Теория технических систем (стр. 8 )

Разбиение задачи проектирования на части и разработка стратегии проектирования

1. Выбор инструмента для обработки.

2. Группирование инструментов или проектирование инструментальных узлов.

3. Проектирование силовых узлов. 4. Проектирование агрегатного станка.

5. Разработка структуры автоматической линии.

Перед выбором инструмента для обработки необходимо естественно подробно разработать технологический процесс.

Стратегия проектирования задается проектировщиком исходя из производственной обстановки

(линейная, циклическая, разветвленная, адаптивная и т. д.)

Пр –приспособления ориентирующие заготовку

Ст – станина

СилУ – силовые узлы

ИУ – инструментальный узел

П – передачи

Стл – силовой стол

И – инструмент

Ш – шпиндель

К – корпус

 

Рисунок 4.2 – Многоуровневая структура строения автоматической линии.

4.1.2 Нерасчленимые задачи проектирования

Некоторые задачи проектирования вообще не поддаются расчленению без ущерба рабочих характеристик, стоимости, массы, внешнего вида и других показателей, что требует компромиссных решений для сбалансирования различных деталей друг с другом.

Обычно в таких случаях на какого-то опытного работника-руководителя проекта возлагается полная ответственность за все существующие решения, будь то общая схема изделия или тонкие, но важные особенности конструкции деталей.

Во всех таких случаях руководитель проекта на основе имеющегося у него опыта решения аналогичных задач сначала решает основные частные задачи, а затем определяет общую схему изделия и распределяет остальную работу между своими помощниками. Ясно, что здесь используются методы «черного ящика».

Принцип иерархичности означает структурирование представлений об объектах проектирования по степени детальности описаний, а принцип декомпозиции (блочности) – разбиение представлений каждого уровня на ряд составных частей (блоков) с возможностями раздельного (поблочного) проектирования объектов на уровне 1, объектов на уровне 2.

4.2 Составные части процесса проектирования

Проектирование как процесс, развивающийся во времени, расчленяется на стадии, этапы, проектные процедуры и операции.

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

4.2.1 Основные этапы проектирования

Общеизвестно, что проектирование – это один из наиболее сложных видов интеллектуальной работы, выполняемой человеком, а в большинстве случаев творческим коллективом.

Методика проектирования – это не формула и даже не инструкция, а последовательность событий, составляющих процесс проектирования, в рамках которого возможно логическое развитие конструкции.

Основные этапы проектирования представим в виде блок-схемы

Рисунок 4.3 – Основные этапы проектирования

1. Определение потребностей – столкновение инженера с ситуацией, которая раздражает и волнует, в результате чего у него возникает потребность в изменении существующего положения;

2. Определение цели – формулировка в общих выражениях характеристик проектируемого объекта;

3. Научные исследования – сбор всей доступной информации для решения задач, вытекающих из поставленной цели;

4. Формулировка задания – перечень данных и параметров, обеспечивающих достижение поставленных целей;

5. Формулировка идей – процесс рождения новых идей;

6. Выработка концепции – выработка вариантов возможных решений для достижения поставленной цели;

7. Анализ – проверка выбранных концепций на соответствие физическим законам;

8. Эксперимент – создание опытного образца и лабораторные испытания;

9. Решение – описание проектируемого объекта (рабочие чертежи, техусловия);

10. Производство – определение объёма производства и потребности в производственном оборудовании, разработка технологии, календарное планирование, контроль;

11. Распределение продукции – установление цен, реклама, нахождение рынков сбыта, обеспечение прибыли;

12. Потребление – контакты с потребителем, ремонт, обслуживание.

4.2.2 Нисходящее и восходящее проектирование

Если решение задач высоких иерархических уровней предшествует решению задач наиболее низких иерархических уровней, то проектирование называют нисходящим. Если раньше выполняются этапы, связанные с низшими иерархическими уровнями, проектирование называют восходящим.

У каждого из этих двух видов проектирования имеются преимущества и недостатки.

При нисходящем проектировании система разбрасывается в условиях, когда её элементы ещё не определены и, следовательно, сведения об их возможностях и свойствах носят предположительный характер. При восходящем проектировании, наоборот, элементы проектируются раньше системы, и, следовательно, предположительный характер имеют требования к системе. В обоих случаях из-за отсутствия исчерпывающей исходной информации имеют место отклонения от потенциально возможных оптимальных технических результатов. Однако нужно помнить, что подобные отклонения неизбежны (при блочно-иерархическом подходе к проектированию) и что какой-либо приемлемой альтернативы блочно-иерархическому подходу при проектировании сложных объектов не существует.

Поскольку принимаемые предположения могут не оправдаться, часто требуется повторное выполнение проектных процедур предыдущих этапов после выполнения проектных процедур последующих этапов. Такие повторения обеспечивают последовательное приближение к оптимальным результатам и обуславливают итерационный характер проектирования. Следовательно, итерационность нужно относить к важным принципам проектирования сложных объектов.

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

4.2.3 Внешнее и внутреннее проектирование

При нисходящем проектировании формулировка ТЗ на разработку элементов i-го иерархического уровня относится к проектным процедурам этого же уровня. Иначе обстоит дело с разработкой ТЗ на систему высшего иерархического уровня, которое называется внешним проектированием. В отличие от него этапы проектирования объекта по сформулированным ТЗ на разработку i-го иерархического уровня называют внутренним проектированием.

Основа внешнего проектирования – правильный учёт современного состояния техники, возможностей технологии, прогноз их развития на период времени, не меньший жизненного цикла объекта. Наряду с техническими факторами необходимы учёт экономических показателей, прогноз стоимости и сроков проектирования и изготовления. На основе изучения состояния и перспектив научно-технического прогресса группа экспертов формулирует первоначальный вариант ТЗ на систему. Оценку выполнимости сформулированного ТЗ и рекомендации по его корректировке 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 – формулировка ТЗ, его корректировка, оценка выносливости, прогноз материальных и временных затрат на проектирование и изготовление.

4.2.4 Аспекты описаний проектируемых объектов

Кроме расчленения описаний по степени подробности отражения свойств объекта, порождающего иерархические уровни, используют декомпозицию описаний по характеру отображаемых свойств объекта. Такая декомпозиция приводит к появлению ряда аспектов описаний. Наиболее крупными являются функциональный, конструкторский и технологический аспекты. Решение задач, связанных с преобразованием или получением описаний, относящихся к этим аспектам, называют соответственно функциональным, конструкторским и технологическим проектированием.

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

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