1.2. Цели и задачи проектирования технических систем

Проектирование технических систем - комплекс работ по изысканиям, исследованиям, расчетам и конструированию, имеющих целью получение в принятой форме всех необходимых исходных данных для создания новых изделий или реализации новых процессов, удовлетворяющих заданным требованиям [1].

Проектирование выполняется в соответствии с техническим заданием, в котором указываются назначение и условия работы устройства (или системы), а также выполняется им функции. Здесь же могут быть оговорены основные технические и эксплуатационные характеристики и параметры устройства. Его элементная база, надежность, точность, масса, потребляемая мощность и т.д. Условия работы определяются характеристиками среды, в которой должно работать устройство, при этом указываются диапазон температур окружающей среды, данные о вибрациях, перегрузках, влажности и прочих воздействиях.

Исходя из соображений экономической эффективности, в техническом здании могут быть наложены ограничения на стоимость проектируемого устройства и величину эксплуатационных расходов [2].

Итак, процесс проектирования сложных устройств (систем) можно рассматривать как задачу синтеза, в которой на определенной технологической базе требуется построить объект, реализующий заданный класс функций при выполнении заданных ограничений на параметры и качество функционирования объекта. Результатом проектирования будет являться комплект технической документации, на основании которой производятся изготовление, наладка и испытание опытных образцов изделия, а затем, после корректировки документации по результатам испытаний, техническая подготовка серийного или массового производства изделия и его эксплуатация [2].

Лекция 2.

1.3. Уровни и этапы проектирования

1.3.1. Уровни проектирования

Дадим некоторые понятия «система», «функция системы» и «структура системы».

Система – это совокупность элементов, объединенных в одно целое для достижения определённой цели.

Функция системы – это правило получения результатов, определяемых назначением системы. Обычно функции сложных систем стремятся описать в математической форме ввиду её компактности и чёткости.

Структура системы – это фиксированная совокупность элементов и связей между ними. Структура отображает, как устроена система, из каких частей она состоит и как эти части связаны друг с другом, часто это бывает схема.

В процессе проектирования сложной системы формируются определённые представления о системе, отражающие её существенные свойства, с той или иной степенью подробности. В этих представлениях можно выделить составные части – уровни проектирования. В один уровень, как правило, включаются представления, имеющие общую физическую основу и допускающие для своего описания использование одного и того же математического аппарата.

Уровни проектирования можно выделять по степени подробности, с какой отражаются свойства проектируемого объекта. Тогда их называют горизонтальными (иерархическими) уровнями проектирования.

Выделение горизонтальных уровней лежит в основе блочно-иерархического подхода к проектированию. Горизонтальным уровням свойственно следующее:

• при переходе с некоторого уровня К1, на котором рассматривается система S, на соседний, более низкий уровень К2, происходит разделение системы S на блоки Sj и рассмотрение вместо S её отдельных блоков Sj;

• рассмотрение каждого из блоков Sj на уровне К2 с большей степенью детализации, чем на уровне К1;

• использование своих понятий системы и элемента на каждом иерархическом уровне: если на уровне К1 элементами проектируемой системы S считались блоки Sj, то на соседнем, низшем уровне К2 те же блоки Sj рассматриваются уже как системы.

Рис. 1. Уровни и этапы процесса проектирования

Уровни проектирования можно выделять так же по характеру учитываемых свойств объекта. Тогда их называют вертикальными уровнями проектирования. При проектировании изделий электронной техники основными вертикальными уровнями являются функциональное (схемное), конструкторское и технологическое проектирование.

Функциональное проектирование связано с разработкой структурных, функциональных и принципиальных схем. В случае радиоэлектронной аппаратуры при функциональном проектировании определяются основные особенности структуры, принципы функционирования, важнейшие параметры и характеристики создаваемых объектов.

Алгоритмическое проектирование связанно с разработкой алгоритмов функционирования компьютера в вычислительных системах, с созданием их общего математического обеспечения.

Конструкторское проектирование включает в себя вопросы конструкторской реализации результата функционального проектирования, т.е. вопросы выбора форм и материалов оригинальных деталей, выбор типоразмеров унифицированных деталей, пространственного расположения составных частей, обеспечивающего заданные взаимодействия между ними.

Технологическое проектирование охватывает вопросы реализации результатов конструкторского проектирования, т.е. вопросы создания технологических процессов изготовления изделий.