5.5. Механизация и автоматизация проектирования изделий.

Большую долю в суммарных затратах инженерного труда имеют расчеты, вычисления, выполнение графиче­ской части проектов, часто носящие рутинный характер. Для подготовки производства легкового автомобиля нужно, например, выполнить до 10 тыс. рабочих черте­жей. На одного конструктора в год иногда падает выпол­нение более 100 чертежных листов формата А1, а сред­няя трудоемкость каждого — 10—20 чел-ч. Поэтому уже в конце 60-х годов на каждого конструктора строительных корпорациях США приходилось по шесть чертежников и одному вспомогательному работнику дру­гих профессий. Использование ЭВМ третьего поколения позволяет вдвое сократить численность этих категорий работников и время выполнения чертежных работ.

Таблица5.1. Доля трудовых затрат на проектирование в немеханизированных конструкторских бюро

Вид работы	% ощим затратам
Творческая работа, согласование и принятие ре­шений ............ Инженерные расчеты ........ Разработка и оформление чертежей Размножение конструкторской документации .	20—25 10—15 40—50 10—15

Увеличить производительность инженерного труда по­зволяют различные средства механизации: чертежные приборы (пантографной и координатной систем), трафа­ретные лекала, шаблоны, приборы, преобразующие орто­гональные проекции в аксонометрические и перспектив­ные, специальные пишущие машинки для печатания спе­цификаций, ТУ и других конструкторских документов, копировально-множительная техника и т. д.

Особенно велика роль в повышении производитель­ности конструкторского труда, качества проводимых ра­бот, а в ряде случаев в обеспечении оптимальности при­нимаемых решений современных средств автоматизации, начиная от автоматических графопостроителей, и кончая сложнейшими аналоговыми и цифровыми вычислитель­ными машинами (АВМ и ЭВЦМ), вплоть до техники, обеспечивающей САПР[2].

По степени автоматизации элементов проектирования все системы можно разбить на три класса: информаци­онно-поисковые системы (ИПС), полуавтоматизирован­ные (автоматизированы расчеты, чертежные работы, однако выбор оптимального решения делает конструк­тор), системы автоматизированного проектирования. В последних с помощью ЭВМ осуществляется не толь­ко рутинные процессы, но и значительная часть творче­ских, поисковых, т. е. выбор оптимальных конструкционных схем на стадии эскизного проектирования, оптими­зационные расчеты при компоновке сборочных единиц, исследовании прогнозных и иных характеристик на ста­дии технического проектирования и, наконец, выбор наи­лучшего варианта конструкции деталей с переносом па­раметров этой конструкции на носитель информации, пригодный для использования на станке с программным управлением, на стадии рабочего проектирования.

САПР представляет собой комплекс технических средств (ЭВМ, дисплеи, графопостроители, микрофиль­мирующие установки и т. д.), программного (математи­ческого) обеспечения и работников (исследователей, кон­структоров, экономистов, техников и т.д,), осуществляю­щих «диалоговую» связь с ЭВМ. Для общения с ЭВМ (поскольку многие участники разработки не имеют на­выков программирования) создан проблемно-ориентиро­ванный язык. Формируя соответствующие приказы, внося с помощью светового пера необходимые поправки на экране дисплея, человек получает результаты в виде графиков, чертежей, расчетов, а в некоторых программах и оптимизированные результаты вычислений. Так, нали­чие в ЭВМ четвертого поколения семантической сети, в которой описаны основные признаки элементов изделия (назначение, схемы, конструкции, возможные неисправ­ности), позволяет формировать советы операторам, т. е. выдавать оптимизированные решения.

Применение в САПР вычислительных машин и современного терминального оборудования, произ­водство автоматизированных рабочих мест конструкто­ров (позволяющих кодировать чертежи, подготавливать информацию для ввода в ЭВМ, редактировать текст и т. д.) приводят к существенному перераспределению функций между конструктором и ЭВМ, изменяет как технологию, так и организацию работ КБ и ОГК.

Весьма перспективным направлением, основанным на создании в памяти ЭВМ банка данных по типовым подетальным и сборочным технологическим процессам, является так называемое технологически ориентирован­ное проектирование. Конструктор на основе проведенно­го автоматизированного поиска в банке данных наиболее

рациональной технологии для данной конструкции полу­чает по сути дела конструкторско-технологическое ре­шение. Оно существенно ускоряет весь дальнейший ход подготовки производства.

В связи с передачей значительной части проектно-конструкторских работ на ИВЦ меняются функции ряда подразделений ОГК, освобождаемых не только от сбора и обработки информации, расчетных, графических работ, но частично и творческих (например, выбор лучшего ва­рианта). В значительной части они заняты в САПР подготовкой исходных данных для расчетов на ЭВМ, ана­лизом получаемой информации, расчетов, графической документации и т. д.

Все проектно-конструкторские задачи в САПР мо­гут быть разделены на три класса, для которых состав­лены соответствующие алгоритмы и программы. Пер­вый класс — это оптимизация параметров уже создан­ных технических систем. Технико-экономические показа­тели последних, как показывает практика, могут быть улучшены на 15—20%. Второй—когда задан принцип действия и надо найти наилучшие конструкторские ре­шения, часто реализуемые в виде изобретений и дающие существенное улучшение технико-экономических пара­метров. Третий—когда исследуется, а затем конструи­руется новый принцип действия на основе научных от­крытий. При этом возникают принципиально новые ре­шения, часто обеспечивающие повышение технико-эко­номических показателей в несколько раз по сравнению с существующими изделиями[2].

Разработка любого радиоэлектронного устройства сопровождается физическим или математическим моделированием. Физическое моделирование связано с большими материальными затратами, поскольку требуется изготовление макетов и их трудоёмкое исследование . Часто физическое моделирование просто невозможно из-за чрезвычайной сложности устройства, например, при разработке больших и сверхбольших интегральных схем. В этом случае прибегают к математическому моделированию с использованием средств и методов вычислительной техники [4].

Проектирование электронной аппаратуры представляет собой итерационный процесс, состоящий из этапов функционального проектирования , разработки принципиальной схемы, разработки печатной платы, её изготовления, проведения испытаний, доработки по их результатам принципиальной или функциональной схемы, внесения изменений в печатную плату и т.д. и осуществление до тех пор пока не будут удовлетворены все требования технического задания. Например, на фирме Phillips Semiconductor при разработке радиочастотных схем приходится изготавливать три варианта печатных плат. С повышением сложности аппаратуры, переходом к более высоким диапазонам частот, применением смешанных аналого-цифровых устройств число итераций увеличивается. Связано это с тем, что аналитически трудно учесть паразитные эффекты, присущие как электронным компонентам, так и проводникам печатных плат, и их взаимное влияние .Единственный выход из положения заключается в организации сквозного цикла автоматизированного проектирования аппаратуры , включающего в себя моделирование как идеальной схемы , так и реальной конструкции и её испытаний при действии различных дестабилизирующих факторов и учета разброса параметров. Наиболее полно эти задачи решаются на рабочих станциях с применением программного обеспечения корпораций Mentor Graphics, Cadence и др. Однако дороговизна такого решения делает его невозможным для широкого применения . Программа Electronics Workbench 5.0 – система обеспечивающая сквозное проектирование аналого-цифровой аппаратуры на платформе персональных компьютеров.[3]

Результатом внедрения EWB стало значительное сокращение времени на КПП и повышение качества конечного продукта . Это приводит в конечном итоге к сокращению предпроизводственной стадии по разработке нового продукта и к увеличению его конкурентноспособности. Экономятся значительные средства, используемые, обычно, при моделировании объекта.

Доля формализуемых работ выполняемых в процессе КПП составляет примерно 50 %: из них проектирование –4 % времени, расчеты-7 % времени , вычерчивание в ручную-10 % времени , внесение изменений – 10 % времени , работа со спецификацией- 35 % времени, поиск прототипа –10 % времени и др. рутинные работы – 6 % времени, прочие – 18 % [2].

Таблица 5.2 Возможная степень автоматизации и соответствующее снижение трудовых затрат в проектировании.

Группы работ	Доля трудовых затрат, %	Возможная степень автоматизации, %	Экономия трудовых затрат, %
Поиск информации	10	100	10
Постановка задачи и генерирование идей	10	10	1
Определение закономерностей и расчёты	15	60	9
Графические работы	30	100	30
Написание отчетов (текстовой материал)	10	50	5
Оформление проектов	10	100	10
Размножение технической документ.	10	100	10
Согласование результатов	5	0	5
Итого	100	--	75

В результате с применением возможной степени автоматизации снижение трудовых затрат в проектировании изделий сокращается на 75%. При резком росте качества работы конструктора, производительности, повышении результатов разработок и снижении затрат на проведение испытаний ( см. рис5.2 и рис.5.3).

Рис. 5.2. Доля трудовых затрат.

Рис. 5.3. Снижение трудовых затрат в проектировании.