Poszukiwanie rozwiązań zadania projektowego

Wprowadzenie

W procesie projektowania można wyróżnić kilka rodzajów typowych działań, których celem jest wspomaganie procesu poszukiwania rozwiązań danego zadania projektowanego zwanego czasem krótko koncypowaniem.

Celem koncypowania jest znalezienie możliwie wielu rozwiązań danego zadania, o których możemy w danej fazie makrostruktury procesu projektowania z dostatecznie dużym prawdopodobieństwem sądzić, że są one rozwiązaniami poprawnymi.

Na etapie koncypowania dysponuje się następującymi informacjami:

• ogólnym sformułowaniem zadania w postaci określenia celu, któremu ma służyć dany obiekt;

• wymaganiami projektowymi, czyli ilościowym opisem zadania; jest to zbiór więzów równościowych i nierównościowych nałożonych na zmienne decyzyjne (wybrane cechy projektowe) i na właściwości projektowe;

• opisem przyjętego w danym zadaniu systemu wartości, czyli listą kryteriów i relacji ważności między nimi;

• wiedzą techniczną, ekonomiczną, ergonomiczną i inną;

• ograniczeniami na sam proces koncypowania (czasowymi, kosztowymi, fizycznymi).

Rozwiązaniem lub wariantem rozwiązania zadania projektowego a ∈ A nazywać się tu będzie każdą propozycję rozwiązania danego zadania, określoną z dokładnością do zmiennych decyzyjnych. Zbiór A jest zbiorem rozwiązań.

Rozwiązaniem poprawnym lub wariantem dopuszczalnym d ∈ D, gdzie D ⊂ A jest takie rozwiązanie, o którym można twierdzić (na podstawie wiedzy, doświadczenia, badania itp.), że:

• spełnia wszystkie wymagania i ograniczenia projektowo-konstrukcyjne sformułowane w poprzedzającym etapie ilościowego określenia zadania, co przede wszystkim oznacza, że zaspokaja potrzebę w stopniu co najmniej dostatecznym,

• nie zawiera błędów logicznych, formalnych, obliczeniowych ani innych, np. nie narusza praw fizycznych,

jest możliwe do realizacji w danych warunkach technologicznych, ekonomicznych, organizacyjnych i innych .

Proces koncypowania.

Proces koncypowania jest intelektualnym procesem twórczym. Tradycyjnie uważa się, że proces twórczy jest tajemniczą, nieznaną i nie poddającą się badaniu działalnością człowieka, że przebieg tego procesu i rezultaty zależą tylko od talentu, wyobraźni, zdolności kojarzenia i inwencji twórcy, że nie może być nauczany ani wspomagany. Jednak już pobieżna analiza wskazuje, że sukces twórcy (mierzony np. liczbą wygenerowanych różnych wariantów rozwiązania) zależy od:

• talentu twórcy,

• wiedzy twórcy,

• psychicznego zaangażowania twórcy (motywacji, wiary we własne możliwości itd.),

• ilości pracy (ilości czasu i intensywności pracy),

• wyposażenia ( dostępu do źródeł informacji, dostępu do sprzętu informatycznego),

• metody działania twórcy.

Należy uznać, że nauczanie metod wspomagających twórczość techniczną i naukową, zwanych metodami heurystycznymi, jest uzasadnione i pożyteczne na studiach technicznych.

Metody heurystyczne koncypowania można podzielić na:

• metody do pracy indywidualnej lub grupowej,

• metody ogólne lub metody wyspecjalizowane,

• metody rozwiązywania zadań wynalazczych (np. metoda Altszullera) lub metody do zadań bardziej rutynowych,

• metody ściśle heurystyczne (np. syntetyka) lub metody o pewnym stopniu zalgorytmizowania (np. metoda morfologiczna), zwane są też metodami systematycznymi.

Cele metod heurystycznych

Ogólnym celem metod heurystycznych jest wspomaganie intelektualnego twórczego wysiłku projektanta, a nie wyeliminowanie człowieka z procesu twórczego i automatyzacja (komputeryzacja) tego procesu. To wspomaganie osiąga się przez spowodowanie odpowiedniej postawy twórczej, w szczególności przez:

• pokonanie psychicznych i organizacyjnych barier w procesie twórczym ( o którym będzie mowa),

• stymulowanie i wykorzystanie podświadomej pracy mózgu,

• umożliwienie wglądu w proces twórczy, jego rejestracja i kontrola,

• oddzielenie procesu generowania pomysłów od ich oceny,

• umożliwienie współpracy w grupie,

• umożliwienie efektywnej pracy twórczej osobom o mniejszej wyobraźni, fantazji, pomysłowości, zdolności kojarzenia itp.

Bariery twórczości

Jednym z podstawowych celów metod heurystycznych jest zmniejszenie roli wszystkich czynników hamujących proces koncypowania. Można wyróżnić dwie grupy tych czynników: czynniki wewnętrzne, wynikające z indywidualnych cech i postawy projektanta, oraz zewnętrzne, wynikające z określonej sytuacji, w której on się znajduje. Do czynników wewnętrznych można zaliczyć:

• myślenie stereotypami; automatyczne kojarzenie określonych rozwiązań ,

• stosowanie starych metod postępowania do nowych problemów,

• praktycyzm, rutyna, doraźność, partykularność działania,

• nadmierną specjalizację podatność na wpływy autorytetów.

Do czynników zewnętrznych (organizacyjnych) można zaliczyć:

• zbyt pośpieszne dążenie kierownictwa do uzyskania doraźnych efektów , bez uwzględnienia szeroko rozumianych strat społecznych;

• brak zaufania kierownictwa do rozwiązań oryginalnych, nierozumienie prawa twórcy do ryzyka i obowiązku podejmowania uzasadnionego ryzyka;

• narzucanie twórcom sposobu postępowania;

• sztywne hierarchiczne struktury organizacyjne;

• niechęć przełożonych do przekazywania odpowiedzialności na niższe szczeble hierarchii służbowej;

• brak ściśle sprecyzowanych celów organizacji lub sprzeczności wśród kierownictwa;

• nieumiejętność ujawniania i popierania predyspozycji i postaw twórczych;

• niewłaściwe wykorzystanie środków finansowych;

• akceptowanie status quo i inne.

Założenia metod heurystycznych

Główne z a ł o ż e n i a przyjmowane przez autorów metod heurystycznych są następujące:

• proces twórczy w dziedzinie techniki jest taki sam (lub bardzo podobny) jak w dziedzinie sztuki,

• należy wykorzystywać właściwości synergetyczne grupy, tzn. potencja grupy jest większa niż suma możliwości twórczych jej członków pracujących w pojedynkę,

• talentu nie można nauczyć, można jednak zaproponować pewne operatory zastępujące talent i intuicję,

• specjaliści nie robią odkryć - tzn. postawa eksperta.

Wymagania stawiane metodom heurystycznym.

Pożądane jest, aby metody heurystyczne spełniały następujące wymagania:

• wspomagały obmyślanie pomysłów, a powstrzymywały natychmiastową ich analizę i ocenę,

• zachęcały do postawy dywergencyjnej, w przeciwieństwie do postawy konwergencyjnej, zawężającej horyzonty poszukiwań,

• burzyły stereotypy myślenia, rozkojarzały automatyczne połączenia myślowe i przyzwyczajenia,

• określały pewne kolejne kroki procesu twórczego, które człowiek powinien kolejno realizować,

• dostarczały pewnych operatorów działań właściwych myśleniu twórczemu.

Strategia procesu koncypowania

Przez strategię procesu koncypowania będziemy rozumieć zasadnicze, możliwe podejścia do zaplanowania tego procesu; będzie to problem przyjęcia określonych struktur (ze względu na poszczególne aspekty procesu) oraz określonego zbioru reguł co do wyboru metod w kolejnych fazach i etapach procesu oraz reguł kolejno podejmowanych decyzji. Zatem zapisem strategii procesu może być:

• schemat ukazujący strukturę procesu, działania składowe procesu i ich powiązania,

• sieć działań ukazująca kolejność działań z jawnie występującą zmienną czasu,

• model (schemat) koordynacyjny, będący nieczasową strukturą przepływu informacji ukazującą wszystkich uczestników procesu i ich powiązania bez ujawnienia sekwencji działań,

• metoda (ewent. algorytm) wyboru metody kolejnych działań kodyfikująca sposoby podejmowania decyzji dotyczących dalszego postępowania

1. Ze względu na podstawę metodologiczną można wyróżnić strategię przyrostową (rys. 8.1a) i strategię rozwiązania idealnego (rys.8.1b). Pierwsza polega na ulepszaniu istniejących już rozwiązań i przynosi ewolucyjny rozwój konstrukcji. Opisuje tradycyjny, powszechnie stosowany sposób postępowania. Strategia druga to poszukiwanie rozwiązania idealnego i następnie przystosowanie go do wymagań i ograniczeń przez możliwie najmniejsze odstępstwa od ideału. Ten sposób wydaje się znacznie lepszy, spełniający postulaty racjonalnego projektowania. Strategia rozwiązania idealnego została wykorzystana w metodzie Altszullera.

Rys. 8.1.Podział strategii projektowania ze względu na podstawę metodologiczną: a) strategia przyrostowa, b) strategia rozwiązania idealnego

2. Ze względu na stopień zaprogramowania działań można określić dwie skrajne sytuacje. Z jednej strony z góry zaprogramowana sieć działań - taka strategia używana jest w przypadku rutynowych i niezbyt złożonych zadań projektowych, z drugiej strony, jako przypadek przeciwny - strategia adaptatywna (rys. 8.2), w której tylko pierwsze działanie jest określone.

Rys. 8.2. Strategia adaptatywna

Rezultatem strategii adaptatywnej jest rozwiązanie o stałym stopniu skonkretyzowania. Ta strategia jest odpowiednia dla nowych problemów, w których projektant nie ma dostatecznego doświadczenia, aby zaplanować przebieg procesu projektowania, w szczególności w przypadku projektowania indywidualnego.

3. Ze względu na wzorzec poszukiwań można wyróżnić dwie strategie (rys. 8.3). W pierwszym przypadku szuka się jednego rozwiązania i sprawdza się, czy jest dostatecznie dobre. Jeśli nie, szuka się kolejnego.

Rys. 8.3.Podział strategii ze względu na wzorzec poszukiwań: a) projektowanie przez analizę kolejnych rozwiązań, b) wyznaczenie zbiorów rozwiązań i ocena ich elementów

W drugim przypadku szuka się możliwie dużego zbioru rozwiązań i na tym zbiorze przeprowadza się optymalizację. Ta druga strategia wyraźnie zwiększa prawdopodobieństwo uzyskania rozwiązania optyma1nego i dlatego powinna być wzorcem postępowania, chyba że projektant ma mało czasu na koncypowanie.

Rys.8..5.Schemat blokowy ogólnej strategii postępowania w etapie poszukiwania możliwych rozwiązań.

Zaleca się następującą strategię postępowania na etapie poszukiwania rozwiązań (rys.8.5). Najpierw należy zastosować jedną z metod heurystycznych w celu:

• zrewidowania pierwotnej formy postawienia zadania i sformułowania jej w lepszy sposób,

• dostarczenia materiału informacyjnego do dalszych działań,

• następnie trzeba użyć innej metody, np. spośród heurystyczno-systemowych do wygenerowania pełnego zbioru wariantów rozwiązania.

---