
- •Условные обозначения
- •1.Анализ объектов проектирования как систем
- •1.1 Общие понятия и принципы представления информации о системах
- •1.2 Системный подход к декомпозиции и разработке классификаций объектов проектирования
- •1.3 Графическое представление иерархической структуры системы
- •1.3.1 Графы и деревья. Основные понятия, формализация информации в виде матриц смежности и инцидентности.
- •1.3.2 Особенности выделения уровней иерархии
- •1.4 Использование и - или - деревьев для обобщения информации о группах объектов
- •1.5 Возможности автоматизации решения задач классификации и представления структуры систем
- •2 Модели проектирования сложных технических систем
- •Процедурная модель проектирования
- •Эволюция системы – совмещает традиционные этапы: составление программ, их тестирование и интеграцию (комплексирование): Происходит последовательная разработка ряда прототипов.
- •2 Принципы организации информации о системе для эффективной обработки на эвм
- •2.1 Анализ современных средств структурного анализа систем и их применение
- •2.2 Диаграммы потоков данных
- •2.2.1 Контекстная диаграмма и детализация процессов
- •Обслужить 0
- •Компьютер банка
- •Детализация процесса Обслужить с использованием dfd первого уровня
- •2.2.2 Декомпозиция данных и расширение обозначений потоков данных для dfd
- •2.2.3 Расширение обозначений реального времени потоков данных для dfd (управляющие процессы)
- •2.2.4 Словарь данных и спецификация процессов
- •3.6.1 Содержимое словаря данных
- •2.3 Спецификация управления. Диаграммы переходов состояний std
- •5 Sadt - технология анализа и проектирования
- •5.1 Активностная (функциональная) модель проектируемой системы
- •5.2 Отношения между активностями системы
- •5.3 Примеры применения sadт технологи
- •7 Средства проектирования физической модели системы
- •2.4.1 Структурные карты Константайна
- •2.4.2 Структурные карты Джексона
- •2.6 Общие принципы представления информации о системах
- •2.7 Информационное взаимодействие классов при различных видах наследования
- •Астатические системы
- •Принципы комбинированного управления
- •Системы с неполной начальной информацией (кибернетические)
- •Самонастраивающиеся системы (снс)
- •Виды систем автоматического управления
- •Развитие управления процессами. Уровни автоматизации
- •Обработка данных и слежение за ними
- •Оптимальный уровень автоматизации
- •Сетевое планирование и управление
- •Автоматизированное проектирование сложных объектов и систем Курс лекций
Сетевое планирование и управление
Понятие сетевого графика. Составление перечня работ
Сетевые методы применяют для рационального планирования крупных разработок, включающих в себя выполнение целого комплекса взаимосвязанных работ: сооружение строительных объектов, разработка новых систем и изделий, сборка сложных объектов: станков, самолётов, судов и т.д.
Суть метода в наглядном представлении последовательности работ в виде ориентированного графа (сети) и выполнении последующих расчётов.
Сетевые методы основаны на наглядном представлении выполняемого комплекса работ в виде ориентированного графа (сети). Граф должен быть конечным, не содержащим циклов (контуров). Вершины изображают события, означающие окончание выполнения операции, например, проектирование закончено, фундамент построен, бетон залит, сборка завершена и т.д. Дуги (рёбра) графа – изображают отдельные этапы общей программы – работы: разработка задания на проектирование, оформление заказа на фундаментную плиту и т.д.
Выделяют два события: начальное и конечное
Понятие работа может использоваться в смыслах: просто работа, требующая затрат ресурсов, ожидание, занимающее только время (без материальных ресурсов); фиктивная работа, не требующая затрат времени и ресурсов, но указывающая на невозможность некоторых работ до наступления определённого события.
Последовательность
дуг в графе определяет порядок выполнения
работ. Событие считается наступившим,
если завершены все работы, входящее в
этот узел сети.
Пример сетевого графика изготовления
изделия приведен на рис.
0
t Директивный
срок
Рисунок - Пример сетевого графика изготовления изделия
Наглядное представление о порядке выполнения работ даёт возможность рационально распорядиться имеющимися трудовыми и материальными ресурсами.
I шаг – составление перечня работ экспертами. Каждая работа требует затрат времени, имеет начало и конец. Для контроля перечень работ согласовывается с исполнителями.
II шаг – определение ограниченных условий: длительность, средства и т. д.
Таблица
Виды работы |
Длительность, месяцев |
Средства, тыс. грн. |
Интенсивность, чел./месяц |
Непосредственно предшествующие работы |
A |
1 |
2 |
8 |
- |
B |
4 |
13 |
13 |
A, B, C |
C |
1 |
5 |
20 |
- |
D |
1 |
5 |
20 |
- |
E |
2 |
2 |
4 |
- |
F |
3 |
12 |
16 |
D, E |
G |
4 |
5 |
5 |
F |
H |
1 |
1 |
4 |
C |
I |
5 |
4 |
3 |
B, G, N |
K |
2 |
1 |
2 |
C |
N |
- |
- |
- |
- |
Ранжирование работ
Более важным работам, которым надо уделить особое внимание, приписывается вес. Наиболее важным работам подписываются большие веса, потом работы располагаются в порядке уменьшения веса.
Вес можно назначить по-разному. Например, конечным работам, за которыми ничего не следует, присваивается относительный вес по их важности. Если они равны по важности, то, например, их вес равен 1.Для остальных вес – это их относительный вес плюс веса всех непосредственно следующих за ней работ.
Ранжирование (упорядочение) работ – это определение их веса. Ранжирование можно сделать и после построения сети.
Таблица
Работы и ограничения |
Вес работы |
Работы можно представить в порядке убывания веса |
AВ, N |
2+2+2=6 |
A C L В М AC, BC LK, M Объединение работ Расчленение работ |
|
1+1=2 |
|
|
3+2+4+1=10 |
|
DB, F,N |
3+2+5+2=12 |
|
EF |
1+5=6 |
|
GI |
1+1=1 |
После построения сети проводится её анализ (хотя его можно сделать и по таблице), что более наглядно.
После построения сети делают её анализ (возможно по таблице).
Коршунов Ю.М. «Математические основы кибернетики»
Показателями для анализа сетевой модели являются величины: самый ранний срок наступления события ti, самый поздний срок наступления события ti.
Резерв времени наступления данного события
Наступление события – момент, когда завершены все работы, входящие в i – й узел. Если путей до i несколько, то ti, будет определяться путём наибольшей длины. Определяют значение ti, сначала пути. Наиболее ранний срок будет равен максимальной сумме времени на предшествующие работы.
Если путей, входящих в узел, несколько, то наступление событий происходит после выполнения всех работ по проектированию. Поэтому выделяют самый длинный путь и по нему определяют ti (c начала сети)
.
Наиболее поздний срок определяют как максимальную сумму времён по всем последующим путям до последнего события
П
ример
Рисунок
На
критическом пути
Критический путь
1
1
2 3 1 10 2 2
10 1
К событию 6 ведет два пути
t6 = 1+16+1 = 18; t6 =2+3+1+10=16
t6 =10+1+11
Принимаем t6 =18 дней. t6' = ,
Резерв t6= 18 –18 = 0 дней. Для событий, лежащих на критическом пути резерв времени равен 0
Наиболее поздний срок ti. Определяют как max сумму времени по всем последующим путям до последнего события (считают от последнего события назад).
Событие 7: t7'= t9 – (9, 8, 7)=22-(2+1)=19
Резерв t7 = t9-19-10=9 дней
t7=10
До сих пор
Планирование операций (корректировка распределения ресурсов)
Если начинать все работы в наиболее ранние сроки, то распределение ресурсов по месяцам будет очень неравномерным.
N,
чел.
T
Рисунок
Распределение можно изменить, сместив начало некоторых работ, имеющих значительные резервы времени в пределах ti - ti. Задача распределения ресурсов позволяет найти (сместить) начальные точки некоторых работ, которые имеют значительные резервы времени таким образом, чтобы распределение работ стало равномерным по различным путям.
В ряде случаев можно для сокращения критического пути увеличить количество людей (или других ресурсов), выполняющих работы, чтобы снизить время выполнения работ. Людей можно перераспределять между некритическими и критическими работами, (чтобы все пути стали критическими). То есть задача – распределить ресурсы, чтобы каждый путь стал критическим.
Второе решение – добавить необходимые ресурсы, чтобы сократить время. При этом ставится задача оценки (экономической) и оптимизации вложений или привлечения ресурсов. Можно найти оптимальные вложения дополнительных ресурсов в работы, чтобы общая сумма вложений была минимальной.
При этом должно соблюдаться условие, что ни одна работа не заканчивается позже директивного срока. Распределение исполнителей должно быть также близким к оптимальному.
Для упрощения считают, что время работы пропорционально (линейно зависит) количеству ресурсов Х, рассматривают только критический путь и т.д.
Комбинаторные задачи на составление расписания
Понятие о комбинаторных задачях
Пусть имеется два станка: токарный Ти фрезерный Фи n деталей, каждая из которых должна быть последовательно обработана на этих станках. Требуется определить, в какой последовательности нужно обработать эти детали.
Задача с ограничениями а на последовательности операций (сначала Т потом Ф) и ограничений на ресурсы – только по 1 станку.
Начать обработку можно с любой из n деталей, потом с любой из n-1 деталей и т.д. Общее число вариантов n(n-1)(n-2)…1=n!.
От
выбора варианта зависят времена простоев
возле каждого станка (время обработки
для каждой детали и
).
Необходимо выбрать вариант, для которого время простоев min, т.е. время обслуживания – min.
Сложность
связана с большим количеством вариантов.
Граф: детали – узлы, дуги 1
или
.
Примеры задач: задача коммивояжера и др. транспортные задачи объезда ряда пунктов. Гамильтонова задача – пройти по рёбрам додекаэдра, содержащего 12 пятиугольных граней, 20 вершин, не заходя в вершину дважды – гамильтонов цикл, контур (замкнутые).
Методы решения задач: Метод Монте-Карло, метод ветвей и границ и др.
Метод Монте-Карло. Из вершины 1 случайным образом получают вершины от 2 до n – образующие гамильтонов контур. Процедуру повторяют многократно и выбирают лучший вариант.
Функционально (инженерно) стоимостной анализ (ФСА, ИСА)
Сущность функционального подхода при выполнении экономического анализа технических решений
Сложность непосредственной экономической оценки конструктивной реализации объекта состоит в необходимости учета целого ряда вопросов, связанных с технологией изготовления, сборки и эксплуатацией объекта. Иерархические деревья для различных аспектов изучения характеризуют объект с различных сторон, обеспечивая декомпозицию его рассмотрения. Поэтому представляется целесообразным следующий алгоритм, предусматривающий декомпозицию оценки: осуществляется сначала экономическая оценка технологического и других аспектов изготовления и функционирования объекта, а затем оцениваются экономические затраты для конструктивных вариантов. Каждый аспект рассмотрения находится, как правило, в пределах одной специальности, что удобно для работы экспертов.
Технические решения, возникающие на стадиях разработки и подготовки производства, характеризуются многовариантностью и многокритериальностью отбора из множества альтернатив, поэтому качество будущего изделия во многом определяется методами анализа и выбора лучших из них.
Существуют ГОСТы 14.202- и ГОСТ 14.204, отражающие возможности и направления повышения технологичности, способствуют упорядочению отработки изделий на технологичность.
Сущность ФСА заключается в экономическом анализе технических решений. Любое техническое решение многовариантно и может быть представлено на дереве «И-ИЛИ».
Конструктивные решения нужно оценивать. Разработка универсального показателя оценки уровня технологичности вряд ли возможна и целесообразна.
Для выбора вариантов используют ряд методов проектного анализа, способствующих созданию изделий, оптимальных по конструктивно-технологическим и экономическим параметрам. (целевой метод). То есть оценивается соответствие решения поставленной цели.
Экономический подход создаёт общую основу для оценки предлагаемой конструкции, усовершенствования, технологических вариантов изготовления деталей. Экономические критерии качества наиболее общие и дают интегральную оценку решения.
Технико-эксплуатационные (группа) параметры изделий и экономические показатели чаще всего выступают в противоречие друг с другом. Попытки улучшить качество изделий влечёт резкое увеличение себестоимости, а следовательно ухудшение экономических характеристик.
Отсутствие единой методики проработки изделия на экономичность при обеспечении заданного качества приводит к бессистемности. Необходим сквозной экономический анализ, экономическая проработка (ЭП) изделия:
комплекс действий по выработке технико-экономических решений, принимаемых на этапах исследования, конструкторской, технологической и организационной подготовки производства.
РСА представляет общий технико-экономический подход для оценки качества решений и выбора наиболее экономных.
Для выполнения ЭП принимается ФСА. Он направлен на снижение затрат производства и основан на изыскании наиболее экономичных вариантов конструкции при условии полного обеспечения заданных функций.
Первые попытки анализа – Ю.М. Соболев в конце 40-х годов, Майло Л "Дженерал Электрик".
Сущность ФСА – применение функционального подхода: нахождение более экономичных способов осуществления всех функций изделий.
При этом объект совершенствуется не в своей реальной конструктивной форме, а как комплекс функций, которые он выполняет.
Метод ФСА применяют для решения задач:
проверка обоснованности технических требований, закладываемых в технических заданиях
проектирование новых изделий, этапы НИР, ОКР и техн. подготовки производства (объект не только оборудован, но и технологическая оснастка);
оптимальное проектирование в системе автоматизированной разработки и подготовки производства;
отработка изделий на технологичность;
анализ трудовых процессов и нахождение рационального построения операций;
организация производственных процессов;
решение управленческих проблем (разработка организационных структур);
Направленность процедур ФСА: выявление структуры затрат, определение минимальных затрат для выполнения заданных функций и причин появления излишних затрат (несовершенство конструкций). Отсюда задача: выделение и формировка функций, разделение их на группы. При ФСА выделяют следующие функции:
Внешние – это функции между объектом и средой применения.
Внутренние – это взаимосвязи внутри объекта.
Внешние функции делят на:
Главные функции – отражает назначение объекта проектирования.
Второстепенные дополняют и поддерживают главные.
Внутренние функции делятся на:
основные для них создают изделие;
вспомогательные обеспечивают выполнение основных.
Рисунок
Для ручки:
Главная функция – писать.
Второстепенная – дизайн, удобство, с термометром, с запахом, прищепка.
Основная функция – подача стержня, наличие механизма фиксации.
Вспомогательная функция – удержание чернил.
Принципы и этапы проведения ФСА, их характеристика
Рассмотрим их примерно к ЭП.
Принцип иерархичности – проведение ЭП изделия по уровням: система, подсистема, сборочная единица, детали.
Принцип оптимальной детализации: дополняет принцип 1 – целесообразно выделять элементы, которые имеют самостоятельное конструктивное использование.
Принцип последовательности – поэтапное выполнение ЭП по каждому уровню иерархии, например, обоснование параметров изделия, функционального решения вариантов конструкции, варианта технологического процесса.
Принцип приоритетности – предпочтение отдаётся объекту, который имеет наибольшую перспективность, обеспечивает наилучшие параметры из числа возможных с минимумом затрат.
В процессе ЭП используется различные методы, обеспечивающие качественное выполнение этапов.
Этапы ФСА
Информационный – сбор всей информации по изделию. Выделение и формирование функций изделий, его сборочных единиц и деталей. Информационный – сбор всей возможной информации по изделию, выделение, ранжирование функций, декомпозиция изделия.
Аналитический – анализ функций изделий, его сборочных единиц и деталей, анализ затрат производства.
Творческий – поиск возможных альтернативных вариантов осуществления функций, новых конструктивных решений.
Исследовательский – всестороннее обсуждение альтернатив. Экономическая оценка предложенных вариантов конструкций. Реализация рекомендаций. Центральный вопрос ФСА – сопоставление альтернатив в стоимостном выражении, чтобы выбрать оптимальный вариант конструкции.
Рекомендательный - выбор оптимального варианта изделия и его элементов.
Таблица - Методологическая основа и
схема ЭП
Этап |
Название метода |
Состав работ |
I |
Метод дерева целей. |
Выявление объекта и целей анализа. |
II |
Патентный анализ. Статистические модели. |
Сбор анализа информации.
|
III IV |
Метод коллективной экспертизы. |
Определение параметров и их значимости. Выявление основных функций. |
V |
Метод коллективной генерации идей. |
Разработка вариантов конструктивно – технологического исполнения основных функций. |
VI
|
То же и морфологический анализ.
Метод экспертизы. |
Составление положительно – отрицательных матриц вариантов исполнения изделия. Определение коэффициентов значимости вариантов. |
VII
VIII
|
Метод расстановки приоритетов. |
Построение функциональной структуры вариантов изделия. Определение функционально – необходимых затрат на изготовление изделия. |
IX |
Функционально - структурный анализ, метод графиков. Моделирование. Методы выбора оптимальных решений. |
Окончательный выбор варианта исполнения изделия |
Характеристика информационного этапа ФСА
На этом этапе изучается назначение и основные выходные параметры конструкций – объекта ФСА. Описываются условия и требования к эксплуатации конструкции, воздействие на нее внешней среды, ее требуемый ресурс, условия производства (тип). Выполняется эскиз конструкции, выделяется ее элементы. Данные в табл.
Основные данные по конструкции
Признак |
Содержание |
Назначение Условие эксплуатации Воздействие внешней среды Требования к эксплуатации Условия производства |
|
Основные выходные параметры конструкции
Параметр (показатель) |
Единица |
Диагноз |
Примечание |
Максимально допустимый габарит Передаваемое усилие Воспринимаемое усилие Требуемый ресурс и.т.д. |
мм. Н Н ч |
|
|
Характеристика аналитического этапа ФСА
Цель аналитического этапа- определить важнейшие задачи по выдвижению идей и вариантов решений для совершенствования исследуемого объекта исходя из анализа его функций и затрат на их осуществление.
а)- построение структурно- элементной модели существующей конструкции;
б)- определение себестоимости существующей конструкции и ее элементов;
в)-формулирование функции и построение функциональной модели конструкции
г) определение и анализ затрат на реализацию функций.
а)- структурно- элементарная модель.
Строится «Н» дерево по уровням сборки. Каждый элемент нумеруется.
б)-определение себестоимости
Производится для каждой детали и конструкции в целом. Для существующей конструкции данные обычно известны
Например |
Наименование детали |
Колич. в констр. |
Конструктивная масса, кг G |
Марка мастер |
Оптовая цена мастер Ц |
Метод произв. |
Коэф. использ. мастер. КИ |
Трудоём-кость изготов-ления Т н/ч |
Основная зарплата SO |
Себестоимость Сд |
Сумма затрат |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-
коэффициент транспортно – заготовительных
расходов, вспомогательных материалов,
отходов.
-
коэффициент, учитывающий премии и
прогрессивки, доп. з/п, отчисления
(оснастка, оборудование на износ , цеховые
и др. производственные расходы)
Bn – косвенные расходы по себестоимости.
Применяют различные формулы: эмпирические, по деталям аналогам
Метод производства:
Литьё Т = 4,26 * G0,547, гор.шт – ка Т = 8,27 * G0,537
Хол.шт Т = 8,48 * G0,845, прокат Т = 2,27 * G0,357
КИМЛ0,65; Ким 2 шт. 0,6 – 0,75; Ким х шт. 0,78 – 0,97; Ким из прок. 0,4 – 0,6 – 0,8.
Для изделия в целом учитывают количество деталей, покупные изделия и детали, трудоёмкость сборки, а также косвенные расходы.
в) – Формулирование функций и построение функциональной модели.
Функции классифицируются по следующим признакам:
области проявления;
роли в удовлетворении потребностей;
значению в обеспечении работоспособности объекта;
степени полезности.
По п. 1
- внешние (объективные) – между объектом и сферой применения;
внутренние (внутриобъектные) – действия и взаимосвязи внутри объекта
По п. 2
главные – определяют саму сущность и назначение объекта;
второстепенные – отражающие побочные требования к объекту, как правило, связаны с внешним видом объекта, удобством эксплуатации.
По п. 3
основные – способствуют реализации элементами объекта его главной функции приёма, ввода (вещества, энергии, информации), передачи, преобразования, хранения и выдачи результатов;
в
спомогательные – способствуют реализации основной. Различают: соединительные, изолирующие, фиксирующие, направляющие и гарантирующие.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК
1-5 Общие вопросы
6 1. Быков В.П. Методическое обеспечение САПР в машиностроении -Л: Машиностроение, Ленингр. отд-е, 1989. - 255 с.
подхода к рассмотрению и анализу систем: процедурно-ориентированный (структурный, активностный) и объектно-ориентированный (ООП) [7,8].
2 Половинкин А.И. Основы инженерного творчества. Изд. 2-е перераб. и доп. - М: Машиностроение, 1988. - 362 с.
3Калянов Г.Н. CASE - структурный системный анализ. - М: ЛОРИ, 1996. - 242 с.
4Гради Буч. Объектно-ориентированное проектирование. - К.: Диалектика. ИВК (Москва) 1992 - 519 с.
5Автоматизация схемотехнического проектирования в машиностроении. //А.И. Петренко, В. В. Ладогубец, В. В. Чкалов.‑К.: УМК ВО, 1988. - 180 с.
6Одрин В.М., Кратавов С.С. Морфологический анализ систем.-К: Наукова думка, 1977.- 183 с.