Книга видного американского специалиста по теории и методам конструирования П. Хилла посвящена основам науки инженерного проектирования, проблеме обоснования конструкторских решений, В ней рассмотрены такие вопросы, как методология выбора перспективной продукции, анализ творческого процесса «генерирования» идей при создании новых типов изделий, методы рационального выбора материалов, оптимального взаимного согласования характеристик человека и машины как звеньев единой функциональной системы, планирования комплекса работ по созданию сложных изделий, анализа и усовершенствования конструкции. Книга полезна инженерам-конструкторам, художникам-конструкторам, специалистам по научной организации труда, а также читателям, интересующимся вопросами технического творчества и изобретательства, эргономическими проблемами, методами повышения эффективности промышленного производства.

Предисловие редактора русского издания
Предисловие автора
Введение

1. Новые изделия и положение фирмы
2. Творческий процесс
3. Процесс проектирования
4. Рекомендации по выбору материалов
5. Человеческие факторы и инженерное проектирование
6. Метод критического пути. Метод ПЕРТ
7. Инженерная программа снижения стоимости изделия
8. Методы анализа и усовершенствования конструкции

Приложение 1. Задачи и проекты
Приложение 2. Аннотированный список литературы

Предисловие редактора русского издания

Как следствие современной научно-технической революции в последние годы особенно ярко выявляются принципиальные изменения в самом характере деятельности конструктора, его роли при создании новой техники, требований к его профессиональным знаниям, навыкам, общей эрудиции. В круг конструкторских дисциплин вошли системотехника, методы исследования операций, теория решений, сетевое планирование, эргономика, техническая эстетика и многие другие новейшие отрасли науки и техники. Рассредоточенность разнообразных знаний, необходимых для успешной работы, по бесчисленным монографиям, статьям, обзорам чрезвычайно усложнила планомерную вузовскую подготовку конструкторов и дальнейшее повышение их квалификации. Резко возросла потребность в учебных пособиях для конструкторов, обобщающих в лаконичной форме, логически увязывающих между собой практически полезные данные этих отраслей знаний и наглядно иллюстрирующих их применение при решении типичных современных конструкторских задач. Это необходимо для экономии дефицитного времени конструкторов и дальнейшего повышения качества проектных и конструкторских разработок, а следовательно, и качества выпускаемой продукции. Если в области конструирования и создания сложной техники, промышленного оборудования, систем и средств управления достигнуты крупные успехи, то вопрос об уровне конструкторских работ в сфере производства товаров массового потребления стоит еще весьма остро. В свете задач, поставленных партией и правительством перед страной по улучшению ассортимента и качества этого вида продукции, данная проблема является важной и актуальной.

Большое значение имеет широкое внедрение методов художественного конструирования как эффективного средства повышения качества выпускаемой промышленной продукции. За последние 10 лет после выхода соответствующих правительственных решений Всесоюзным научно-исследовательским институтом технической эстетики, его филиалами, а также многочисленными подразделениями и группами художественного конструирования в отраслях и на предприятиях достигнуты существенные успехи. Однако острый дефицит в кадрах квалифицированных художников-конструкторов и, главное, необходимость борьбы за высокое качество всех видов продукции на всех стадиях ее разработки и выпуска требуют овладения научными достижениями и передовыми методами работы всеми представителями многотысячной армии конструкторов.

Все это определяет чрезвычайно большой спрос на массовую литературу по научным методам конструирования. Несомненно, своевременным надо считать и выпуск русского издания учебного пособия для конструкторов, принадлежащего перу видного американского специалиста П. Хилла. В название русского перевода книги намеренно внесено изменение — сам автор, делающий заявку на изложение основ науки об инженерном конструировании, целым рядом разделов и материалов книги доказывает, что достижимый в настоящее время уровень формализации конструкторских расчетов оставляет много места для конструкторской интуиции, фантазии, интенсивных творческих поисков. Думается, что усложнение создаваемой техники в обозримый период времени будет еще значительно опережать успехи в математизации и применении вычислительных машин в конструировании. А раз так, то в конструировании, если не всегда, то еще очень долго, будет оставаться место не только для интенсивно развивающихся строгих научных методов, но и для искусства. Этим и объясняется некоторое отступление в данном переводе от авторского названия книги.

Материал книги подразделяется на четыре части. Первая часть (гл. 1—3) посвящена методологии выбора перспективной продукции, анализу общественных потребностей и творческого процесса «генерирования» идей, касающихся новых типов изделий.

Перечисляются возможные источники новых идей, рассматриваются основные этапы появления нового изделия, включая поиск идей, отбор наиболее перспективных из них, изучение возможностей производства и сбыта, разработку изделия, выпуск опытной партии продукции, изучение состояния рынка сбыта и организацию массового производства.

Освещаются вопросы, которым уделяется большое внимание в современной технической литературе, предназначенной для проектировщиков и конструкторов, — пути организованного воздействия на творческий процесс в коллективах разработчиков и его интенсификации. П. Хилл предлагает читателю интересное изложение этих вопросов, однако, что весьма типично дли всей подобной литературы, он приводит много полезных практических рекомендаций по организации и стимулированию творчества инженеров, а все его попытки охарактеризовать психологическую основу, механизмы творческих процессов в технике страдают методологическими, бихевиористскими ошибками и с научной точки зрения являются дилетантскими. Хотя, повторяем, большой практический и педагогический опыт и наблюдательность автора позволяют ему в целом верно уловить и донести до читателя интересные наметившиеся тенденции в методах организации коллективного и индивидуального творческого процесса при решении сложных конструкторских задач. Сюда относятся такие приемы, как функциональная визуализация (наглядное представление объектов конструирования), использование разного рода диаграмм и матриц, известный в системотехнике метод коллективного решения проблем — метод «мозговой атаки». Читателю, серьезно интересующемуся психологическими основами и передовыми научными идеями в изучении сложнейшего явления, каким является творчество, мы советуем обратиться к трудам советских исследователей-психологов Л.С. Выготского, А.Н. Леонтьева, Б.М. Теплова, П.Я. Гальперина и других. Изучению роли визуализации в процессе творчества, так называемому «визуальному мышлению», посвящены некоторые исследования В.П. Зинченко, Р. Арнхейма.

Интересен анализ собственно процесса конструирования, профессиональных знаний, необходимых на разных этапах разработки, средств и мотивации деятельности. Выделяются основные стадии процесса конструирования: определение потребности в конструкции, уточнение цели, предпроектные исследования, формулирование конкретных задач, поиск наиболее эффективных путей решения задач, создание целостной и адекватной концептуальной модели, анализ решений, эксперимент, рабочее конструирование, учет конъюнктуры и потребительской оценки опытной партии.

В части II (гл. 4—5) детализируются методы решения, пожалуй, наиболее типичных для конструирования любых изделий вопросов рационального выбора конструкционных, защитных и отделочных материалов, оптимального взаимного согласования характеристик человека и машины как звеньев единой функциональной системы.

На примере рассмотрения П. Хиллом эргономических вопросов синтеза человеко-машинных систем особенно четко проявляется стиль его изложения — очень лаконичный и емкий. Автор не стремится детализировать все рассматриваемые вопросы, не ставит перед собой задачу снабдить читателя достаточными профессиональными знаниями по каждому аспекту научных основ конструирования. Он кратко сообщает историю вопроса, убедительно показывает его связь с конструкторскими проблемами, обобщает основные достижения в его исследовании, указывает полученные в этой области практически важные выводы, а также типы сформулированных методов и рекомендаций.

Таким образом, книга П. Хилла не подменяет собой руководств и справочников по отдельным направлениям (например, «Справочника по инженерной психологии для инженеров и художников-конструкторов», выпущенного издательством «Мир» в 1968 г.), иначе она приобрела бы устрашающие размеры. П. Хилл как бы дает «руководство по руководствам» — предлагает компас, некое интегральное обобщенное информационное средство для ориентировки в новейших областях конструкторских наук (новейших либо по возникновению, либо чаще по отнесению их к основам конструирования, поскольку до недавнего времени психологическая теория творчества, теория решений или методы планирования никем не связывались с деятельностью конструкторов в промышленности, во всяком случае, их не относили к ее обязательным атрибутам). Этому способствует и краткий аннотированный список американских и западноевропейских авторитетных литературных источников, приведенный в конце книги.

Вместе с тем так поставленная цель книги — естественная для учебного пособия — определила точное и особенно наглядное отражение в ней недостатков и ошибок в методологии исследований американских и западноевропейских ученых в различных затрагиваемых областях знаний. Об этом мы уже говорили, рассматривая изложение П. Хиллом психологических аспектов проблемы творческого мышления. Не менее отчетливо это проявилось и в изложении инженерно-психологических проблем. П. Хилл приводит данные и рекомендации, относящиеся к отдельным конструктивным элементам средств деятельности операторов в системах управления — приборам, сигнальным устройствам и т. д.

В советской инженерной психологии поставлен вопрос о комплексном, целостном рассмотрении психических процессов, включенных в деятельность человека-оператора, и всего комплекса технических средств, влияющих на эффективность и сложность этих процессов. Обширные исследования по формированию методологии системного изучения психологических процессов переработки информации человеком-оператором и практические проектные работы, подтверждающие продуктивность применения такой методологии при создании АСУ и такого их оборудования, как системы отображения информации и пульты управления, согласованно ведутся во многих научно-исследовательских и проектно-конструкторских организациях нашей страны под общим руководством профессора Б.Ф. Ломова. Как показали наши исследования [Венда В. Ф., Структура информационной модели и сложность оперативных задач. Материалы 1 й Всесоюзной конференции по системам отображения информации, Киев, 1972 г.] при конструировании систем и средств отображения информации для сложных АСУ необходимо учитывать весь комплекс основных психологических факторов реальной сложности решения оперативных задач, статистически обусловливаемых функционально-технологической структурой управляемого объекта и составом и структурой системы отображения информации Такой подход к конструированию комплексов средств деятельности операторов практически испытан нашей лабораторией во ВНИИ технической эстетики в течение десяти лет на примере ряда технологических АСУ типа объединенных энергетических систем, энергоблоков, химических и металлургических объектов, системы централизованного управления движением городского транспорта и обеспечил достижение несравненно большего технико-экономического эффекта, чем это принципиально возможно при традиционном, поэлементном подходе к инженерно-психологическому обоснованию выбора конструкции информационных средств и органов управления.

В третьей части (гл 6—8) П. Хилл подробно излагает основные методы планирования и управления реализацией программ, предусматривающих именно комплексное, системное решение сложных конструкторских проблем. История метода ПЕРТ рассмотрена, начиная с его прототипа — ленточного графика Г. Ганта и Ф. Тейлора, появление которого относится к началу нашего века. Предлагаемого автором материала достаточно, чтобы ввести читателя в круг исходных понятий, терминов и практических методов применения сетевых графиков для оценки и пересмотра плана (метод ПЕРТ). Однако для детального ознакомления с научными основами, проблемами и перспективами развития методов планирования и управления рекомендуем фундаментальную монографию члена-корреспондента АН СССР Д.М. Гвишиани «Организация и управление» (изд-во «Наука», 1972 г.), в которой дан обстоятельный анализ процессов управления в современном производстве, основных структурных элементов организационного процесса и функционирования его механизма, а также критически рассмотрен зарубежный, в частности американский, опыт оперативного планирования и организации производства, на котором, кстати, основаны выводы и рекомендации П. Хилла.

Особое внимание уделено анализу инженерной программы снижения стоимости изделий (value engineering). Автор определяет такую программу как организованную коллективную творческую деятельность, специально направленную на достижение минимальной себестоимости производства изделия, системы или услуг при полном сохранении или даже расширении заданной функции без ухудшения качества.

Автор подчеркивает, что реализация такой программы дает чрезвычайно большой экономический эффект, нередко в десятки раз превышающий средний доход от капиталовложений в промышленность. Для конструкторов, работающих в производственных объединениях и на предприятиях в условиях новой системы планирования и экономического стимулирования, знакомство с основами составления и реализации инженерных программ снижения стоимости изделий представит несомненный интерес.

Завершает основной материал книги изложение методов критического анализа, пересмотра и усовершенствования конструкций. Конструктор должен уметь разъяснять и защищать идеи, заложенные в его проекте, — вот тривиальная, но практически очень важная мысль, которую проводит автор. Пренебрежение или неспособность к яркой, наглядной, доходчивой подаче идей или проектов нередко еще оборачивается длительной задержкой в решении и реализации важных технических проблем. Особенно это относится к нестандартным, оригинальным решениям, существенно опережающим свое время и потому особенно ценных. Здесь уместны приводимые П. Хиллом слова великого изобретателя Т. Эдисона: «Общество никогда не бывает готово к тому, чтобы принять какое-то изобретение. Каждая новая вещь встречает сопротивление, и изобретателю требуются годы, чтобы люди начали понимать его, и еще годы, чтобы внедрить это изобретение». Многие современные конструкторы-новаторы, не колеблясь, подпишутс я под словами Эдисона, однако годы непонимания можно превратить в месяцы, если научиться пользоваться большим накопленным опытом убеждения и пропаганды новых технических идей. Некоторые практические выводы из этого ценного опыта приводит П. Хилл.

В четвертой части книги помещены два приложения — примеры типичных конструкторских задач и аннотированный список литературы.

Перевод книги дан с некоторыми сокращениями: нецелесообразно было, например, приводить многочисленные примеры сугубо специфической для американских фирм деловой переписки — по этому вопросу в советской литературе в последнее время вышел ряд работ. В русском издании опущена также глава, посвященная американскому патентоведению и юридическим принципам защиты авторских прав, также существенно отличающимся от советского законодательства и принятых в нашей стране основ и практики патентоведения. Сравнительно немногочисленным специалистам, всесторонне изучающим эти проблемы, мы советуем обратиться к оригиналу книги П. Хилла.

В целом книга представляет большой интерес как квалифицированное и достаточно полное изложение широкого круга вопросов из многих областей знаний, входящих в компетенцию передовых современных конструкторов. Особую ценность издание представляет для студентов конструкторских факультетов и начинающих специалистов — тщательный отбор, хорошая систематизация, доходчивое, популярное изложение материала, контрольные вопросы по каждому разделу и другие педагогические приемы, удачно использованные автором — опытным преподавателем научных основ конструирования, способствует легкому пониманию и прочному усвоению знаний.

Книга будет полезна инженерам-конструкторам, художникам-конструкторам, специалистам по научной организации труда, а также многим читателям, интересующимся вопросами технического творчества и изобретательства, эргономическими проблемами проектирования, методами повышения эффективности промышленного производства.

В. Венда

Предисловие автора

Книга предназначена для инженеров, руководителей предприятий и студентов инженерных специальностей. Она дает инженеру некоторое представление о проблемах, с которыми сталкиваются руководители фирм при создании нового изделия, а руководителям предприятий представление о процессе инженерного проектирования и творческой деятельности, необходимой для создания и выпуска новой продукции.

Восемь лет преподавания студентам старших курсов дисциплины «Творчество в проектировании», а также большой опыт работы со студентами младших курсов убедили автора в том, что материал, подобный рассматриваемому в данной книге, необходимо начинать давать студентам как можно раньше при преподавании им технических дисциплин и, кроме того, продолжать излагать его на протяжении всего периода обучения. Студентам инженерных специальностей при подготовке к практической деятельности необходимо приобрести опыт в решении экономических задач, общении с людьми, проведении политики фирмы, обеспечении надежности и оптимального функционирования изделия и, возможно, необходимо па деле столкнуться с ограничениями, вызываемыми нехваткой времени при проектировании.

В книге не рассматриваются такие дисциплины, как механика твердых тел, механика жидкостей, интегральные схемы, термодинамика и т. п., поскольку по этим вопросам имеется обширная литература. Внимание читателя концентрируется на процессах получения идей и превращения их в реальные изделия. Для ознакомления читателя с методологией проектирования книга как бы разбита на четыре взаимосвязанные части.

В первой части книги (гл. 1—3) рассмотрены проблемы, которые возникают перед руководителями фирм при поиске идей в процессе создания новых изделий, творческий процесс генерирования идей, процесс проектирования, читатель знакомится также с методикой инженерного проектирования.

Вторая часть (гл. 4 и 5) содержит сведения, касающиеся оптимального выбора материалов и учета человеческих факторов при проектировании технических устройств.

В третьей части (гл. 6—8) описаны методы календарного планирования, принятия решений, критического анализа и пересмотра конструкций при проектировании.

Четвертая часть книги (приложения 1 и 2) содержит более 20 задач и конструкторских проектов и аннотированный список литературы. Выбор задач основывался на том, что мудрости нельзя научиться со слов. В процессе обучения студент должен не просто получить определенный объем информации и дать «удачные» ответы на поставленные вопросы. Необходимо создать обстановку, стимулирующую творчество, и заставить человека думать, выносить собственные суждения и принимать решения в рамках реальных ситуаций.

Перси Хилл, Медфорд, шт. Массачусетс, Март 1970

Введение

История техники изобилует очерками о людях, практический гений которых в какой-то степени обусловил появление современных технических достижений. Эта книга предназначена для инженеров и студентов технических вузов, обладающих упорством, проявляющих склонность к творчеству и стремление решать проблемы оригинальным путем. Если инженер обладает этими качествами, то, соблюдая последовательность этапов творческого процесса и процесса проектирования, он сможет создать изделие, которое может быть и не будет отмечено премией, но все же будет одним из лучших, поскольку при его проектировании соблюдается определенная последовательность этапов. Таким образом, инженерное проектирование можно рассматривать как науку. Под наукой обычно подразумевают обобщенные и систематизированные знания. Научный метод дает решение проблемы, а при его повторном применении получают сравнимые результаты. Это утверждение справедливо и для инженерного проектирования как науки. Если инженер строго соблюдает последовательность этапов, он каждый раз будет создавать удачные изделия. Ценность этих изделий повышается по мере приобретения опыта, подобно тому, как компетентность в традиционных дисциплинах растет по мере накопления знаний.

Инженерное проектирование, как показано в книге, представляет собой применение ряда фундаментальных принципов и соотношений, составляющих творческий процесс и процесс проектирования. Для более полной реализации возможностей инженерного проектирования особое внимание необходимо уделять отдельным этапам и их взаимосвязи.

Инженерное проектирование отличается от естественных наук тем, что в процессе проектирования основное внимание обращается на изучение подходов и методов, дающих надежды на получение плодотворных результатов.