Синтез в строительстве пример

Теорию автоматизированного проектирования принято считать сравнительно молодой наукой, но если вести ее хронологию с первых публикаций, датированных пятидесятыми годами прошлого столетия, то оказывается, что эта дисциплина скоро будет справлять полувековой юбилей. Многими специалистами по CAD-системам [7 ,16 ] отмечается несколько однобокое развитие этой технической науки. Большая часть работ по теории проектирования посвящена вопросам параметрического синтеза и геометрического моделирования технических систем. Структурному синтезу уделяется внимание, совершенно не сопоставимое с удельным весом и важностью этой задачи в общем цикле проектных работ по разработке машин и приборов [8, 14].

Качество результатов генерации проектных решений связано, прежде всего, с уровнем средств математического обеспечения САПР. В этом отношении пути внедрения в САПР методов формального синтеза и моделирования оказались различными.

Автоматизированный параметрический синтез нашел адекватное представление в терминах традиционного математического аппарата, опирающегося на глубоко разработанные методы математического анализа и теории дифференциальных уравнений. Мощную математическую поддержку получили проблемы автоматизированного геометрического моделирования, поставленные перед разработчиками первых CAD-систем. Математическое обеспечение задач автоматизированного геометрического моделирования было заимствовано из одной из наиболее глубоких и проработанных отраслей математики — геометрии. Структурное проектирование, особое значение которого определяется тем, что именно структура объекта несет в себе основную информацию о функциональном назначении объекта и определяет его основные технические характеристики, адекватного формального описания не получило до настоящего времени.

Твердое пламя и синтез материалов — Александр Мукасьян

Задача структурного синтеза, в своих многочисленных постановках, привлекает к себе внимание специалистов различного профиля. Совокупность исследований по этой проблематике можно в разбить на два ведущих направления.

В первом задача структурного синтеза решается на предметном уровне, не выходя за рамки конкретного типа, в редких случаях класса, технических объектов. Основной массив работ в этой парадигме выполнен специалистами-схемотехниками в области цифровой, вычислительной техники и информационных систем [8 ,9 ].

Второе направление, возникшее сравнительно недавно, ставит своей целью разработку универсальных методов структурного синтеза, применимых для различных технических объектов и независящих от отраслевой или цеховой специфики [11 ]. Полигоном для отработки идей и проверки полученных результатов служит область теории проектирования, связанная с синтезом физических эффектов и технических принципов действия.

Синтез представляет собой проектную процедуру, целью которой является соединение различных элементов, свойств, сторон и т. п. объекта в единое целое, систему. В результате синтеза создаются проектные решения, обладающие новым качеством относительно своих элементов.

Синтез Фишера Тропша — Владимир Мордкович

Объем понятия синтез в технике очень велик [3 ,10 ,11 ,13 ]. Так, в качестве синтезируемых проектных решений могут выступать: машины, приборы, алгоритмы, установки, технологические и вычислительные процессы, структуры технических систем, физические принципы действия, отдельные технические решения, алгоритмы, программы и т. д.

Классификация задач синтеза

Существует много классификаций задач синтеза. Так, в качестве классификационного признака могут быть выбраны уровни, стадии, этапы, аспекты процесса проектирования, виды синтезируемых проектных решений, характеристики математических моделей, сложность и трудоемкость решения задачи синтеза, способы решения и многое другое. Современное состояние исследований в области автоматизированного синтеза не дает оснований для построения достаточно полной и непротиворечивой классификации задач синтеза. Поэтому, классификация, представленная на следующем рисунке, не является окончательной; ее можно рассматривать лишь как правдоподобную гипотезу о возможном представлении задач синтеза.

Для того чтобы синтезировать объект, необходимо определить его структуру, параметры элементов, а если объект представляет собой техническую систему, то и конструкцию. Эти три части задачи синтеза называются соответственно структурным, параметрическим синтезом и синтезом конструкции.

Параметрический синтез заключается в определении значений параметров элементов при заданной структуре и условиях работоспособности. Если воспользоваться геометрическими аналогиями, то задачу параметрического синтеза можно сформулировать как задачу поиска в N-мерном пространстве внутренних параметров такой точки (набора из N значений параметров), для которой либо просто выполняются условия работоспособности, либо выполняются наилучшим образом. В первом случае требуется, чтобы решение задачи параметрического синтеза принадлежало некоторой замкнутой и ограниченной области пространства внутренних параметров, для каждой точки которого выполняются условия работоспособности. Во втором случае решение представляет собой точку пространства, наилучшую согласно принципу оптимальности, который формализует понятие наилучшего выполнения условий работоспособности. Если разработана математическая модель объекта, то по постановке и методам решения, задача_параметрического синтеза в первом случае сводится, а во втором случае является задачей оптимизации.

Синтез конструкции связан с проектированием геометрического облика изделия. Это сложная, трудноформализуемая задача. Методы решения таких задач основаны на использовании развитых графических сред, работающих в режиме диалога между проектировщиком и компьютером.

Структурный синтез

Понятие структуры нашло широкое применение в естественнонаучных и технических дисциплинах. Например, можно говорить о структуре системы, процесса, машины или прибора, алгоритма и программы, образа и ситуации. Развиваются и имеют плодотворные приложения структурные методы исследования в лингвистике, распознавании образов, теории автоматического управления, кибернетике.

Существует большое количество определений структуры. Например, структурой называют способ организации целого из частей или, даже, меру неоднородности окружающей среды [3 ,18 ]. Под структурой объекта (технической системы, процесса) будем понимать совокупность составляющих его элементов и связей между ними.

Сфера приложений понятий структура и структурный синтез в технике очень велика. Можно утверждать, что все проектные решения структурны. Например, физический принцип действия устройства состоит из отдельных физических эффектов; любая техническая система состоит из подсистем и элементов; элементами технологического, вычислительного и других процессов являются операции; структуру алгоритма образуют блоки псевдокода; программа состоит из операторов и т. д.

В результате решения задачи структурного синтеза должно быть получено описание состава изделия и всех существенных связей между его ‘элементами. В зависимости от вида проектного решения таким описанием может быть простой перечень элементов и связей между ними, таблица соединений, матрица инцидентности, граф связей, структурная схема, блок-схема, эскиз, компоновка чертеж и пр.

Несмотря на существенные различия существующих технических систем и процессов для всех них можно предложить общую постановку задачи синтеза. А именно, задана функция (функциональное назначение, закон функционирования), требуется разработать описание объекта (технической системы, процесса), который реализует заданную функцию и удовлетворяет некоторой совокупности ограничений и особых условий.

Понятие функции технической системы широко используется в методиках поискового конструирования, функционально-стоимостного анализа, в патентоведении и других сферах инженерной деятельности [7 ,11 ,14 ,15 ]. Однако не существует общепринятого определения функции, функционального назначения. Под функцией технической системы будем понимать закон преобразования заданных входных величин в требуемые выходные величины, т. е. зависимость выходов объекта от его входов.

Это определение предполагает, что синтезируемый объект представляется в виде «черного ящика». Его входами являются любые существенные воздействия среды (надсистемы) на синтезируемый объект, выходами—связи объекта со средой. Отношение вход-выход, развернутое во времени, представляет собой закон функционирования (функцию) синтезируемого объекта.

Концепция «черного ящика» не накладывает никаких ограничений на природу и свойства входов, выходов и отношений между ними. Таковыми могут быть материальные, энергетические, информационные, детерминированные, стохастические, генетические и т. п. связи. В общем случае отношение между входами и выходами синтезируемого объекта можно рассматривать как связь между возможными причинами и необходимыми следствиями.

На возможные реализации синтезируемого объекта накладываются ограничения. Они могут иметь различный технический, физический, технологический, гуманитарный и др. характер. Например, могут лимитироваться масса, габаритные размеры, исполнительные размеры, элементный состав, возможные структуры и т. п. синтезируемого объекта. Существуют ограничения, связанные с наличием прототипов, аналогов, с патентной чистотой варианта. Особые условия и ограничения позволяют более четко определить класс, к которому принадлежит синтезируемый объект.

Приведем примеры задач синтеза. Пусть необходимо синтезировать технологический процесс изготовления некоторой детали. На этапе постановки задачи синтеза сам технологический процесс представляется в виде «черного ящика», входами которого служат характеристики заготовки (конфигурация, марка материала, шероховатость поверхностей и пр.), выходами характеристики готовой детали (геометрия обработанных поверхностей, их взаимное расположение, точность, шероховатость и т. п.). В качестве ограничений выступают такие свойства производственной и технологической систем, как совокупность видов обработки, состав технологического оборудования, типовые маршруты и операции и т. п.

Пусть требуется разработать редуктор по заданным входным моменту и угловой скорости и выходным моменту и угловой скорости. В этой задаче синтеза входами и выходами («черного ящика» — редуктора) являются моменты и угловые скорости. В зависимости от проектной ситуации ограничениями могут быть требования к количеству ступеней редуктора, к виду зацеплений, расположению осей, габаритным размерам, массе и т. п.

При синтезе алгоритма упорядочения входом алгоритма, представленного в виде «черного ящика», является множество элементов любой природы, каждому из которых поставлено в соответствие некоторое число—ключ. Выходом алгоритма служит множество, отсортированное по увеличению (уменьшению) ключа. Особые условия и ограничения могут требовать, например, чтобы алгоритм упорядочения сохранял работоспособность в тех случаях, когда областью определения ключа являются натуральные, целые, действительные числа.

Задача структурного синтеза проектных решений, с точки зрения возможности формализации, относится к числу наиболее сложных. Это связано с тем, что с одной стороны, свойства синтезируемого объекта зависит от большого числа зачастую случайных, противоречивых, но не до конца исследованных, факторов. Эта причина имеет объективный характер.

С другой стороны, при решении задачи синтеза часто приходится выбирать вариант из множества очень большой конечной или даже счетной мощности. При проектировании функциональных схем блоков радиоэлектронной аппаратуры существует бесчисленное множество вариантов, различающихся количеством элементов, типами элементов, способами их взаимосвязи. Кроме того, если задача синтеза поставлена в терминах некоторой формальной системы, то для реализации такого выбора необходимо решить задачу очень высокой размерности. Например, решить задачу дискретной оптимизации на множестве, состоящем из большого числа элементов. При этом могут потребоваться такие вычислительные мощности, которые превосходят возможности современных компьютеров.

Большая размерность задач синтеза технических объектов делает целесообразным применение блочно-иерархического подхода, при котором весь процесс синтеза объекта разбивается на совокупность взаимосвязанных иерархических уровней. Это значит, что синтезируется не весь объект в целом, а на каждом иерархическом уровне синтезируются определенные подсистемы, уровень детализации которых соответствует принятому способу декомпозиции системы на подсистемы. Такой подход существенно упрощает решение задачи синтеза.

Традиционно процесс проектирования делится на стадии предварительного, технического и рабочего проектирования. Можно говорить о процессе синтеза, который состоит из последовательности процедур, упорядоченных согласно декомпозиции процесса проектирования на стадии. Эта упорядоченность процедур синтеза такова [16 ].

На стадии предварительного проектирования синтезируются основные, принципиальные решения, определяющие концепцию технического объекта. Такими решениями могут быть: физический принцип действия устройства, облик летательного аппарата, архитектура вычислительной системы и т. п.

На стадии технического проектирования синтезируются проектные решения, уточняющие и реализующие концепцию технического объекта. Например, разрабатываются конструктивные реализации физических эффектов, образующих физический принцип действия устройства. На стадии рабочего проектирования синтезируются все параметры и разрабатывается конструкторская документация на объект.

Комбинаторно-логические методы структурного синтеза

Среди всех подходов к решению задачи структурного синтеза наибольшее распространение в системах автоматизированного проектирование получили различные методы, принадлежащие к классу комбинаторно-логических. В основе этого подхода лежит хорошо организованные перебор в массиве решений, которые являются аналогами и прототипами.

Рассмотрим основные допущения:

• Проектируемый объект, будь то техническая система или процесс, имеет структуру;
• Проектируемый объект принадлежит к некоторому классу объектов (множество аналогов и прототипов), имеющих одинаковое функциональное назначение.
• Множество аналогов и прототипов обладает достаточной мощностью, для того, чтобы поиск новых сочетаний в этом комбинаторном пространстве был результативен;
• Составные части объектов класса обладают «хорошими комбинаторными способностями».

Это значит, что принципы действия объектов не различаются настолько, чтобы запретить объединение разных компонент в составе нового объекта.

Структуру класса объектов, имеющих одинаковое функциональное назначение, принято называть обобщенной. Элементы этого класса являются аналогами и прототипами реализуемого проекта. Обобщенная структура представляет собой «комбинаторное пространство», в котором находятся различные сочетания элементов, образующие структуры разрабатываемого технического объекта. В качестве средств описания обобщенных структур используются табличные, алгебраические, логические и сетевые модели. Классификация методов комбинаторно-логического синтеза показана на следующем рисунке.

Наибольшее распространение среди этих моделей получили морфологические таблицы и А-деревья (И—ИЛИ-деревья — в исследованиях по искусственному интеллекту и в программировании).

Морфологические таблицы применяются на ранних стадиях проектирования и конструирования: при решении изобретательских задач, для обликового проектирования некоторых технических объектов и т. п. Таблицы позволяют получать составы (структуры без связей), структуры с линейными связями и регулярные структуры, причем все решения состоят из равного количества элементов.

Под обобщенной структурой будем понимать структуру класса объектов, имеющих одинаковое функциональное назначение. Обобщенная структура составляется на основе знаний данной предметной области, обобщения инженерного опыта и традиций, анализа аналогов и прототипов. Она содержит информацию об альтернативных вариантах устройства объектов данного класса. Например, если четко ограничить тактико-технические характеристики летальных аппаратов, то множество проектов данной направленности образует класс, который на структурном уровне описания можно рассматривать как обобщенную структуру.

Со времени изобретения бумаги в древнем Китае было предложено множество технических решений для письма. Этот класс объединяет громадное количество самых разнообразных проектов: от кисточек, которыми пользовались авторы изобретения, до автоматических многоцветных ручек современной фабрикации. Любое устройство, предназначенное для письма на бумаге, не отличается рекордной технической сложностью, но даже самые простые технические решения обладают структурой, и их совокупность — обобщенной структурой.

Существует несколько модификаций метода синтеза на основе обобщенной структуры. Они отличаются друг от друга способом описания обобщенной структуры, методами поиска решений, средствами описания запрещений на сочетание различных альтернатив и т. д. Рассмотрим некоторые разновидности метода синтеза на основе обобщенной структуры, получившие наибольшее распространение в практике проектирования.

Метод морфологического синтеза

Этот метод предложен швейцарским астрономом и инженером Ф. Цвикки. В работах автора и во многих других источниках, где акценты с проблемы синтеза новых решений смещены на составление обобщенной структуры, метод описан под названием метода морфологического анализа.

Метод морфологического синтеза применяется на ранних стадиях проектирования и конструирования; он позволяет найти и систематизировать все возможные способы построения объекта, имеющие данное функциональное назначение (9, 13). Средством, описывающим обобщенную структуру класса, служит так называемая морфологическая таблица (морфологический ящик) (рис. 3).

Это простой объект с хорошо отработанными правилами заполнения и поиска решений. Техника работы с морфологическими таблицами подробно рассматривается в [6 ,7 ,11 ,15 ,17 ], поэтому не будем останавливаться на ней. Приведем лишь пример, иллюстрирующий основные идеи этого метода. На следующем рисунке показан небольшой фрагмент морфологической таблицы, описывающей возможные технические реализации точечной сварки.

Любую морфологическую таблицу можно задать в виде матрицы инцидентности. Матрица инцидентности представляет собой прямоугольную (0,1)-матрицу A=||aij|| размера L*E, где L—число морфологических классов; Е — число элементов системы (реализация). Элемент матрицы aij, стоящий на пересечении i-jй строки и j-го столбца равен единице, если реализация j входит в морфологический класс с номером I, нулю — в противном случае.

Для того чтобы по матрице инцидентности А синтезировать вариант системы, необходимо выбрать совокупность из L (по числу морфологических классов) элементов матрицы, для которой выполняются условия:

• все элементы матрицы инцидентности, принадлежащие совокупности, равны единице;
• никакие два элемента не лежат на одной линии матрицы (линией матрицы называется ее строка либо столбец);
• выбранные элементы покрывают все строки матрицы инцидентности. (Элемент матрицы покрывает линию, если он лежит на ней).

Число элементов в совокупности равняется числу строк матрицы инцидентности. Если все элементы совокупности упорядочить по возрастанию номеров строк, которые покрываются этими элементами, и вместо каждого элемента записать номер столбца, который ими покрывается, то получится L-вектор.

Этот вектор представляет собой трансверсаль семейства (a(1), a(2), . a(L)), где все a(i) представляют собой морфологические классы.

На ранних этапах проектирование для описания обобщенных структур часто используется математический аппарат многодольных графов (N-дольных). Это граф вида G=(X1,X2,…Xn, R), где X=UXi — множество вершин, а R множество ребер. Подмножество Xi принято называть долями графа, ребра графа могут соединять только вершины разных долей. Вершины, принадлежащие одной доле всегда являются независимым подмножеством.

При описании обобщенных структур систем и процессов элементы N-дольных графов получают следующее толкование:

• доли представляют основные технические подфункции класса;
• вершины каждой доли соответствуют техническим реализациям.

Такая интерпретация делает этот аппарат очень близким морфологическим таблицам по способу решения задачи структурного синтеза и по возможностям описания структурных связей между объектами. Далее этот аппарат будет рассмотрен более подробно.

Структурный синтез по альтернативным деревьям

Язык A-деревьев обладает большими выразительными возможностями по сравнению с рассмотренными средствами представления обобщенных структур [4 ,7 ,18 ].

Альтернативным деревом (A-деревом) называется вектор (G,S,γ), в котором: G=G(X, D) — корневое ориентированное дерево со множеством вершин X=i> и множеством дуг D=j>; S=k> — множество названий (номеров) связок; отображение γ: S→2 D ставит в соответствие каждому имени связки s, принадлежащей S, подмножество дуг γ(s) из множества D, причем все дуги одной связки имеют общую начальную вершину.

Объекты этого типа нашли широкое применение в программировании и в исследованиях по искусственному интеллекту. В этих отраслях знаний их принято называть И—ИЛИ-деревьями.

Рассмотрим правила соответствия между элементами деревьев и обобщенными структурами.

• Корень дерева соответствует основной технической функции класса объектов.
• Висячие вершины (листья) представляют технические реализации.
• Связки дерева описывают способы разбиения технических функций на подфункции.

На следующем рисунке представлено альтернативное дерево, которое описывает фрагмент обобщенной структуры класса технологических процессов, предназначенных для обработки втулки.

Альтернативное дерево составляется для конкретного класса систем, изделий, процессов и описывает обобщенную структуру этого класса. Вершинам дерева могут соответствовать функции, системы, подсистемы, элементы, которые реализуют эти функции, а также признаки функций и систем. Если у вершины альтернативного дерева есть потомки, это означает, что объект, который вершина описывает, имеет структуру. Например, функция сводится к набору подфункций, система — к совокупности подсистем и элементов, признак является агрегированным и выражается через композицию более простых признаков. Концевые вершины (листья) альтернативного дерева соответствуют элементарным, бесструктурным в данном классе объектам: функциям, элементам, признакам.

Для того чтобы получить по A-дереву решение задачи синтеза, нужно выполнить следующую последовательность шагов.

• Выбрать одну из связок, исходящих из корневой вершины.
• Для каждого потомка корневой вершины выбрать по одной исходящей связке.
• Продолжать этот процесс до тех пор, пока каждая из полученных вершин-потомков не станет концевой вершиной в альтернативном дереве.

Подграф, который получается в результате такого процесса, называется графом решения (деревом решения, решающим графом). А концевые вершины, принадлежащие решающему графу, представляют собой решение задачи синтеза.

Можно дать точное рекурсивное определение графа решения. Обозначим через x корневую вершину альтернативного дерева G, через Xn — множество всех концевых вершин, через Gr — граф решений, связывающий x с множеством Xn.

• Если х—элемент Xn, то Gr состоит из единственной вершины х.
• Если x не принадлежит Xn, и если из х исходит связка K, направленная на вершины 1, x2,…,xk>, причем существует граф решения, соединяющий вершины из Xn с каждой вершиной хi, i=l,k, то Gr состоит из вершины x, связки К, вершин 1, x2,…,xk> и графов решения, идущих в Хn из каждой вершины множества 1, x2,…,xk>.
• Если не выполнены условия 1 и 2, то графа решения, который бы связывал х с Xn, не существует.

Это определение корректно, так как в A-деревьях нет циклов, поэтому нет вершин, имеющих таких потомков, которые были бы их предками. Это гарантирует конечность и результативность описанной рекурсивной процедуры для A-деревьев.

Синтез проектных решений с учетом дополнительных условий

Все рассмотренные модели структурного синтеза являются композиционными. Это значит, что они, потенциально или актуально, описывают только разрешенные сочетания элементов, полученные по правилам композиции данной обобщенной структуры. Среди всех решений задачи синтеза, которые определяются по рассмотренным моделям, могут содержаться нежизнеспособные, нереализуемые варианты, а также решения, защищенные патентами. Легко согласиться с тем, что множество решений, которые дает обобщенная структура любого вида, является ограниченно применимым.

Число различных параметров, характеристик, аспектов, режимов и т. п., которые описывают свойства реальных объектов, чрезвычайно велико. Только ограниченное их количество может быть учтено и описано при моделировании. Любой реальный объект намного богаче и сложнее по своим свойствам и поведению, чем его самое полное математическое описание.

Возможность и необходимость объединения элементов в решение зависит только не только от функциональной структуры класса технических объектов, которая успешно описывается формальными средствами дискретной математики. Во многих проектных ситуациях на выбор структур накладываются дополнительные условия и ограничения, не представленные на языке обобщенной структуры. Эти условия могут отражать как объективные связи различной физической природы (например, требования технологии, эргономики, технического дизайна и пр.), так и субъективные предпочтения экспертов.

Задача разработки моделей структурного синтеза, учитывающих дополнительную информацию о правилах объединения элементов в составе технической системы или процесса, является важной и актуальной. Рассмотрим возможные способы формализации таких условий.

Все дополнительные условия, наложенные на элементы обобщенных структур, можно разделить на две группы: бинарные и многоместные. Первые действуют на парах элементов, вторые могут регламентировать выбор подмножеств объектов любой мощности.

Анализ различных классов технических объектов показывает, что многоместные дополнительные условия композиции встречаются достаточно редко. Большая часть таких условий, имеющих прикладное значение, может быть сведена к сочетанию бинарных отношений и правил. Далее будем рассматривать только такие условия.

Можно привести множество примеров дополнительных бинарных условий из различных отраслей техники и технологии. Выбор магазинного способа хранения штифтов в автоматическом устройстве запрессовки штифтов влечет за собой включение в состав изделия шиберного узла подачи.

Гайка не может присутствовать в составе прибора или машины без своей ответной части — болта, шпильки или винта. В состав бытового теплового прибора не может быть включен источник тепла, работающий на физическом принципе ядерного реактора. Самые ответственные этапы сборки машин и приборов должны заканчиваться операциями контроля. Заготовительные и прецизионные технологические операции не могут входить в один техпроцесс обработки.

Если абстрагироваться от физической природы причин, накладывающих дополнительные ограничения на выбор альтернатив, то на уровне принятия решений все объективные характеристики и субъективные соображения могут рассматриваться как условия выбора (предусловия) и последствия выбора (постусловия) структурных элементов. Приведем некоторые виды условий для гипотетических элементов x и y .

• Принуждение. Выбор x влечет выбор y;
• Необходимость. Условием выбора x служит выбор y;
• Бинарный запрет на сочетание. Элементы x и y не могут входить в одно решение;
• Двойное принуждение. Элементы x и у входят в решение одновременно.

Удобными средствами описания этих условий служат язык теории графов и аппарат математической логики.

Самым популярным видом дополнительных ограничений являются бинарные запреты на сочетания. Не будет преувеличением сказать, что этот тип отношений между парами элементов обобщенной встречается чаще всего в проектной практике инженеров различного профиля. Рассмотрим простую модель структурного синтеза, которая позволяет описать этот вид дополнительных ограничений очень лаконичными средствами без привлечения сложного комбинированного формализма.

Структурный синтез с ограничениями на основе N-дольных графов

Аппарат двудольных графов давно и плодотворно используется в дискретной математике для решения различных задач, имеющих большое теоретическое и прикладное значение. Намного менее известно расширение этого средства на многомерный случай — так называемые N-дольные графы.

N-дольным называется граф вида G=(X, R), где множество вершин X разбито на совокупность непересекающихся подмножеств X1∪ X2 ∪ …∪ XN, а из существования ребра r=(z,y) следует, что инцидентные ребру вершины принадлежат разным подмножествам, т.е. z∈Z; y∈Z; Z,Y⊆X и Z≠Y. Подмножества вида Xi принято называть долями графа. Из определения следует, что все доли являются независимыми множествами вершин.

Средствами N-дольных графов можно описывать обобщенные структуры с не очень сложной системой разбиения функции на подфункции. Рассмотрим класс технических объектов, главная функция которого имеет единственное разделение на подфункции. Это основное допущение метода морфологического синтеза очень часто встречается при решении изобретательских задач и на ранних этапах проектирования.

Поставим в соответствие техническим подфункциям доли многодольного графа. Технические реализации подфункций представим в виде вершин. Пару вершин свяжем ребром тогда и только тогда, когда не существует запретов на сочетание соответствующих реализаций в составе одного технического объекта или процесса.

Аппарат многодольных графов не только дает ясный способ описания обобщенных структур с простой функциональной структурой, с его помощью можно дать четкое описание решения задачи структурного синтеза, учитывающего бинарные запреты на сочетания. Любой полный N-вершинный подграф многодольного графа является решением поставленной задачи.

Приведем обоснования этого тезиса. Его необходимость следует из алгоритма поиска решений, который полностью повторяет метод генерации решений по морфологическим таблицам. Действительно, решающий граф должен быть полным, поскольку он не может содержать запрещенные пары вершин. Чтобы технический объект отвечал своему служебному назначению, он обязан выполнять все основные технические подфункции, которые представлены долями графа. Выбор любой вершины из доли обеспечивает реализацию соответствующей технической подфункции. Это значит, что количество вершин в решающем графе должно совпадать с числом долей, которое равно N.

Обоснуем достаточность. Предположим, что существует N-вершинный полный подграф, который не является корректным решением задачи структурного синтеза. Это возможно только в случае, когда существуют по крайней мере две вершины, принадлежащие одной доли графа. Это предположение противоречит полноте решающего подграфа, поскольку по определению N-дольного графа его доли являются независимыми подмножествами.

Проиллюстририруем предложенный формализм примером небольшого фрагмента очень простого класса технических устройств «Портативные электрические фонарики». Функциональная структура этого класса показана на рис. 6 .

На рис. 7 представлен многодольный граф, построенный по заданной функциональной структуре. Легко проверить, что любой полный трехвершинный подграф этого графа представляет собой возможную компоновку электрического фонарика. Все немногочисленные запреты связаны с элементом под номером 10, который не может сочетаться в одном решении с некоторыми типами конструктивного исполнения и источниками света.

В приведенном формализме требование разложимости графа на несколько долей не ограничивает общность постановки задачи. Анализ показывает, что любой граф можно разложить на совокупность долей, вершины которых не связаны друг с другом. Такое представление возможно даже для самых плотных типов графов — полных графов с произвольным числом вершин. На рис. 8 такое разложение показано на примере полного четырехвершинного графа.

Это значит, что для поиска структурных решений по многодольным графам не требуется изобретать никаких специализированных алгоритмов. Для этих целей можно воспользоваться стандартными схемами, которые предложены для графов общего вида. В работах по теории графов показывается, что задача поиска полного подграфа с фиксированным числом вершин может быть решена несколькими разными способами: как напрямую, так и при помощи сведения к графовым конфигурациям другого вида. Так, хорошо изучен метод, когда исходная задача сводится к поиску независимого множества в дополнительном графе, который, в свою очередь, формулируется как задача покрытия транспонированной матрицы инцидентности [5 ]. В [1 ] рассматривается еще одна возможная схема решения данной проблемы, которая формулируется как задача об изоморфном вложении графов.

Как и большая часть интересных и практически важных проблемы дискретной математики и теории графов все перечисленные варианты решения описанной задачи являются NP-трудными. Это означает, что все известные алгоритмы нахождения полных подграфов с фиксированным числом вершин имеют экспоненциальную трудоемкость.

Принято считать, что такое заключение делает неперспективным все попытки решения подобных задач. Это слишком пессимистический взгляд, который часто не находит практического подтверждения. Приведем несколько тезисов в защиту возможности успешного решения NP-трудных задач высокой размерности.

Принадлежность задачи к этому классу означает, что в настоящее время не известен эффективный способ решения, имеющий полиномиальную сложность. Вопрос о принципиальной возможности существования быстрого алгоритма остается открытым.

Оценка трудоемкости вычислений, которую предлагает теория вычислительной сложности — это оценка по наихудшему случаю. Такой пессимистический подход вполне уместен в теоретических исследованиях, но часто оказывается не совсем оправданным во многих практических ситуациях, когда более адекватные оценки можно получить на основе усреднения или различного вида стохастики.

Отсутствие эффективного решения для задачи в общей постановке не означает, что такое решение не может быть получено для ее частных случаев или ограничений. Высокие критерии точности и строгости, которые являются обязательными для математической постановки задачи, часто удается смягчить без ущерба для реальной проектной ситуации. Например, в оптимизационной по постановке задаче можно ограничиться поиском субоптимального решения. Вариант проекта высокой, но не абсолютной точности, способен обладать высокими тактико-техническими или потребительским свойствами, достаточными для принятия решения о его производстве.

Очевидным недостатком рассмотренного аппарата является его громоздкость. Обобщенные структуры, описывающие реальные классы объектов, могут содержать несколько десятков долей и сотни вершин в каждой из них. Любые традиционные способы кодирования таких громоздких графов (матрицы смежности, инцидентности, списки смежности и пр.) будут, очевидно, не эффективными. Задача компактного представления многодольных графов высокой размерности имеет простое и эффективное решение. Достаточно вместо самого графа хранить данные о его дополнении.

Более формально, дополнением графа G=G(X,R) называется граф L(G)=L(X, D), причем ребро r=(x,y) существует в G тогда и только тогда, когда аналогичные вершины не связаны ребром d=(x,y) в графе L. Очевидно, что объединение любого графа и его дополнения дает в итоге полный граф на том же множестве вершин, который содержит n*(n-1)/2 ребер.

Поскольку сумма ребер основного графа и его дополнения — есть величина постоянная, то большое число ребер в одном образовании означает их дефицит в его дополнении. Так, для многодольного графа, приведенного на рис. 7 , его дополнение (рис. 9 ) представляет собой намного более компактную формацию.

Поскольку вершины одной доли всегда попарно связаны в дополнении многодольного графа, то целесообразно эту часть описания перевести в состав умолчаний и еще более упростить описание (рис. 10 ).

Приведем некоторые выводы, следующие из изложенного:

• Задача структурного синтеза — это одна из важнейших задач в проектировании технических систем и процессов. Она решается для всех типов и видов объектов, независимо от их отраслевой принадлежности и выполняемых функций. К этому классу принадлежат и простейший выбор изделия из каталога стандартных решений, и сложнейшие методики синтеза, требующие усилий коллективов высококвалифицированных разработчиков. Во многих проектных ситуациях решение задачи структурного синтеза исчерпывает объем проектных работ.
• Формализации задачи структурного синтеза — это важнейшее условие создания полнофункциональных систем автоматизированного проектирования и технологической подготовки производства. Можно утверждать, что эта проблема является центральной и для теории проектирования и теории технических систем.
• Без учета дополнительных ограничений, которые накладываются на элементы и объекты трудно получить работоспособный вариант технической системы или процесса. Большинство известных подходов к решению задачи структурного синтеза не предлагают средств для описания бинарных запретов на сочетания структурных элементов. Поэтому актуальной является задача разработки такой модели структурного синтеза, которая позволяет учесть дополнительную информацию о сочетаемости объектов в составе одного решения.
• Аппарат многодольных графов позволяет описать бинарные запреты на сочетания элементов очень компактным и естественным способом. Для поиска корректных структурных решений можно применить хорошо разработанные схемы генерации полных подграфов с фиксированным числом вершин.
• Графы, описывающие реальные классы технических объектов, обладают очень высокой размерностью. Для сокращения объема описания целесообразно хранить данные о дополнении многодольного графа, которое, в общем случае, имеет намного меньше ребер, чем исходный граф.

Список литературы

1. Алгоритмы и программы решения задач на графах и сетях/ под редакцией Нечепуренко М.И. — Новосибирск: Наука, Сибирское отделение, 1990

2. Белоусов А.И., Ткачев С.Б. Дискретная математика М.: МГТУ, 2001

3. Глазунов В.Н. Поиск принципов действия технических систем М.: 1990

4. Голдовский, Б.И., Вайнерман М.И. Рациональное творчество М, Речной транспорт, 1990

5. Гэри М., Джонсон Д. Вычислительные машины и труднорешаемые задачи М.: Мир, 1982

6. Дубов Ю.А. и др. Многокритериальные модели формирования и выбора вариантов систем М.: Наука, 1986

7. Евгенев Г.Б. Системология инженерных знаний. М.: МГТУ 2001.

8. Закревский А.Д. Алгоритмы синтеза дискретных автоматов М.: Наука, 1971

9. Исследования по теории структур. Сборник статей. Новосибирск.: Наука, 1986

10. Кандырин Ю.В.,Шкурина Г.Л. Процедуры генерации и выбора при проектировании технических объектов Волгоград, 1999

11. Капустян В.М., Махотенко Ю.А. Конструктору о конструировании атомной техники М, Атомиздат, 1981

12. Кристофидес Н. Теория графов. Алгоритмический подход М: Мир, 1978

13. Кругликов Г.И. и др. Основы технического творчества М, Народное образование, 1995

14. Лабковский Б.А. Наука изобретать Санкт-Петербург: Нордмет, 2000

15. Мюллер И. Эвристические методы в инженерных разработках М, Радио и связь, 1984.

16. Норенков И.П. Основы автоматизированного проектирования. М.: МГТУ, 2000.

17. Одрин В.М. Картавов С.С. Морфологический анализ систем. Киев: Нукова Думка, 1977.

18. Половинкин А.И. Основы инженерного творчества М, Машиностроение, 1988

Главная Инструменты Системно-морфологический подход Структурный синтез на элементах с ограниченной сочетаемостью

Источник: metodolog.ru

Синтез и анализ проектных решений в САПР подготовки строительства Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

ЭТАП СТРОИТЕЛЬСТВА / ЦИКЛ / CYCLE / МОДЕЛЬ / MODEL / СИНТЕЗ / SYNTHESIS / АНАЛИЗ / ANALYSIS / ПРОЕКТНОЕ РЕШЕНИЕ / НАДЕЖНОСТЬ / RELIABILITY / ПОДГОТОВКА СТРОИТЕЛЬСТВА / THE PREPARATION OF BUILDING / STAGE OF BUILDING / DESIGN SOLUTION

Аннотация научной статьи по компьютерным и информационным наукам, автор научной работы — Коротков Д.Ю.

Рассмотрены модели синтеза и анализа проектных решений в процессе подготовки строительного производства, диагностика текущего состояния надежности функционирования системы человек-техника-среда.

Похожие темы научных работ по компьютерным и информационным наукам , автор научной работы — Коротков Д.Ю.

Элементы концепции обеспечения безопасности объектов наземной космической инфраструктуры на основе систем контроля и функционального мониторинга

The subject are models of synthesis and analysis of the design solutions in the process of the preparation for construction production, diagnostics of the current state of functioning reliability of the man-technician-environment system.

Текст научной работы на тему «Синтез и анализ проектных решений в САПР подготовки строительства»

СИНТЕЗ И АНАЛИЗ ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ В САПР ПОДГОТОВКИ СТРОИТЕЛЬСТВА

Рассмотрены модели синтеза и анализа проектных решений в процессе подготовки строительного производства, диагностика текущего состояния надежности функционирования системы человек-техника-среда.

The subject are models of synthesis and analysis of the design solutions in the process of the preparation for construction production, diagnostics of the current state of functioning reliability of the man-technician-environment system.

При строительстве объектов, в частности временных дорог местного значения, выделяют следующие основные этапы: технико-экономическое обоснование, проектирование (подготовки строительства и строительства), подготовка объекта к строительству, строительство объекта, освоение. Развитие строительства требует ежегодного экстенсивного увеличения темпов и объемов работ подготовительного этапа строительства (ПЭС), который является определяющим по отношению ко всем последующим этапам жизненного цикла вновь возводимого или реорганизуемого строительного объекта. Методы и методики разработки проектных решений ПЭС и их качество существенно влияют на инженерно-технические и экономические показатели процессов строительного производства. Ошибки и просчеты на стадии проектирования ПЭС с высокой вероятностью приводят к возникновению нештатных ситуаций, ликвидация которых требует дополнительных затрат трудовых, материальных и финансовых ресурсов в непрогнозируемых объемах.

Одним из важных критериев ПЭС и строительного производства в целом является организационно-технологическая надежность (ОТН), одним из аспектов которой является учет специфических особенностей организационно-технологических процессов строительства конкретного объекта (персонификация модели его ОТН).

Персонофицированная оценка проектных решений требует внедрения пошагового модульного рассмотрения (дискретизации) организационно-технологических процессов (работ). Учесть специфические особенности выполнения организационно-технологических работ ПЭС, ранжировать технологические процессы по мере повышения степени их автоматизации позволяет модель многовариантного анализа рисков реализации проектных решений ПЭС и минимизации их последствий (MAP РПР ПЭС, модель анализа проектного решения). Базовая модель MAP РПР ПЭС состоит из 8 этапов оценки рисков реализации проектного решения ПЭС:

1. Риски; цель этапа — формирование выборки рисков, свойственных ПЭС;

2. Технологические процессы («переделы» по Чулкову В.О.); цель этапа — формирование модели надежности технологических процессов ПЭС;

3. Средства диагностики; цель этапа — формирование выборки средств диагностики рисков с учетом входных и выходных критериев полученных на предшествующих или определенных для будущих этапов MAP РПР ПЭС;

4. Средства автоматизации; цель этапа — формирование выборки средств автоматизации с учетом входных и выходных критериев полученных на предшествующих или определенных для будущих этапов MAP РПР ПЭС;

5. Результаты диагностики; цель этапа — определение необходимой точности результатов, формирование методологии получения и множества возможных результатов с учетом входных и выходных критериев полученных на предшествующих или определенных для будущих этапов MAP РПР ПЭС;

6. Средства интерпретации результатов диагностики; цель этапа — формирование выборки средств интерпретации результатов диагностики с учетом входных и выходных критериев полученных на предшествующих или определенных для будущих этапов MAP РПР ПЭС;

7. Средства обеспечения безотказности основных процессов; цель этапа — определение алгоритмов предотвращения рисков технологических процессов обслуживающих подсистем для обеспечения безотказности основных процессов с учетом входных и выходных критериев полученных на предшествующих или определенных для будущих этапов MAP РПР ПЭС;

8. Следообразование (архивация); цель этапа — формирование базы данных функционирования MAP РПР ПЭС.

Анализ показал, что нормативно-директивные документы (Федеральный закон от 6 октября 2003 года № 131-ФЗ «Об общих принципах организации местного самоуправления в Российской Федерации», СНиП 2.05.02-85 «Автомобильные дороги» и др.), а также отечественные (Анохин П.К., Волков A.A., Гусаков A.A., Чулков В.О. и др.) и зарубежные (Jeffrey D. Sachs, Jonatan F. Bard, Robey D. и др.) исследователи для синтеза проектных решений и технологий их реализации в САПР ПЭС рекомендуют использовать в качестве базовой модель человеко-машинной (естественно-искусственной) функциональной системы «человек-техника-среда, ЧТС».

Синтез проектных решений, возможен при пошаговом модульном рассмотрении организационно-технологических процессов. Применение модели модульного (дискретного) структурирования (ММС) организационно-технологических процессов в САПР ПЭС обеспечивает повышение комплексной надежности выполнения технологического процесса системы ЧТС. Цикл «жизни» технологического процесса в системе ЧТС является циклом синтеза проектного решения и состоит из трех «системокван-тов» (термин Судакова К.В., [1]) Qh, Qhch и Q63, последний из которых структурирован на три компонента (QflM, Qnro и Qpa), где Qh и Qhch — области нормативной работы и «сбоя» системы ЧТС по параметру Q; Q63 — «буферная зона, Ei» работы, в которой система ЧТС штатно реализует свои нормативные функции, но, при отсутствии корректирующих воздействий, гарантировано перейдет в Qhch (т.е., бездействие в БЗ приводит к необратимым последствиям); Qäm — область диагностики и мониторинга в БЗ, фиксирующая возмущающее воздействие, способное привести систему ЧТС в область Qhch (создать нештатную ситуацию) или выявить возникшую тенденцию отклонения значений параметра Q в область Qhch; Qnro — область формирования алгоритма предотвращения нештатной ситуации (перехода значений параметра Q в область Qhch); Qpa — локальная область реализации алгоритма предотвращения нештатной ситуации.

Важным аспектом глобального понятия «надежность» является комплексная надежность Nk. Для системы ЧТС Nk есть средняя квадратичная величин надежности каждого компонента системы ЧТС (N4, Nt и Nc — надежность человека, техники и среды).

Диагностика текущего состояния надежности функционирования системы ЧТС, мониторинг изменений этого состояния и воздействие на это состояние представляют собой замкнутую последовательность выполняемых процессов, в котором точку окончания реализации системокванта Qнeн и начала реализации системокванта Qн принимают за «начало» или «точку разрыва цикла» при его линейном отображении.

Цикл обеспечения надежности системы ЧТС в процессе исследования реализуют, как правило, осуществляют многократно. Недопущение реализации полного цикла «жизни» технологического процесса в системе ЧТС, в части прохождения области нештатной (ненадежной) работы системы. Т.е. решение задачи максимизации выполнения технологического процесса по малому (надежному) циклу жизни (1-4), позволит: обеспечить скачкообразное повышение комплексной надежности технологического процесса системы ЧТС за счет снижения количества непрогнозируемых рисков, учета большего количества параметров при работе в заданной системе ЧТС; синтезировать проектные решения с учетом выявленных при анализе критериев.

При исследовании комплексной надежности по двум параметрам границами перехода между системоквантами и их компонентами является достижение любым из двух параметров порогового значения.

Оценка работы системы ЧТС по двум параметрам также не всегда является достаточной. В случае необходимости оценки комплексной надежности по более чем двум параметрам или для ввода дополнительно параметра с целью оценки реализации алгоритма предотвращения нештатной ситуации по двум параметрам (т.е. создание системы предотвращения нештатной ситуации для реализуемого алгоритма) целесообразно использовать чертеж Радищева-Мемке.

Важным аспектом синтеза и анализа проектного решение, является оценка его рациональности по значимым критериям (параметрам), определяемых экспертной группой. Т.е. проектное решение рационально, если значение его критических параметров, находится в допустимой зоне значений. Определив допустимые и недопустимые зоны (их пороговые значения) выбранных параметров и представив их в матричном виде (RZ,y). Сопоставляя значения критичных параметров проектного решения U(p) с матрицей RZ,y можно сформировать вывод о рациональности проектного решения. Сравнение последней строки матрицы RZ,y с каждой из предшествующих строк по критерию «близости» Журавлева Ю.И. позволяет вычислить затем степень корреляции проектного решения с обозначенными зонами критичных параметров.

Если синтезированное проектное решение допускает риски, но является рациональным, проектируют модель автоматизированной системы компенсации рисков проектного решения в САПР ПЭС на основе данных синтеза и анализа.

Предложенных выше модели и алгоритм были внедрены в практику анализа и синтеза проектных решений в САПР ПЭС при возведении временных дорог местного значения на территории КМ СИП «Ямал-Европа» на территории Тверской области в 2007-2008 гг.

При проектировании проектных решений и испытаниях в условиях эксплуатации были сделаны следующие выводы:

— проведенный анализ теории и практики персонализированной оценки, дискретизации и синтеза в САПР ПЭС выявил существенную востребованность в разработке методов и моделей анализа и синтеза проектных решений, позволяющих компенсировать риски выполнения организационно-технологических процессов (работ) и разрабатывать модели автоматизированных систем на их основе;

— предлагаемая модель MAP РПР ПЭС позволяет учесть специфические особенности выполнения организационно-технологических работ, ранжировать технологические процессы по мере повышения степени их автоматизации;

— предлагаемая модель ММС организационно-технологических процессов в САПР ПЭС обеспечивает синтез организационных решений и технологий их реализации (модель цикла жизни технологического процесса с выделением специфической буферной зоны);

— предлагаемая концепция анализа и синтеза проектных решений в САПР ПЭС позволяет разработать модель автоматизированной системы компенсации рисков;

— разработанные модели нашли применение при синтезе и анализе проектных решений в САПР подготовки строительства, выполнении подготовительных работ при возведении временных дорог местного значения на территории Республики ТУВА и Вологодской в 2007-2008 годах.

Реализованный рациональный вариант проектного решения выполнения земле -ройно-транспортных работ обеспечил снижение себестоимости и сокращение сроков проведения подготовительных работ.

Предложенные модели могут быть адаптированы к синтезу и анализу проектных решений иных этапов строительного производства на других территориях строительства при возведении местных дорог временного значения.

Ключевые слова: Этап строительства, цикл, модель, синтез, анализ, проектное решение, надежность, подготовка строительства.

Stage of building, cycle, model, synthesis, analysis, the design solution, reliability, the preparation of building.

Источник: cyberleninka.ru

ПРОЕКТНЫЙ АНАЛИЗ И СИНТЕЗ

Проектный анализ – система мер, обеспечивающих адекватное отражение архитектурных и дизайнерских идей в условных формах подачи проектного материала в процессе проектирования.

Стремление к улучшению проектного предложения заставляет автора в течение всего периода проектирования постоянно проверять и перепроверять – достаточно ли выразительно выглядит объект, то ли впечатление возникнет у потребителя в процессе его эксплуатации, поскольку порядок действий проектировщика при воплощении проектной концепции весьма далек от простого механического перебора чертежных и расчетных операций.

Для успешного проектного анализа в распоряжении проектировщика должны находиться средства, позволяющие шаг за шагом сверять получившееся с первоначальными идеями, и если надо – вносить исправления. Эти средства должны включать инструменты эстетического контроля соответствия результатов выполнения рутинных проектных операций (расчерчивание и образмеривание условных проекций, прорисовка деталей и фрагментов целого и т.д.) исходным предложениям и меры по исправлению допущенных ошибок. Вместе они составляют методологию проектного анализа, т.е. набор эмпирических советов и правил, позволяющих автору:

· отойти, «отвыкнуть» от непрерывного общения со своим детищем, увидеть его свежим, непредвзятым взглядом;

· сверить проделанное с внутренне сформулированной творческой задачей, найти объективные и случайные отступления от намеченной «идеальной цели»;

· проанализировать «формальные» качества работы: гармоничность, колористическую согласованность, ритмические и пропорциональные связи и закономерности;

· выбрать меры по исправлению недочетов или разработать способы усиления положительных впечатлений.

Большинство приемов проектной проверки – от простейшего правила «отставить доску», чтобы взглянуть на нее целиком, до обязательности максимально полного моделирования предполагаемых натурных впечатлений графическими средствами (построение и отмывка теней, иллюзорное воспроизведение цвета и фактуры материала, внесение в чертеж или макет «масштабных указателей» – изображенных в масштабе проекции людей, машин, прорисовка антуража) – дизайнеры почти автоматически получают в период профессиональной учебы. Но кроме того проектировщику надо уметь представлять любую целостно задуманную проектную модель в виде предельно упрощенных условных схем, иллюстрирующих «частные» формальные или содержательные стороны проектного замысла, например, в виде обобщенных композиционных схем. Дело в том, что в процессе «обрастания» дизайн-концепции реальными размерами, конструкциями, наборами оборудования исходная идея часто искажается, заслоняется случайными впечатлениями и подробностями. Поэтому время от времени имеет смысл по уже наработанным материалам проекта составлять условные схемы взаимосвязей композиционных элементов получающейся структуры, разбивая ее на содержательные уровни: пространственная композиция (акцентно-доминантный строй комплекса), композиционные системы отдельных предметно-пространственных или декоративно-художественных фрагментов и т.д.

Условные композиционные схемы помогают избавиться от набегающих по ходу работы ошибок и искажений и проясняют автору положительные и отрицательные стороны его идей, дают импульс к их развитию.

Другой прием – составление схем масштабной координации как на базе общих проекций объекта или комплекса, так и для его фрагментарных предметно-пространственных сочетаний. Представляя, какие принципиальные масштабные впечатления («героический» или «камерный» масштаб) должен получить зритель от восприятия всего ансамбля, какие его компоненты должны осуществлять предполагаемые связи объекта с потребителем (тактильные контакты, подробное восприятие полной системы масштабных состояний, укрупненные общие ощущения), автор может нацеленно вносить необходимые преобразования в масштабный, а следовательно и в композиционный строй своего произведения [8].

Таким образом, проектный анализ в дизайне средового объекта нацелен на:

· обнаружение и освоение совокупной средовой ситуации;

· сравнение и сопоставление результатов аналитических действий и экспертную оценку по обнаружению их проектной значимости;

· поверку соответствия проектных предложений и решений объективным содержаниям и их значимости для средовых субъектов.

При такой трактовке целей, задач и содержаний проектного анализа оказывается, что аналитическая работа и ее результаты по своей сути представляют базовую основу для всего комплекса проектных исследований, в состав которых, помимо проектного анализа, входит непрерывный дизайнерский синтез средового объекта. В свою очередь, такой синтез средового объекта направлен на осмысление:

· способов и целей «связывания» содержаний анализируемых аспектов совокупной средовой ситуации;

· проектной сообразности разрабатываемых направлений и предложений;

· полноты сообразности принимаемых решений объективным содержаниям конкретной средовой ситуации;

· проектно «продвинутой» на каждом этапе и все же всякий раз «исходной» средовой ситуации.

Комплекс проектно-исследовательских работ, выполняемых на этой стадии проектирования, завершается разработкой «развернутого проектного задания» на разработку аспектных объектов «сообразующих» предметно-пространственную среду жизнедеятельности средовых субъектов. При этом существенным оказывается то, что такое «проектное задание на аспектные разработки» становится для нас действительно проектным по своей сути и естеству, т.е. оно выстраивается именно на основании проектных действий и процедур. Структурно, полный комплекс проектно-исследовательских работ ведется на основании «программы проектного действия», разработанной на стадии «предпроектного анализа», предшествует предметно-аспектным «проектным разработкам» и по своей сущности может определяться как стадия проектирования средового объекта [15].

3.2.1 Раскрытие и определение основных понятий системного
подхода – «субъект-1», «субъект-2» и «объект» проектируемой среды

Существо системного дизайна раскрывают его основные понятия – «субъект», «объект», «связи» и др. Эти структурные элементы (подсистемы) обладают одновременно многими различными характеристиками и выполняют разные функции.

Субъект-1 – дизайнер. В дизайне представлены два вида субъектов: субъект-1 (дизайнер) и субъект-2 (потребитель дизайн-продукта). Поскольку проектирование и потребление выступают как этапы и разновидности деятельности, общая структура субъекта дизайна также рассматривается с позиций деятельности.

Определение структурных элементов человека объясняется двуединой, биосоциальной природой строения и его существования. Биологический элемент, включающий анатомические, физиологические, психофизиологические, психические свойства, составляет физическую основу бытия индивида.

Направленность деятельности дизайнера имеет явно выраженный преобразовательно-художественный характер. При этом дизайн-деятельность невозможна без исследования, познания свойств и запросов потребителя. Важнейшие в структуре субъект-1 – аналитический (познавательный), конструкторский (преобразовательный) и художественный аспекты деятельности.

Аналитический аспект деятельности дизайнера. Описание специфики деятельности этого субъекта дизайна необходимо начать с ее аналитического аспекта. При разработке технико-эстетических свойств объекта дизайнер должен уяснить себе: чем вызвана необходимость его разработки; в каких общих процессах он будет участвовать, как использоваться; с какими иными объектами «работает», употребляется или соседствует; чем характеризуются объекты, функционально соподчиненные данному; каковы функции человека по отношению к объекту; в каких условиях он используется. Поскольку объектами работы дизайнера могут быть программа и сценарий, предметные системы, фирменный стиль и т.д., каждая группа объектов требует специфических знаний и навыков.

На формирование проектного образа вообще воздействует характер опроса (модель потребителя), а на формирование проектного образа системного объекта – носителя дизайнерской концепции – влияют материал, технико-технологический уровень производства и новаторство инженерных идей. Кроме того, само пространство проектирования отличается неопределенностью (в нем, как правило, происходят события, которые нельзя предсказать с полной уверенностью; это, вероятно, важнейшая характеристика измерений среды дизайн-проектирования) и динамикой (с течением времени среда подвергается модификации и преобразованию). Дизайнер ориентирован на перспективы изменения и модификации спроса, потребления, моды и т.п.; он учитывает, что на реализацию проектной идеи в сфере производства уходит время, достаточное для известной перестройки потребностей и взглядов заказчика. Наконец, имеет значение степень сложности среды (можно допустить, что среда человека тем сложнее, чем больше переменных в ней имеется).

Это не единственно возможный подход к вопросу о «размерности» среды дизайна. Важным ее измерением является степень конфликтности интересов лиц, в ней находящихся (в нашем случае проектировщика – заказчика), которая столь характерна для многих ситуаций.

Каждая дизайнерская разработка (в разной степени) включает элементы:

· фундаментального теоретического исследования, направленного на поиск принципиально новых идей, путей и методов решения проектной проблемы, концептуальных построений;

· целенаправленных теоретических исследований, ориентированных па критическое изучение ранее предложенных решений (работа с аналогами), на модификацию, уточнение или эмпирическую проверку принятых проектных методик;

· прикладных исследований и разработок, направленных на практическое использование сформулированных методик. Эта работа проводится как на социально-информационном, так и на антропометрическом уровне, с использованием арсенала методов и средств каждого из них.

Только совокупность всех перечисленных компонентов составляет аналитическую модель субъекта дизайна, имеющую вид трехмерной морфологической матрицы с субъектной (проектирование, промышленное производство, потребление), деятельностной (социологической, технологической, эстетической) и целевой (фундаментальные исследования, целенаправленные исследования и прикладные разработки) координатами. Так образуется большое количество групп требований к аналитической целостности субъекта дизайна.

В субъектной «плоскости» располагаются три системы знаний: проектные, технико-производственные и потребительские. Проектный цикл включает знание законов проектирования, истории материально-художественной культуры и дизайна, проектного языка, научных основ дизайна и основ дизайн-творчества. Технико-производственный цикл охватывает знания, обеспечивающие достижение соответствия технической структуры разработки таким показателям, при которых она будет изготовлена наиболее целесообразным способом, сможет отвечать требованиям технологичности и экономичности в производстве и функционировать с максимальным техническим эффектом. Потребительский цикл содержит знания, обеспечивающие соответствие разработки спросу и потребительским требованиям технологичности и экономичности в эксплуатации.

В деятельностной «плоскости» располагаются также три системы знаний: социологические, технологические и эстетические. Социологические знания обеспечивают соответствие проектной разработки нормам социологии, экологии, социальной психологии, психологии личности и эргономики, благодаря которым достигается психофизиологический комфорт человека. Технологические знания обусловливают знание материала, его технологических возможностей применительно к задачам дизайна. Эстетические – гарантируют соответствие композиции дизайн-объекта законам гармонического единства, условиям восприятия в конкретной среде. Они являются определяющими для всего процесса дизайнерского проектирования.

Наконец, в целевой «плоскости» располагаются системы знаний, связанные с фундаментальными и прикладными исследованиями и разработками. Фундаментальные теории в дизайне определяют правила выработки и обоснования дизайн-концепций, обладающих системностью или отличающихся логической зависимостью между их категориями. Эти теории создаются и проверяются при помощи конкретных логических средств познания (правил построения, определений, выводов и т.д.). Целенаправленные прикладные исследования (проверяющиеся опытным путем) позволяют при помощи выработанных в дизайне методов и средств устанавливать конкретную степень методологической достоверности в проектировании. Прикладные разработки обеспечивают реализацию проектной идеи в конкретной предметной области на основании выделенных фактов, их характеристик и т.д.

В наиболее распространенной сфере системного дизайна – проектировании предметных систем дизайнер, логически и эмпирически охватывая все перечисленное многообразие требований к проекту, компонует объект. При этом он руководствуется принципиальной схемой объекта, конструктивными возможностями производства, материалами реализации, типовыми и унифицированными элементами, технологией изготовления, условиями контактов человека с объектом (системой объектов), экономическими условиями изготовления и эксплуатации, условиями среды, закономерностями организации структуры и формы. Компоновка объекта сообразуется с руслом целенаправленных исследований и подчиняется общим концепциям системного дизайна [13].

Конструкторский аспект деятельности дизайнера. Исследование и аналитическая реконструкция функциональной структуры объекта формируют образную «грамматику» предметных форм, на основе которой и производятся морфологические изыскания дизайнера. В этом случае конструктивно-технологические нормы органично входят в арсенал его аналитико-синтетических знаний, т.е. превращаются в одно из средств проектирования.

Дизайнер оценивает материальную структуру объекта, организованную в соответствии с его функциями (морфологию), прежде всего с точки зрения человеческой меры. Характер взаимодействия человека с объектом в пространстве, во времени, в движении, в физическом (мускульном) действии, когда объект становится продолжением его тела (притом не только в пространственном отношении, но и в конструктивном, функционально-техническом), диктует необходимость соразмерности всех элементов объекта человеческой пластике, антропометрии, всей физической организации человека, т.е. морфологии. Задача преобразования старых (или организации новых) конструктивных связей объекта, его функционально-технической структуры решается, исходя из взаимоподобия (изоморфности) морфологии объекта и человека.

В этом смысле взаимодействие объекта и человека рассматривается как взаимодействие двух материальных структур, образующих единую конструктивную систему. Проектируя эту систему, дизайнер закладывает в нее такие структурные свойства, которые отвечают материально-техническим функциям составляющих элементов, т.е. мыслит ее на технический манер. В этом аспекте все человеческие функции трансформируются и сводятся к функциям материальной структуры, а конкретные технические параметры, удовлетворяющие определенные человеческие потребности, суммируются в единую техническую функцию системы. Техническая функция, материал, структура – это основные понятия, определяющие материальную структуру как предмет собственно конструкторского действия.

Воплощение общественных функций в морфологии обязательно подразумевает переосмысление их в технические функции как свойства материальной структуры. Решая задачи по созданию технических функций, дизайнер рассматривает их с точки зрения определенных человеческих потребностей, устанавливая тем самым их социально-культурную значимость и место в сфере человеческого действия, жизнедеятельности. Трансформируя социально-культурные потребности человека в технические функции, дизайнер соотносит структуру потребностей с морфологическими свойствами материальной структуры. Так материальная структура оказывается носительницей многих функций.

Выбор материала определяется конструкторскими и функциональными задачами, способ формообразования материала – его природными и технологическими свойствами. Однако даже хорошо изученный (традиционный) материал может таить в себе нераскрытые возможности для новых формообразующих принципов и приемов.

В этом случае дизайнерский подход к формообразованию с его ориентацией на раскованность мышления и использование предельных возможностей материала особенно необходим. Положение о том, что материал определяет форму, указывает на одну сторону дела: морфология должна быть внутренне обоснована знанием свойств материала. Но дизайнерское «испытание» материала новыми формами, найденными в природе или культуре, говорит о возможности и обратного: форма определяет материал. Диалектическое столкновение материала и формы и их взаимоопределение – источник целесообразных и выразительных дизайнерских конструкторских решений.

Морфологическая синтетичность, или, иными словами, материальная структура (структурная форма, конструктивная форма, конструкция), является результатом пересечения двух основных направлений действия дизайнера: решения задач, связанных с технической функцией, и решения задач, связанных с материалом. При одной и той же технической функции (кровать как опора для лежащего тела) материальная структура будет существенно видоизменяться в зависимости от используемого материала (дерево, пластмасса, ткань, металл и т.д.). При одинаковом материале структурные формы этого вида мебели будут различными в зависимости от технической функции (конструкция статичная, поворотная, складная, качающаяся и т.д.).

Различение материального (конструктивного) и функционального аспектов структурной формы имеет важный операционно-методический смысл, так как оно позволяет контролировать стратегию поиска дизайнерского решения и сознательно управлять ею. Знания об объекте, каким он должен быть, а не каким он был, выражаются дизайнером посредством конструкторского моделирования, которое в этом смысле можно рассматривать как основную форму созидательной деятельности дизайнера, направленной на воплощение знаний в свойства проектируемого объекта. Простейшая форма конструкторского моделирования – формулирование совокупности требований к будущему объекту (техническое задание, классификации, контрольные перечни и др.), поскольку предполагается, что их проектная реализация приведет к созданию объекта с необходимыми свойствами.

Можно выделить три типа конструкторских моделей: проективный (функции и морфология объекта создаются вновь, вне связи с особенностями прототипа), переходный (функции и морфология прототипа подвергаются переосмыслению в целях придания объекту новых качеств), коррективный (функции и морфология прототипа развиваются без потери основных традиционных качеств).

Использование моделей проективного типа особенно эффективно при разработке объектов, обнаруживающих признаки устаревания, несоответствия складывающимся требованиям. Конструкторское моделирование здесь отталкивается не от прототипа, а от проектной темы, объединяющей разнообразные стороны «жизнеобитания» объекта, и направлено на выделение из совокупности задач одной, главной, определяющей основные качества объекта. Решив эту задачу, дизайнер определяет направление решения и всех остальных задач.

Модели переходного типа традиционно реализуются при необходимости расширить применение объекта и его частей. Сущность конструкторского моделирования такого типа основана на попеременном фиксировании то материала, то функции и на выяснении возможных направлений проектирования соответственно то по материалу, то по функции, а затем – на определении оптимального решения путем совмещения обоих планов. В конечном счете создание моделей переходного типа направлено на совершенствование практики проектирования, производства и потребления и на выявление перспектив дальнейшего развития объекта.

При совершенствовании объекта, особенно если он долговременного пользования, с устойчивыми потребительскими свойствами, создаются модели коррективного типа. Коррективное моделирование основывается на использовании внутренних ресурсов развития объекта (гибкость его конструктивно-компоновочной схемы, резервы пространства, запас прочности и т.п.), которые либо заложены в первоначальном проекте, либо определяются дополнительными исследованиями. Принимая за основу особенности имеющегося прототипа, дизайнер ведет процесс проектирования с учетом требований, изменившихся с течением времени или не реализованных в предыдущих разработках и производстве, а также с учетом новых технологических возможностей последнего. Коррективные модели с объективной неизбежностью сменяются проективными, означающими поворот в развитии объекта.

Модель компоновки, структура формы, конструктивно-функциональная схема и оптимальные технологические и эргономические характеристики объекта параллельно подвергаются дизайнером художественному осмыслению с помощью разнообразных форм и средств [13].

Художественный аспект деятельности дизайнера. Эстетический аспект выступает в творчестве дизайнера в виде процесса придания создаваемому объекту знака всестороннего совершенства, при котором раскрывается антропоцентрический смысл последнего: эстетическое венчает все человеческое; художественное выражает все человеческое.

Оставаясь глубоко индивидуальным, личностное, трансформируясь в дизайн-объекте, становится общезначимым. Эта трансформация возможна лишь потому, что проблемы культуры, которые дизайнер решает в процессе своего творчества, предстают перед ним и как проблемы его собственного, личностного сознания. Через дизайнера воплощаются проблемы его собственного творческого «я» и проблемы социальные. «Извне» дизайнера обступает та же самая «социальная субстанция», с которой он имеет дело «внутри» художественного сознания, выражающегося в форме его внутренних индивидуальных коллизий. В этом – одна из важнейших особенностей мышления дизайнера как художника.

Анализ личностных проблем есть для дизайнера анализ социальных проблем эпохи, представителем которой он является. Одна и та же реальность существует как бы в двух ипостасях: в форме непосредственно общественной и в форме индивидуально-личностной. Эта реальность и синтезируется в дизайнере одновременно и как образ внешней действительности, и как субъективная реальность его внутреннего «я». При реализации авторского видения в дизайн-объекте личное перестает принадлежать только автору и становится механизмом культуры [13].

В соответствии с системным пониманием деятельности в целом [16] художественный аспект деятельностного субъекта дизайна синкретичен по своему характеру. Это и позволяет дизайнеру художественно переосмыслить в своем особом виде деятельности четыре других основных вида человеческой деятельности. Подобное переосмысление опирается на специфический психический механизм, который именуется художественным талантом. При этом очевидно, что решение своеобразных художественных задач дизайна, ассимилирующих и аналитико-познавательные, и конструкторско-преобразовательные моменты) осуществляется при наличии глубокого знания и творческом использовании дизайнером теоретических основ построения художественного произведения – принципов, закономерностей, методов и средств композиции [17].

Дизайнер оперирует специфическими категориями, руководствуясь композиционным замыслом – основной морфологической идеей проектируемого объекта. Он реализует этот замысел с помощью доступных ему условно-материальных средств, из которых строится проектируемый объект. Объемно-пространствен-ные, линейно-графические, объемно-пластические, светоцветовые «материалы» дизайнер организует с помощью таких «инструментов», как пропорции, ритм и др.

Гармонизованный «материал» дает дизайнеру возможность выйти на новый уровень творчества, на котором он начинает оперировать комплексными понятиям пластики и фактуры, рисунка и орнамента, светотени и колорита и т.д. Работая над композицией, проектировщик опирается на основные принципы единства формы и содержания, а также целостности структуры создаваемого дизайн-объекта. В результате возникают основные композиционные связи: объемно-пространственная структура, тектоника и декор (цветопластическая трактовка), позволяющие дизайнеру достичь художественного своеобразия проектируемой среды. Это своеобразие воплощается в понятии композиционного образа – системы характерных морфологических признаков, формирующих общее эмоционально-художественное воздействие дизайн-объекта.

Совершенно очевидно, что для реализации всей художественно-композиционной системы от замысла до образа дизайнер должен владеть специфическим профессиональным инструментарием. Синтетический, интегрирующий характер художественной деятельности дизайнера требует привлечения инструментов, используемых в разных областях материального и духовного производства и предполагает специфический уровень мастерства владения ими при решении специфических задач технико-эстетической организации среды. В системном дизайне к художественному инструментарию принадлежат динамические, пространственные, пластические, графические, цветовые, световые, звуковые средства.

Дизайнер должен владеть способами графической интерпретации и предъявления зрительного образа – от приемов академической графики и колористики до приемов использования специфическими средствами объемного моделирования.

Высокий уровень профессионального владения проектным инструментарием позволит дизайнеру свободно выражать художественно-образную сущность дизайнерского проекта. Таким образом, аналитический, конструкторский и художественный аспекты творчества в совокупности характеризуют деятельность дизайнера – субъекта-1. Для того чтобы представить систему дизайнерской деятельности в целом, следует обратиться к субъекту-2 – потребителю дизайн-продукта.

Субъект-2 – потребитель дизайн-продукта. Хотя потребитель находится вне сферы дизайна, все же его незримое присутствие в дизайнерском творчестве не только ощутимо, но и необходимо. Потребитель выступает как конечный и в то же время исходный субъект дизайна, как «автор» социокультурного заказа на дизайн-разработку и, наконец, как прямой соавтор системного проекта (дизайн-программы).

Рассмотренные нами ранее основные характеристики структуры субъекта-дизайнера и его функций могут быть изоморфно соотнесены со структурно-функциональными характеристиками субъекта-потребителя. Более того, обязательным условием действенного функционирования, полноценного освоения его продукта является всеобщий творческий характер проектно-потребительской деятельности. Акт потребления должен быть творчески активным и напряженным, пожалуй, не менее, чем акт продуцирования.

Здесь следует вновь подчеркнуть двуединство объекта и продукта дизайна и их различие. Под объектом подразумеваются разрабатываемые дизайнером проект или программа, под продуктом – их реализация в сфере производства. Дизайн-объект, воплощенный в проекте (программе), осваивается потребителем непосредственно. «Потребление» проекта становится возможным лишь после его опосредования производством, причем «потребляются» фактически не только и не столько сами материализованные на основе проекта вещи или процессы, сколько их дизайнерские свойства.

Реальный потребитель дифференцирован и не предстает лишь прямолинейным «заказчиком» и безразличным «поглотителем» дизайн-продукта. Существенные качественные различия типологических групп конкретных потребителей обусловлены социально-экономическими, социально-психологическими и культурными факторами. В связи с этим функция реального потребителя (потребление) неоднородна, и он может предстать как собственно «потребитель», приобретающий и использующий дизайн-продукт для себя; «заказчик» (посредник), сам не потребляющий дизайн-продукт, а лишь «заказывающий» его для непосредственного потребителя; «регулировщик», также не потребляющий дизайн-продукт, но претендующий на роль координатора в сфере распределения (представитель торговли); «оценщик», не всегда потребляющий дизайн-продукт, но тем не менее характеризующий его, создающий о нем общественное мнение.

Потребитель может исполнять любую из этих традиционных ролей, а также по-разному сочетать их. Значимость, степень проявления и преобладания той или иной роли зависят от субъективных установок потребителя и от объективных условий потребления.

Системный дизайн обуславливает и нетрадиционную роль потребителя – авторскую, предполагающую его участие как в разработке, так и в реализации дизайн-программ. Это участие особенно необходимо в тех случаях, когда программа предназначена для обслуживания непосредственно самого потребителя, например при формировании фирменного стиля предприятия. Поэтому фигура потребителя должна быть и фактически является центральной для всех основных фаз дизайна. Это следует прежде всего из антроцентрической направленности дизайнерского творчества, предполагающей конкретное и профессионально-специфическое воплощение известного тезиса «все – во имя человека, все – для блага человека». Следовательно, зерном исходной категории системного дизайна как деятельности – «дизайн-концепции» – является образ человека, для которого разрабатывается соответствующая программа.

Обретает особую значимость и широко известная трактовка роли дизайнера как «представителя интересов потребителя на производстве». «Перевоплощение» дизайнера в потребителя происходит в действительности при осуществлении одной из важнейших методических фаз системного дизайна – сценария. Здесь дизайнер «проигрывает» на себе процесс потребления дизайн-продукта, реконструируя аналоговую или реагируя на предстоящую ситуацию.

Главная и принципиальная особенность ситуации потребления состоит в том, что потребитель получает и осваивает дизайн-продукт не однонаправленно, как это происходит при потреблении научного сообщения или технического изделия. В сфере художественно-творческой потребитель (зритель, слушатель), нередко в пространственно-временном отношении, отделенный от автора-художника, все равно – пусть и опосредованно – общается с последним (именно в таком общении – специфика искусства как деятельности). Аналогично в системном дизайне подобное общение обусловливает полноту социально-культурного и художественного освоения дизайн-продукта. Ведь в проектируемой системе (программе) материальные потребности удовлетворяются преимущественно заботами и средствами научно-технических специалистов, с которыми работает дизайнер, основная же задача последнего – удовлетворение социально-культурных и художественно-духовных запросов общества.

Конечно, эти два аспекта в ходе потребления не отделимы друг от друга. И дизайнер может (и должен) внести немалую лепту в обеспечение материального (функционального) совершенства потребляемого предмета или процесса. Не случайно в систему технико-эстетических свойств объекта, определяемых широко понимаемым кругом потребностей (на основе многостороннего анализа запросов потребителя как биосоциального субъекта), входят производственно-экономические, функционально-эргономические, информационно-эстетические, социально-культурные. Характеристики этих составляющих достаточно многочисленны. Их сочетание определяется в каждом конкретном случае характером субъекта-потребителя и спецификой дизайн-объекта (продукта) – предметной системы или процесса [13].

Объекты системного дизайна. В реальном проектировании к типичным, разнообразным, но взаимосвязанным объектам системного дизайна относятся:

· предметная система (тематическое единство вещей и связей между ними);

· программа и сценарий (в том случае, когда они представляют собой тексты – зафиксированную вербальную основу будущих реальных действий, актов);

· аудиовизуальная коммуникация (предметно-программная система, обеспечивающая самые разнообразные виды информационных связей);

· фирменный стиль (формальное и содержательное единство предметной среды, аудиовизуальных коммуникаций и процессов, относящихся к определенной функциональной целостности).

Системный характер дизайна проявляется в наличии связей между субъектом и объектом. Связь материализуется в процессе проектирования, который осуществляется последовательными фазами. К основным из них относятся концепция, программа и сценарий. Упомянутые выше в качестве объектов программа и сценарий могут выступать то как объекты, то как фазы реального проектирования.

Исходя из общего понятия системного подхода определение характера и видов дизайнерской деятельности позволили выявить существо системного дизайна, его строение и возможности. Полученное представление о структуре и функциях субъекта и объекта системного дизайна дает возможность перейти к рассмотрению основных фаз и объектов дизайна.

Выявление основной фазы системного дизайна – «дизайн-концепции» – и формирование ведущего звена в цепи слагаемых дизайн-проектирования – дизайн-концепции будущего средового объекта

Дизайн-концепция. Сущность человека можно определить как ансамбль общественных отношений. Способом ее развития и проявления является предметная деятельность человека, в частности дизайнерская деятельность, направленная на формирование целостно-структурированного объекта.

Темпы развития общества ускоряются, прежние концепции утрачивают новизну, новые не успевают складываться эволюционным путем. Поэтому возникает необходимость в специальной их разработке, причем часто в ограниченные сроки. Одним из создателей концепций выступает дизайнер, который участвует в их разработке в силу своей профессиональной специфики.

Дизайн-концепция – обязательный элемент организации дизайн-процесса и управления им, она модель этого процесса. Функция дизайн-концепции – содержательно обосновать цели деятельности и способы их достижения. Являясь смысловым центром, данная модель ориентирует дизайнера в проектной ситуации и, шире, в социально-культурном пространстве.

Упорядочив их с учетом того значения, которое они имеют в творческой деятельности, получим типологию, включающую три иерархически зависимые концептуальные модели:

Источник: megaobuchalka.ru