Системная технология выполнения выпускных квалификационных работ технического профиля
В.
В. СтепаньянБиблиографическое описание статьи для цитирования:
Степаньян
В.
В.,
Алексеев
В.
П. Системная технология выполнения выпускных квалификационных работ технического профиля // Научно-методический электронный журнал «Концепт». –
2014. – № 9 (сентябрь). – С.
6–10. – URL:
http://e-koncept.ru/2014/14228.htm.
Аннотация. Статья посвящена вопросам системной организации подготовки выпускных квалификационных работ по техническим специальностям вузов. Авторы предлагают изменить типовые подходы к проектной деятельности в период выполнения дипломных работ. Современные технические объекты являются сложными с точки зрения многообразия физических процессов, протекающих в них. В связи с этим необходимо применять системные методы проектирования и организации труда. В предлагаемой технологии применяются системный подход и методы научно-технического творчества.
Ключевые слова:
проблемная ситуация, системный анализ, технология, системность, выпускная квалификационная работа, прикладной системный анализ
Текст статьи
Алексеев Валерий Павлович,кандидат технических наук, доцент НОУ ВПО ©Международный инновационный университетª, г. Сочи
alekseev.valeri@yandex.ru
Степаньян Владимир Владимирович,студент экономикотехнологического факультета НОУ ВПО ©Международный инновационный университетª, г. Сочи
step.wo@mail.ru
Системная технология*выполнения выпускных квалификационных работ технического профиля
Аннотация. Статья посвящена вопросам системной организации подготовки выпускных квалификационных работ по техническим специальностям вузов. Авторы предлагают изменить типовые подходы к проектной деятельности в период выполнения дипломных работ. Современные технические объекты являются сложными с точки зрения многообразия физических процессов, протекающих в них. В связи с этим необходимо применять системные методы проектирования и организации труда. В предлагаемой технологии применяются системный подход и методы научнотехнического творчества.
Ключевые слова:технология, системность, выпускная квалификационная работа, системный анализ, проблемная ситуация, прикладной системный анализ.Раздел: (01) педагогика; история педагогики и образования; теория и методика обучения и воспитания (по предметным областям).
* Системная технология создана Телемтаевым М.М.[13]. Целью системной технологии является объединение возможностей систем, технологий и моделирования для получения цельных и целостных решений, проектов, политик в разных сферах деятельности. Основное применение системная технология нашла в производстве, управлении, образовании и информатике. В даннойстатьесистемная технология Телемтаева М.М. применена для разработки системной технологии выполнения выпускных квалификационных работ технического профиля.
Инженерное образование занимает значительную долю в структуре современной образовательной системы. Так, по данным ЮНЕСКО [1,2], начиная с 1950 г.требуемое количество инженерных задач, которые необходимо решать, через каждые 10 лет увеличивается на порядок. Это объективно определяется бурным научнотехническим прогрессом в существующих отраслях науки и техники и появлением новых направлений. Интеграция науки, техники и технологии привела человечество на пороге XXIв.к необходимости подготовки не просто инженера, а инженераисследователя, способного постоянно синтезировать новые технические решения на основе глубокого анализа состояния и тенденций развития в своей области знаний. Естественно, что осуществлять подготовку таких инженеров может педагогисследователь, постоянно ищущий новые формы и методы образовательной деятельности, глубоко знающий систему инженерного образования, направления ее развития и способный давать обучаемым знания не только в области конкретных технологий, но и по методологии решения проблемных ситуаций и поиска новых технических решений. Комплекс таких знаний в дальнейшем будем называть технологометодологическим. Особое место в инженерном образовании занимает завершающий этап выполнение дипломных работ.При выполнении выпускных квалификационных работ (ВКР) технического профиля у студентов возникает проблема обеспечить техническую новизну проектируемыхобъектов (изделий, технологий, программ) в условиях бурного научнотехнического прогресса и жестокой конкуренции производителей. Для решения этой проблемы каждому автору ВКР необходимо системно подойти к изучению состояния своей области проектирования, правильно сформулировать целевые задачи и учесть поставленные ограничения, выбрать оптимальные технические решения, обосновать их и подготовить комплект конструкторскотехнологической документации. Для рационального достижения указанных задач нами предлагается технология, основанная на методологии прикладного системного анализа ЮНЕСКО [3], широко применяемой системными аналитиками ведущих стран мира и доработанной нами для решения задач проектирования и организации группового проектного обучения (ГПО) [4]. Проектирование является высшим видом творческой деятельности [5] и сложным процессом, организовать который можно только с использованием системного подхода и методов системного анализа [6]. Нами предлагается при выполнении ВКР и подготовке пояснительной записки использовать семь следующих этапов.1.Фиксация проблемыНа этом этапе выявляется потребность в разрабатываемом объекте (называемом в дальнейшем ©объектомª) и письменно формулируется проблема проектирования. Потребность определяется на основе выявления следующих факторов:наличие аналогов и прототипа, имеющихся в сфере реализации,по приемлемой цене;удовлетворение аналогом или прототипом требуемой функции;анализ состояния рынка и прогнозированиеобъёмов производства;степень морального старения аналогов и прототипа;наличие возможности наращиватьобъёмыпроизводства объекта. Аналоги и прототип исследуютсяв различныхвидахлитературных источников, в том числе монографиях, учебникахи учебных пособиях, статьях, патентяхи материаляхИнтернета. Аналоги могут иметь различные принципы действия, и их может быть несколько. Желательно привести внешний вид и основные характеристики аналогов. Прототип это один из аналогов, который лучше всего удовлетворяет требуемую потребность. Иногда правильно выбранный прототип отменяет проблему проектирования, так какимеющийся серийно выпускаемый объект экономически более целесообразен в использовании, чем разработка и внедрение в производство нового. Новое изделие всегда менее надёжно и долговечно! В итоге по данному этапу необходимо привести детальное описание прототипа и обосновать необходимость дальнейшей разработки.Важным моментом данного этапа является критика прототипа со всех сторон и выявление главного недостатка с позиций технических характеристик, схемных, конструктивных, технологических решений. Основные и второстепенные недостатки являются основой для выбора главного и ограничениями в целевой функции проблемы.Формулировка проблемы должна состоять из одного предложения типа©Проблема проектирования состоитв том, чтобы создать объект, отличающийся от прототипа (далее указывается отличие объекта) …при сохранении … (указываются значения неухудшаемых параметров или признаков).2.Участники проблемной ситуации и анализ их интересовДля тогочтобы спроектировать новый объект, не породив новых проблем, необходимо выявить всех участников проблемной ситуации. Напомним, что системно решить проблему это улучшить состояние неудовлетворённых участников проблемной ситуации, не ухудшив состояние остальных, имеющих реальное отношение к решаемой проблеме [7]. В общем случаев число участников проблемной ситуации могут входить:заказчик;разработчики (системотехники, схемотехники, конструкторы);изготовители (технологи);специалисты по маркетингу и торговой реализации объекта;финансисты (спонсоры);специалисты по эксплуатации;потребители (клиенты);специалисты по утилизации объекта после достижения срока службы;безмолвные участники (прошлое поколение, окружающая среда, будущее поколение).Интересы безмолвных участников могут выражать эксперты историки науки и техники, экологи, специалисты по научнотехническому прогнозированию.
Заметим, что при учёте интересов всех участников проблемной ситуации автор ВКР решает комплексную фундаментальнотехнологическую проблему проектирования гармоничное сочетание естественного и искусственного во вновь созданном объекте.
Фундаментальное и технологическое в современном обществознании тесно, органически взаимосвязано. Фундаментальный аспект обществознания содержит в снятом видетехнологический аспект (естественное исследуется с позиций искусственного), а технологический аспект обществознания фундаментальный (искусственное конструируется с учетом знаний о естественном). В этих условиях инженерная мысль должна быть направлена нена создание принципиально нового, чуждого природе и человеку, а на воссоздание уже имеющихся природных механизмов. По мнению русского художника и изобретателя П.В.Митурина,©не та техника, которая стремится изменить дикое и никогда непобедимое лицо природы, но та будет родной человеку, которая широко использует свободную игру сил ее во всем диапазоне уловимых октав ее колебанийª [8].Технологический взгляд на природу необычайно интенсифицирует научный поиск, технологические разработки. Он расширяет наши представления о действительности, дает возможность почувствовать единый, закономерный мировой процесс развития. В связи с этим можно выявить четыре интеграционных потока в современном научном знании: фундаментальная интеграция, охватывающая естественные механизмы становления, развития и исчезновения природных и социальных явлений; технологическая интеграция, охватывающая механизмы проектирования природных и социальных явлений; футурологическая интеграция, охватывающая механизмы прогнозирования будущих состояний развития естественных и искусственных явлений; историческая интеграция, охватывающая механизмы исторической реконструкции основных этапов становления, развития и исчезновения тех или иных естественных и искусственных явлений. Эти интеграционные потоки сходятся при проектировании с учётом интересов перечисленных выше участников сформулированной проблемы.Таким образом, концептуальной основой обеспечения качества инженерного образования в XXIв.является интеграция научных знаний различного масштаба в мировоззрении инженера. Она бывает общенаучной (фундаментальнотехнологическая интеграция), междисциплинарной (интеграция в рамках фундаментальных или технологических наук), внутридисциплинарной (интеграция в рамках отдельных научных дисциплин фундаментального или технологического профиля), научнопроизводственной (интеграция научного и технологопроизводственного знания). Указанная интеграция должна базироваться на фундаментальных знаниях о естественном и природных началах развития человечества. Подготовка ВКР является вершиной творческой деятельности будущего инженера, и в период подготовки дипломной работыон должен проявить способности к такой интеграции.После составления списка участников проблемной ситуации проводится анализ возможностей каждогоиз участников с позиций сформулированной ранее проблемы. При этом учитываются кадровые, профессиональные, творческие, технические, финансовые, временные возможности.3.Формирование проблемного массиваПроблемный массив это список участников проблемной ситуации с указанием проблем каждого участника при решении сформулированной проблемы. Его лучше всего представить в виде таблицы, в которой против каждого участника приводится список возникших при проектировании проблем с выделением главной. Такую таблицу мы назвали матрицей проблемного массива. Пример матрицы проблемного массива приведён ниже. Матрица проблемного массива
Выявление проблем участников проблемной ситуации может быть проведено экспертным методом, особенно это касается безмолвных участников. Заметим, что в XXIв.особенно возрастает роль учёта интересов окружающей среды природы при проектировании новых технических объектов. Про учёт интересов прошлого и будущего поколений хорошо сказал классик: ©Если ты в прошлое выстрелил из пистолета, будущее грохнет в тебя изпушки!ª [9]Завершает рассматриваемый этап анализ противоречий и поиск компромиссов, который позволяет ©уладитьª неизбежно возникшие противоречия между участниками проблемной ситуации в процессе создания проектируемого объекта.4.Формирование конфигуратораДля тогочтобы успешно решить проблему проектирования объекта ВКР, необходимо детально изучить его возможные физические принципы действия (ФПД), особенности аналогов и прототипа, описать проблему проектирования. Для этого могут быть использованы различные языки:профессиональный (по характеру проблемы);математический;алгоритмический;Участники проблемной ситуацииПроблемы участников11.1.Главная1.2. Основные1.3. Второстепенные21.1.Главная1.2. Основные1.3. Второстепенныефинансовый;технический (язык чертежа, схемы);информационный и т.п.Конфигуратором называется минимально необходимое число языков для описания поставленной проблемы. По сути,конфигуратор это знания и умения, полученные автором проекта из различных информационных источников. Таким образом, под конфигуратором в дальнейшем будем понимать список информационных источников, необходимых для описания проблемы проектирования. Для выполнения ВКР конфигуратор должен содержать не менее 50 наименований монографий, учебных пособий, статей, патентов, материалов Интернета. После формирования конфигуратор нужно изучить с позиций решаемой проблемы.5.ЦелевыявлениеВ системном анализе главенствует принцип: ©Нет цели нет решения проблемы!ªДальнейшее продвижение в проектировании объекта требует составления технического задания (ТЗ) на ВКР. ТЗ является обобщённой описательной интегральной моделью проектируемого объекта. Для ВКР естественнонаучного или гуманитарного профиля ТЗ может называться заданием на ВКР или заданием на проведение исследований. На начальных стадиях проектирования ТЗ носит идеализированный характер, в конце проектированияоно может быть уточнено в прагматическом направлении с учётом научнотехнологических реалий. ТЗ имеет формализованный вид в соответствии с ведомственными, корпоративными или государственными нормами. Для составления ТЗ необходимо сформировать массив критериев, описывающих качество объекта,и задать значения показателей, входящих в критерии. Задание значений показателей может быть методом прогнозируемых экспертных оценок, методом назначений или аналитическим (расчётным) методом. Для типовых потребительских объектов существуют ГОСТы на значения показателей, причём для повышения качества таких изделий применяется опережающая стандартизация. В общем случае для большинства технических объектов существуют следующие четыре группы критериев [10]:функциональные критерии, характеризующие тактикотехнические показатели;технологические критерии, связанные с возможностью и простотой изготовления;экономические критерии, связанные с материальными, энергетическими финансовыми ресурсами;антропогенные критерии, связанные с эргономикой, экологией и безопасностью жизнедеятельности.Конкретные значения показателей критериев выбираются, исходя из особенностей объекта и проблемы проектирования. Методическаяосновадля выбора показателей массив показателей аналогов и прототипа.Итогом данного этапа является дерево целей, примерный вид которого приведён на рисунке,и ТЗ по предписанной форме. Значения показателей объекта, проставленные в дереве целей, переносятся в ТЗ. Заметим, что в этом случае ТЗ является научно обоснованным, так как его составлению предшествовали четыре предыдущих системных этапа.Выбор показателей дерева целей может осуществляться следующими методами:прогнозирование на основе информационного исследования;аналитический методна основе математического моделирования тенденций развития объекта и расчёта показателей объекта по модели;задание на основе интуиции, опыта проектирования, изготовления, эксплуатации аналогичных объектов. Лучшим способом правильного и объективного задания значений показателей проектируемого объекта является сбор информации о потребительских свойствах продукции, рекламациях, надёжности, долговечности, ремонтопригодности, утилизации, осуществляемыйспециальными службами предприятий. Заметим, что часто один неудачно заданный показатель влечёт за собой большие материальные и временные затраты и малый потребительский спрос.Примерный вид деревацелей для технического объекта
6.Исследование проблемы проектирования и путей её решенияИсследование проблемы в конечном итоге выливается в детальное изучение проектируемого объекта, рассмотрение возможных вариантов ФПД, конструктивной функциональной структуры (КФС), внешнего вида и цветовой гаммы объекта. При проектировании социальных и общественных объектов составляется структурная схема системы и задаются её функции. Программные объекты определяются структурной ТехнологическиеФункциональныеЦена оптоваяПоказатель 1
ПоказательiПоказатель 2ЭкологичностьЭкономическиеТехнологическая трудоёмкостьТехнологическая себестоимостьПотребляемая мощность
Антропогенные
Прототип
Безопасность МассаНадежность
Новый объект
Габаритные размеры Условия эксплуатации
Показатель NЭргономичность Эстетичность Объём производства,
шт./год.ПрибыльКоэффициент окупаемостиЗатраты на проектированиесхемой алгоритма и программой. В процессе исследования проблемы решается вопрос,можно ли достичьпоказателей объекта, заданных в дереве целей,и с помощью каких решений.Исследование может быть проведено информационным, теоретическим, экспериментальным, экспериментальнотеоретическим, теоретикоэкспериментальным методами или методом планирования эксперимента [11]. В процессе исследований возможно применение имитационного моделирования или вычислительного эксперимента. Изучается проектируемый объект, декомпозируются его составные части. Анализ проводится по уровням ©надсистемаª©системаª©подсистемаª©элементª. Выявляются главная, основные, второстепенные, вредные функции каждой составной части. Такой анализ поможет на следующем этапе провести синтез нового объекта для решения поставленной проблемы. Информационное исследование или обзор литературных источников являются минимально необходимыми. Если такое исследование не сформирует у автора проекта конфигуратор, проводятся исследования указанными выше методами.7.Генерация идеи решения проблемы проектированияДля принятия новых технических решений по проблеме проектирования могут быть использованы следующие методы [12]:мозговаяатака;морфологический анализ;функциональностоимостной анализ;метод эвристических приёмов;теория решения изобретательских задач;©изобретающиеª программы;аналитические методы, моделирование.На этом этапе генерируются идеи по решению проблемы проектирования и выбирается лучший, наиболее соответствующий дереву целей.Прикладной системный анализ по рассмотренной технологии проводится в первом разделе пояснительной записки ВКР. Остальные разделы посвящены обоснованию проектных решений по выбранной идее и подтверждению показателей ТЗ по четырём критериям, а также описанию объекта проектирования и его составных частей. Важным разделом является патентное исследование, позволяющее определить патентоспособность и патентную чистоту проектных решений.Описанная технология используется нами в практике по ряду технических специальностей при подготовке специалистов и бакалавров в течение 15 лет. При её применении выпускники легко защищают свои работы, так каквся логика выполнения ВКР подчинена системному обоснованию, анализу и синтезу проектных решений. Уяснив указанную технологию, выпускники легкоосваиваются на производстве, становятся авторами технических решений на уровне изобретений и достигают быстрого карьерного роста.
Ссылки на источники1.Московченко А. Д. Инновационные качества творческой личности инженера XXIвека // Опережающее инновационное образование и подготовка специалистов в области техники и технологии: IIIМеждунар. симп.,Москва, 2728 марта 2007 г. Томск: Томск. политехн. унт, 2007 С. 6971. 2.Алексеев В. П.,Озёркин Д. В. Системный анализ и методы научнотехнического творчества: учеб. пособие. Томск:Издво ИОА СО РАН, 2003. 304 с. 3.Московченко А. Д. Указ. соч. 4.Алексеев В. П.,Озёркин Д. В. Системный анализ и методы …Московченко А. Д. Указ. соч. 6.Алексеев В. П., Озёркин Д. В. Системный анализ и методы …7.Там же. 8.Московченко А. Д., Алексеев В. П. Методологические и методические основы формирования групп проектного обучения: монография.Томск: Издво Томск. гос. унта систем управления и радиоэлектроники, 2010. 134 с. 9.Московченко А. Д. Указ. соч. 10.Алексеев В. П., Озёркин Д. В. Системный анализ и методы …11.Алексеев В. П., Озёркин Д. В. Основы научных исследований и патентоведение: учеб. пособие. Томск:Издво ИОА СО РАН, 2003. 180 с. 12.Алексеев В. П., Озёркин Д. В. Системный анализ и методы … 13.ТелемтаевМ.М. Системная технология (основные принципы, модели и правила разработки). ВестникАНКазССР.1987г.№1.с.4652.
ValeryAlexeev, Candidateof Engineering Sciences, Associate Professor, International Innovative University, Sochialekseev.valeri@yandex.ru
Vladimir Stepanyan, Student of Economics and Technology Departments, International Innovative University, Sochistep.wo@mail.ru System technology of making graduate papers for students of technical majorsAbstract.The article is devoted to final degree papers for students of technical majors. The authors propose to change the standard approaches to the project activity during the period of certification. Modern technical facilities are complex ones in terms of the variety of physical processes that occur in them. In this regard, it is necessary to apply the system design methods and organization of work. The authors base on the use of thw systematic approach and methods of scientific and technical creativity.
Key words: technology, systems, graduate paper, systems analysis, problem situation, applied system analysis.References1.Moskovchenko, A. D. (2007) “Innovacionnye kachestva tvorcheskoj lichnosti inzhenera XXI veka”, in Operezhajushhee innovacionnoe obrazovanie i podgotovka specialistov v oblasti tehniki i tehnologii: III Mezhdunar. simp., Moskva, 2728 marta 2007 g., Tomsk. politehn. unt, Tomsk, pp. 6971(in Russian). 2.Alekseev, V. P. &Ozjorkin,D. V. (2003) Sistemnyj analiz i metody nauchnotehnicheskogo tvorchestva: ucheb. posobie,Izdvo IOA SO RAN, Tomsk,304 p.(in Russian).
3.Moskovchenko,A. D. (2007) Op. cit.
4.Alekseev, V. P. &Ozjorkin,D. V. (2003) Sistemnyj analiz i metody…5.Moskovchenko,A. D. (2007) Op. cit.
6.Alekseev, V. P. &Ozjorkin,D. V. (2003) Sistemnyj analiz i metody…7.Ibid.8.Moskovchenko,A. D.&Alekseev,V. P. (2010) Metodologicheskie i metodicheskie osnovy formirovanija grupp proektnogo obuchenija: monografija,Izdvo Tomsk. gos. unta sistem upravlenija i radiojelektroniki, Tomsk,134 p. (in Russian).9.Moskovchenko,A. D. (2007) Op. cit.
10.Alekseev, V. P. &Ozjorkin,D. V. (2003) Sistemnyj analiz i metody…11.Alekseev V. P. &Ozjorkin,D. V. (2003) Osnovy nauchnyh issledovanij i patentovedenie: ucheb. posobie,Izdvo IOA SO RAN,Tomsk,180 p. (in Russian).12.Alekseev, V. P. &Ozjorkin,D. V. (2003) Sistemnyj analiz i metody…13.Telemtaev M.M.System technology (basic principles, models and design rules). Bulletin of the Academy of Sciences of the Kazakh SSR, 1987, №1, s.4652.; website systemtechnology.ru
Рекомендовано к публикации:
Горевым П. М.,кандидатом педагогических наук, главным редактором журнала ©Концептª
alekseev.valeri@yandex.ru
Степаньян Владимир Владимирович,студент экономикотехнологического факультета НОУ ВПО ©Международный инновационный университетª, г. Сочи
step.wo@mail.ru
Системная технология*выполнения выпускных квалификационных работ технического профиля
Аннотация. Статья посвящена вопросам системной организации подготовки выпускных квалификационных работ по техническим специальностям вузов. Авторы предлагают изменить типовые подходы к проектной деятельности в период выполнения дипломных работ. Современные технические объекты являются сложными с точки зрения многообразия физических процессов, протекающих в них. В связи с этим необходимо применять системные методы проектирования и организации труда. В предлагаемой технологии применяются системный подход и методы научнотехнического творчества.
Ключевые слова:технология, системность, выпускная квалификационная работа, системный анализ, проблемная ситуация, прикладной системный анализ.Раздел: (01) педагогика; история педагогики и образования; теория и методика обучения и воспитания (по предметным областям).
* Системная технология создана Телемтаевым М.М.[13]. Целью системной технологии является объединение возможностей систем, технологий и моделирования для получения цельных и целостных решений, проектов, политик в разных сферах деятельности. Основное применение системная технология нашла в производстве, управлении, образовании и информатике. В даннойстатьесистемная технология Телемтаева М.М. применена для разработки системной технологии выполнения выпускных квалификационных работ технического профиля.
Инженерное образование занимает значительную долю в структуре современной образовательной системы. Так, по данным ЮНЕСКО [1,2], начиная с 1950 г.требуемое количество инженерных задач, которые необходимо решать, через каждые 10 лет увеличивается на порядок. Это объективно определяется бурным научнотехническим прогрессом в существующих отраслях науки и техники и появлением новых направлений. Интеграция науки, техники и технологии привела человечество на пороге XXIв.к необходимости подготовки не просто инженера, а инженераисследователя, способного постоянно синтезировать новые технические решения на основе глубокого анализа состояния и тенденций развития в своей области знаний. Естественно, что осуществлять подготовку таких инженеров может педагогисследователь, постоянно ищущий новые формы и методы образовательной деятельности, глубоко знающий систему инженерного образования, направления ее развития и способный давать обучаемым знания не только в области конкретных технологий, но и по методологии решения проблемных ситуаций и поиска новых технических решений. Комплекс таких знаний в дальнейшем будем называть технологометодологическим. Особое место в инженерном образовании занимает завершающий этап выполнение дипломных работ.При выполнении выпускных квалификационных работ (ВКР) технического профиля у студентов возникает проблема обеспечить техническую новизну проектируемыхобъектов (изделий, технологий, программ) в условиях бурного научнотехнического прогресса и жестокой конкуренции производителей. Для решения этой проблемы каждому автору ВКР необходимо системно подойти к изучению состояния своей области проектирования, правильно сформулировать целевые задачи и учесть поставленные ограничения, выбрать оптимальные технические решения, обосновать их и подготовить комплект конструкторскотехнологической документации. Для рационального достижения указанных задач нами предлагается технология, основанная на методологии прикладного системного анализа ЮНЕСКО [3], широко применяемой системными аналитиками ведущих стран мира и доработанной нами для решения задач проектирования и организации группового проектного обучения (ГПО) [4]. Проектирование является высшим видом творческой деятельности [5] и сложным процессом, организовать который можно только с использованием системного подхода и методов системного анализа [6]. Нами предлагается при выполнении ВКР и подготовке пояснительной записки использовать семь следующих этапов.1.Фиксация проблемыНа этом этапе выявляется потребность в разрабатываемом объекте (называемом в дальнейшем ©объектомª) и письменно формулируется проблема проектирования. Потребность определяется на основе выявления следующих факторов:наличие аналогов и прототипа, имеющихся в сфере реализации,по приемлемой цене;удовлетворение аналогом или прототипом требуемой функции;анализ состояния рынка и прогнозированиеобъёмов производства;степень морального старения аналогов и прототипа;наличие возможности наращиватьобъёмыпроизводства объекта. Аналоги и прототип исследуютсяв различныхвидахлитературных источников, в том числе монографиях, учебникахи учебных пособиях, статьях, патентяхи материаляхИнтернета. Аналоги могут иметь различные принципы действия, и их может быть несколько. Желательно привести внешний вид и основные характеристики аналогов. Прототип это один из аналогов, который лучше всего удовлетворяет требуемую потребность. Иногда правильно выбранный прототип отменяет проблему проектирования, так какимеющийся серийно выпускаемый объект экономически более целесообразен в использовании, чем разработка и внедрение в производство нового. Новое изделие всегда менее надёжно и долговечно! В итоге по данному этапу необходимо привести детальное описание прототипа и обосновать необходимость дальнейшей разработки.Важным моментом данного этапа является критика прототипа со всех сторон и выявление главного недостатка с позиций технических характеристик, схемных, конструктивных, технологических решений. Основные и второстепенные недостатки являются основой для выбора главного и ограничениями в целевой функции проблемы.Формулировка проблемы должна состоять из одного предложения типа©Проблема проектирования состоитв том, чтобы создать объект, отличающийся от прототипа (далее указывается отличие объекта) …при сохранении … (указываются значения неухудшаемых параметров или признаков).2.Участники проблемной ситуации и анализ их интересовДля тогочтобы спроектировать новый объект, не породив новых проблем, необходимо выявить всех участников проблемной ситуации. Напомним, что системно решить проблему это улучшить состояние неудовлетворённых участников проблемной ситуации, не ухудшив состояние остальных, имеющих реальное отношение к решаемой проблеме [7]. В общем случаев число участников проблемной ситуации могут входить:заказчик;разработчики (системотехники, схемотехники, конструкторы);изготовители (технологи);специалисты по маркетингу и торговой реализации объекта;финансисты (спонсоры);специалисты по эксплуатации;потребители (клиенты);специалисты по утилизации объекта после достижения срока службы;безмолвные участники (прошлое поколение, окружающая среда, будущее поколение).Интересы безмолвных участников могут выражать эксперты историки науки и техники, экологи, специалисты по научнотехническому прогнозированию.
Заметим, что при учёте интересов всех участников проблемной ситуации автор ВКР решает комплексную фундаментальнотехнологическую проблему проектирования гармоничное сочетание естественного и искусственного во вновь созданном объекте.
Фундаментальное и технологическое в современном обществознании тесно, органически взаимосвязано. Фундаментальный аспект обществознания содержит в снятом видетехнологический аспект (естественное исследуется с позиций искусственного), а технологический аспект обществознания фундаментальный (искусственное конструируется с учетом знаний о естественном). В этих условиях инженерная мысль должна быть направлена нена создание принципиально нового, чуждого природе и человеку, а на воссоздание уже имеющихся природных механизмов. По мнению русского художника и изобретателя П.В.Митурина,©не та техника, которая стремится изменить дикое и никогда непобедимое лицо природы, но та будет родной человеку, которая широко использует свободную игру сил ее во всем диапазоне уловимых октав ее колебанийª [8].Технологический взгляд на природу необычайно интенсифицирует научный поиск, технологические разработки. Он расширяет наши представления о действительности, дает возможность почувствовать единый, закономерный мировой процесс развития. В связи с этим можно выявить четыре интеграционных потока в современном научном знании: фундаментальная интеграция, охватывающая естественные механизмы становления, развития и исчезновения природных и социальных явлений; технологическая интеграция, охватывающая механизмы проектирования природных и социальных явлений; футурологическая интеграция, охватывающая механизмы прогнозирования будущих состояний развития естественных и искусственных явлений; историческая интеграция, охватывающая механизмы исторической реконструкции основных этапов становления, развития и исчезновения тех или иных естественных и искусственных явлений. Эти интеграционные потоки сходятся при проектировании с учётом интересов перечисленных выше участников сформулированной проблемы.Таким образом, концептуальной основой обеспечения качества инженерного образования в XXIв.является интеграция научных знаний различного масштаба в мировоззрении инженера. Она бывает общенаучной (фундаментальнотехнологическая интеграция), междисциплинарной (интеграция в рамках фундаментальных или технологических наук), внутридисциплинарной (интеграция в рамках отдельных научных дисциплин фундаментального или технологического профиля), научнопроизводственной (интеграция научного и технологопроизводственного знания). Указанная интеграция должна базироваться на фундаментальных знаниях о естественном и природных началах развития человечества. Подготовка ВКР является вершиной творческой деятельности будущего инженера, и в период подготовки дипломной работыон должен проявить способности к такой интеграции.После составления списка участников проблемной ситуации проводится анализ возможностей каждогоиз участников с позиций сформулированной ранее проблемы. При этом учитываются кадровые, профессиональные, творческие, технические, финансовые, временные возможности.3.Формирование проблемного массиваПроблемный массив это список участников проблемной ситуации с указанием проблем каждого участника при решении сформулированной проблемы. Его лучше всего представить в виде таблицы, в которой против каждого участника приводится список возникших при проектировании проблем с выделением главной. Такую таблицу мы назвали матрицей проблемного массива. Пример матрицы проблемного массива приведён ниже. Матрица проблемного массива
Выявление проблем участников проблемной ситуации может быть проведено экспертным методом, особенно это касается безмолвных участников. Заметим, что в XXIв.особенно возрастает роль учёта интересов окружающей среды природы при проектировании новых технических объектов. Про учёт интересов прошлого и будущего поколений хорошо сказал классик: ©Если ты в прошлое выстрелил из пистолета, будущее грохнет в тебя изпушки!ª [9]Завершает рассматриваемый этап анализ противоречий и поиск компромиссов, который позволяет ©уладитьª неизбежно возникшие противоречия между участниками проблемной ситуации в процессе создания проектируемого объекта.4.Формирование конфигуратораДля тогочтобы успешно решить проблему проектирования объекта ВКР, необходимо детально изучить его возможные физические принципы действия (ФПД), особенности аналогов и прототипа, описать проблему проектирования. Для этого могут быть использованы различные языки:профессиональный (по характеру проблемы);математический;алгоритмический;Участники проблемной ситуацииПроблемы участников11.1.Главная1.2. Основные1.3. Второстепенные21.1.Главная1.2. Основные1.3. Второстепенныефинансовый;технический (язык чертежа, схемы);информационный и т.п.Конфигуратором называется минимально необходимое число языков для описания поставленной проблемы. По сути,конфигуратор это знания и умения, полученные автором проекта из различных информационных источников. Таким образом, под конфигуратором в дальнейшем будем понимать список информационных источников, необходимых для описания проблемы проектирования. Для выполнения ВКР конфигуратор должен содержать не менее 50 наименований монографий, учебных пособий, статей, патентов, материалов Интернета. После формирования конфигуратор нужно изучить с позиций решаемой проблемы.5.ЦелевыявлениеВ системном анализе главенствует принцип: ©Нет цели нет решения проблемы!ªДальнейшее продвижение в проектировании объекта требует составления технического задания (ТЗ) на ВКР. ТЗ является обобщённой описательной интегральной моделью проектируемого объекта. Для ВКР естественнонаучного или гуманитарного профиля ТЗ может называться заданием на ВКР или заданием на проведение исследований. На начальных стадиях проектирования ТЗ носит идеализированный характер, в конце проектированияоно может быть уточнено в прагматическом направлении с учётом научнотехнологических реалий. ТЗ имеет формализованный вид в соответствии с ведомственными, корпоративными или государственными нормами. Для составления ТЗ необходимо сформировать массив критериев, описывающих качество объекта,и задать значения показателей, входящих в критерии. Задание значений показателей может быть методом прогнозируемых экспертных оценок, методом назначений или аналитическим (расчётным) методом. Для типовых потребительских объектов существуют ГОСТы на значения показателей, причём для повышения качества таких изделий применяется опережающая стандартизация. В общем случае для большинства технических объектов существуют следующие четыре группы критериев [10]:функциональные критерии, характеризующие тактикотехнические показатели;технологические критерии, связанные с возможностью и простотой изготовления;экономические критерии, связанные с материальными, энергетическими финансовыми ресурсами;антропогенные критерии, связанные с эргономикой, экологией и безопасностью жизнедеятельности.Конкретные значения показателей критериев выбираются, исходя из особенностей объекта и проблемы проектирования. Методическаяосновадля выбора показателей массив показателей аналогов и прототипа.Итогом данного этапа является дерево целей, примерный вид которого приведён на рисунке,и ТЗ по предписанной форме. Значения показателей объекта, проставленные в дереве целей, переносятся в ТЗ. Заметим, что в этом случае ТЗ является научно обоснованным, так как его составлению предшествовали четыре предыдущих системных этапа.Выбор показателей дерева целей может осуществляться следующими методами:прогнозирование на основе информационного исследования;аналитический методна основе математического моделирования тенденций развития объекта и расчёта показателей объекта по модели;задание на основе интуиции, опыта проектирования, изготовления, эксплуатации аналогичных объектов. Лучшим способом правильного и объективного задания значений показателей проектируемого объекта является сбор информации о потребительских свойствах продукции, рекламациях, надёжности, долговечности, ремонтопригодности, утилизации, осуществляемыйспециальными службами предприятий. Заметим, что часто один неудачно заданный показатель влечёт за собой большие материальные и временные затраты и малый потребительский спрос.Примерный вид деревацелей для технического объекта
6.Исследование проблемы проектирования и путей её решенияИсследование проблемы в конечном итоге выливается в детальное изучение проектируемого объекта, рассмотрение возможных вариантов ФПД, конструктивной функциональной структуры (КФС), внешнего вида и цветовой гаммы объекта. При проектировании социальных и общественных объектов составляется структурная схема системы и задаются её функции. Программные объекты определяются структурной ТехнологическиеФункциональныеЦена оптоваяПоказатель 1
ПоказательiПоказатель 2ЭкологичностьЭкономическиеТехнологическая трудоёмкостьТехнологическая себестоимостьПотребляемая мощность
Антропогенные
Прототип
Безопасность МассаНадежность
Новый объект
Габаритные размеры Условия эксплуатации
Показатель NЭргономичность Эстетичность Объём производства,
шт./год.ПрибыльКоэффициент окупаемостиЗатраты на проектированиесхемой алгоритма и программой. В процессе исследования проблемы решается вопрос,можно ли достичьпоказателей объекта, заданных в дереве целей,и с помощью каких решений.Исследование может быть проведено информационным, теоретическим, экспериментальным, экспериментальнотеоретическим, теоретикоэкспериментальным методами или методом планирования эксперимента [11]. В процессе исследований возможно применение имитационного моделирования или вычислительного эксперимента. Изучается проектируемый объект, декомпозируются его составные части. Анализ проводится по уровням ©надсистемаª©системаª©подсистемаª©элементª. Выявляются главная, основные, второстепенные, вредные функции каждой составной части. Такой анализ поможет на следующем этапе провести синтез нового объекта для решения поставленной проблемы. Информационное исследование или обзор литературных источников являются минимально необходимыми. Если такое исследование не сформирует у автора проекта конфигуратор, проводятся исследования указанными выше методами.7.Генерация идеи решения проблемы проектированияДля принятия новых технических решений по проблеме проектирования могут быть использованы следующие методы [12]:мозговаяатака;морфологический анализ;функциональностоимостной анализ;метод эвристических приёмов;теория решения изобретательских задач;©изобретающиеª программы;аналитические методы, моделирование.На этом этапе генерируются идеи по решению проблемы проектирования и выбирается лучший, наиболее соответствующий дереву целей.Прикладной системный анализ по рассмотренной технологии проводится в первом разделе пояснительной записки ВКР. Остальные разделы посвящены обоснованию проектных решений по выбранной идее и подтверждению показателей ТЗ по четырём критериям, а также описанию объекта проектирования и его составных частей. Важным разделом является патентное исследование, позволяющее определить патентоспособность и патентную чистоту проектных решений.Описанная технология используется нами в практике по ряду технических специальностей при подготовке специалистов и бакалавров в течение 15 лет. При её применении выпускники легко защищают свои работы, так каквся логика выполнения ВКР подчинена системному обоснованию, анализу и синтезу проектных решений. Уяснив указанную технологию, выпускники легкоосваиваются на производстве, становятся авторами технических решений на уровне изобретений и достигают быстрого карьерного роста.
Ссылки на источники1.Московченко А. Д. Инновационные качества творческой личности инженера XXIвека // Опережающее инновационное образование и подготовка специалистов в области техники и технологии: IIIМеждунар. симп.,Москва, 2728 марта 2007 г. Томск: Томск. политехн. унт, 2007 С. 6971. 2.Алексеев В. П.,Озёркин Д. В. Системный анализ и методы научнотехнического творчества: учеб. пособие. Томск:Издво ИОА СО РАН, 2003. 304 с. 3.Московченко А. Д. Указ. соч. 4.Алексеев В. П.,Озёркин Д. В. Системный анализ и методы …Московченко А. Д. Указ. соч. 6.Алексеев В. П., Озёркин Д. В. Системный анализ и методы …7.Там же. 8.Московченко А. Д., Алексеев В. П. Методологические и методические основы формирования групп проектного обучения: монография.Томск: Издво Томск. гос. унта систем управления и радиоэлектроники, 2010. 134 с. 9.Московченко А. Д. Указ. соч. 10.Алексеев В. П., Озёркин Д. В. Системный анализ и методы …11.Алексеев В. П., Озёркин Д. В. Основы научных исследований и патентоведение: учеб. пособие. Томск:Издво ИОА СО РАН, 2003. 180 с. 12.Алексеев В. П., Озёркин Д. В. Системный анализ и методы … 13.ТелемтаевМ.М. Системная технология (основные принципы, модели и правила разработки). ВестникАНКазССР.1987г.№1.с.4652.
ValeryAlexeev, Candidateof Engineering Sciences, Associate Professor, International Innovative University, Sochialekseev.valeri@yandex.ru
Vladimir Stepanyan, Student of Economics and Technology Departments, International Innovative University, Sochistep.wo@mail.ru System technology of making graduate papers for students of technical majorsAbstract.The article is devoted to final degree papers for students of technical majors. The authors propose to change the standard approaches to the project activity during the period of certification. Modern technical facilities are complex ones in terms of the variety of physical processes that occur in them. In this regard, it is necessary to apply the system design methods and organization of work. The authors base on the use of thw systematic approach and methods of scientific and technical creativity.
Key words: technology, systems, graduate paper, systems analysis, problem situation, applied system analysis.References1.Moskovchenko, A. D. (2007) “Innovacionnye kachestva tvorcheskoj lichnosti inzhenera XXI veka”, in Operezhajushhee innovacionnoe obrazovanie i podgotovka specialistov v oblasti tehniki i tehnologii: III Mezhdunar. simp., Moskva, 2728 marta 2007 g., Tomsk. politehn. unt, Tomsk, pp. 6971(in Russian). 2.Alekseev, V. P. &Ozjorkin,D. V. (2003) Sistemnyj analiz i metody nauchnotehnicheskogo tvorchestva: ucheb. posobie,Izdvo IOA SO RAN, Tomsk,304 p.(in Russian).
3.Moskovchenko,A. D. (2007) Op. cit.
4.Alekseev, V. P. &Ozjorkin,D. V. (2003) Sistemnyj analiz i metody…5.Moskovchenko,A. D. (2007) Op. cit.
6.Alekseev, V. P. &Ozjorkin,D. V. (2003) Sistemnyj analiz i metody…7.Ibid.8.Moskovchenko,A. D.&Alekseev,V. P. (2010) Metodologicheskie i metodicheskie osnovy formirovanija grupp proektnogo obuchenija: monografija,Izdvo Tomsk. gos. unta sistem upravlenija i radiojelektroniki, Tomsk,134 p. (in Russian).9.Moskovchenko,A. D. (2007) Op. cit.
10.Alekseev, V. P. &Ozjorkin,D. V. (2003) Sistemnyj analiz i metody…11.Alekseev V. P. &Ozjorkin,D. V. (2003) Osnovy nauchnyh issledovanij i patentovedenie: ucheb. posobie,Izdvo IOA SO RAN,Tomsk,180 p. (in Russian).12.Alekseev, V. P. &Ozjorkin,D. V. (2003) Sistemnyj analiz i metody…13.Telemtaev M.M.System technology (basic principles, models and design rules). Bulletin of the Academy of Sciences of the Kazakh SSR, 1987, №1, s.4652.; website systemtechnology.ru
Рекомендовано к публикации:
Горевым П. М.,кандидатом педагогических наук, главным редактором журнала ©Концептª
