Декомпозиция жизненного цикла то и тс на стадии проектирования
___________________
Проектирование, как процесс, развивающийся во времени, можно разделить на ряд этапов (стадий). Такое деление, конечно, условно. Многие авторы [1,6,8,16,26,42,52,90] выдвигают свои версии этого вопросаю расмотрим один из вариантов. (Рис.4.3)
В целом процесс проектирования, как говорилось в параграфе 6.1., можно укрупненно разделить на предварительное проектирование и опытно-конструкторские работы. Предварительное проектирование менее всего поддается формализации, и его структура представлена многочисленными версиями.
Опытно-конструкторски еработы в основном регламентированы. При этом в отдельную стадию выделяют конструирование или конструкторские этапы, строго регламентированные ГОСТом 2.103-68 и др.
Некоторые авторы относят к предварительному проектированию прикладные НИР. В ряде проектов они действительно применяются. Фундаментальные НИР влияют на проектные решения: при проектировании могут применяться результаты фундаментальных и поисковых НИР.
Например, особенностью инновационных проектов, разработанных в вузах, чаще всего бывает использование результатов только-что выполненных фундаментальных НИР. (или поисковых НИР). Тем самым сокращается время между открытиями, исследованиями и внедрением их результатов в производство.
При возникновении реальной общественной потребности в каком-либо ТО и ТС, в новых функциях существующих ТО и ТС или в качественно новом уровне их выполнения начинаются этапы (стадии) предварительного проектирования. Или, другой случай: при возникновении общественной потребности на уровне улучшения конструкции существующего объекта, совершенствования типоразмерного ряда и т.п. работы могут начаться с разработки ТЗ и конструирования. Также не обязательными являются этапы изготовления и и спытания опытного образца (партии).
Охарактеризовать стоимость каждого этапа предварительного проектирования затруднительно. Она зависит от новизны ТО и ТС, значимости. Иногда к стоимости добавляют расходы на прикладные исследования. Некоторые авторы [73,7] включают в предварительное проектирование вопросы прогнозирования тенденций развития, выбор стратегии и методов решения задачи.
Несмотря на это стоимость опытно-конструкторских работ выше, чем стоимость предварительного проектирования.
Как отмечалось выше, декомпозиция предварительного проектирования может быть различной, а каждый, представленный на рис. 6.3., этап может быть представлен как совокупность подэтапов (см. рис.6.4.)
Формулирование задачи требует:
охарактеризовать ситуацию (условия, обстоятельства) функционирования объекта;
определить условия обязательные и достаточные, чтобы объект был принят заказчиком;
обеспечить совместимость условий друг с другом;
сформулировать и, по-возможности, ранжировать главные и второстепеные задачи.
Начиная информационный поиск следует определить цели, для которых разыскивается информация, и установить поле поиска. Это позволяет минимизировать временные и материальные затраты по поиску информации.
Соотношение между объемом требуемой и имеющейся информации можно прокоментировать диаграммой, представленной на рис. 6.5. [42].
Таким образом, объем требуемой недостающей информации составит:
JA=JB – (JE +JV +JG).
Для получения недостающей информации, ее необходимо получить. Источниками информации могут быть:
энциклопедии, учебная литература;
каталоги, справочники;
реферативные и отраслевые журналы;
периодическая литература;
патентная литература;
автоматизированые указатели и источники информации;
другие источники.
Запросы производят в библиотеках, патентных отделах, других службах.
Рассмотрим составляющие данных, запрошенных разработчиком, на аналогичной диаграмме (рис. 6.6.).
Имеется массив информации, которая требуется разработчику, ее недостает. Рбозначим этот массив – JA . Разработчик по каталогам и другим источникам нашел и запросил массив информации DAB2 . Запрошенный массив не перекрывает JA . При неправильном запросе эти массивы вообще могут не иметь точек перекрытия. В любом запросе часть информации, обозначенная DB является «балластом» , «шумом», не имеющим ценности. Некоторая часть – DS будет не найдена. Причем DS может распространяться как на «баласт» так и на объективно необходимую запрошенную информацию.
В итоге проектировщик получает дополнительную часть новой необходимой и затребованной информации, обозначенную JAB2 .
Чем больше разница между количеством запрашиваемой информации и необходимой, тем больше приходится обрабатывать информацию, не имеющую отношения к данной задаче, что требует дополнительных затрат труда и значительно уменьшает производительность. Поэтому правильный поиск, накапливание и систематизация информации имеют осоюбое значение. В целом структуру информационных процессов можно представить в виде (см. рис. 6.7.)
Сбор информации. На этом этапе решается задача обеспечения полноты получения необходимых документов.
Цель систематизации – распределение собранной информации по определенным классификационным признакам, подготовка информации к хранению или воспроизведению (специализированный информационно-методический фонд, копирование и т.п.).
Долговременное хранение предполагает использование надежных носителей информации, дублирование и организацию, способстующую быстрому и полному систематизированному поиску.
В данном случае информационный поиск рассматривается как совокупность логических операций, обеспечивающих нахождение необходимой информации.
Наконец, распространение информации – это отчеты, обзоры и т.п., передаваемые заказчику, распространяемые информационные издания, реклама и т.п., т.е. доведение информации до потенциальных потребителей.
Выявление визуальных несоответствий подразумевает подробное изучение существующих образцов, аналогов ТО и ТС, их чертежей, фотографий и т.п., определение очевидных несоответствий и недостатков. Возможно изучение фотографий и образцов с места аварий объектов-аналогов.
Результат этапа – выявление недостатков, несоответствий и доказательство целесообразности изменения имеющегося техническог решения.
Работа с потребителями имеет цель: собрать информацию, известную только потребителю данного ТО и ТС. Формы могут быть различными: непосредственный опрос различных категорий работающих, анкетирование, наблюдение и моделирование различных ситуаций, хронометрия, анализ ошибок операторов и т.п.
Целью системных испытаний является определение действий, которые могут привести к желаемым результатам, снятие существенных ограничений, введенных ранее, возможное расширение поля поиска, вариабельности.
Общим итогом этапа «Исследование проектных ситуаций» является:
результаты анализа существующих ТО и ТС, аналогов, их преимуществ и недостатков;
формулирование условий и ограничение поля поиска новых технических решений;
принятие решения об использовании сущестующего технического решения (аналога, патента, идеи и.т.п.) или генерировании дополнительных идей, основанных на других принципах действия и т.п.
В первом случае сразу переходят к инженерному анализу вариантов. Во-втором – к генерированию дополнительных идей, которые в совокупности с имеющимися, поступят для инженерного анализа.
Примерная декомпозиция этапа «Генерирование идей» представлена на рис. 6.8.
Процесс генерирования идей – наиболее творческий в общем процесс проектирования. Наличие неформализуемых операций предполагает неоднозначность результата.
Существуют алгоритмические, эвристические и системные методы активизации творческого мышления. На рис. 6.8. они представлены как банк методов и средств генерирования идей. Экономический и технический расчет всех идей достаточно трудоемкий, поэтому на стадии отбора наиболее значимых и перспективных альтернатив применяют методы экспертной оценки.
Основным итогом этапа является выбор концептуальных моделей для более детального изучения и оценки.
Декомпозиция этапа « Инженерный анализ» представлена на рис. 6.9.
Основной целью этого этапа является поиск и обоснование наиболее рационального или оптимального решения, подлежащего конструкторской проработке.
Трудоемкость этапов и неопределенность поиска определяются огромным количеством альтернатив, которые необходимо сравнить, систематизировать и ранжировать по каким-то критериям (или группе критериев). Поэтому одним из начальных этапов являестя выбор метода анализа, оценки и сравнения альтернатив. Все вышеназванные действия легче проводить на моделях. В общем случае модели могут быть абстрактные и материальные, вербальные, мысленные, математические, графические и др.
В технике для анализа применяют математические (т.е. аналитические) модели и физические (т.е. эксперементальные).
Любая модель предполагает некоторую степень упрощения по сравнению с реальной действительностью. Поэтому первоначально нужно доказать адекватность модели реальному образцу или процессу. На основании исследования моделей получают качественные или количественные данные , которые обрабатывают в соответсвии с поставленными задачами.
Проведя исследования по ряду альтернативных вариантов, их можно систематизировать, ранжировать по заданным критериям и выбрать наиболее рациональный.
Если модель имеет высокую степень адекватности объекту или процессу, а варьирование переменных позволяет получить экстримальное значение (min или max) критерия (критериев), то говорят о получении оптимального варианта (альтернативы).
На практике чаще получают ряд альтернатив, которые обладают максимальными показателями и принимают их к конструкторской прорабтке.
Итак, после принятия решения начинается конструкторская проработка альтернативных вариантов.
Основные компоненты, полученные на предыдущих стадиях, следующие [1]:
А = {а1; а2; а3; … ам} – множество целей;
Р = {р1; р2; р3; … рн} – множество признаков;
к = {к1; к2; к3; … кs} – множество технических решений;
v = {v1; v2; v3; … vl} – множество оценок.
Поектирование ТС можно связать с отображением на множестве оценок среза (страта) произведения бинарных отношений множества целей и множества признаков; множества признаков и множества технических решений. Тогда функция проектирования может быть выражена так:
F: (ψoφ(Ao)) → V
где ψ – бинарное отношение между элементами множеств Р и К, при этом ψ = (Р х К);
φ – бинарное отношение между элементами множеств А и Р, при этом φ = (АхР);
А0 – подмножество целей, выбранное для конкретного объекта из множества целей А, т.е. А0 = А.
Установить бинарные сотношения ψ и φ означает указать на те упорядоченные пары декартова произведения, которые находятся в отношении ψ и φ соответственно. Бинарное отношение между множествами А и Р при проектировании означает быть средством к достижению цели, а бинарное отношение между Р и К – отвечать признаку.
В итоге, целевую функцию проектирования необходимо оптимизировать:
{F: (ψoφ(Ao)) → V }→ opt
По сути данное выражение отражает основную задачу проектирования – удовлетворение наилучшим образом потребности человека и общества.
При такой множественности технических решений, признаков и целей этапы и стадии процесса конструирования в общем случае можно представить в следующем виде (рис. 6.10.). Т.е. каждый этап имеет вариативный характер.
Концептуальная модель (КМ) (возможны несколько концептуальных моделй и несколько «ветвей» конструкторских проработок) может быть представлена некоторым числом вариантов технического задания: ТЗ1 ; ТЗ2 ; ТЗ3 ; ТЗi .При возможной процедуре оптимизации принимается ОТЗ, удовлетворяющее сформированным целям и критериям. Тогда относительно оптимального технического задания (ОТЗ) может быть составлено j технических предложений: ТП1; ТП2; ТП3;… ТПj .
Если выбор ОТЗ невозможен, то по каждому ТЗ выполняется группа ТП, т.е.
s – количество ТП, выполняемых в соответствии с ТЗ1 .
Естественно вариативность ТП резко возрастает.
Аналогично формируются множество эскизных проектов (ЭП1; ЭП2;…. ЭПn), множество технических проектов (ТПП1; ТПП2;… ТППm). Вопрос о разработке рабочей конструкторской документации (РКД), как правило, решается однозначно, т.к. РКД предназначена для непосредственного изготовления ТС. Поэтому на стадии технического проектирования производят окончательные расчеты и сравнения вариантов с выбором наиболее рационального. В исключительных случаях РКД выполняют для нескольких вариантов, изготавливают опытные образцы и производят сравнение в реальных условиях по достигнутым результатам.
Конструирование в целом, так и отдельный его этап, можно представить как процесс. Напомним, что процессом [18] называют набор состояний системы, соответствующий упорядоченному непрерывному или дискретному изменению некоторого параметра, определяющего характеристики системы.
Зафиксируем все характеристики в системе и получим ее конкретное состояние на данный момент времени. Пользуясь этим на каждом этапе или стадии можно определить текущее состояние системы, выраженное в виде готовности конструкторской документации. Возвращаясь к жизненному циклу ТС для отдельно взятого ТО на этапе проектирования понятие «текущее состояние» является весьма важным.
6.4