вход Вход Регистрация



Проектирование технического объекту связано с созданием, преобразованиями и представлением в принятой форме образа этого объекту. Образ объекту или его составных частей может создаваться в воображении человека в результате творческого процесса или генерироваться по некоторым алгоритмам в процессе взаимодействия человека и ЭВМ. В любом случае проектирования начинается при наличии задачи на проектирование, которое отображает нужды общества в получении некоторое технического изделия. Эта задача представляется в виде тех или других документов и есть начальным (первичным) описанием объекту. Результатом проектирования, как правило, служит полный комплект документации, которая содержит достаточные сведения для изготовления объекту в заданных условиях. Эта документация является окончательным описанием объекту.

Проектирование — процесс, который состоит в преобразовании начального описания объекту в окончательное описание на основе выполнения комплекса работ исследовательского, расчетного и конструкторского характера.

Преобразование начального описания в окончательное порождает промежуточные описания, которые являются предметом рассмотрения с целью определения окончания проектирования или выбора путей его продолжение. Такие описания называют проектными решениями.

Проектирование, при которому все или часть проектных решений получают путем взаимодействия человека и ЭВМ, называют автоматизированным, а проектирование, при которому ЭВМ не используется, — неавтоматизированным.

Возможности проектирования сложных объектов обусловленные использованиям ряда принципов, основными с которых есть декомпозиция и иерархичность описаний объектов, многоэтапность и итерационность проектирование, типизация и унификация проектных решений и средств проектирования.

Описания технических объектов должны быть по сложности согласованные с возможностями восприятия человеком и возможностями операции описаниями в процессе их преобразование с помощью имеющихся средств проектирования. Однако выполнить это требование в рамках некоторое единого описания, не разъединивши его на некоторые составные части, удается лишь для простых изделий. Как правило, нужна структуризация описаний и соответствующее расчленение представлений о проектированных объектах на иерархические уровне и аспекты. Это позволяет распределять работы по проектированию сложных объектов между подразделами проектной организации, которая содействует повышению эффективности и производительности работы проектировщиков.

Разделение описаний по степени детализации отображения свойств, и характеристик объекту лежит в основе блоково-иерархического подхода к проектированию и приводит к появления иерархических уровней (уровней абстрагирования) в представлениях о проектированном объекте.

На каждому иерархическому уровне используются свои понятия системы и элементов. На уровне 1 (верхнем уровне) надлежащий проектированию сложный объект S рассматривается как система S с и взаимосвязанных и взаимодействующих элементов Si (рис. 1.5). Каждый из элементов в описании уровня 1 есть также довольно сложным объектом, какой, в свою очередь, рассматривается как система Si на уровне 2. Элементами систем Si есть объекты Sij j=l, 2, ..., mi (mi — количество элементов в описании системы Si). Как правило, выделение элементов Sij происходит по функциональному признаку. Подобное разделение длится вплоть до получения на некотором уровне элементов, описания которых дальнейшему делению не подлежат. Такие элементы по отношению к объекту S называют базовыми элементами.

 

S11SS1m1S21S2m2S2S1Sn

 

Рис 1.5 Иерархические уровне

 

Таким образом, принцип иерархичности означает структуризацию представлений об объектах проектирования по степени детальности описаний, а принцип декомпозиции (блочности) — разбивка представлений каждого уровня на ряд составных частей (блоков) с возможностями раздельного (поблочного) проектирования объектов Si на уровне 1, объектов Sij на уровне 2 и т.д.

В машиностроении базовые элементы представлены деталями. Примерами деталей является винт, шпонка, маслоотбойник, вал, зубчатое колесо. Детали рассматриваются как элементы, которые фигурируют в описаниях низшего иерархического уровня, на котором системами являются сборочные единицы (например, редуктор электромеханического повода, электрододержатель). Иногда базовыми элементами таких систем могут быть не только детали, но и объекты, которые составляются с многих деталей и полученные на данном предприятии как законченные комплектующие изделия (например, подшипники катания, муфты и т.п.). Сборочные единицы являются элементами агрегатов (комплексов) – системы следующего иерархического уровня (например, металлургических агрегатов, гидравлических прессов, двигателей внутреннего сгорания). В некоторых областях техники используются дополнительные высшие иерархические уровне. Так, прокатный стан может быть элементом комплекта — совокупности технологического оборудования в поточной линии, двигатель - элементом в таких сложных системах, как летательный аппарат или автомобиль.

При рассмотрении технологических процессов в машиностроении наиболее общее, но и меньше всего детальное описание представляется принципиальной схемой технологического процесса. На следующему иерархическому уровне описываются маршруты обработки деталей (маршрутная технология) как системы, которые составляются из элементов — технологических операций. Дальнейшее применение принципов иерархичности и блочности приводит к выделению уровней описания операционной технологии и программ, которые управляют, для станков с числовым программным управлением. На уровне описанию программ, которые управляют, технология определена с точностью до элементарных движений рабочих органов программно-управляемого технологического оборудования.

Кроме расчленения описаний по степени подробности отражения свойств объекту, который порождает иерархические уровне, используют декомпозицию описаний, которые по характеру отображаются свойств объекту. Такая декомпозиция приводит к появления ряда аспектов описаний. Наиболее крупными есть функциональный, конструкторский и технологический аспекты. Решение задач, связанных с преобразованием или получением описаний, которые относятся к этим аспектам, называют соответственно функциональным, конструкторским и технологическим проектированиям.

Функциональный аспект связан с отображением основных принципов функционирования, характера физических и информационных процессов, которые протекают в объекте, и находит выражение в принципиальных, функциональных, структурных, кинематических схемах и сопровождающих их документах.

Конструкторский аспект связан с реализацией результатов функционального проектирования, то есть с определением геометрических форм объектов и их взаимным расположением в пространстве.

Технологический аспект относится к реализации результатов конструкторского проектирования, то есть связанный с описанием методов и средств изготовления объектов.

Возможно более дифференцированное описание свойств объекту с выделением в нем ряда подсистем и соответствующего числа аспектов. Например, функциональный аспект можно разделить по физическим основам описываемых явлений на аспекты электрический, механический, гидравлический, химический и т.п. При этом в описаниях электромеханической системы появляются описания электрической и механической подсистем, в описаниях ядерного реактора — описания газодинамической, тепловой, физико-нейтронной подсистем и т.д.

Внутри каждого аспекта возможно свое специфическое выделение иерархических уровней. Так, функциональный аспект описания прокатного оборудования включает отмеченные выше иерархические уровне принципиальных, функциональных и структурных схем. В то же время конструкторскому аспекту описания прокатного оборудования присущий своя иерархия уровней, в которой выделяют уровне типичных элементов.

Составные части процесса проектирования. Проектирование как процесс, который развивается во времени, расчленяется на стадии, этапы, проектные процедуры и операции.

При проектировании сложных систем выделяют стадии передпроектних исследований, технического задания и технического предложения, эскизного, технического, рабочего проектов, испытаний и внедрения.

На стадиях передпроектних исследований, технического задания и технического предложения на основании изучения нужд общества в получении новых изделий, научно-технических достижений в данной и сопредельной областях промышленности, имеющихся ресурсов определяют назначение, основные принципы построения технического объекту и формулируют техническое задание (ТЗ) на его проектирование. Эти стадии называют также стадиями научно-исследовательских работ (НДР).

На стадии эскизного проекта (иначе стадии исследовательско-конструкторских работ — ДКР) проверяется корректность и реализация основных принципов и положений, которые определяют функционирование будущего объекту, и создается его эскизный проект.

На стадии технического проекта выполняется всепостороннее обрабатывание всех частей проекта, конкретизируются и детализируются технические решения.

На стадии рабочего проекта формируется вся необходимая документация для изготовления изделия. Дальше создается и испытывается исследовательский образец или пробная партия изделий, по результатам испытаний вносятся необходимые коррективы в проектную документацию, после чего осуществляется внедрения в производство на выбранном предприятии.

Этап проектирования — часть процесса проектирования, которое включает формирование всех нужных описаний объекту, которые относятся до одному или нескольких иерархических уровней и аспектов. Часто названия этапов совпадают с названиями соответствующих иерархических уровней и аспектов. Так, проектирование технологических процессов расчленяют на этапы разработки принципиальных схем технологического процесса, маршрутной технологии, операционной технологии и получения информации, которая управляет, на машинных носителях для программно-управляемого технологического оборудования.

Составные части этапа проектирования называют проектными процедурами (Рис.1.6). Проектная процедура — часть этапа, выполнение которой заканчивается получением проектного решения. Каждой проектной процедуре отвечает некоторая задача проектирования, которое решается в рамках данной процедуры. Более мелкие составу части процесса проектирования, которые входят в состав проектных процедур, называют проектными операциями. Примерами проектных процедур могут служить: оформление черчения изделия, расчеты параметров редуктора, выбор типичной конструкции для построения электроприводу, а примерами проектных операций — вычеркивание типичного графического изображения ( зубчатого зацепления, рамки черчения и т.п.), решение системы алгебраических уравнений, которые описывают статическое состояние редуктора, расчеты показателей эффективности дежурного варианту построение электроприводу. Таким образом, понятие уровня и аспекта относятся к структуризации представлений о проектированном объекте, а понятие этапа — к структуризации процесса проектирования.

Нисходящее и восходящее проектирование. Если решение задач высоких иерархических уровней передует решению задач низших иерархических уровней, то проектирования называют нисходящим. Если раньше выполняются этапы, связанные с низшими иерархическими уровнями, проектирования называют восходящим.

У каждого с этех двух видов проектирования есть преимущества и недостатки. При нисходящем проектировании система разрабатывается в условиях, когда ее элементы еще не определены и, итак, сведения о них возможности и свойства носят предполагаемый характер. При восходящем проектировании, наоборот, элементы проецируются раньше системы, и, итак, предполагаемый характер имеют требования к элементам. В обеих случаях


 

 

 


 


из-за отсутствия исчерпывающей начальной информации имеют место отклонения от потенциально возможных оптимальных технических результатов. Однако нужно помнить, что подобные отклонения неминуемые при блоково-иерархическом подходе к проектированию и что какой-

или приемлемой альтернативы блоково-иерархическому подходу при проектировании сложных объектов не существует. Поэтому оптимальность результатов блоково-иерархического проектирования нужно рассматривать из позиций технико-экономических показателей, которые включают, в частности, материальные и временные затраты на проектирование.

Поскольку предположение, которые принимаются, могут не оправдаться, часто нужное повторное выполнение проектных процедур предыдущих этапов после выполнения проектных процедур дальнейших этапов. Такие повторения обеспечивают последовательное приближение к оптимальным результатам и обусловливают итерационный характер проектирования. Итак, итерационность нужно относить к важным принципам проектирования сложных объектов.

На практике обычно объединяют восходящее и нисходящее проектирования. Например, восходящее проектирование имеет место на всех тех иерархических уровнях, на которых используются унифицированные элементы. Очевидно, что унифицированные элементы, ориентированные на применение в ряде разных систем определенного класса, разрабатываются раньше, чем та или другая конкретная система из этого класса.

Внешнее и внутреннее проектирование. При нисходящем проектировании формулирования ТЗ на разработку элементов к-го иерархического уровня относится к проектным процедурам этого же уровня. Иначе идет дело с разработкой ТЗ на систему высшего иерархического уровня или на унифицированную систему элементов, предназначенную для многих применений. Здесь разработка ТЗ является самостоятельным этапом проектирования, часто званым внешним проектированием. В отличие от него этапы проектирования объекту по сформулированным ТЗ называют внутренним проектированием.

Основа внешнего проектирования - правильный учет современного состояния техники, возможностей технологии, прогноз их развития на период времени, не меньший жизненного цикла объекту. Вместе с техническими факторами необходимые учет экономических показателей, прогноз стоимости и сроков проектирования и изготовление. На основе изучения состояния и перспектив научно-технического прогресса группа экспертов формулирует первичный вариант ТЗ на систему. Оценку выполнения сформулированного ТЗ и рекомендации по его корректированию получают с помощью проектных процедур внутреннего проектирования.

Итак, на начальных стадиях проектирования сложных систем имеет место итерационный процесс, в котором поочередно выполняются процедуры внешнего и внутреннего проектирования — формулирование ТЗ, его корректирование, оценка выполнения, прогноз материальных и временных затрат на проектирование и изготовление (Рис.1.7).

С целью улучшения технико-экономических показателей объектов, сокращение трудоемкости и сроков проектирования осуществляют типизацию и унификацию проектных решений, методологии и средств проектирования.

Типизация проектных решений целесообразная при них многократном использовании. Для разработки уникальных объектов типичные решения (ТР) используют в ограниченном объеме ( большей или меньшей мерой) при наличии соответствующих возможностей.

Унификация методологии проектирования предполагает выбор и разработку методик, которые обеспечивают достаточно эффективное проектирование объектов соответствующего класса ( группы). Унификация средств проектирования предполагает разработку проектных процедур и операций, которые выполняются непосредственно проектировщиком или с использованием технических и программных средств, для ведения проектирования объектов соответствующего класса ( группы).

Существуют следующие пути повышения эффективности и рационализации процесса проектирования: типизация, оптимизация и автоматизация.

Без достаточно глубокой типизации проектных решений, методологий и средств проектирования рационализация проектирования невозможная из-за больших объемов и сроков разработки, а также ограниченных временных и трудовых ресурсов.

В пределах материалов, которые есть в распоряжении проектировщиков, эффективность проектированных объектов в найбольшей мерей определяется оптимальностью утвержденных решений. Оптимизация предполагает принятие таких решений, которые в найбольшей мерей отвечают требованиям, критерийными, что есть, и удовлетворяют требования, используемые как ограничения.

Типизация и автоматизация не дают существенного эффекта без автоматизации проектных работ, то есть внедрение автоматизированного (автоматического) проектирования, определяемого как проектирования, при которому отдельные преобразования описаний объекту и (или) алгоритма его функционирования или алгоритма процесса, а также представление описаний на разных языках осуществляется взаимодействием ЭВМ ( без участия человека). Автоматизируют процедуры и операции введения и вывод разных данных, поиска, разработки, принятие, оценки, контроля и хранение проектных решений, компоновки, редактирование и вывод (изготовление) проектной документации, информационно-справочного обслуживания. В автоматизированный (частично автоматический) режим выполнения может быть введено до 90% всех проектных работ. Только небольшая часть в основном творческих процессов не может быть автоматизирована. Это поиск и принятия оригинальных решений, принятие решений ( по выбору вариантов, направленности процесса проектирования и т.п.) в ситуациях, которые неформализуются, решение наиболее сложных вопросов по согласованию решений. Но и эти работы могут быть значительно интенсифицированные чем счет автоматизации информационно-справочного обслуживания.

Итак, сложность, трудоемкость, а иногда и невозможность реализации типизации и оптимизации без автоматизации проектных работ, с одной стороны, а также тщетность автоматизации в большинстве случаев без типизации и оптимизации, с другой, обусловили их комплексное применение для повышения эффективности проектирования. Причем самый большой эффект обеспечивает совместное и взаимосвязанное применения методов, принципов и средств типизации, оптимизации и автоматизации проектных работ и решений в единой системе, которая получила название системы автоматизированного проектирования (САПР).

Виды описаний проектированных объектов и классификация их параметров. Окончательное описание проектированного объекту является полным комплектом схемной, конструкторской и технологической документации, оформленной по ЕСКД и предназначенной для использования в процессе изготовления и эксплуатации этого объекту. Также согласно ЕСКД оформляются и некоторые промежуточные проектные решения. Однако для промежуточных решений, предназначенных для использования собственное при проектировании, характерные специфические формы представления, принятые в данной системе проектирования. В частности, описания могут принимать разную языковую форму и находиться в разных устройствах, которые запоминают, САПР. Важное значение в этех описаниях имеют математические модели объектов проектирования, поскольку выполнение проектных процедур при автоматизированном проектировании основано на операции математическими моделями.

Математическая модель (ММ) технического объекту — система математических объектов (чисел, сменных, матриц, множеств и т.п.) и отношений между ними, что отображает некоторые свойства технического объекту. При проектировании используют математические модели, которые отображают свойства объекту, существенные из позиций инженера.

Среди свойств объекту, отражаемых в описаниях на определенном иерархическом уровне, в частности в ММ, различают свойства систем, элементов систем и внешнего среды, в котором должен функционировать объект. Количественное выражение этех свойств осуществляется с помощью величин, званых параметрами.

Случайная статья

3.2.1.2 Пирамидальные дешифраторы

Пирамидальные дешифраторы на n входов имеют x=n-1 ступеней, причем на каждой ступени используются только двухвходовые схемы И (рисунок 3.8). Количество элементов И в i-й ступени составляет...
© 2017
  • Сайт "Литературка"
  • мы собираем различную техническую, образовательную, научную литратуру