Файл: Системы автоматизированного проектирования технологических процессов..pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.02.2024
Просмотров: 208
Скачиваний: 0
2) появляется возможность распределения работ между подразделе
ниями проектной организации; 3) упрощается формализация проектирования.
I уровень
II уровень
Ш уровень
Рис. 1.3. Уровни проектирования
На уровне J сложный объект S рассматривается как система из п взаи мосвязанных компонентов 5,. Каждый компонент в описании уровня И пред ставляет подсистему состоящую из т компонентов, и т.д.
1.5.2. Нисходящее и восходящее проектирование
Проектирование называется нисходящим, если решение задач высоких иерархических уровней предшествует решению задач более низких уровней.
Если раньше выполняются этапы, связанные с низкими иерархически ми уровнями, проектирование называется восходящим.
Укаждого из этих двух видов проектирования имеются преимущества
инедостатки. При нисходящем проектировании система разрабатывается в условиях, когда ее элементы еще не определены и, следовательно, сведения о их возможностях и свойствах носят предположительный характер. При вос ходящем проектировании, наоборот, элементы проектируются раньше систе мы и, следовательно, предположительный характер имеют требования к эле ментам. В обоих случаях из-за отсутствия исчерпывающей исходной инфор мации имеют место отклонения от потенциально возможных оптимальных технических результатов. Однако нужно помнить, что подобные отклонения неизбежны при блочно-иерархическом подходе к проектированию и что ка кой-либо приемлемой альтернативы при проектировании сложных объектов не существует. Поэтому оптимальность результатов блочно-иерархического проектирования следует рассматривать с позиций технико-экономических показателей, включающих в себя, в частности, материальные и временные затраты на проектирование.
Поскольку принимаемые предположения могут не оправдаться, часто требуется повторное выполнение проектных процедур предыдущих этапов после выполнения проектных процедур последующих этапов. Такие повто рения обеспечивают последовательное приближение к оптимальным резуль татам и обусловливают итерационный (лат. iteration - повторение) характер проектирования. Следовательно, итерационность нужно относить к важным принципам проектирования сложных объектов.
На практике обычно сочетают восходящее и нисходящее проектирова ние. Например, восходящее проектирование имеет место на всех уровнях, где используются унифицированные элементы. Очевидно, что унифицированные элементы разрабатываются раньше, чем та или иная система из этого класса.
1.5.3. Аспекты проектирования
Кроме разделения описаний по степени подробности отражения свойств объекта, порождающего иерархические уровни, используют деком позицию описаний по различным аспектам. Наиболее крупными аспектами являются:
-функциональный;
-конструкторский;
-технологический.
Решение задач, связанных с преобразованием или получением описа ний, относящихся к этим аспектам, называют соответственно функциональ ным, конструкторским и технологическим проектированием.
Функциональное проектирование предназначено для отработки струк туры и функциональной схемы объекта при работе в реальной физической среде. Основу этапа функционального проектирования составляют физиче ские модели. Физическая модель определяется:
1)типом протекающих в объекте процессов (электрические, магнит ные, оптические, тепловые);
2)природой среды (электрическая, диэлектрическая, полупроводнико
вая);
3)структурой среды (непрерывная, дискретная, однородная или неод нородная), в которой происходят физические процессы;
4)типом рассматриваемого процесса (статический и динамический). Комбинации рассмотренных реквизитов определяют классификацию
физических моделей. Физическая модель основана на фундаментальных за конах физики. Дальнейшая интерпретация этих моделей на основе инженер ных знаний обеспечивает создание функциональных моделей, описывающих процессы, и необходимых для реализации проектных задач. Результатом функционального проектирования являются принципиальные, функциональ ные, структурные схемы и сопровождающая их документация. Автоматиза ция функционального проектирования осуществляется в рамках автоматизи рованной системы научных исследований (АСНИ) или CAE (Computer Aided Engineering - инженерный анализ с помощью компьютера).
17
1.4. Структура жизненного цикла технической системы
Под жизненным циклом технической системы (ТС) понимается струк тура процесса ее разработки, производства и эксплуатации, охватывающего время от возникновения идеи создания системы до снятия ее с эксплуатации. Жизненный цикл (рис. 1.2), как правило, включает в себя следующие фазы:
I. Формирование требований к системе и разработку технического за-
Рис. 1.2. Жизненный цикл технической системы
И. Проектирование (П).
III. Технологическую подготовку производства.
IV. Изготовление, испытание и доводку опытных образцов ТС. V. Серийное производство.
VI. Эксплуатацию, целевое применение.
Фазу I называют внешним проектированием. Здесь выясняются цели, ради достижения которых создается система, уточняется круг решаемых ею задач, исследуются свойства внешней среды, определяются характеристики ее воздействия на систему.
Фазу II называют внутренним проектированием. Здесь определяются структура системы, технические решения относительно ее компонентов, их конструкция, параметры, режимы эксплуатации и ремонта. Цель внутреннего проектирования состоит в разработке всей необходимой проектно-
PNRPU
конструкторской документации, составляющей рабочий проект системы, ко торый удовлетворяет требованиям внешнего проектирования.
Фаза III - технологическая подготовка производства, в период которой выполняется отработка компонентов системы и системы в целом на техноло гичность, определяются методы изготовления, проектируются технологиче ские процессы, разрабатываются и изготавливаются специальная оснастка и оборудование.
Вфазах I, II и III выполняются научно-исследовательские работы, в фа зах II, III и IV - опытно-конструкторские и технологические работы (ОКР); таким образом, в фазах I - IV проводится весь цикл научноисследовательских, опытно-конструкторских и технологических работ (НИОКР).
Фаза IV завершает разработку системы. Далее идут фазы производства (изготовления) и эксплуатации.
Кроме рассмотренных фаз в жизненный цикл можно включить (как его продолжение) модернизацию (изменение сис'гемы соответственно требова ниям современности) и последующую эксплуатацию.
Вфазе II (внутреннее проектирование), в свою очередь, выделяют сле
дующие стадии проектирования:
1.Предварительное (предэскизное).
2.Эскизное.
3.Техническое.
4.Рабочее.
Названные стадии являются компонентами процесса проектирования с точки зрения системного подхода.
1.5.Разновидности проектирования
1.5.1.Блочно-иерархическая модель проектирования
Системно-компонентный и структурный подходы к объекту проекти рования предполагают расчленение объекта на компоненты и указание их связей.
При блочно-иерархическом подходе к проектированию на высшем уровне иерархии используется наименее детализированное представление, отражающее только общие черты и особенности проектируемого объекта. На следующих уровнях степень подробности рассмотрения возрастает; при этом объект рассматривается не в целом, а по отдельным компонентам.
Совокупность описаний некоторого уровня с постановками задач и ме тодами получения этих описаний называют иерархическим уровнем проек тирования (рис. 1.3).
Представление объекта в виде иерархической структуры имеет сле дующие преимущества:
1) оно легче воспринимается человеком;
15
Этапы конструкторского проектирования обеспечивают конструктор ское оформление всех решений, принимаемых на предыдущих этапах. При проектировании механических конструкций этот этап является центральным и предполагает использование функциональных моделей для проверки от дельных аспектов синтезируемых конструкторских решений. Конструктор ское проектирование автоматизируется с использованием системы автомати зированного проектирования изделий (САПР И). САПР И еше называют САПР конструктора.
Технологическое проектирование обеспечивает формирование техно логического процесса производетва объекта на основе конструкторской до кументации с учетом имеющегося оборудования, инструмента, оснастки и исходных заготовок. Автоматизированное проектирование ТП выполняется с использованием САПР технологических процессов (САПР ТП).
Необходимо отметить, что не всегда возникает необходимость выпол нения всех рассмотренных выше этапов проектных работ. Так, функциональ ное проектирование может иметь самостоятельное значение при синтезе тех нических решений, например в радиоэлектронике. И, как было отмечено, функциональные модели могут быть средствами оценки проектов, выпол няемых на других этапах, например средствами анализа аэродинамических свойств, тепловых режимов, вибрационных нагрузок при синтезе решений на конструкторском этапе.
Обязательными являются этапы конструкторского и технологического проектирования, поскольку на этих этапах формируется объект в конструк тивных элементах исполнения и выпускается комплект конструкторскотехнологической документации, необходимый для производства.
1.5.4. Эвристическое и алгоритмическое проектирование
Эвристические методы (греч. heureka - я нашел) разработаны для сти мулирования творчества проектировщика. В них определяющее значение имеют ассоциативные способности, интуитивное мышление и способы управления мышлением. Эти методы представляют собой упорядоченные в какой-то мере общие правила и рекомендации, помогающие решению твор ческих задач без предварительной оценки результатов. Смысл эвристических методов различен, но ни один из них не следует игнорировать.
Известно более трех десятков подобных методов, из которых наиболее широко применяются следующие; мозговой штурм, метод элементарных во просов, метод аналогий, метод «от целого к частному», наводящие операции. Эти методы использованы при формировании специального фонда эвристи ческих приемов, обеспечивающих преобразование прототипов проектируе мых объектов в искомые по техническому заданию.
Алгоритмические методы относительно формализованы. К этим мето дам относятся логические и математические алгоритмы, которые можно оп ределить как последовательность указаний, касающихся процедур решения задач. Они используют возможность дедукции (умозаключение от общего к
18
частному), стремятся к определению операций и их очередности, а также свя зей между операциями.
Авторы алгоритмических методов проектирования исходят из того, что конструктор всегда вполне осознает свои действия и их причины. Считается, что процесс проектирования может быть объяснен до конца, даже если сами практики и не в состоянии убедительно обосновать каждое из принимаемых ими решений.
Наиболее полно формализованные методы опираются на формальную логику и математическое моделирование. При проектировании эти методы наиболее успешно используются при создании концепций, т.е. области воз можных решений и при оптимизации конструкций технических средств. Ал горитмические методы облегчают применение ЭВМ при проектировании и конструировании.
В настоящее время проектировщики используют матрицы различных типов, графы зависимостей, сетки связей, метод элементарных комбинаций, структурные карты, методы оптимизации, таблицы решений и т.д.
Алгоритмические методы характеризуются следующими особенностя
ми:
-цели, переменные и критерии задаются заранее;
-поиску решения предшествует проведение анализа;
-оценка результатов дается в основном в словесной форме и строится на логике, а не на эксперименте;
-заранее фиксируется стратегия решения.
1.6. Принципы проектирования
Основным свойством современного проектирования мы назвали сис темность. Рассмотренное блочно-иерархическое представление, разделение проектирования по различным аспектам является результатом системно компонентного и структурного подхода. Далее был отмечен итерационный характер проектных процедур с целЬю получения оптимальных проектных решений. Проектирование также характеризуется многократным использова нием типовых проектных решений и процедур. Типовое проектное решение - это существующее проектное решение, многократно используемое при про ектировании. Например, это известные крепежные соединения, подшипники, технологические переходы, режущий и измерительный инструмент.
Проектная процедура (алгоритм нахождения проектных решений) на зывается типовой, если она предназначена для многократного применения при проектировании многих типов объектов. Типовые проектные процедуры делятся на процедуры синтеза и анализа.
Синтез (греч. synthesis - соединение, сочетание, составление) - это создание, составление описания объекта проектирования, анализ (греч. analy sis - разложение, расчленение) - определение свойств и исследование рабо-
тоспособности объекта по его описанию, т.е. при синтезе создаются, а при анализе оцениваются проекты объектов.
Процедуры синтеза делятся на процедуры сгруктурного и параметри ческого синтеза. Целью структурного синтеза является определение структу ры объекта. Параметрический синтез заключается в определении значений параметров компонентов и объекта в целом для составленной структуры.
На рис. 1.4 представлена типичная последовательность проектных про цедур на одном из этапов нисходящего проектирования.
Рис. 1.4. Схема процесса проектирования