Введение

В нынешних условиях быстрого и постоянного обновления предметов массового спроса и потребления, когда сроки подготовки производства и поставки на рынок новой продукции сильно сократились, а её конструктивно-производственная сложность, трудоёмкость и требования к качеству значительно возросли, успешно функционировать может предприятие, работа которого отвечает всем требованиям гибкости и рентабельности на основе разумной и взвешенной технической политики, опирающейся на передовые достижения науки, техники и технологии.

При современном уровне и возможностях технологии можно в сравнительно короткие сроки освоить производство практически любых изделий. В этих условиях темпы технического прогресса в значительной мере определяются темпами производства новых эффективных проектно-конструкторских решений. Следовательно, повышение качества и производительности процесса проектирования является сегодня решающим фактором эффективности всего промышленного производства.

Существующие традиционные методы проектирования хороши на уровне разработки отдельных процессов, агрегатов и типовых машин, когда есть основа для сравнения и число альтернатив ограничено. При создании сложных технических систем необходимы новые автоматизированные методы проектирования, позволяющие проанализировать и оценить большое число возможных вариантов с учетом не только технических, но и социально-экономических факторов. Наиболее впечатляющие результаты в этом направлении получены при переходе от автоматизации отдельных этапов проектирования к системам автоматизированного проектирования (САПР).

Создание САПР технических систем связано не только с возможностями вычислительной техники, но и с глубиной наших знаний в области теории проектирования, технологии производства объектов проектирования, современных математических методов, применение которых помогает принимать рациональные и оптимальные решения. Эффективными могут быть только те САПР, объекты исследования которых имеют серьезную формализованную теоретическую базу, основанную на системном подходе и имеющую развитый математико-логический аппарат.

Успешная реализация планов создания САПР и внедрения автоматизированного проектирования во многом определяется своевременной разработкой и широким распространением всех видов обеспечения, а также подготовкой квалифицированных специалистов – разработчиков и пользователей САПР. Оба этих аспекта связаны с изданием достаточного количества технической литературы, в том числе учебно-методического характера.

1. Методология и принципы проектирования сложных технических систем

1.1. Общие сведения о процессе проектирования

Сложную техническую систему (СТС) необходимо рассматривать во времени и пространстве. Описание существования СТС во времени приводит к понятию жизненного цикла, а в пространстве к понятию внешней среды, с которой взаимодействует СТС в процессе функционирования.

Под жизненным циклом СТС понимается структура процесса ее создания, производства и эксплуатации, охватывающего время от возникновения идеи создания системы до снятия ее с эксплуатации. Жизненный цикл, как правило, включает следующие составляющие: 1) планирование (включающее обоснование целесообразности создания СТС); 2) научно-исследовательские работы (завершающиеся формированием основных требований к системе и разработкой технического задания на создание СТС); 3) проектирование (завершающееся разработкой проектной документации на создание СТС); 4) производство (создание строительство); 5) эксплуатация.

Отметим условность выделенных составляющих жизненного цикла. Так, например, часто рассматривается шестая составляющая – модернизация (модификация) системы. Структура жизненного цикла СТС представлена на рис. 1.

Рис. 1. Общая структура жизненного цикла изделия:

АСП, АСНИ, АССИ – автоматизированные системы планирования, научных и статистических исследований; САПР – система автоматизированного проектирования; АСУП, АСУТП, ГПС – автоматизированные системы управления производством, технологическими процессами, гибкими производственными системами

Проектирование является важной составляющей жизненного цикла СТС. Цель проектирования состоит в поиске, фиксации и документальном оформлении информации об объекте проектирования, которая необходима для его создания.

Проектированием называется процесс составления описания, необходимого для создания в заданных условиях еще не существующего объекта на основе первичного описания этого объекта и (или) алгоритма его функционирования или алгоритма процесса преобразования (в ряде случаев неоднократного) первичного описания, оптимизации заданных характеристик объекта и алгоритма его функционирования или алгоритма процесса преобразования, устранения некорректности первичного описания и последовательного представления (при необходимости) описаний на разных языках.

Таким образом, в процессе проектирования исходное описание преобразуется в конечное, формируя при этом необходимое количество промежуточных описаний. Промежуточное или конечное описание объекта проектирования, необходимое и достаточное для рассмотрения и определения дальнейшего направления или окончания проектирования, называется проектным решением.

Составляющая, касающаяся научно-исследовательских работ, называется внешним проектированием или макропроектированием. Эта составляющая в общем случае включает следующие стадии: 1) предпроектные исследования; 2) разработка технического задания (TЗ); 3) разработка технического предложения (ТП).

На этих стадиях реализуются следующие процедуры: 1) последовательно изучаются потребности в получении новых систем с заданным целевым назначением; 2) уточняется цель, ради достижения которой создается система; 3) устанавливается круг решаемых ею задач; исследуются свойства внешней среды и определяются характеристики её воздействия на систему; 4) исследуются физические, информационные, конструктивные и технологические принципы построения системы и возможности реализации этих принципов; 5) прогнозируются возможные значения характеристик и параметров объектов. Результатом научно-исследовательских работ являются формулировка ТЗ и ТП на разработку нового объекта.

Составляющие жизненного цикла «проектирование» называется внутренним проектированием или микропроектированием. Здесь определяются: 1) внутренняя структура системы; 2) технические решения её подсистем и элементов; 3) основные качественные количественные параметры; 4) режимы эксплуатации и др. Цель внутреннего проектирования состоит в разработки всей проектной документации для создания системы, которая удовлетворяет требованиям ТЗ и ТП, т. е. требованиям внешнего проектирования. Внутренние проектирование включает в себя следующие стадии: 1) эскизное или предварительное проектирование; 2) техническое проектирование; 3) рабочее проектирование.

На стадии эскизного или предварительного проектирования формируется техническая концепция основных параметров системы, обеспечивающих выполнение требований ТЗ, и уточняется ТЗ. На стадии технического проектирования принимаются подробные технические решения, прорабатываются все части проекта. На стадии рабочего проектирования уточняются параметры и характеристики системы, детально прорабатываются все технические решения, создаются полный комплект проектной документации, необходимой для создания системы.