Введение
Ранний образец или модель, созданная для проверки концепции или процесса.
Прототип – это ранний образец, модель или версия продукта, созданная для проверки концепции или процесса. Этот термин используется в различных областях, включая семантику, дизайн, электронику и разработку программного обеспечения. Прототипы обычно используются для оценки нового дизайна с целью повышения его точности системными аналитиками и пользователями. Прототипирование позволяет получить спецификации для реальной, функционирующей системы, а не для теоретической. Физическое прототипирование имеет давнюю историю, а бумажное и виртуальное прототипирование в настоящее время широко его дополняют. В некоторых моделях рабочего процесса проектирования создание прототипа (процесс, иногда называемый материализацией) является этапом между формализацией и оценкой идеи. Прототип также может означать типичный пример чего-либо, как, например, в использовании производного слова «прототипный». Это полезный термин для идентификации объектов, поведения и концепций, которые считаются общепринятой нормой и аналогичны таким понятиям, как стереотипы и архетипы. Слово «прототип» происходит от греческого πρωτότυπον (prototypon) – «примитивная форма», нейтрального рода от πρωτότυπος (prototypos) – «оригинальный, первоначальный», образованного от πρῶτος (protos) – «первый» и τύπος (typos) – «отпечаток, впечатление» (первоначально в значении следа от удара, затем – отпечатка штампа; отсюда – «типографский станок»; по аналогии – форма, т.е. статуя, образно – стиль или подобие; модель для подражания или иллюстративный пример – см. «типичный»).
Характеристики и ограничения прототипов
Инженеры и специалисты по прототипированию стремятся понять ограничения прототипов в точном воспроизведении характеристик задуманной конструкции. Важно осознавать, что прототипы по своей сути всегда являются компромиссом по сравнению с окончательным производственным дизайном. Это обусловлено не только квалификацией и выбором разработчиков, но и неизбежными ограничениями прототипа, связанными с "отношением карты и территории". Как карта является упрощенной абстракцией, представляющей гораздо более детализированную реальную местность, или "меню – это представление блюда", но не может передать всех нюансов готового продукта: прототип – это неизбежно неточное и ограниченное приближение к "реальному" конечному продукту. Более того, разработчики прототипов делают как осознанный, так и неосознанный выбор и идут на компромиссы по причинам, варьирующимся от экономии времени и средств до определения "важных" и "незначительных" аспектов, чтобы сосредоточить внимание на проектировании и реализации. Из-за различий в материалах, технологиях и степени детализации конструкции, прототип может оказаться неприемлемым в работе, даже если производственный дизайн был продуман правильно. И наоборот, что может показаться нелогичным: прототип может работать удовлетворительно, в то время как производственный дизайн и конечный результат окажутся неудачными, поскольку материалы и процессы прототипирования могут превосходить их производственные аналоги. В целом, можно ожидать, что стоимость изготовления отдельного прототипа будет значительно выше, чем стоимость серийного производства из-за неэффективности материалов и процессов. Прототипы также используются для доработки конструкции с целью снижения затрат за счет оптимизации и усовершенствования. Прототипное тестирование позволяет снизить риск несоответствия конструкции заданным требованиям, однако полностью исключить риск прототипы, как правило, не могут. Существуют практические ограничения в способности прототипа соответствовать предполагаемой производительности конечного продукта, и часто требуется применение инженерного суждения и внесение корректировок перед переходом к производственному дизайну. Создание полной конструкции часто является дорогостоящим и трудоемким процессом, особенно если его приходится повторять несколько раз – создавать полную конструкцию, выявлять проблемы и способы их решения, а затем создавать новую полную конструкцию. В качестве альтернативы для первоначальных прототипов используются методы быстрого прототипирования или быстрой разработки приложений, которые реализуют лишь часть, но не всю, конструкцию. Это позволяет разработчикам и производителям быстро и недорого тестировать наиболее проблемные части конструкции, решать эти проблемы, а затем создавать полную конструкцию. Эта контринтуитивная идея – что самый быстрый способ создать что-то – это сначала создать что-то другое – разделяется принципами создания строительных лесов и правилом телескопа Томсона.
Инженерные науки
В технологических исследованиях демонстратор технологии – это прототип, служащий подтверждением концепции и демонстрационной моделью новой технологии или будущего продукта, доказывающий её реализуемость и иллюстрирующий возможные области применения. В крупных проектах разработки тестовая платформа – это среда и платформа для разработки прототипов, предназначенные для всестороннего экспериментирования и тестирования новых технологий, компонентов, научных теорий и вычислительных средств. Благодаря недавним достижениям в компьютерном моделировании становится возможным отказаться от создания физического прототипа (за исключением, возможно, значительно уменьшенных масштабов для рекламных целей), вместо этого моделируя все аспекты конечного продукта в виде компьютерной модели. Примером такого подхода является Boeing 787 Dreamliner, где первая полноразмерная физическая реализация осуществляется непосредственно на серийной производственной линии. Компьютерное моделирование широко используется в автомобильном дизайне как для формирования внешнего вида (стиля и аэродинамики транспортного средства), так и для обеспечения функциональности – особенно для повышения безопасности при столкновениях и снижения веса с целью улучшения экономичности.
Механическая и электротехника
Наиболее распространенное значение слова «прототип» — это функциональная, хотя и экспериментальная, версия невоенной машины (например, автомобилей, бытовой техники, потребительской электроники), которую конструкторы хотели бы производить массовым тиражом. Это отличается от макета, который представляет собой нерабочую модель внешнего вида машины, часто изготовленную из недолговечных материалов. Разработчик электроники часто собирает первый прототип на макетной плате, полосном монтаже или перфорированной плате, обычно используя компоненты в DIP-корпусах. Однако все чаще первый функциональный прототип создается на «прототипной печатной плате», практически идентичной производственной печатной плате, поскольку цены на изготовление печатных плат снижаются, и многие компоненты доступны только в SMT-корпусах, оптимизированных для монтажа на печатные платы. В военной промышленности и авиации предпочтительнее использовать термины «экспериментальный образец» и «предсерийные испытания».
Компьютерное программирование и информатика
Прототип программного обеспечения часто называют альфа-версией, что означает, что это первая рабочая версия. Обычно в альфа-версии реализовано лишь несколько функций, и основная цель – создать функциональную базовую кодовую основу, к которой можно будет добавлять новые возможности. Как только в альфа-версию интегрировано большинство необходимых функций, она становится бета-версией для тестирования всего программного обеспечения и настройки программы для корректной работы в ситуациях, не предусмотренных в процессе разработки. Зачастую конечные пользователи не могут предоставить полный набор целей приложения, детальные требования к входным данным, обработке или выходным данным на начальном этапе. После оценки пользователями создается новый прототип на основе полученных отзывов, и цикл снова возвращается к оценке заказчиком. Цикл начинается с выслушивания пользователя, затем создания или доработки макета, предоставления пользователю возможности протестировать его и возврата к предыдущему этапу. Сейчас существует новое поколение инструментов – программное обеспечение для моделирования приложений, которое позволяет быстро моделировать приложения до начала их разработки. Экстремальное программирование использует итеративный дизайн для постепенного добавления одной функции за раз к первоначальному прототипу.
Другие концепции программирования/вычислительной техники
Во многих языках программирования прототип функции — это объявление подпрограммы или функции (и его не следует путать с прототипированием программного обеспечения). Этот термин наиболее характерен для C/C++; другие термины для обозначения этого понятия — сигнатура, тип и интерфейс. В прототипном программировании (форме объектно-ориентированного программирования) новые объекты создаются путем клонирования существующих объектов, называемых прототипами. Этот термин также может относиться к JavaScript-фреймворку Prototype. Кроме того, он может относиться к шаблону проектирования «Прототип». Подходы к непрерывному обучению в организациях и компаниях также могут использовать концепцию бизнес- или процессных прототипов посредством программных моделей. Понятие прототипичности используется для описания степени отклонения веб-сайта от ожидаемой нормы, что приводит к снижению предпочтения пользователя его дизайну.
Моделирование в масштабе
В области масштабного моделирования (включающего моделирование железных дорог, моделирование транспортных средств, авиамоделирование, военное моделирование и т.д.), прототип – это реальный объект или источник, по которому создается масштабная модель, например, реальный локомотив EMD GP38 2, являющийся прототипом для модели локомотива от Athearn (и других производителей). Технически, прототипом для модели может служить любой неодушевленный предмет, включая здания, оборудование и приборы, и так далее, но обычно под прототипом подразумевают полноразмерные объекты реального мира, такие как автомобили (прототип Chevy 1957 года породил множество моделей), военная техника (например, M4 Sherman, популярный среди американских военных моделистов), железнодорожный транспорт, грузовики, мотоциклы и космические корабли (реальные, такие как Apollo/Saturn V или МКС). По состоянию на 2014 год, базовые установки быстрого прототипирования (например, 3D-принтеры) стоили около 2000 долларов, но более крупные и точные установки могли стоить до 500 000 долларов.
Архитектура
В архитектуре прототипирование подразумевает либо создание архитектурных моделей (как форму масштабного моделирования), либо часть эстетических или материальных экспериментов, например, центр прототипирования материалов с открытым исходным кодом Forty Wall House в Австралии. Архитекторы создают прототипы для проверки идей с точки зрения конструкции, эстетики и технических возможностей. Успешность прототипа не является первостепенной задачей: архитектурное прототипирование – это познавательный процесс, в ходе которого архитектор получает новые знания и понимание.
Метрология
В науке и практике метрологии прототип – это созданный человеком объект, используемый в качестве эталона измерения некоторой физической величины, относительно которого калибруются все измерения этой величины. Иногда этот эталонный объект называют артефактом. В Международной системе единиц (СИ) с 20 мая 2019 года прототипы эталонов больше не используются. До этой даты последним использованным прототипом был международный прототип килограмма – твердый цилиндр из платино-иридиевого сплава, хранящийся в Международном бюро мер и весов в Севре, Франция (пригород Парижа), который по определению имел массу ровно в один килограмм. Копии этого прототипа изготавливались и передавались многим странам для представления национального эталона килограмма и периодически сравнивались с парижским прототипом. В настоящее время килограмм переопределен таким образом, что постоянная Планка *h* имеет фиксированное значение, равное 6,62607015.
До 1960 года метр определялся прототипным стержнем из платино-иридиевого сплава с двумя штрихами (расстояние между которыми, по определению, составляло один метр) – международным прототипом метра. В 1983 году метр был переопределен как расстояние, которое свет проходит в вакууме за 1/299 792 458 секунды, что, таким образом, определяет скорость света как 299 792 458 метров в секунду.
Природные науки
Во многих науках, от патологии до таксономии, прототип обозначает заболевание, вид и т.п., являющееся хорошим примером для всей категории. В биологии прототип – это предковая или примитивная форма вида или другой группы, архетип. Например, сенегальский бичир считается прототипом рода Полиптер.