2.3 Основные этапы создания технических систем

Процесс создания новых технических систем состоит из пяти этапов:

поискового проектирования;

конструирования;

технологической подготовки производства;

изготовления опытных образцов;

освоения серийного производства.

Поисковое проектированиесостоит из двух стадий:

обоснования необходимости создания новой технической системы;

научно-технических исследований.

Обоснование и анализ необходимости создания новой технической системы проводятся на основании методов научного прогнозирования.

Поисковое проектирование должно ответить на вопросы:

нужна ли новая техническая система?

какой принципиально она должна быть?

Поисковое проектирование осуществляют:

проектировщики новых производств;

экономисты;

научные работники;

изобретатели.

Цель поискового проектирования– разработка технического задания на новую техническую систему, отражающую принцип ее работы.

Конструирование– процесс создания новой машины или другого технического средства, который должен ответить на вопрос: какой она должна быть?

Этот этап выполняется конструкторами, технологами и экономистами. Цель конструкторской работы– создание конструкторской документации для изготовления машины.

Технологическая подготовка производствадолжна ответить на основной вопрос: как изготовить Т-систему в условиях конкретного производства?Цель– отработка конструкции на технологичность и разработка технологических процессов изготовления, контроля и сборки машины.

Изготовление опытных образцов Т-системи их испытание ставитцельюпроверку основных проектно-конструкторских решений и отработку технологической документации. Этап реализуют наладчики-испытатели, инженеры исследователи с приглашением представителей заказчика.

На этапе освоения производства новых Т-системрешаются следующие задачи:

- достижение объема выпуска в соответствии с проектной мощностью предприятия;

- стабильное обеспечение требуемого качества;

- достижение проектной трудоемкости изготовления на всех стадиях производства.

Рис. 5. Связь между основными этапами создания технических средств

Центральным объектом творчества инженера является выработка концепции Т-системы – идеи проекта, абстракции, дающей набросок решения задачи и появляющейся на предварительном проектировании и начальной стадии конструирования (рис. 5).

Лекция 4

2.4 Системный подход в проектировании

Системный подход - это метод анализа объектов в процессе проектирования с системных позиций. Его применение связано с решением двух основных задач:

рационального разбиения задачи на части;

принятия оптимального решения.

Основой системного проектирования являются критерии, принятые с позиций оценки Т-системы как части целого более высокого уровня, и проектирование Т-системы как целого, состоящего из частей и элементов, обладающих целостным характером функционирования.

Взаимодействие системы с внешней средой представляется внешними связями. Поэтому абсолютно замкнутых систем не существует. Физические системы существуют только благодаря окружению.

Например, для технологического процесса (ТП) характерны материальные, энергетические и информационные связи с системами окружающей среды. В кибернетическом плане он представляет собой объект управления (рис.6, а). На его входы поступают заготовки и управляющая информация. Одна часть этой информации включает плановые задания (ПЗ), определяющие календарные сроки запуска и выпуска деталей, а вторая – технологическую документацию (ТД), содержащую алгоритм и программы управления процессом изготовления деталей на различных операциях. К выходам системы относятся готовые детали и информация о фактическом времени их изготовления (ОТ) и технологических отклонениях (ТО). Эта информация поступает в систему оперативного управления производством (АСУ-Уч) и в службы технологической подготовки производства (ТПП).

Рис. 6. ТПП- технологическая подготовка производства; ПЗ- плановые задания; ТД- и ТО – технологическая документация и отклонение; РВ – регулирующее воздействие

Математической моделью, отражающей множественный характер связей технической системы с каждой из систем окружающей среды служит мультиграф. Множеству его вершин соответствует рассматриваемая системаи взаимодействующие с ней системы окружающей среды, а множеству дуг- связи и отношения междуи. В мультиграфекаждую пару вершинисвязывает не одна, а несколько дуг в соответствии с числом связей между ними. На рис. 6, б показан граф связей технологического процесса с различными службами и подразделениями предприятия.

Узел, или сборочная единица машины, связан с другими узлами, образующими окружающую среду, конструктивными, кинематическими и размерными связями. Поэтому для правильного понимания взаимодействия системных объектов и процессов с окружающей средой необходим синтетический охват и учет влияния различных видов связей.

Входные и выходные воздействия следует выделять особенно. Они обеспечивают активное взаимодействие объекта с окружающей средой и во многом определяют его функции, например: преобразование заготовок в готовые детали, передачу движения от двигателя к шпинделям, переработку исходной информации в выходную САПР технических систем. Другие конструктивные и размерные связи обеспечивают правильное взаимодействие, расположение и необходимые степени свободы взаимодействующих узлов, т. е. направлены на выполнение требуемой функции и заданных параметров.

Всякая система допускает разделение ее на подсистемы. Объекты, принадлежащие к одной подсистеме, можно рассматривать как составляющие окружения другой подсистемы. Поведение подсистемы необязательно во всем подобно поведению системы. Разделение системы на подсистемы приводит к иерархичности структуры.

В зависимости от постановки и цели решаемой задачи один и тот же объект в одной иерархической системе является системой, а в другой – подсистемой, а в третьей – элементом.

Рис. 7. Границы систем

Качественная определенность технических систем обусловлена их структурой, под которой понимается совокупность устойчивых отношений между частями целостного объекта или процессов. Структуру необходимо рассматривать как единство противоположных сторон: расчлененности и целостности (рис. 7).

Расчлененность отражает одну из общих сторон структуры и характеризуется качественной спецификой частей системы и их числом. Для каждой системы (С) существует несколько способов расчленения на подсистемы (ПС) и элементы (Э). Так, технологический процесс можно по-разному расчленить на операции, а операции – на установы и переходы. Изменение качественного состава и числа операций при переходе от одного способа расчленения к другому вызывает изменение структуры технологического процесса. Например, замена протяжной операции на токарную при обработке центральных отверстий во втулках и шестернях или объединение нескольких операций в одну за счет применения многопозиционных станков влечет за собой изменение структуры процесса.

Это справедливо и для более сложных объектов. Металлорежущий станок по функциональному признаку расчленяется на несколько блоков: блок заготовки, блок инструмента, блок подачи и др. (рис. 8, а). По виду приводов узлов тот же станок разделяется на механические, электрические, гидравлические и другие узлы (рис. 8, б).

С точки зрения системного подхода процессы проектирования и конструирования различны, но тесно взаимосвязаны (рис. 9).

Рис. 9. Модель проектирования и конструирования при системном подходе

Информационным входомдля проектирования служит описание потребностей. Выходом системы является реальный образ технического средства, действие которого должно быть основано на превращении входав выходв соответствии с потребностью. Этот образ включает в себя концепциюконструкции, осуществляющей заданное действие.

При общем подходе к проектированию нужно предвидеть возможность вариантов, когда проект охватывает

- либо основные характеристики будущего технического средства;

- либо известную конструкцию для условий действия, соответствующих потребности.

Проектирование имеет целью использование технического средства известной конструкции.

При отсутствии желаемой конструкции проектирование должно быть дополнено конструированием нового технического средства.

На практике проектный и конструкторский процессы выполняют инженеры разных специальностей.

Проекты сложных технологических систем новых производств, в которых используются новые технические средства (машины, механизмы и т. п.), разрабатываются технологами этих производств, называемыми проектировщиками. При технологическом проектировании выбираются машины и другое оборудование, определяется их взаимодействие, а также осуществляется расстановка машин и оборудования на рабочих площадях для практической реализации заданного или разработанного технологического процесса. Поэтому технологи при создании новых производств должны обосновывать необходимость создания новых машин и определять их параметры. В этом основное отличие проектирования от конструирования.

Под конструированием понимается разработка конструкторской документации, объем и качество которой позволяют изготовить техническое средство или систему с соблюдением всех требований машиностроительной технологии. Конструкторская документация является результатом творчества инженера- конструктора, средством, с помощью которого он выражает свои мысли и доводит их до изготовителей технических систем.