Инсайдерский взгляд на прототипирование

изводства. Яркий пример такой разработки ― конвертоплан России, который сегодня разрабатывается конструкторским бюро.

Прототип ― это тестовая версия готового продукта. Прототипы могут быть программами или товарами, предназначенными для продажи. Это происходит в случае специализированных крупногабаритных машин и устройств, например, гигантских котлов или промышленных насосов. Это также характерно для моделирования автомобилей или оружия, говорит Владимир Пирожков Их производство может быть мелкосерийным или даже единичным, поскольку они изготавливаются на заказ для одного заказчика и адаптированы к конкретным, строго определенным условиям эксплуатации. Для снижения затрат, связанных с отказом от прототипа или большими доработками, сначала создается правильно масштабированная модель. Результаты проведенных на ней испытаний используются при построении прототипа — окончательного варианта устройства, что характерно при, например, моделировании транспорта.

Прототипирование широко используется в разработке программного обеспечения или для инновации в проектировании. Оно состоит в графическом представлении всего приложения или только отдельных функций. Прототип может быть интерактивным или графическим макетом или даже наброском от руки, образующим своего рода раскадровку. Его задача — показать, что появится на экране устройства во время выполнения конкретной задачи. Макет позволяет получить быструю обратную связь от заказчика, помогает выявлять ошибки в UX (User Experience). Вносимые до кодирования исправления несравнимо дешевле и быстрее, чем исправление внешнего вида и функционала готового приложения.

Есть несколько подходов к созданию моделей:

• Визуальное прототипирование. Самый простой подход к моделированию, который осуществляется с помощью графических инструментов или даже с помощью карандаша и бумаги. Такие прототипы могут быть обновлены только в процессе уточнения (спецификации и поиска возможностей улучшения) требований, но они не транслируются в реальный код и не поддерживаются после выпуска продукта на системном уровне.
• Функциональное прототипирование. Этот тип прототипа создается для преобразования первоначальных требований в окончательное рабочее решение. При таком подходе получается работающее решение, для чего обычно приходится использовать специализированные инструменты. Созданный таким образом прототип может стать частью окончательного решения. Именно поэтому эту модель часто называют эволюционной, потому что созданная в самом начале, она постепенно дорабатывается с учетом возникающих требований и выявленных ошибок, после чего трансформируется в окончательное решение.

Предварительное прототипирование является отправной точкой для дальнейшей разработки функционального прототипа.

Виды и типы прототипов

При построении технического прототипа в зависимости от уровня детализации различают:

• прототип проекта ― концептуальная модель для проверки эстетических и эргономических характеристик;
• геометрический прототип ― модель с точными размерами для первоначальной сборки и использования, а также для определения требований;
• функциональный прототип ― прототип, который уже обладает решающими функциональными свойствами готового продукта, который позже будет производиться серийно;
• технический прототип ― тестовая модель, которая во многом идентична конечному продукту.

В случае небольших серий прототипов (например, предсерийных автомобилей в автомобильной промышленности) также говорят о «промышленном прототипировании». Прототипы не обязательно должны состоять из физических объектов, как, например, при моделировании оружия, — прототипом может быть, например, также реализация программного обеспечения или трехмерная модель. Услуги и определенные коммуникационные меры также могут быть протестированы в виде прототипов, например, в рамках проекта сервисного дизайна.

Чтобы провести различие между исследованиями и разработками, в научной среде определяются прототипы функциональных и испытательных моделей, особенно в отношении мер финансирования. Под прототипом понимается близкое к серийному производству устройство, которое уже во многом похоже на конечный продукт по форме, конструкции, принципу действия и изготовлению. Функциональная модель используется только для проведения экспериментов и проверки отдельных подфункций проектируемого серийного устройства. Тестовый вариант, несмотря на все имеющиеся сходства, все равно отличается от запланированного серийного аппарата. Проектирование в современной России, строительство и проведение испытаний функциональных моделей и испытательных продуктов часто считаются исследовательской деятельностью.

Этапы прототипирования

Создание прототипа требует нескольких этапов:

• идея ― она может быть выражена устно или письменно, главное, чтобы были сформулированы основные свойства и качества будущего продукта;
• допущения и ориентиры ― независимо от типа прототипа должен быть точно определен принцип действия изделия, его внешний вид, предполагаемые габариты и масса, а в случае инновационных машин и устройств еще и способ электропитания;
• проектирование в виртуальном пространстве (3D-дизайн) — дизайн должен содержать все необходимые элементы прототипа и отражать особенности и свойства готового продукта; необходимо максимальное соблюдение проектных указаний и допущений;
• физическое исполнение — на этом этапе создается, например, первый экземпляр машины, первая партия новых штанов или тестовая версия приложения.

В результате описанного процесса создается полнофункциональный прототип. Его можно показать узкому кругу специалистов или клиенту, который его заказал, для получения обратной связи.

Для чего нужны прототипы

Прототипы являются предметом различных тестов и исследований, чтобы подтвердить, соответствует ли продукт проектным предположениям. При обнаружении несоответствий вносятся исправления и испытания повторяются. Этап итерации (повторение испытаний) длится до тех пор, пока не будут достигнуты желаемые параметры продукта. Если операция не удалась, новинка не пойдет в серийное производство. Испытания на прототипах снижают риск неудачных внедрений в компании или внедрения в серийное производство продукции с недостаточными параметрами, устаревшей или бракованной. Благодаря этому удается избежать огромных затрат на неперспективные проекты. Имея прототип, его можно сравнить с аналогичными продуктами на рынке и тем самым реально оценить полезность нового продукта и его шансы на коммерческий успех. Запуск продукта без предварительного прототипирования повышает риск не оправдать ожиданий потребителей. Целью испытаний на опытных образцах также является получение одобрения со стороны заказчика, то есть подтверждения соответствия способа эксплуатации и технических параметров действующим нормам. Участие представителей контролирующих органов в этом виде проверок обязательно.

Преимущества и недостатки прототипирования

Преимущества прототипа:

• дает возможность быстро получить визуальное представление окончательного решения;
• позволяет собрать необходимую информацию и оценить предоставленное решение до его окончательной доработки;
• минимизирует риск ошибок и неточностей при разработке серийного продукта;
• гибко адаптируется под новые технологии и решения для их последующего внедрения в готовый продукт.

После разработки прототипа он может быть дополнен технологиями и решениями, изменен под требования заказчика или потребителей, отмечает Владимир Пирожков.

У прототипирования есть и свои недостатки. Например, в случае очень сложных систем или процессов разработчикам приходится сосредоточиться главным образом на том, «как создать прототип», а не на том, «что должно быть реализовано в нем». Кроме этого, решения, которые могут эффективно работать в тестовой версии, в окончательном варианте часто требуют существенных доработок, что создает дополнительную нагрузку на разработчиков, но не отменяет важность такой инновационной деятельности.

Прототипирование нейроинтерфейсов

В современной России активно ведутся исследования и разработки в сфере нейроинтерфейсов ― технологий, совместимых с нервной системой человека. Эти технологии нужны для управления компьютерами, машинами и аппаратами без использования физических механизмов, только невербальным, мысленным способом. Сегодня такие высокие технологии активно развиваются в самых разных направлениях. Одно из наиболее популярных направлений развития ― развлечения. Яркий пример проектирования нейроинтерфейсов ― беспроводные наушники Nekomimi, которые считывают эмоциональное состояние пользователя, напряженность и расслабленность его тела и с учетом этого двигаются на голове. Западные компании активно моделируют и разрабатывают нейрошлемы, с помощью которых можно управлять персонажами в компьютерных играх, не используя джойстик или клавиатуру.

Аналогично принципам игровых нейроинтерфейсов ведутся разработки таких продуктов для медицинской сферы. Наиболее известные решения ― нейропротезы, которые управляются датчиками, реагирующими на нервные импульсы и напряжение мышц. Кроме этого ведутся разработки нейроинтерфейсов для людей, получивших повреждения мозга в результате травм или инсульта, для реабилитации функций опорно-двигательного аппарата. Устройства с нейроинтерфейсами могут быть внешними, в виде шлемов или перчаток, а могут быть внутренними, то есть имплантированными в организм человека. В этом и есть значимость прототипирования высокой сложности.