31

Глава 1. Общие сведения о проектировании приборов и систем

Проектированием называется комплекс работ по изысканиям, расчетам и конструированию, имеющих целью получение всей необходимой документации для создания новых изделий, удовлетворяющих заданным требованиям.

Дословный перевод с латинского «projectus» означает «брошенный вперед», т.е., с самых общих позиций, проектирование – это процесс описания задуманного [25].

Проектирование представляет собой сложный вид творческой деятельности, успех которой зависит от правильного сочетания всех средств познания окружающего мира, в том числе математики, естественных наук и искусства. В наше время практически невозможно добиться успешных результатов проектирования единолично и с помощью лишь одного из этих средств, так как только их сочетание, соединенное с интуицией, творческим озарением и усилиями коллектива разработчиков, способны привести к настоящему успеху. Вместе с тем неверно отрицать роль творческой личности в этом процессе. Часто только личный вклад автора разработки является залогом этого успеха.

Результатом проектирования является проект. В инженерной деятельности термин «проект» означает совокупность конструкторских и других документов (описаний, материалов и пр.), содержащих принципиальное (в случае эскизного проекта) или окончательное (в случае технического проекта) решение, дающее необходимое представление об объекте проектирования, и исходные данные для последующей разработки рабочей документации.

В качестве объектов проектирования рассматриваются измерительные устройства (ИУ), представляющие собой широкий класс средств измерений. Информация о них представляется в виде чертежей, схем, графиков, спецификаций, различных описаний, таблиц, отчетов, макетов, результатов различных исследований, испытаний и пр . Все это в целом составляет информационную модель создаваемого ИУ, т.е. проектирование является процессом создания информационной модели ИУ.

1. Место проектирования в жизненном цикле иу

В таблице 1.1 показаны этапы жизненного цикла любого ИУ.

Таблица 1.1.

Структура жизненного цикла иу

№	Этап	Модель ИУ	Исполнитель
1	Разработка ТЗ	Техническое задание	Заказчик, Проектировщик
2	Проектирование	Информационная модель	Проектировщик
3	Техническая подготовка	Технологическая документация	Технолог
4	Производство	Серийный образец	Изготовитель
5	Реализация	Товар	Продавец
6	Эксплуатация	Работающее изделие	Пользователь
7	Депроизводство	Архивная документация	Утилизатор

Первым этапом является разработка технического задания (ТЗ). Исполнителями этого этапа являются Заказчик и Проектировщик, которые совместно вырабатывают исходный документ – техническое задание, - определяющий основные требования к ИУ и общий порядок его разработки. Затем осуществляется непосредственно проектирование, т.е. создание информационной модели ИУ на основе исходной информации с использованием опыта предшествующих разработок и промежуточных результатов проектирования. Этот процесс является творческим, целенаправленным и итеративным. Он заканчивается созданием такой информационной модели ИУ, которая удовлетворяет заданной совокупности требований к характеристикам ИУ: метрологическим, эксплуатационным, технико – экономическим, эргономическим, эстетическим и другим.

Разработка ТЗ и проектирование являются наиболее важными этапами жизненного цикла ИУ. Ошибки на этих этапах обходятся дороже всего, так как их устранение требует многих затрат.

Последующими этапами являются: техническая подготовка производства, собственно производство (изготовление), реализация (продажа), эксплуатация и депроизводство (уничтожение и утилизация) ИУ.

Каждый из этих этапов можно рассматривать как процесс преобразования соответствующей модели ИУ. На каждом из них осуществляется перенос этой модели с языка обобщенного Заказчика на язык обобщенного Исполнителя и обратно по следующей схеме: формулировка задания – реализация соответствующей модели ИУ – оценка качества и коррекция модели - формулировка нового задания.

Из табл. 1.1 видно, что последовательные преобразования модели ИУ осуществляют следующие Исполнители: Заказчик, Проектировщик, Технолог, Изготовитель, Продавец, Пользователь и Утилизатор. В результате этих преобразований ТЗ на проектирование преобразуется в работающее изделие, которое воспроизводится с помощью сырья, энергии и информационного обеспечения. Это изделие тиражируется в необходимом количестве и используется по назначению. Снятое с производства и уничтоженное изделие в информационном плане служит аналогом или прототипом для разработки новых ИУ.

Особенностью современного этапа развития общества является существенное влияние результатов проектирования на изменение окружающей человека среды. Поэтому Проектировщик должен всегда предвидеть нежелательные последствия этих изменений и делать все возможное, чтобы они были безопасны для людей. Чем большие изменения среды предполагаются, тем меньше процесс проектирования направлен на разрабатываемый объект и тем большую часть внимания приходится уделять тем изменениям, которые должны претерпеть производство, сбыт, потребитель и общество в ходе освоения и использования нового изделия.

Ни Заказчик, ни Проектировщик обычно не могут влиять на последствия от реализации объекта проектирования, так как он выходит из под их контроля еще до поступления в производство, а тем более – в эксплуатацию . Получив заказ, Проектировщик может только лишь предвидеть свойства создаваемого изделия и реакцию потребителя на них. По результатам таких предположений формируются предложения Заказчику, исключающие негативные последствия результатов проектирования. Однако в большинстве случаев Заказчик заинтересован в объекте проектирования лишь до момента, пока достигаются поставленные им цели, после чего он перестает влиять на события. В результате изделие начинает, как бы, самостоятельную жизнь. Отсюда понятная та особая роль, которую должны играть власть и общество в вопросах регулирования технического прогресса.

Необходимо учитывать следующие особенности проектирования приборов и систем на современном этапе:

1. Проектирование современных ИУ требует системного подхода , т.е. учета всех явлений и связей, сопровождающих проектирование, изготовление и эксплуатацию ИУ.

2. Множественность путей достижения целей проектирования требует применения методов многовариантного проектирования, т.е. рассмотрения не одного, а многих альтернативных (конкурирующих) вариантов создаваемого прибора или системы.

3. Процесс проектирования приборов и систем характеризуется необходимостью многократного уточнения результатов, полученных на предшествующих стадиях проектирования, т.е. является итеративным.

4. Современные методы проектирования приборов и систем должны быть ориентированы на широкое использование компьютерных технологий, не исключая участия человека при решении наиболее сложных и творческих задач.

1.2. Виды проектных работ

Виды и способы выполнения проектных работ весьма многообразны. Однако все эти работы можно систематизировать по характерным отличительным признакам.

В зависимости от состава решаемых задач различают функциональное, конструкторское, схемотехническое, программно – алгоритмическое и технологическое проектирование (рис. 1.1). Эти виды проектных работ называют ветвями проектирования. Они образуют вертикальные уровни проектирования. В зависимости от цели проектных работ различают этап концептуализации проекта и предварительного проектирования, а также этапы эскизного, технического и рабочего проектирования. Они образуют горизонтальные уровни проектирования.

Концептуализация проекта и предварительное проектирование осуществляются на стадии выполнения научно-исследовательских работ (НИР), этапы эскизного, технического и рабочего проектирования – на стадии опытно-конструкторских работ (ОКР).

Рис. 1.1.

В зависимости от способа достижения поставленных целей различают нисходящее, восходящее и смешанное проектирование.

Задачей функционального проектирования является разработка различных схем объекта проектирования: функциональных, структурных, принципиальных, электрических, оптических, гидравлических, пневматические, кинематических, монтажных и других в соответствии с ГОСТ 2.701 - 84. Поэтому функциональное проектирование иногда называют схемным проектированием.

Степень детализации разрабатываемых схем зависит от стадии разработки. Сначала ставится задача разработки этих схем без их излишней детализации. В результате решаются принципиальные вопросы, влияющие на общую структуру объекта проектирования. Затем эти схемы приобретают вид, необходимый для их практической реализации. Результаты функционального проектирования обеспечивают принципиальную возможность выполнения прибором его главных задач. Поэтому к работам на этой стадии привлекаются наиболее опытные специалисты.

Задачей конструкторского проектирования (т.е. конструирования) является разработка конструкции прибора, т.е. определение такого взаимного расположения деталей, сборочных единиц, узлов и элементов прибора, при котором обеспечиваются правильная работа, необходимая защита, удобство эксплуатации и заявленные потребительские свойства. Конструирование включает в себя также решение вопросов выбора форм и материалов оригинальных деталей, выбора унифицированных деталей, определение такого пространственного расположения составных частей объекта проектирования, при котором обеспечиваются необходимые взаимодействия между элементами конструкции. Результатом конструкторского проектирования является конструкторская документация, составленная в соответствии с ГОСТ 2.102-68.

Задачами схемотехнического проектирования являются разработка, компоновка, моделирование, отладка и испытание электронных и электрических блоков ИУ (электроники, автоматики, связи, вычислительных устройств, блоков электрического питания и пр.).

Задачей программно – алгоритмического проектирования является разработка алгоритмов функционирования вычислительных систем, сетей и программного обеспечения, используемых при работе создаваемого ИУ. Этот вид проектирования является относительно новым. Его появление связано с бурным развитием микропроцессорной и вычислительной техники.

Задачей технологического проектирования является разработка технологической документации, необходимой для изготовления прибора или системы. На этом этапе разрабатываются технологические документы, необходимые для изготовления деталей, сборки узлов, настройки, юстировки и пр. На стадии технологического проектирования могут изготавливаться и подвергаться различным испытаниям отдельные детали, сборочные единицы, материалы и узлы на соответствие техническим условиям.

В ходе предварительного проектирования осуществляются постановка целей и основных задач проектирования объекта, обоснование актуальности решения этих задач и принципиальной возможности выполнения требований технического задания. Для этого проводятся различные исследования, анализ передовых достижений, изучение патентной литературы и пр., т.е. выполняются научно-исследовательские работы. Результатом этого этапа работ является техническое предложение. Цели, задачи и содержание этих работ рассматриваются в разделе 11.1.

Этапы эскизного, технического и рабочего проектирования являются составными частями опытно-конструкторских работ. Цели, задачи и содержание этих работ рассматриваются в разделе 11.2.