Министерство образования и науки российской федерации

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ДГТУ)

Факультет «Машиностроительные технологии и оборудование»

Кафедра «Информационные технологии пластического формоизменения»

ЛЕКЦИИ

(основное краткое содержание)

ПО ДИСЦИПЛИНЕ

ОСНОВЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО

ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Составитель: доцент кафедры ИТПФ Церна И.А.

Ростов-на-Дону

2013

Место автоматизации в общей системе проектирования

Изначально проектирование технических объектов (ТО) было основано на интуиции проектировщика, имевшемся опыте и традициях проектирования и представляло собой больше искусство, чем науку [1].

Применение компьютерной техники для решения инженерных задач началось сразу же после ее появления и дало толчок к развитию автоматизации проектирования. Формализация проектных процедур привела к выявлению ранее неизвестных общих закономерностей процесса проектирования, инвариантных к различным предметным областям. Это способствовало созданию общей теории инженерного проектирования, отличающейся собственной системой основных понятий, терминов, классификаций, оценок проектируемых объектов, содержанием и последовательностью решения проектных задач.

Однако развитие общей теории и автоматизации проектирования еще не завершено. Создание систем сквозного проектирования с полным его охватом формализованными процедурами возможно в будущем.

В существующем виде общая теория инженерного проектирования сохраняет преемственность «по отношению к традиционным методам проектирования и не отрицает их. Оптимальное сочетание имеющегося опыта проектирования в конкретной предметной области и достижений общей теории инженерного проектирования позволяет получать проектные решения высокого качества при приемлемых затратах труда и времени.

Общие закономерности проектирования

Общественная потребность - движущая сила материального производства.

В условиях рыночного хозяйства основным требованием потребителя является качество продукции. А качество любого изделия закладывается при проектировании, обеспечивается технологией и реализуется в эксплуатации. Потери качества вследствие ошибок проектирования невозможно компенсировать высоким качеством изготовления и хорошими условиями эксплуатации. Отсюда следует исключительная важность обеспечения качества изделия на стадии проектирования, т. е. качество самого проектирования.

Техническое задание и проектная документация

Общественная потребность отражается в техническом задании (ТЗ) на проектирование, которое является первичным описанием объекта проектирования.

Оно включает в себя:

• наименование объекта проектирования,

• технические требования,

• условия его эксплуатации.

Окончательным описанием объекта проектирования является проектная документация.

Описание должно быть достаточным для изготовления объекта проектирования и использования его по своему назначению.

Проектирование, таким образом, представляет собой процесс преобразования исходного описания в окончательное.

Параметры объекта проектирования

Значительная часть принимаемых проектных решений ТО осуществляется путем их количественного обоснования. Следовательно, проектирование ТО носит ярко выраженный расчетный характер. При этом различают выходные, внутренние и внешние параметры объекта проектирования.

Выходные параметры представляют собой показатели качества, указанные в ТЗ; внутренние - параметры элементов (сборочных единиц, деталей), а внешние - количественное выражение условий эксплуатации объекта проектирования, например температура и влажность среды, энергетическое обеспечение и т. п.

Одной из особенностей проектирования является многовариантность проектных решений. Эти решения, полученные разными проектировщиками по одному и тому же ТЗ, будут различными как по содержанию, так и по качеству. Число степеней свободы задачи проектирования может быть уменьшено до нуля при ее постановке как задачи оптимизации. В этом случае проектное решение получается единственным и наилучшим. Однако это требует наличия некоторой математической зависимости в доступном для практического использования виде.

В отдельных случаях внутренние и внешние параметры связаны простыми отношениями. Например, радиус кривошипа R кривошипного пресса (внутренний параметр) связан с ходом ползуна S (внешний параметр) соотношением S = 2R. Однако такие случаи представляют собой крайне редкое исключение.

Нисходящее и восходящее проектирование

В обработке металлов давлением основными объектами проектирования являются штампы и кузнечно-штамповочные машины (КШМ). И те и другие являются достаточно сложными системами. При этом КШМ, к тому же, представляют собой многоуровневые системы. Поэтому рассмотрим закономерности их проектирования более подробно.

Кузнечно-штамповочные машины содержат большое количество подсистем (привод, исполнительный механизм, система включения, передаточные устройства, станина, фундамент и т. п.) различной физической природы (электрической, механической, пневматической и т. д.).

Для преодоления связанных с этим трудностей при проектировании КШМ используют блочно-иерархический подход, согласно которому объект проектирования расчленяют на иерархические уровни. Высший (первый) уровень соответствует самому объекту проектирования, а низшие - его составным элементам.. Элементы выделяют таким образом, чтобы они образовывали функционально законченные подсистемы, которые можно рассматривать как самостоятельные объекты проектирования.

Задача проектирования кривошипного пресса при этом распадается на задачи проектирования большего количества элементов меньшей сложности. Кроме того, проектирование объектов одного уровня можно осуществлять параллельно.

В зависимости от очередности решения задач проектирования на различных иерархических уровнях различают нисходящее и восходящее проектирование.

При восходящем проектировании решение задач проектирования на нижних иерархических уровнях предшествует их решению на верхних уровнях. При этом разработка ТЗ для объектов нижнего уровня отличается известной неопределенностью, так как может оказаться, что объект, собранный из спроектированных элементов, не будет удовлетворять требованиям ТЗ. В этом случае приходится пересматривать ТЗ на проектирование объектов нижних уровней с учетом возможности получить работоспособный вариант объекта проектирования.

Таким образом, процесс проектирование приобретает итерационный характер, т. е. осуществляется методом последовательных приближений.

При нисходящем проектировании вначале решают задачу проектирования на верхних иерархических уровнях. Результатом решения является ТЗ на проектирование подсистем нижнего уровня. При этом существует опасность разработки таких ТЗ, которые на одном из нижних уровней иерархии могут оказаться нереализуемыми по технологическим, экономическим или каким-либо другим соображениям.

В этом случае приходится пересматривать проектные решения, принятые на одном из верхних уровней иерархии, с учетом возможности реализации заново разрабатываемых ТЗ на проектирование подсистем нижнего уровня

Поэтому при нисходящем проектировании, как и при восходящем, процесс носит итерационный характер.

При проектировании КШМ преимущественно используют нисходящее проектирование. Восходящее проектирование применяют эпизодически, например, при проектировании систем включения кривошипных прессов, когда муфту выбирают из нормализованного ряда.

Кроме исходного и окончательного описаний объекта проектирования существуют промежуточные описания. Они порождаются процессом проектирования и используются для оценок качества принятых проектных решений на его различных стадиях. Формализованная совокупность действий, результатом которых является получение проектного решения, называется проектной процедурой.

Проектные процедуры

Типовая последовательность проектных процедур при нисходящем проектировании представлена на рис. 1.

Рис 1. Типовая последовательность проектных процедур

при нисходящем проектировании

Проектная процедура называется типовой, если она предназначена для неоднократного применения при проектировании объектов различного типа. К типовым проектным процедурам относятся синтез, анализ и оптимизация проектируемых объектов.

Синтез заключается в создании описания объекта, анализ – в определении свойств объекта по его описанию. Одновариантный анализ позволяет установить соответствие принятого проектного решения техническим требованиям, многовариантный – улучшить проектное решение путем его целенаправленного изменения. Такое улучшение можно выполнять до получения работоспособного варианта проектного, или наилучшего (оптимального), с точки зрения проектировщика, решения либо до тех пор, пока не появится убежденность в невозможности получения проектного решения при имеющемся ТЗ.

Представленный рис. 1 показывает взаимосвязь процедур анализа, оптимизации и синтеза. При этом анализ в отличие от других процедур присутствует всегда, и поэтому как проектная процедура является основой процесса проектирования.