pętlami iteracyjnymi. Oznacza to,
że w przypadku otrzymania
niesatysfakcjonującego wyniku cząstkowego, z
każdego etapu procedury można wrócić do
dowolnego wcześniejszego działania dowolną
ilość razy i kontynuować procedurę
projektowania.

Różni autorzy dość różnie nazywają

sekwencje działań podstawowych w
projektowaniu, jednak można dostrzec
znaczną merytoryczną jednorodność poglądów
(tabl. 1).

Sekwencja działań podstawowych według

różnych autorów

Autor

Krok l

Krok 2

Krok 3

Krok 4

Krok 5

E.V. Krick

Ogólne
sformułowani

e

problemu

Analiza i dokładne
sformułowanie

problemu

Wyznaczeni

e

rozwiązań

Ocena
rozwiązań i

decyzja

Opis

rozwiązan

ia

J.R. Alger

C.V.

Haye

s

Rozeznanie
(ana1iza)

Sprecyzowanie
problemu

Synteza

Ocena wariantu

i

decyzja

Wprowadzenie
w życie

M.

Asim
ov

Analiza

Synteza
rozwiązań

Ocena i decyzja,

optymalizacja i
weryfikacja

Wdrożenie

AD. Hali

Definicja

problemu

Selekcja celów

Synteza

wariantów

Analiza

wariantów,

wybór

Prezentacja

wyników

G. Nadler

Określenie

celu i
przeznaczenia

Poszukiwanie

systemu idealnego,
zbieranie infonnacji

Synteza

wstępna

Ocena i decyzja

Synteza i

weryfikacja
projektu

A B.
Rosenstei

n

Zdefiniowanie

problemu

Zbieranie informacji,
określenie warunków

granicznych,ustalanie
kryteriów oceny

Synteza

Ocena, decyzja,

optymalizacja,
iteracja

Prezentacja

wyników

IG.

Wilso
n

ME.

Wilso

n

Koncepcja

Przygotowanie

założeń

Synteza

Analiza,

decyzja,

optymalizacja,
weryfikacja

Przebieg procesu projektowania
technicznego zależny jest przede
wszystkim od przyjętej tzw. strategii
projektowania, czyli ogólnych
sposobów podejścia do rozwiązywania
problemów projektowych.

Można wyróżnić trzy zasadnicze czynniki

różnicujące strategie projektowe:

1. postawa metodologiczna projektanta,
2. stopień zaprogramowania procesu

projektowania,

3. wzorzec poszukiwań rozwiązania problemu.

Istnieją dwie skrajnie różne postawy

metodologiczne, które mogą uznawać

projektanci podczas rozwiązywania

problemów. Pozwalają one wyróżnić dwie

odmiany strategii projektowych:

• strategia przyrostowa - polega na poszukiwaniu

zazwyczaj drobnych ulepszeń w obrębie istniejących

już rozwiązań i jest charakterystyczna dla

projektowania tradycyjnego.

• strategia rozwiązania idealnego - polega na

określeniu cech idealnego rozwiązania projektowego,

zwykle nierealnego w istniejących warunkach

technicznych i ekonomicznych, zbadaniu warunków

realizacji koncepcji, zaś w wyniku przyjmowania

kolejnych niewielkich odstępstw od ideału -

uzyskania realnego projektu. W rezultacie otrzymuje

się oryginalne projekty nowatorskie, stanowiące

początek nowej, jakościowo wyższej generacji

urządzeń technicznych.

Z punktu widzenia wzorca poszukiwań można

rozróżnić strategie:

• rozwiązań pojedynczych - jest to mało

efektywna metoda „prób i błędów”,

• wyznaczania zbioru dopuszczalnych

rozwiązań - jest to metoda efektywniejsza, gdyż
pozwala na wybór rozwiązania zadowalającego
lub optymalnego (w określonym sensie) oraz
stosowanie programowania matematycznego,
jeśli możliwa jest kwantyfikacja wymagań.

Struktura procesu

projektowania

Projektowanie jest procesem iteracyjnym, w

którym punktem wyjścia jest potrzeba rynkowa

lub pomysł na wykreowanie potrzeby, finałem

zaś - produkt zaspokajający tę potrzebę lub

urzeczywistniający ideę.

Wykonawstwo

Projektowanie

Konstruowanie

Eksploatacja

Pomysł

Wyrób

Rys. 1. Podstawowe działania techniczne oparte o proces projektowo-konstrukcyjny

Między punktami skrajnymi znajduje się cały szereg
stadiów pośrednich, np. projekt koncepcyjny,
wstępny i szczegółowy – konstruowanie (rys. 2).

Rys. 2. Ogólny schemat procesu projektowania: od

rozpoznania zadania, przez stadia koncepcji, projekt

ogólny i szczegółowy, aż do otrzymania wyrobu

Proces projektowo-konstrukcyjny

powinien rozwijać się zgodnie z

pewnym planem, określającym zakres

i kolejność działań zmierzających do

uzyskania najlepszego rozwiązania.

Plan taki określa się mianem

algorytmu procesu projektowo-

konstrukcyjnego, obrazującego

zwykle postulowaną logikę działania

projektanta.

W fazie projektu koncepcyjnego są możliwe

wszelkie opcje; w projekcie ma się na względzie

alternatywne rozwiązania zarówno co do zasady

działania, jak i struktury funkcjonalnej systemu.

Bierze się pod uwagę wpływ różnych wariantów na

właściwości użytkowe i koszt wyrobu.

Tworzenie projektu ogólnego, przy

uwzględnieniu struktury funkcjonalnej, obejmuje

analizę funkcjonowania wyrobu na niższym

poziomie – na poziomie części. Wyroby w tej fazie

mają zdefiniowany kształt, wielkość i materiał.

Brane są pod uwagę zakresy naprężeń,

temperatur oraz inne czynniki środowiska ich

pracy. W wyniku powstaje konkretny projekt

ogólny, który jest punktem wyjścia do stworzenia

projektu szczegółowego.

Realne procesy projektowania technicznego,

przeprowadzane w profesjonalnych biurach

projektów, mają bardzo różne struktury

logiczne uzależnione od typu rozwiązywanych

zadań oraz od struktury organizacyjnej biura.

Wspólne ich elementy powinny się

pokrywać z głównymi fazami projektowania:

• fazą studialną,

• opracowaniem założeń do projektu,

• projektowaniem wstępnym,

• projektowaniem szczegółowym.

Proces projektowania jest złożonym

kompleksem działań, realizowanym zazwyczaj

przez wielu ludzi, wymagającym dużych

nakładów produkcyjnych i czasowych,

angażującym kosztowny sprzęt i trwającym

przez dłuższy czas. Koniecznością staje się

więc podział pracy, harmonogramowanie w

czasie i koordynacja. Aby to było możliwe,

należy zbadać strukturę procesu

projektowania, czyli porządek działań

procesu projektowania, wyróżnionych ze

względu na określone kryterium. Do struktury

procesu projektowania wchodzą pewne fazy,

zwane fazami rozwiązywania problemu (tabl.

2).

Tablica 2

Fazy procesu rozwiązywania problemu

Fazy

podstawo

we wg

Bartee’a

(1968)

Fazy procesu badawczego

wg Ackoffa (1969)

Fazy projektowania

inżynieryjnego

wg Asimowa (1967)

A. Analiza

l. Sformułowanie problemu

a. Analiza potrzeb
b. Zebranie i

systematyzacja
informacji

c. Identyfikacja i analiza

problemów
projektowania oraz
układu zmiennych

B. Synteza

2. Budowa modelu

d. Badanie kryteriów (wraz

z całym systemem
wartości)

e. Synteza możliwych

rozwiązania

C. Ocena

3. Sprawdzanie modelu
4. Uzyskanie rozwiązania na

podstawie modelu

5.Sprawdzanie i sterowanie

rozwiązania

6. Wdrażanie rozwiązania

f. Optymalizacja
g. Podjecie decyzji
h. Sprawdzanie, ocena i

przewidywanie
zachowania się

Można również wyróżnić inną, bardziej

rozbudowaną strukturę procesu
projektowania:

• formułowanie i analiza problemu,
• poszukiwanie koncepcji,
• specyfikacja wymagań i ograniczeń,
• kryteria wartościowania,
• ocena i wybór rozwiązań.

T. Kotarbiński wytyczył pewien ramowy plan

postępowania, istotny przy rozwiązywaniu każdego

problemu projektowego. Te uniwersalne kroki

działalności projektanta określił on następująco:

1. zdefiniowanie funkcji, które ma spełniać

projektowany obiekt,

2. narysowanie wstępnego schematu obiektu,
3. zgromadzenie potrzebnej wiedzy,
4. nakreślenie możliwych wariantów rozwiązania

obiektu,

5. wybranie rozwiązania, które najlepiej nadaje się do

realizacji,

6. wyznaczenie szczegółów wybranego rozwiązania,
7. zbadanie modelu skonstruowanego obiektu,
8. sprawdzenie działania części i podzespołów obiektu,
9. określenie warunków, w jakich należy zainstalować i

użytkować obiekt,

10.podjęcie środków niezbędnych do realizacji obiektu.

Według tego schematu proces

projektowania kończy się z chwilą
rozpoczęcia fizycznej realizacji
obiektu zgodnie z opracowaną
dokumentacją zawierającą rysunki,
obliczenia, opisy, kosztorysy itp.
dotyczące wykonania danego
urządzenia, przedmiotu czy też

obiektu budowlanego.

Główne przyczyny, dla których badanie struktury

procesu projektowania jest jednym z podstawowych

problemów są następujące:

• planowanie „makro”, czyli rozłożenie w czasie całego

przedsięwzięcia projektowego, jego kontrola,

rozliczenie, kierowanie, rozdział prac pośród

wykonawców, kierowanie, hierarchizacja zadań,

podejmowanie na czas decyzji i dostarczenie na czas

potrzebnych informacji,

• aspekt decyzyjny: wskazanie głównych decyzji i ich

uwarunkowań,

• planowanie „mikro”, tzn. dla jednego zadania lub

jednego wykonawcy; ustalenie kolejności i uwarunkowań

poszczególnych działań, co ma pomóc w zorganizowaniu

wysiłku indywidualnego projektanta,

• racjonalny formalny opis procesu, wykrywanie

prawidłowości, tworzenie nowych metod szczegółowych,

doskonalenie metod istniejących,

• znajdowanie działań poddających się wspomaganiu

komputerowemu i poddających się pełnej algorytmizacji,

• uporządkowanie badań nad procesem projektowania

oraz obmyślenia nowych metod projektowania.

W procesie projektowania po zakończeniu

jednej fazy podejmuje się decyzję akceptującą
otrzymane rezultaty lub nakazujące uzupełnienie
niektórych działań. Jeśli otrzymane rezultaty są
niezadowalające, istnieje możliwość zatrzymania
dalszych prac projektowych.

Początkową fazą poprzedzającą rozwiązywanie

problemu projektowego jest wcześniejsze
formułowanie problemu (tabl. 3).

Tablica 3

Formułowanie problemu projektowego

Jak formułować problem

projektowy?

Uzasadnienie

Formułuj szeroko

Istnieje wtedy możliwość rozważania
maksymalnej liczby wariantów

Pomijaj szczegóły, zajmij się jego
właściwym sformułowaniem

Szczegóły przeszkadzają w formułowaniu

problemu;

będą one ważne w dalszych etapach

Nie sugeruj się na tym etapie
rozwiązaniami
istniejącymi, nie analizuj
istniejącego rozwiązania w celu
eliminowania jego wad;
formułuj problem!

Właściwie sformułowany problem, przed
którym stoisz, może dać ci później
rozwiązanie nie tylko lepsze od istniejących,
ale takie, których sobie teraz nie
uświadamiasz. Nie przestrzegając tej zasady
gubisz niepotrzebnie wiele korzystnych
rozwiązań

Nie postępuj schematycznie

Każdy problem może wymagać innego,

właściwego sobie,

sformułowania

Nie bież pod uwagę czasu jaki

dano ci na

rozwiązanie

Dopóki problem nie jest sformułowany
należycie nie wiadomo przecież ile czasu
potrzeba będzie na jego rozwiązanie

Nie sugeruj się możliwościami
rozwiązania
problemu z technicznego i
ekonomicznego punktu widzenia;
formułuj problem!

Nie należy wikłać się w proces wynajdywania
rozwiązań (na co przyjdzie czas później).

Analiza problemu następuje po

znalezieniu

i

sformułowaniu

problemu,

zwłaszcza w zakresie danych sytuacyjnych,

danych ilościowych, informacji o dostępnych

materiałach i systemach wytwarzania oraz

ograniczeniach w tym względzie, jak również

o możliwościach finansowych. Identyfikacja

sytuacji problemowej przekształca się w

rozważanie danych opisujących problem. Jest

to

analiza

otrzymanych

wymagań,

prowadzona w taki sposób, aby już na

wstępie mieć wizję przyszłego rozwiązania.

Jednym słowem trzeba zdawać sobie sprawę,

w jakich warunkach ma być realizowane całe

przedsięwzięcie, w jaki sposób i za ile.

Istotne więc będą tu informacje o zasięgu

przewidywanej produkcji: czy będą to np. wytwory

jednostkowe, czy też produkowane seryjnie lub masowo,

jakie

są

możliwości

kooperacji,

wykorzystania

półfabrykatów, zespołów gotowych itp. Bardzo ważne są

też informacje o środkach finansowych, jakie można

przeznaczyć na rozwiązanie postawionego problemu,

jaka powinna być opłacalność projektowanego działania

technicznego i jaki powinien być okres amortyzacji

nakładów inwestycyjnych.

Potrzebne będą wstępne analizy kosztów i

informacje, ile będzie wynosił lub powinien wynosić

końcowy koszt i za ile będzie można sprzedawać

realizowane wytwory lub usługi. Wyniki analizy problemu

posłużą do opracowania ogólnych założeń projektowych,

które będą pomocą w ustaleniu kryteriów oceny i wyboru

koncepcji oraz zadecydowaniu czy problemem tym warto

się nadal zajmować i kontynuować rozpoczęte prace.

Założenia projektowe powinny więc zawierać następujące

informacje:

• przeznaczenie urządzenia, jego miejsce, zadania i relacje w

rozpatrywanym systemie technicznym;

• uzasadnienie celowości technicznej i ekonomicznej

budowania takiego urządzenia;

• wymagane osiągi i podstawowe parametry urządzenia;

• warunki eksploatacyjne, wymagania dotyczące obsługi,

trwałości, napraw itp. oraz ograniczenia wynikające z

przepisów państwowych;

• zasięg i wielkość produkcji według przewidywanego

zapotrzebowania (jednostkowa, seryjna, masowa);

• możliwości i ograniczenia wynikające z dostępnych systemów

wytwarzania;

• ograniczenia lub zalecenia dotyczące tworzyw potrzebnych

do budowy;

• możliwości i zalecenia kooperacyjne w zakresie wytwarzania,

wykorzystania zespołów gotowych, półfabrykatów itp.;

• orientacyjny lub graniczny koszt wytwarzania urządzenia;

• warunki finansowania i terminy opracowania dokumentacji;

• porównanie z innymi konstrukcjami i wymagane relacje;

• wstępne informacje rozeznania patentowego oraz wynikające

stąd ograniczenia konstrukcyjne.

Poszukiwanie koncepcji, specyfikacja

wymagań i ograniczeń należą do najważniejszych

etapów w procesie rozwiązywania problemów.

Uproszczony model tego procesu polega na

dostrzeżeniu lub formatowaniu problemu. Człowiek

układa listę danych oraz listę operacji i przystępuje

do wytwarzania pomysłów, gdy wytworzone

pomysły uznane są za zadowalające, praca zostanie

zakończona, jeśli nie - poszukiwanie zaczyna się od

początku.

W fazie poszukiwania koncepcji stosuje się

różne techniki koncepcyjnej pracy zespołowej, np.

„burzę mózgów”, analizę morfologiczną, syntetykę i

inne techniki heurystyczne.

Ocena i wybór rozwiązań następuje po

opracowaniu pomysłów rozwiązania problemu (tabl.

4).

Tabela 4 Ocenianie rozwiązań projektowych

Jak oceniać rozwiązanie i wybierać

optymalne?

Uzasadnienie

(Krick 1971; Asimow 1967, Hali 1968)

Dokonując wyboru spośród wielu
możliwych wersji rozwiązania, wybieraj
rozwiązanie rzeczywiście najlepsze i to
tak...

. . . aby etap ten był logiczną konsekwencją twych
twórczych poszukiwań

Mając kilka rozwiązań, co do których
wyczuwasz, że są dobre porównaj je
ścisłymi metodami tak...

... aby wybrać rozwiązanie najlepsze z tych
dobrych

Ocenę rozwiązań poprzedzaj
uświadomieniem sobie i
wyspecyfikowaniem kryteriów, jakim
muszą odpowiadać rozwiązania

Jest to pewniejsze, niż poleganie na praktycznej
znajomości rzeczy, rozsądku, doświadczeniu,
intuicji

Posługuj się nie tylko własną skalą
wartości kryteriów

Potrzebna jest znajomość rzeczywistej ważności
kryteriów i antycypacja wartości przypisywanej
kryteriom przez innych

Uwzględnij przede wszystkim
realizowalność techniczną i
ekonomiczną, a oprócz tego potrzeby
społeczne, akceptację społeczną i skutki
społeczne wytworów swojej pracy

Rozwiązanie, które chcesz zaprojektować musi być
realizowalne i to tak, aby zaspokoiło potrzebę,
która wywołała projektowanie

Dokonuj ciągłych zmian w proponowanym
rozwiązaniu, aż zrównoważysz sprzeczne
kryteria

Masz wtedy pewność, że uwzględniasz w równym
stopniu wszystkie parametry opisujące problem, że
nie wybierasz rozwiązania tylko dlatego, że jest w
nim najmniej sprzeczności

Nie oceniaj przez porównanie z
rozwiązaniami istniejącymi

Rozwiązania istniejące wcale nie muszą być
optymalne

Stosuj sformalizowane metody
optymalizacji, lecz tam, gdzie to jest
niemożliwe nie rezygnuj z metod mniej
sformalizowanych: w mniejszym stopniu
ilościowych i mniej obiektywnych

Zawsze lepsze są metody precyzyjnie określające
rozwiązanie optymalne, ale duża liczba kryteriów
nie poddających się ujęciu ilościowemu, duża
liczba zmiennych oraz brak czasu usprawiedliwia
posługiwanie się metodami mniej precyzyjnymi

Nie sugeruj się możliwościami zawarcia
rozwiązania w obowiązującej
dokumentacji projektowej

Wierz, że każdy wariant da się opisać

Dokonując weryfikacji należy brać pod uwagę następujące

wskazówki:

• nie trzymaj się uporczywie swoich pomysłów, które okazały

się nieskuteczne; jeżeli hipoteza jest sprzeczna z wynikami
twoich doświadczeń, porzuć ją,

• w każdym przypadku staraj się podporządkować hipotezy

faktom stwierdzonym w badaniach; unikaj myślenia po linii
swoich życzeń,

• krytycznie oceniaj pomysły; nie uważaj za dobry każdego

pomysłu sformułowanego przez siebie, gdyż oczywiście
rozwiązania po dokładniej analizie okazuje się błędne i lub
niewystarczające,

• unikaj fałszywych hipotez, które utrudniają poznanie

rzeczywistości i hamują postęp wiedzy.

Wynikiem końcowym procesu projektowania

jest finalizacja rozwiązania, czyli opracowanie

dokumentacji.

Proces projektowania jest trudny zarówno

w realizacji jak i trudny do opisania. Ostateczny
wynik projektowania musi zostać założony z
góry, zanim zostaną zbadane środki dla jego
realizacji, gdyż projektanci muszą działać
rozpoczynając od założonego efektu. Jeśli
projektowanie napotka na nieprzewidziane
trudności i pojawią się nowe zadania, to
struktura planowanego postępowania może
ulec zasadniczym zmianom.