6.3 Уточнення вихідної цілі замовника при складанні технічного завдання

Одним з основних джерел виникнення ІП є неправильно поставлена ціль. Вихідним пунктом при проектуванні нового технічного об’єкта є тех­нічне завдання(ТЗ), розроблюване замовником. Якщо у вихідному завданні цілі були неправильно (помилково) поставлені, то наслідки цього можуть бути дуже сумні. При розробці нового технічного об’єкта помилки ТЗ дуже важко виправити, а в переважній більшості випадків принципово неможливо усунути. Взагалі ж «зіпсувати» виріб можна на будь-якому етапі життєвого циклу, але рівень його якості, його основні характеристики закладаються саме на етапі розробки, і якщо фундамент розробки ТЗ містить дефекти, неточності, помилки, то виправити їх не удасться навіть при відмінному виконанні всіх робіт на наступних етапах.

Даний розділ присвячений методиці виявлення можливих помилок саме на етапі формування цілі (задачі) замовником. Цей розділ базується на ідеях і підходах, розроблених В. М. Одріним [26].

Сама процедура уточнення ТЗ – вихідної цілі (ВЦ) містить три етапи, представлені у таблиці 6.1.

Процедура уточнення вихідної цілі (ТЗ)

Етап I. Ознайомлення з цілями замовника шуканого технічного рішення чи попереднє формулювання ВЦ разом із замовником.

Призначення етапу I – дати попереднє формулювання ВЦ, погоджене з замовником. Необхідність у проведенні цієї роботи пояснюється тим, що замовник не завжди професійно підходить до формулювання вихідної цілі, не завжди бачить справжню потребу в новій технічній системі. Помилки, що він може допустити при постановці цілі, були розглянуті вище в розділі 6.2 «Помилки при постановці цілі замовником».

Етап II. Уточнення формулювання вихідної цілі замовника.

Призначення етапу II – уточнити попереднє формулювання ВЦ.

Процедури етапу II

II.1 Побудова зовнішньої структури ВЦ і уточнення її попереднього фор­мулювання.

II.2 Побудова внутрішньої структури ВЦ і уточнення її попереднього формулювання.

II.1 Зовнішня структура ВЦ – це структура цілей більш високого рівня, ніж задана ВЦ, тобто цілей, яким підлегла задана ВЦ і які їй супідлеглі.

Аналіз цілей дозволяє установити, наскільки раціонально обрана вихідна ціль, і чи не буде доцільніше виходити з цілей більш високих рівнів і вибрати іншу ВЦ.

У випадку вибору замовником не самої вдалої ВЦ аналіз цілей вищих рівнів і цілей, супідлеглих обраній ВЦ, дозволить знайти дійсно необхідну ВЦ. Для нової обраної ВЦ роблять уточнення її поперед­нього формулювання.

II.2 Внутрішня структура ВЦ – це структура її підцілей, що істотні з погляду призначення ТС. Дерево ВЦ будується в такий спосіб. Спочатку роблять його чорновий начерк з розбивкою підцілей до такого рівня членування, коли одержують підціли, що далі розчленувати вже не можна.

Приклад побудови зовнішньої структури вихідної цілі: розробка конструкції високоточного однокоординатного оптико-електронного вимірника лінійних переміщень (ОЕВЛП) представлений на рисунку 6.1.

Попереднє формулювання умов задачі (вимоги замовника):

1) Вимір лінійних переміщень з точністю 1–2 мкм.

2) Придатність для експлуатації у виробничих і польових умовах.

3) Діапазон виміру переміщень 0–10 мм.

Ціль

вищого

рівня

– інші супідлеглі цілі.

Рисунок 6.1 – Побудова зовнішньої структури вихідної цілі: розробка конструкції високоточного однокоординатного ОЕВЛП

Попереднє формулювання умов задачі (вимоги замовника):

1) Вимір лінійних переміщень з точністю 1–2 мкм.

2) Придатність для експлуатації у виробничих і польових умовах.

3) Діапазон виміру переміщень 0–10 мм.

З рис. 6.1 видно, що розроблюваний ОЕВЛП є одним з підкласів оптико-електронних приладів, а ці прилади, у свою чергу, складають підклас автоматичних систем керування положенням об’єктів у просторі, що є підкласом гнучких автоматизованих систем виміру й обробки електричних і інших параметрів ТО.

Уточнення попереднього формулювання ВЦ, представленої замов­ником, треба проводити ітеративно: первісне коректування (у діалозі розробника з замовником), потім коректування за допомогою аналізузовнішньої і внутрішньої структури ВЦ. Внаслідок цих трьох коректувань отримують попереднє формулювання ВЦ. Для отримання остаточ­ногоформулювання ВЦ на стадії постановки задачі залишається уточнити сформульовані замовником умови задачі.

Етап III.Формулювання умов задачі (вимог до шуканої технічної системи).

Нерідкі випадки, коли ВЦ представлена замовником нечітко, усі вимоги до нової ТС сформульовані «розмито» або некоректно (вимоги внутрішньо суперечливі, і тому не можуть бути реалізовані, або сформульовані на рівні побажань усунути недоліки). Сам предмет проектування часто буває обраний замовником невдало. Етап II спрямованийна уточнення самого предмета проектування, тобто на вибір технічно, технологічно й економічно обґрунтованого предмета проектування й уточнення формулювання ВЦ замовника.

Призначення III етапу – одержати мінімально необхідний внутріш­ньо несуперечливий набір вимог до шуканої технічної системи.

Процедури етапу III

III.1. Попереднє формулювання вимог до шуканої технічної системи.

III.2. Аналіз попереднього набору вимог до шуканої технічної системи й одержання робочого набору вимог (РНВ).

III.2.1 Аналіз інформації з систем даного класу.

III.2.2 Перший цикл уточнення вимог.

III.2.3 Другий цикл уточнення вимог.

III.2.4 Третій цикл уточнення вимог.

III.1 Попереднє формулювання вимог до шуканої технічної системи.

Якщо в представленій замовником у попередньому формулюванні ВЦ надане нечітке формулювання вимог, то розробник повинен ознайо­митися з формулюванням цих вимог, вивчити наявну інформацію з тех.­нічних систем даного класу (аналогів) і розробити ескіз вимог, а потімуточнити його в діалозі з замовником.

III.2 Аналіз попереднього набору вимог до шуканої технічної системи, одержання їхнього робочого набору (РНВ).

РНВ, що отриманий багаторазовим ітеративним коректуванням, містить вимоги:

– технічні (насамперед експлуатаційні);

– технологічні (у першу чергу технологічність виготовлення);

– економічні (насамперед швидкість окупності технічної системи і ра­ціональне використання ресурсів);

– екологічні (мінімізація «збуджень» у передбачуваному середовищі функціонування).

Коректне формулювання умов задачі повинне бути зроблене з урахуванням технічних, технологічних, економічних і екологічних критеріїв і представлене у формі внутрішньо несуперечливого набору критеріїв якості технічної системи й обмежень, що накладаються на параметри, істотні з погляду замовника.

III.2.1 Аналіз інформації з систем даного класу, необхідної для коректування попереднього набору вимог.

На цьому етапі запитуються дані: про наявні у світовому патентному фонді технічні рішення з аналогів шуканої технічної системи; про потенційних споживачів шуканої системи, розходженнях у їхніх запитах і потребах; а також про останні досягнення сучасної технології виготовлення ТС даного класу.

III.2.2 Перший цикл уточнення вимог до шуканої ТС.

Попередній набір вимог уточнюють за допомогою матриць взаємодій «Основні властивості (ознаки) ТС – аналогів шуканої системи – вимоги до шуканої ТС», а потім коректують.

Позначення: знак «плюс» – вимога пред’являється до аналогічної властивості шуканої ТС; знак «мінус» – дана вимога пред’являється не до аналогічної властивості шуканої ТС (не пов’язана з аналогічною властивістю ТС); коментарі показують відмінність ТС – аналога від шуканої ТС за даною властивістю.

Таку матрицю доцільно складати в такий спосіб. Експерти з досліджуваних ТС разом з розробниками переглядають опис ТС – аналогів і відбирають у матрицю тільки найбільш цікаві аналоги, що: а) можуть виступати як прототипи шуканої ТС; б) перевершують шукану ТС з будь-якої з вимог замовника; в) побудовані на принципах дії, що рідко використовуються, або ж мають особливо оригінальну конструкцію.

III.2.3 Другий цикл уточнення вимог до шуканого ТС.

Другий цикл складається з двох операцій: скорочення кількості вимог і подальшого уточнення формулювання кожної з вимог, що залишаються.

Таблиця 6.1 – Уточнення вихідної цілі

Принципова структура такої матриці представлена таблицею (табл. 6.2).

Таблиця 6.2 – Зіставлення властивостей аналогів шуканої ТС із вимогами замовника

ТС – аналоги шуканої системи		Вимоги до шуканої системи
		Вимога 1	Вимога 2	…	Вимога L
Аналог 1	Властивість 1	–	+ коментарі	…	–
	Властивість 2	+ коментарі	+ коментарі		+ коментарі
	...	...	...	…	...
	Властивість К	+ коментарі	–	…	–
Аналог 2	Властивість 1	+ коментарі	+ коментарі	…	+ коментарі
	Властивість 2	–	–		+ коментарі
	...	...	...	…	...
	Властивість К	+ коментарі	+ коментарі		–
	...	...	...	…	...
Аналог N	Властивість 1	+ коментарі	–	…	+ коментарі
	Властивість 2	+ коментарі	+ коментарі	…	–
	...	...	...	…	...
	Властивість К	+ коментарі	+ коментарі		+ коментарі

У першій операції за допомогою методу заперечення і кон­струювання(МЗК) [54, 24] аналізують послідовно кожну з вимог. Якщо аналіз показує, що зняття цієї вимоги не повинне призвести досуттєвого погіршення шуканого рішення (з погляду загального напрям­купошуку), то вимогу відкидають. У результаті кількість вимог змен­шується до їхнього мінімального набору. Результатом аналізу вимоги може бути також зміна кількісного обмеження, що накладається цією вимогою на ту чи іншу властивість відповідної підсистеми, чи всієї досліджуваної ТС (кількісний аналіз вимог). І, нарешті, результатом аналізу кожної конкретної вимоги може бути її переформулювання – розчленування на ряд вимог, об’єднання з іншими вимогами або уточнення її формулювання (якісний аналіз вимог). Етап заперечування реалізується в двох ітераціях: повне заперечення, а потім, якщо вимогу не можна відкинути, то неповне заперечення (ослаблення вимог). Етап конструювання є наслідком етапу заперечування у широкомузмісті. Конструюють тому те, що було отримане внаслідок будь-яких можливих результатів заперечування: а) відкидання вимоги, б) ослаблення вимоги і в) збереження чи навіть підвищення жорсткості вимоги. Іншими словами, конструюють нову вимогу, а такою може бути і сама відсутність вихідної вимоги.

Застосування МЗК до аналізу вимог, пред’явлених до приладу ОЕВЛП (табл. 6.3), дозволило:

1) уточнити припустимі межі змін параметрів;

2) розчленувати вимогу 2, сформульовану на якісному рівні, на чотири вимоги, для однієї з них зазначити припустимі межі змін;

3) на основі аналізу прототипів скласти коментарі до окремих вимог, що пред’явлені до приладу;

Змістовні коментарі про парні взаємодії усіх вимог, пред’явлених до приладу, дозволили отримати такі результати:

1) Перетворити пари взаємозалежних вимог (див. табл. 6.3, вимоги 1 і 6) в однакову вимогу. Вимога до точності приладу задається диферен­ційовано, за трьома діапазонами вимірювання; у кожному діапазоні своя точність вимірювань.

2) Уточнити вимогу, що відноситься до термоперешкод, показати доцільність термостатування приладу тільки в тому діапазоні, де абсолютна погрішність вимірювань мінімальна.

3) Уточнити вимогу портативності приладу, задати не тільки граничну вагу, але і граничні габарити приладу.

4) Усвідомити сутність залежностей між різними вимогами, протиріччями між ними (див. табл. 6.4, позиції 1–4, 1–5, 2–6, 3–6 і інші), і скласти відповідні коментарі, відображені в табл., що допоможуть надалі вибрати кращий варіант рішення.

5) Відкоректувати вихідну ціль замовника.

III.2.4 Третій цикл уточнення вимог до шуканої ТС.

Цей цикл також вимагає виконання двох послідовних операцій.

Таблиця 6.3 – Якісний й кількісний аналіз вимог до шуканої ТС (ОЕВЛП) за допомогою метода заперечення й конструювання

Вимога (після першого циклу уточнення)	Заперечення вимоги		Конструювання нової вимоги	Сконструйована нова вимога
	повне (відмова від даної вимоги)	неповне (послаблення відовідних обмежень)
1	2	3	4	5
1. Вимір лінійних переміщень об’єктів з абсолютною пог­рішністю 1–2 мкм	Конструюванне вимірю­вальних пристроїв без завдання чітких кількісних вимог до точності вимірювання взагалі не має сенсу; це одна з найголовніших вимог, від якої не можна відмовитися. «Запереченню не підлягає»	Пристрої, що забезпечують вимірювання лінійних переміщень з нижчою точністью (з абсолютною погрішністю 5–10 мкм) широко відомі. Мова може йти тільки про збереження або більш жорстку вимогу.	Вимога зберігається і стає більш жорсткою; 2мкм беруться як верхня межа абсолютної погрішності, а нижня залишається відкритою – кожне ТВ, що забезпечує погрішность не вище 2 мкм, вважається гідним (за цією вимогою)	1 Вимірювання лі­нійних перемі­щень об’єктів з аб­солютною погріш­ністю 2 мкм
2. Придатність для експлуа­тації у ви­роб­ничих і польо­вих умовах	ОЕВЛП повинен забеспечити точне вимірювання пере­міщень в умовах перешкод, типових для виробничих і польових умов. За відсутності перешкод (у лабораторних умовах) інтерференційні прилади забезпечують значно більш высоку точність до 0,01 мкм. Вимога запереченню не підлягає.	Вимога задана на якіс­ному рівні, причому без конкретизації виробничих й польових умов, тобто без роз­шифровки характеру перешкод.	Вимога зберігається й розділяється на дві: 1) стійкість до перешкод та 2) портативність. Стійкість до перешкод. Види перешкод: а) вібраційні, б) термічні та в) радіаційні. Віброперешкоди діють практично постійно, пристрій повинен мати захист від них, або таку оптичну систему, для якої ці перешкоди «не страшні»; точність вимірювань в умовах цих перешкод залишається не нижче 2 мкм. Радіаційні й термічні перешкоди (різкі коливання t0С) виникають періо­дично і вимагають лише факультативної системи захисту, наприклад, захисний кожух з терморегулятором, що може зніматися, або два відповідних кожухи, які можуть обслуговувати декілька приладів; кожухів тоді треба меньше, аніж ОЕВЛП.	2 Стійкість до віброперешкод, що мають місце у промислових і по­льових умовах. 3 Факультативний радіаційний захист та/або термостатування пристрою (знімний кожух та/або ко­жух термостат) 4. Вага пристрою з кожухом 8кг.

Продовження табл. 6.3
1	2	3	4	5
			Портативність. У виробничих і польових умовах необхідно, щоб ОЕВЛП був переносним, вагу обмежують знизу геометричними розмірами та матеріалом підсистем ОЕВЛП, а зверху – максимально допустимою для переноски величиною 7–8 кг. Габарити корпуса пристрою визначають параметри оптичної системи, а габарити оптичної системи визначає потрібна точність вимірювання лінійних переміщень.	5. Габарити пристрою не повинні перевищувати розміри, що забезпечують зручність для пере­носки
3 Діапазон вимірювання переміщень 0–10 мм	ОЕВЛП, що працюють з високою точністю у ви­робничих та польових умовах, мають практичну цінність, якщо вони можуть вимірювати переміщення у декілька мм (і більше), оскільки мають місце переміщення такого порядку, і необхідно вимірювати їх з високою точ­ністю.	Якщо вимогу пос­лаб­шити, наприклад, на порядок, то можна підвищити вимоги з точності (0,3–0,8 мкм замість 1–2мкм), але такий вузький діапазон вимірювання переміщень різко звужує і область застосування пристрою; тому треба розглядати не послабшення, а підвищення цієї вимоги – розширення діапазона вимірювань.	Вимога зберігається й навіть дещо збільшується: діапазон вимірювань задаєтся у межах 0–N10 мм. Треба працювати над пошуком компромісу між шириною діапазона й точністю вимірювань, що дозволило б підвищити точність без звуження потрібного діапазону вимірювань.	6 Діапазон вимірювання переміщень 0–N10 мм.

Таблиця 6.4 – Матриця взаємодії «Вимоги до шуканої ТС – Вимоги до шуканої ТС »

Вимога що скон­ струйована за допомогою МОК Вимога що скон­ струйована за допо­ могою МОК	1. Виміри лінійних переміщень об’єкта з абсолютною по­хибкою 2 мкм	2. Стійкість до вібрацій, які мають місце в промислових та польових умовах	3. Факультативні радіаційний захист та тер­мостатування приладу (знімний захис­ний кожух та/або термостат)	4. Вага приладу з кожухом 8 кг.	5. Габарити приладу не повинні пере­вищувати розміри, що забезпечують зручність пере­носу (валіза невеликих або середніх роз­мірів)	6. Діапазон виміру переміщень 0–N 10 мм.	Відкоригований набір вимог
1	2	3	4	5	6	7	8
1. Виміри лінійних переміщень об’єкта з абсолютною похибкою 2 мкм		Для вирішення протиріч між точністю та стійкістю до перешкод вирі­шили скласти ОЕВЛП на поляризованому світлі, що дозволить забезпечити потрібну точність в умовах віброперешкод, а також при зміні показника переломлення середовища (див. 2–1)	Термостатування підвищує точність та надійність вимірів. При підвищенні точності ОЕВЛП (похибка < 1мкм) потреба в тер­мостатуванні зростає (див. 3–1)	Підвищення точності вимірів та придатності для роботи у жорстких кліматичних умовах, а також необхідність радіаційного захисту підвищують вагу. Але зміна ваги деталей та вузлів є таким, що сумарна вага приладу може забезпечуватися (8 кг)	Якщо виходити тільки з вимог портативності, то габарити можна довести до розмірів 250х100х100мм але вимоги точності вимірів обмежують ці розміри до 300х120х120мм що визначаються параметрами оптичної системи	Чим менший діапазон переміщень, тим більше точність вимірів цих переміщень. Діапазон 0–1 мм був обраний заказ­ником як нижня межа точності	1. Виміри лінійних переміщень об’єктів з такими абсолютними похибками 1) 0,3 мкм в діапазоні 0–1 мм 2) 0,9 мкм в діапазоні 1–5 мм 3)2 мкм в діапазоні 5–15 мм

Продовження табл. 6.4
1	2	3	4	5	6	7	8
2. Стійкість до віброперешкод має місце в промислових та польових умовах	Крім створення менш чутливої до віброперешкод оптичної системи, необхідне обладнання місць, де будуть проводитися виміри ОЕВЛП масивними фундаментами		Радіаційний захист та термостатування приладу збільшують його габарити і тим самим змінюють спектральній склад перешкод і як наслідок точність вимірювання переміщень	Від ваги приладу залежить амплітуда спектральних складових перешкод, з зростанням ваги прилад реагує на більш довгохвильову частину віброперешкод. Таким чином, зменшення ваги приладу зменшує вплив низькочастотних перешкод	Збільшеня габаритів приладу збільшують його вагу (при інших рівних умовах). Збільшення габаритів приладу без збільшення його ваги (перебір матеріалів) знижує його стійкість до перешкод	Розширення діапазону вимірювань повинно знижувати стійкість до перешкод приладу, але воно забезпечується такими конструктивними елементами, які збільшують загальну вагу приладу що призводить до підвищення стійкості до перешкод	2. Стійкість до віброперешкод, які мають місце в виробничих та польових умовах
3 Факультативні радіаційний захист та термостатування приладу (знімний захисний кожух та/або термостат)	На нижній межі точності можна працювати без термостату (похибка 2 мкм) Точність більше 0,5 мкм не може бути отримана без термостатування приладу	див. 2–3		Кожухи для радіаційного захисту та для термостатування приладу збільшують загальну вагу приладу, але в межах, коли задані обмеження (8 кг) можна забезпечити	Знімні кожухи заміняють звичайний кожух, але, враховуючи наявність захисту та/або системи термостатування, ці кожухи дещо більших розмірів та габарити приладу вищі, але вони не повинні перевищувати 400х170х170 мм	Термостатування підвищує (при інших рівних умовах) точність вимірювання переміщень. За допомогою тер­мостатування можна розширити діапазон вимі­рювань без зни­ження точністі	3. Термоста–тування приладу (при роботі в I діапазоні ) та радіаційний захист (в разі необхід–ності)

Продовження табл. 6.4
1	2	3	4	5	6	7	8
4. Вага приладу з кожухом 8 кг.	див. 1–4	див. 2–4	див. 3–4		Збільшення габаритів збільшує вагу, але вона не повинна перевишувати верхньої межі у 8 кг	Параметри оптичної сис­теми, які за­пезпечують можливість вимірювання переміщень у потрібному діапазоні, визначають габарити та вагу приладу. Кожух для радіаційного захисту та тер­мостатування й інші допоміжні вузли і деталі збільшують загаль­ну вагу	4. Портативність приладу: Габарити: 300х120х120мм (без кожуха) 400х170х170мм (з кожухом) Вага:8 кг (з кожухом)
5. Габарити приладу не повинні превищувати розміри, що забезпечують зручність для перенесення (валіза невеликих або середніх розмірів)	див. 1–5	див. 2–5	див. 3–5	див. 1–5

Продовження табл. 6.4
1	2	3	4	5	6	7	8
6. Діапазон виміру переміщень 0–N10 мм	Перше набли­ження. Щоб забезпечити вимір переміщень у широкому діапазоні й одночасно з потрібною точністью (без зниження точності), треба пе­рейти до багатодіапазонного приладу: I діапазон 0–1 мм. II діапазон 1–5 мм. III діапазон 5–15 мм	Слід вибирати такі конструкційні варіанти розширення діапазону, які призводять до найбільшого збільшення ваги приладу. Одним з шляхів вирішення задачі розширення діапазону вимірювань без суттєвого погіршення стійкості до перешкод приладу є перехід до багатодіапазонних вимірю­вань (див. 2–6)	див. 3–6	див. 4–8	див. 5–6

На першій у отриманому на попередньому циклі мінімальному наборі робочих вимог роблять жорсткішою кожну з вимог до максималь­номожливої величини. Максимум визначається відомими фізичними і хімічними законами. Перевищення цих максимумів означало б пору­шення законів. У результаті отримують набір, який можна назвати ідеалізованим набором вимог.

На другій операції циклу з ідеалізованого набору вимог отримують робочий набір вимог шляхом послаблювання вимог у ідеалізованому наборі.

Послаблювати вимоги слід під тиском ресурсних і технологічних обмежень і, у першу чергу, виходячи з міркувань економічної окупності шуканої системи (у загальному випадку, чим нижче рівень вимог, тим швидше окупність), а також поліпшення експлуатаційних характеристик (чим жорсткіші вимоги, тим вище якість шуканої ТС, за умови внутрішньої несуперечності вимог).