Системный подход к проектированию (мотивы Поднебесной)

О ТЕРМИНОЛОГИИ
Конфуцианская концепция Чжэн мин 正 名
(«правильное использование имен»)
Цзы Лу (ученик):
«С чего надо начать?»
Учитель:
«Начать необходимо с упорядочения названий»
Цзы Лу:
«Зачем непременно нужно упорядочение?»
Учитель:
«Если названия не соответствуют сути, то и со словами неблагополучно. Если со словами неблагополучно, то и дела не будут ладиться»

СИСТЕМА
совокупность взаимосвязанных элементов, выделенных из окружающей среды и взаимодействующих с ней как единое целое
Пример (Инженерный приговор 2017, школа №1, Бийск):
Модель четырехстопной шагающей машины – система для передвижения по пересечённой местности, состоящая из соединенных и кинематически связанных деталей, взаимодействующая как единое целое с окружающей средой (поверхностью грунта).

ВАЖНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОБЪЕКТА КАК СИСТЕМЫ
Целостность и делимость
Упорядоченность элементов внутри объекта
Целенаправленность
Система отопления в квартире

СИСТЕМНОСТЬ В СИМВОЛИКЕ ВОСТОЧНЫХ УЧЕНИЙ
Колесо Сансары - система перевоплощений в буддизме.
Инь и Ян – символ единого предела, в котором выражается одновременно слияние, взаимодействие, раздельность и взаимосвязь всего сущего
Система взаимосвязи пяти элементов

ТЕОРИЯ ПЯТИ ЭЛЕМЕНТОВ (ДАОСИЗМ).
КАКОЙ ИЗ ЭЛЕМЕНТОВ ЛИШНИЙ?
Воздух
Огонь
Земля
Вода
Дерево
Металл

СИСТЕМНЫЙ (СИНЕРГЕТИЧЕСКИЙ) ЭФФЕКТ
возникновение у системы новых свойств, отсутствующих у каждого элемента в отдельности (целое больше суммы своих частей, эмерджентность)
АГРЕГАТ

САМООРГАНИЗАЦИЯ
Высшая степень согласованности поведения элементов системы
Процесс кристаллизации
Согласованное поведение насекомых
Самосборка в нанотехнологиях
Системные действия стаи рыб
Видео 1. «Ястреб vs Стая скворцов»
Видео 2. «1180 дронов (Гуанчджоу)»

УМНЫЕ (САМООРГАНИЗОВАННЫЕ) МАШИНЫ
В будущем машины будут самостоятельно принимать решения исходя из собственных возможностей и во взаимодействии с элементами окружающей средой

«УЧИСЬ У НИХ - У ДУБА, У БЕРЕЗЫ» (А.ФЕТ)
Один из основных принципов даосизма: Человек, наблюдая за природой, впитывает в себя природную мудрость, которую использует в своей практике.

КИТАЙСКАЯ ДЖОНКА
Парус напоминающий крылья летучей мыши, дракона

ПРАКТИКА ВОЗДУХОПЛАВАНИЯ В ДРЕВНЕМ КИТАЕ
Воздушные змеи и современный дельтаплан

ИСКУССТВЕННАЯ ИРРИГАЦИОННАЯ СИСТЕМА ДУЦЗЯНЪЯНЬ
На р. Миньцзян с 3 в. до н.э. в гармонии с природой.
Образована тремя сооружениями:
Юйцзуй (пасть рыбы) - водораздельная дамба.
Фэйшаянь (летучие пески) – противопаводковый канал,
Бао Пинкоу (горлышко волшебной бутылки) – водоотводное сооружение.
Видео 3. Плотина

ПРЕДСТАВЛЕНИЕ СИСТЕМ. 1) «ЧЁРНЫЙ ЯЩИК»
внутренне содержание объекта неизвестно или не важно;
во внимание берется только функция или поведение объекта

2) МОДЕЛЬ СОСТАВА
известно из каких элементов состоит объект
Пример:
спецификация – один из основных конструкторских документов, определяющий состав сборной конструкции, т.е. какие сборочные единицы, детали, стандартные изделия и материалы входят в изделие

3) МОДЕЛЬ СТРУКТУРЫ
известны состав и взаимосвязи между элементами системного объекта
Структура прибора
Структура машины

4) СТРУКТУРНАЯ СХЕМА
известны состав, характер взаимосвязей между деталями объекта, выявлены связи объекта с внешней средой

ОСНОВНЫЕ ПРОЕКТНЫЕ ОПЕРАЦИИ, ПРИСУЩИЕ СИСТЕМНОМУ ПОДХОДУ
1) ДИВЕРГЕНЦИЯ
Расширение границ проектной ситуации,
Поиск множества вариантов решения одной и той же проблемы,
Поиск способов применения для известных или неизвестных предметов
Нефритовый диск – артефакт, найденный в древнем погребении на территории Китая
Для чего были нужны подобные диски?
Конвергенция - сокращения поля возможных вариантов проекта до единственного
«Мартышка и очки» - Творческий поиск или неудачная попытка изобрести велосипед?

2) ДЕДУКЦИЯ
процесс логического вывода на основе перехода от общего к частному
Пример дедуктивного рассуждения:
1) известно, что для приготовления пищи нужна высокая температура,
2) кипящая вода выделяет горячий пар,
3) следовательно пищу можно готовить на водяном пару.
Современная китайская бамбуковая пароварка

3) ИНДУКЦИЯ
процесс обобщения фактов, процесс логического вывода на основе перехода от частного положения к общему.
Хлопок Лён Шёлк?

НА ОСНОВЕ КАКОГО ВОЛОКНА ПОЛУЧЕН КИТАЙСКИЙ ШЁЛК?
Стеблей бамбука
Листьев тутового дерева
Оболочки кокона гусеницы
Шерсти панды
Пера азиатского ибиса

4) СИНТЕЗ И АНАЛИЗ
Синтез
Структурный
Параметрический
Анализ
Следствий из принятого решения
Чувствительности системы к изменениям управляющих параметров
Влияния внешней среды
Три компонента китайского пороха –
сера, уголь и селитра

5) МОДЕЛИРОВАНИЕ
Процесс создания моделей
Проведение экспериментов над моделью взамен реального объекта
Модели бывают:
Материальные и идеальные
Интуитивные и научные
Деревянная модель китайского чайного домика
Планировка жилплощади по фэншуй – пространственная модель

6) АБСТРАГИРОВАНИЕ
отвлечение от свойств объекта, несущественных для разработки модели, проекта
Китайские иероглифы:
изображение буйвола из конкретного постепенно превращается в абстрактный символ
Видео 4. Иероглифы

ИЕРОГЛИФ 美 (МĚI — МЭЙ)
СОСТОИТ ИЗ ДВУХ ЧАСТЕЙ:
羊 (YÁNG — ЯН) — ОВЦА ИЛИ КОЗА, И
大 (DÀ — ДА) — БОЛЬШОЙ, ИМЕЮЩИЙ ОСНОВУ 人 (RÉN — ЖЭНЬ) — ЧЕЛОВЕК. ЧТО ОН ОЗНАЧАЕТ?
Величие, великий
Красота, красивый
Вредный, вредность
Очень неумный правитель
Видео 5 «Вещь»

7) ОПТИМИЗАЦИЯ
Оптимизация – процесс поиска наилучшего решения с точки зрения принятого критерия
Критерий оптимальности – некоторая целевая функция, которой нужно доставить максимум или минимум, например, следующими способами:
выбрать оптимальные параметров системы (размеры, форма, свойства)
разработать оптимальную структуру системы (состав, связи между элементами)

ВЕЛИКАЯ КИТАЙСКАЯ СТЕНА
Снимки фрагментов раствора с содержанием рисового бульона 1-5%. Чем больше бульона содержит раствор, тем тоньше его микроструктура и тем эффективнее и устойчивее он скрепляет блоки//Fuwei Yang et al.

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ СИСТЕМНОГО РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ
Формулируем проблему и проводим первичный поиск и анализ информации
Формируем общую цель, которую мы должны достигнуть и устанавливаем критерий по которому можно судить, что цель достигнута
Производим синтез структуры и описываем связи между элементами системы

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ СИСТЕМНОГО РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ
4. Описываем атрибуты (параметры, существенные свойства) объекта
5. Анализируем функции объекта, зависимости между параметрами и влияние внешней среды

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ СИСТЕМНОГО РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ
6. Производим синтез вариантов решения, анализируем эти варианты выбираем лучший
7. Создаём модель объекта (этап реализации принятого решения)

ВЫВОДЫ
1. Системный подход – одна из основ инженерной деятельности.
2. Системностью обладают и традиционные китайские учения, и проекты древних китайских инженеров.
3. Системный подход предполагает применение типичных приёмов и операций на которые стоит обратить внимание, приступая к решению очередной сложной задачи.