Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Системы автоматизированного проектирования изделий и процессов. Учебное пособие
.pdf
11
При помощи САПР моделируются и производные детали: подкладка,
верхний воротник. Детали строятся с учетом припусков на швы и подгиб,
причем учитываются разновидности швов.
Значительно упрощается такой сложный процесс, как создание
конической формы изделия. Компьютерная программа выберет форму
конусности, уровень и величину конусности, кривизну контура. При другом
технически длительном процессе (построение складок) в программе
учитываются их направление, направление членения, симметричность
распределения и расстояние между складками, их количество и глубина.
Оформление контура автоматическое. При моделировании плечевого пояса
производится автоматическое изменение параметров оката рукава с
изменением или сохранением по необходимости высоты оката.
Такой широкий выбор формообразующих приемов в моделировании
САПР не только значительно экономит время модельера-конструктора, но и
повышает уровень его профессионализма, расширяя границы творческих
возможностей.
Проектирование одежды является одним из самых сложных этапов в
создании швейного изделия. Разработка чертежей деталей и изготовление лекал
для последующего раскроя — сложный процесс, который значительно
облегчается применением САПР для проектирования одежды.
В сегодняшней швейной промышленности обойтись без
информационных технологий просто невозможно. Системы
автоматизированного проектирования повышают конкурентоспособность
современных предприятий повышением производительности труда и быстрым
реагированием на изменения потребностей рынка.
Конструирование и моделирование одежды с элементами САПР
позволяет сочетать двух- и трехмерное проектирование моделей, учитывая
технологические свойства материалов, современные тенденции в области моды
и оптимальные затраты на внедрение в производство новых образцов. При этом
обеспечиваются кратчайшие сроки разработки технической документации и
высокий уровень ее исполнения.
Современные системы автоматизированного проектирования одежды
позволяют конструировать модели любого ассортимента, интегрируя их по
размерам и ростам.
1.1. Системы в промышленности. Классификация систем
12
Еще в XIX в. возникла необходимость в системном исследовании
процессов промышленного развития и сущности научно-технической
революции. Такой системой стало единство науки, техники и производства,
одним из результатов развития этой системы — появление новых научных
дисциплин, возникших на стыках традиционных отраслей знаний, например
физической химии, астроботаники, биохимии, бионики, химической физики,
инженерной биологии, химотроники, системного анализа, системотехники
и т. д. Все это явилось результатом совместного действия двух внешне
противоположных процессов — дифференциации (специализации) и
интеграции (взаимосвязи, объединения) наук, процессов.
Существует множество понятий и определений термина «система»,
отражающих специфику аспекта рассмотрения и специализацию автора.
Рассмотрим несколько таких определений:
- система — это комплекс элементов, находящихся во взаимодействии;
- система — это нечто такое, что может изменяться с течением времени;
- система — это множество элементов с отношениями между ними и
между их атрибутами;
- система — это совокупность элементов, организованных таким образом,
что изменение, исключение или введение нового элемента закономерно
отражается на остальных элементах;
- система — это взаимосвязь самых различных элементов или состоящее
из связанных друг с другом частей целое;
- система — это отображение входов и состояний объекта в выходах
объекта;
- система — это объективное единство закономерно связанных друг с
другом предметов, явлений, знаний о природе и обществе.
Ни одно из вышеперечисленных определений понятия «система» не
может считаться окончательным и абсолютно отражающим суть вопроса, но
последнее из них наиболее точно отражает разноаспектность систем, в том
числе рассматриваемых при исследовании систем автоматизированного
проектирования и управления.
Изучение САПР основано на отдельном классе систем — технических
системах. Техническая система — это множество элементов, находящихся в
отношениях и связях друг с другом, которое образует определенную
целостность, единство. Элемент — простейшая, неделимая (с точки зрения
рассмотрения конкретной системы) часть системы; иначе — предел членения
системы с точки зрения аспекта ее рассмотрения, решения конкретной задачи,
поставленной цели.
Система характеризуется четырьмя основными свойствами:
- это совокупность элементов, которые при определенных условиях также
могут рассматриваться как системы;
13
- связи между элементами системы и (или) их свойствами превосходят по
мощности (значимости) связи с элементами, не входящими в систему;
- организованность, проявляющаяся в снижении степени
неопределенности системы по сравнению с энтропией системоформирующих
факторов, определяющих возможность создания системы;
- интегративные (синергетические) свойства, присущие системе в целом,
но не свойственные ни одному из ее элементов в отдельности.
Для технической системы можно выделить следующие характерные
черты:
- наличие определенной целостности, функционального единства (общей
цели, назначения и т. п.), приводящих к сложному иерархическому строению
системы;
- большие масштабы по типу частей (элементов), объему выполняемых
функций, стоимости, производительности и т. п.;
- сложность (полифункциональность) поведения;
- высокая степень автоматизации;
- нерегулярное, статистически распределяемое во времени поступление
внешних воздействий;
- принципы состязательности в функционировании системы, ее элементов
(подсистем);
- наличие связей (положительных, отрицательных, одноплановых,
многоплановых);
- многоаспектность (технический, экономический, социальный,
психологический, технологический, конструкционный, функциональный,
информационный аспект и т. д.);
- контринтуитивность;
- нелинейность (синергетика).
Структура отражает определенные взаимосвязи, взаиморасположение
составных частей системы, ее устройство (рис. 1).
14
Рис. 1. Виды структур:
а) сетевая структура (сеть); б) древовидная иерархическая структура с «сильными»
связями; в) древовидная иерархическая структура со «слабыми» связями; г) смешанная
иерархическая структура; д) многоуровневая иерархическая структура; е) матричная
структура; ж) матричная структура со «слабыми» связями
Система может быть представлена простым перечислением элементов
или «черным ящиком». Чаще всего при исследовании объекта такого
представления недостаточно, так как требуется выяснить, что он собой
представляет, что в нем обеспечивает выполнение поставленной цели,
получение требуемых результатов. В этих случаях систему отображают путем
расчленения на подсистемы, компоненты, элементы с взаимосвязями, которые
могут носить различный характер.
При этом в сложных системах структура включает в себя не все элементы
и связи между ними, а лишь наиболее существенные компоненты и связи,
которые мало меняются при текущем функционировании системы и
обеспечивают существование системы и ее основных свойств. Структура
характеризует организованность системы, устойчивую упорядоченность
элементов и связей.
Структурные связи обладают относительной независимостью от
элементов и могут выступать как инвариант при переходе от одной системы к
другой, перенося закономерности, выявленные и отраженные в структуре
одной из них, на другие. При этом системы могут иметь различную
физическую природу.
Структура — это система без качественного наполнения. Структуры
могут быть представлены в матричной форме, в форме теоретико-
множественных описаний, с помощью языка топологии, алгебры и других
15
средств моделирования систем. Структуры, особенно иерархические, могут
помочь в раскрытии неопределенности сложных систем.
Существует множество видов структур: сетевая, иерархическая,
матричная, многоуровневая иерархическая, смешанная иерархическая, с
произвольными связями. При выборе структуры для представления конкретной
системы следует учитывать их особенности и возможности.
Древовидная иерархическая структура — это класс иерархических
структур, в котором любой элемент нижележащего уровня подчинен только
одному элементу вышестоящего. Древовидные иерархические структуры
являются основой линейных организационных структур, благодаря чему эти
оргструктуры обладают рядом признаков, удобных для управления
производством, таких как единоначалие, единство распорядительства и т. п.
Системные исследования объединяют научные направления, связанные с
исследованием и проектированием сложных систем.
По мере развития научно-технического прогресса усложняются
выпускаемые изделия и технология производства промышленной продукции,
расширяется ее номенклатура и ассортимент, увеличивается частота
сменяемости выпускаемых изделий и технологий, возрастает наукоемкость
продукции; по мере повышения жизненного уровня населения растут
потребности. Все это приводит к усложнению взаимоотношений человека с
природой, к истощению ресурсов Земли, к экологическим проблемам. В
результате усложняются процессы управления экономикой, возникает
необходимость управления самим научно-техническим прогрессом.
Для исследования названных и других проблем с неопределенностью
развиваются различные прикладные направления — исследование операций,
кибернетика, системотехника, системология и другие междисциплинарные
направления, опирающиеся на теорию систем.
Системный анализ:
- применяется в тех случаях, когда задача (проблема) не может быть сразу
представлена и решена с помощью формальных, математических методов, т. е.
имеет место большая начальная неопределенность проблемной ситуации и
многокритериальность задачи;
- уделяет внимание процессу постановки задачи и использует не только
формальные методы, но и методы качественного анализа;
- опирается на основные понятия систем и философские концепции,
лежащие в основе исследования общесистемных закономерностей;
- помогает организовать процесс коллективного принятия решений,
объединяя специалистов различных областей знаний;
- для организации процесса исследования и принятия решения требует
обязательной разработки методики системного анализа, определяющей
последовательность этапов проведения анализа и методы их выполнения;
16
- исследует процессы целеобразования и разработки средств работы с
целями;
- основным методом системного анализа является расчленение большой
неопределенности на более обозримые, лучше поддающиеся исследованию,
при сохранении целостного (системного) представления об объекте
исследования и проблемной ситуации.
Один из вариантов представления организационной структуры
предприятия и целей изображен на рис. 2.
Рис. 2. Организационная структура предприятия
Таким образом, исследуемая система всегда привязана к конкретным
объектам, процессам, целям и т. д., вследствие чего возникает большое
разнообразие таких систем, которое нуждается в классификации.
Классификация систем — это разделение систем на классы по различным
признакам. Общая схема классификации систем представлена на рис. 3. В
целом можно выделить следующие виды классификации:
- по виду отображаемого объекта: технические, биологические,
экономические и т. п.;
- по виду научного направления, используемого для их моделирования:
математические, физические, химические, детерминированные и
стохастические, абстрактные и материальные и др.;
- по степени изолированности: открытые и закрытые;
17
- по сложности: простые, сложные, большие; или с выделением уровней
сложности (таблица 1) на основе выявленных связей, поведения и т. д.;
- по степени организованности: хорошо организованные системы, плохо
организованные системы, самоорганизующиеся системы.
Материальные системы являются объектами реального времени.
Естественные системы представляют собой совокупность объектов природы.
Искусственные системы — совокупность социально-экономических или
технических объектов.
Абстрактные системы — это умозрительное представление образов или
моделей материальных систем. Логические системы — это результат
дедуктивного или индуктивного представления материальных систем, т. е. это
системы понятий и определений (совокупности представлений) о структуре, об
основных закономерностях состояний и о динамике материальных систем.
Большая система — это система, не наблюдаемая единовременно с
позиции одного наблюдателя либо во времени, либо в пространстве. Сложная
система — это система, которая строится для решения многоцелевой,
многоаспектной задачи и содержит в себе несколько структур
(технологическая, административная, коммуникационная, функциональная,
информационная и т. д.).
Динамическая система — это постоянно изменяющаяся система, или
преобразование входа в выход системы. Основная характеристика такой
системы — это процесс. Вероятностная система — это система, поведение
которой может быть предсказано с определенной степенью вероятности на
основе изучения ее прошлого поведения (протокола). Детерминированная
система — это система с одним поведением.
18
СИСТЕМЫ
ЕСТЕСТВЕННЫЕ ИСКУССТВЕННЫЕ
ДЕДУКТИВНЫЕ ИНДУКТИВНЫЕ
СТАТИЧЕСКИЕ
МАТЕМАТИЧЕСКИЕ
СИСТЕМЫ И МОДЕЛИ
КВАЗИСТАТИЧЕСКИЕ
(КВАЗИДИНАМИЧЕСКИЕ)
АСТРОКОСМИЧЕСКИЕ
ОРГАНИЗАЦИОННО-
ЭКОНОМИЧЕСКИЕ
ДИНАМИЧЕСКИЕ
МАТЕМАТИЧЕСКИЕ
СИСТЕМЫ И МОДЕЛИ
ПЛАНЕТАРНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ
ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОСТЫЕ БОЛЬШИЕ СЛОЖНЫЕ
ХИМИЧЕСКИЕ
АБСТРАКТНЫЕ
ОПИСАТЕЛЬНЫЕ
СИМВОЛИЧЕСКИЕ (МАТЕМАТИЧЕСКИЕ)
МАТЕРИАЛЬНЫЕ
Рис. 3. Классификация систем
19
Таблица 1
Классификация систем по уровню сложности (по К. Боулдингу)
Тип
системы
Уровень
сложности
Описание уровня сложности
Пример
Неживая
система
1
Статические структуры (остовы)
Кристаллы
2
Простые динамические структуры c заданным законом поведения
Часовой механизм
3
Кибернетические системы с управляемыми циклами обратной
связи
Термостат
Живая
система
1
Открытые системы с самосохраняемой структурой (первая
ступень, на которой возможно разделение на живое и неживое)
Клетки
Гомеостат
2
Живые организмы с низкой способностью воспринимать
информацию
Растения
3
Живые организмы с развитой способностью воспринимать
информацию, но не обладающие самосознанием
Животные
4
Системы, характеризующиеся самосознанием, мышлением и
нетривиальным поведением
Люди
5
Социальные системы
Социальные организации
6
Трансцендентные системы или системы, лежащие в настоящий
момент вне нашего познания
20
Особенности поведения динамических систем:
- свойство равновесия — способность возвращаться в первоначальное
состояние (к первоначальному поведению), компенсируя возмущающие
действия среды;
- самоорганизация — способность восстанавливать свою структуру или
поведение для компенсации возмущающих воздействий или изменять их,
приспосабливаясь к условиям окружающей среды;
- инвариант поведения — то, что остается неизменным в поведении
системы в любой отрезок времени.
Целенаправленная система — это система, обладающая
целенаправленностью, т. е. управлением системы и приведением к
определенному поведению или состоянию, компенсирующим внешние
возмущения.
Кибернетическая (управляющая) система — это система, с помощью
которой исследуются процессы управления в технических, биологических и
социальных системах.
Кибернетика — это обобщающее понятие, объединяющее все системные
направления исследований с учетом тенденций развития кибернетики, следует
внести конкретику — это направление, занимающееся процессами управления
техническими объектами, разработкой технических аналогов живых
организмов (роботов), созданием сложных технических комплексов, систем
искусственного интеллекта. Направления, сформировавшиеся в кибернетике,
можно разбить на следующие группы:
1. Общая, или теоретическая, кибернетика, имеющая дело с общими
математическими моделями управления и представляющая собой
математическую или физико-математическую дисциплину.
2. Техническая кибернетика занимается технической реализацией
различных сложных объектов (робототехника), разработкой технических
комплексов, систем управления техническими объектами.
3. Прикладная кибернетика, объединяющая различные прикладные
направления — биологическое, медицинское, экономическое, военное,
сельскохозяйственное, педагогическое, психологическое и т. п.
1.2. Цели и задачи проектирования и функционирования систем
Изучение процесса формирования и анализа структур целей и функций
показало, что это сложный процесс, характеризующийся итерацией,
требующий уточнения признаков структуризации, классификаторов по этим
признакам, изменений их последовательности, обсуждения вариантов
структуры и внесения изменений в классификаторы.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]