Понятие проектирования
Проектирование технического объекта — процесс, заключающийся в получении и преобразовании исходного описания еще не существующего объекта в окончательное описание (проект) на основе выполнения комплекса работ исследовательского, расчетного и конструкторского характера
Техническое задание (ТЗ) - задание на проектирование, исходное описание проектируемого объекта, содержащее требования к характеристикам и параметрам объекта, условия применения и эксплуатации будущего изделия.
Проект - сведения, достаточные для изготовления изделия (или реализации процесса) в заданных условиях и представленные в виде комплекта проектной документации
Проектное решение - окончательный или промежуточный результат проектирования.
Автоматизированное проектирование - Проектирование, выполняемое при взаимодействии человека и ЭВМ
Система автоматизированного проектирования (САПР, англ. СAE/CAD/CAM) - организационно-техническая система, представляющая собой комплекс средств автоматизированного проектирования, взаимосвязанный с подразделениями проектной организации и выполняющий автоматизированное проектирование
Принципы системного подхода
Системный подход - подход к исследованию сложных систем, основанный на декомпозиции системы и анализе частей с учетом их взаимосвязей и взаимодействия с другими частями.
Системотехника - дисциплина, предметом которой являются, во-первых, организация процесса создания, использования и развития технических систем, во-вторых, методы и принципы их проектирования и исследования
Компоненты системотехники:
Структурный подход - синтез вариантов системы из компонентов (блоков) и оценка вариантов при их частичном переборе с предварительным прогнозированием характеристик компонентов.
Блочно-иерархический подход - декомпозиционный подход к проектированию сложных систем, основанный на разделении описаний объектов и соответственно средств их создания на иерархические уровни и аспекты.
Объектно-ориентированное проектирование - методология проектирования, основанная на представлении проекта в виде совокупности объектов, каждый из которых является реализацией определенного класса, а классы образуют иерархию с использованием наследования
Для всех подходов к проектированию сложных систем характерны также следующие особенности:
1. Структуризация процесса проектирования, выражаемая декомпозицией проектных задач и документации, выделением стадий, этапов, проектных процедур. Эта структуризация является сущностью блочно-иерархического подхода к проектированию.
2. Итерационный характер проектирования.
3. Типизация и унификация проектных решений и средств проектирования.
Базовые понятия системотехники:
Система — множество элементов, находящихся в отношениях и связях между собой.
Элемент — такая часть системы, представление о которой нецелесообразно подвергать при проектировании дальнейшему членению.
Сложная система — система, характеризуемая большим числом элементов и, что наиболее важно, большим числом взаимосвязей элементов. Сложность системы определяется также видом взаимосвязей элементов, свойствами целенаправленности, целостности, членимости, иерархичности, многоаспектности. Cовременные автоматизированные информационные системы и, в частности, системы автоматизированного проектирования, являются сложными в силу наличия у них перечисленных свойств и признаков.
Подсистема — часть системы (подмножество элементов и их взаимосвязей), которая имеет свойства системы.
Надсистема — система, по отношению к которой рассматриваемая система является подсистемой.
Структура — отображение совокупности элементов системы и их взаимосвязей; понятие структуры отличается от понятия самой системы также тем, что при описании структуры принимают во внимание лишь типы элементов и связей без конкретизации значений их параметров.
Параметр — величина, выражающая свойство или системы, или ее части, или влияющей на систему среды. Обычно в моделях систем в качестве параметров рассматривают величины, не изменяющиеся в процессе исследования системы. Параметры подразделяют на внешние, внутренние и выходные, выражающие свойства элементов системы, самой системы, внешней среды соответственно.
Вектор внутренних параметров,
Вектор выходных параметров
Вектор внешних параметров
Фазовая переменная — величина, характеризующая энергетическое или информационное наполнение элемента или подсистемы.
Состояние — совокупность значений фазовых переменных, зафиксированных в одной временной точке процесса функционирования.
Поведение (динамика) системы — изменение состояния системы в процессе функционирования.
Система без последействия — ее поведение при 
определяется заданием состояния в момент 
и вектором внешних воздействий 
. В системах с последействием, кроме того, нужно знать предысторию поведения, т.е. состояния системы в моменты, предшествующие .
Вектор переменных 
, характеризующих состояние (вектор переменных состояния) — неизбыточное множество фазовых переменных, задание значений которых в некоторый момент времени полностью определяет поведение системы в дальнейшем (в автономных системах без последействия).
Пространство состояний — множество возможных значений вектора переменных состояния.
Фазовая траектория — представление процесса (зависимости) в виде последовательности точек в пространстве состояний.
К характеристикам сложных систем часто относят следующие понятия:
Целенаправленность — свойство искусственной системы, выражающее назначение системы. Это свойство необходимо для оценки эффективности вариантов системы.
Целостность — свойство системы, характеризующее взаимосвязанность элементов и наличие зависимости выходных параметров от параметров элементов, при этом большинство выходных параметров не является простым повторением или суммой параметров элементов.
Иерархичность — свойство сложной системы, выражающее возможность и целесообразность ее иерархического описания, т.е. представления в виде нескольких уровней, между компонентами которых имеются отношения целое-часть.
Основные разделы системотехники:
- иерархическая структура систем, организация их проектирования;
- анализ и моделирование систем;
- синтез и оптимизация систем.
Задачи моделирования систем:
1) создание моделей сложных систем (в англоязычном написании — modeling);
2) анализ свойств систем на основе исследования их моделей (simulation).
Задачи синтеза систем:
1) синтез структуры проектируемых систем (структурный синтез);
2) выбор численных значений параметров элементов систем (параметрический синтез).
Уровни проектирования
Иерархические уровни проектирования:
Системный уровень - уровень, на котором проектируются сложные системы (например, производственное предприятие, вычислительная сеть, технологическая линия), состоящие из подсистем (производственных цехов и участков, серверов и терминалов, станков и робототехнических комплексов и т.п.).
Макроуровень - уровень, на котором для описания проектируемых объектов используются математические модели с сосредоточенными параметрами.
Микроуровень - уровень, на котором для описания проектируемых объектов используются математические модели с распределенными параметрами.
восходящее проектирование - стиль проектирования в блочно-иерархическом подходе, характеризующийся выполнением проектных процедур, начиная с верхних иерархических уровней.
нисходящее проектирование - стиль проектирования в блочно-иерархическом подходе, при котором задачи на верхних иерархических уровнях проектирования решаются раньше, чем задачи на нижележащих уровнях.
Аспект описания - описание системы или ее части с некоторой оговоренной точки зрения, определяемой функциональными, физическими или иного типа отношениями между свойствами и элементами. Различают аспекты функциональный, информационный, структурный и поведенческий (процессный):
1) Функциональное описание относят к функциям системы и чаще всего представляют его функциональными схемами.
Функциональное проектирование - часть проектирования, в которой анализируются и/или определяются поведение и функции системы.
2) Информационное описание включает в себя основные понятия предметной области (сущности), словесное пояснение или числовые значения характеристик (атрибутов) используемых объектов, а также описание связей между этими понятиями и характеристиками.
3) Структурное описание относится к морфологии системы, характеризует составные части системы и их межсоединения и может быть представлено структурными схемами, а также различного рода конструкторской документацией.
Конструкторское проектирование - часть проектирования, в которой анализируются и/или определяются геометрические формы и параметры изделия
4) Поведенческое описание характеризует процессы функционирования (алгоритмы) системы и (или) технологические процессы создания системы.
Алгоритмическое проектирование - часть проектирования, в которой определяются алгоритмы функционирования создаваемой системы
технологическое проектирование - часть проектирования, в которой определяются технологические процессы изготовления изделия
Стадии проектирования
стадия проектирования - этап (или совокупность этапов) проектирования, заканчивающийся выпуском промежуточного проекта, по которому требуется принятие определенных согласительных и/или утверждающих решений для продолжения проектирования.
В общем случае выделяют следующие стадии:
- научно-исследовательских работ (НИР),
- эскизного проекта или опытно-конструкторских работ (ОКР),
- технического, рабочего проектов,
- испытаний опытных образцов или опытных партий.
концептуальное проектирование - проектирование на начальных этапах, в процессе которого принимаются принципиальные проектные решения по облику и принципам действия проектируемых устройств и систем.
проектная процедура - часть процесса проектирования, заканчивающаяся получением проектного решения, его оценкой или документальным представлением
проектная операция - часть проектной процедуры, декомпозируемой из соображений удобства изучения или обсуждения результатов проектирования
маршрут проектирования - последовательность проектных процедур при проектировании изделия.
внешнее проектирование - разработка и согласование технического задания.
внутреннее проектирование - проектирование объекта в соответствии с известным техническим заданием.
ТЗ на проектирование объекта содержит следующие данные:
1) Назначение объекта;
2) Условия эксплуатации. Наряду с качественными характеристиками (представленными в вербальной форме) имеются числовые параметры, называемые внешними параметрами, для которых указаны области допустимых значений. Примеры внешних параметров: температура окружающей среды, внешние силы, электрические напряжения, нагрузки и т.п.;
3) Требования к выходным параметрам, т.е. к величинам, характеризующим свойства объекта, интересующие потребителя. Эти требования выражены в виде условий работоспособности: 
, где 
— 
-й выходной параметр, 
— вид отношения; 
— норма -го выходного параметра. В случае, если 
— отношение равенства, нужно задать требуемую точность выполнения равенства.