- •Кафедра «Персональной Электроники»
- •Планы лекций:
- •Тексты лекций.
- •Содержание
- •Глава 1. Введение. Основные положения.
- •1.1. Цель, задачи и особенности курса.
- •1.2. Основные понятия дисциплины.
- •1.3. План изучения курса.
- •Контрольные вопросы к главе 1.
- •Глава 2. Системное представление объектов проектирования.
- •2.1. Понятие технической системы.
- •2.2. Системное представление рэс.
- •2.2.1. Принципы, элементы и отношения в рэс.
- •2.2.2. Классификация частей (подсистем) рэс.
- •2.3. Оценка потребительских свойств ти. Качество тс.
- •Контрольные вопросы к главе 2.
- •Глава 3. Проектирование и конструирование технических систем.
- •3.1. Понятия инженерного проектирования.
- •3.1.1. Представления о понятии "проектирование".
- •3.1.2. Синтез, анализ и принятие решений.
- •3.2. Уровни сложности проектных задач.
- •3.3. Уточнение представлений о проектировании и конструировании рэс.
- •Контрольные вопросы к главе 3.
- •Глава 4. Средства инженерного проектирования.
- •4.1. Классификация средств ип.
- •4.2. Методы проектирования тс
- •4.3. Повышение эффективности проектирования тс.
- •4.3.1. Интенсификация творчества при проектировании тс.
- •4.3.2. Повышение эффективности математических методов проектирования.
- •4.4. Современные средства ип.
- •Контрольные вопросы к главе 4.
- •Глава 5. Тенденции развития инженерного проектирования.
- •5.1. Этапы жизни тс и рэс.
- •5.2. Развитие конструкций и процессов конструирования рэс.
- •5.2.1. Этапы развития рэ.
- •5.2.2. Функционально-узловой принцип проектирования рэс.
- •5.3. Противоречия развития.
- •5.4. Современное состояние ип и конструирования.
- •5.4.1. Иерархия конструкций.
- •5.4.2. Роль микроэлектроники и стандартизации
- •Контрольные вопросы к главе 5.
Контрольные вопросы к главе 3.
1. Модели проектирования.
2. Синтез, анализ и принятие решений при проектировании.
3. Роль творчества и науки в проектировании.
4. Стратегия проектирования РЭС.
5. Уточненное понятие конструкции и конструирования РЭС.
6. Особенности проектирования конструкций РЭС.
7. Уровни сложности проектных задач.
8. Недостатки известных моделей ИП, достоинство семантической модели.
9. Типовые задачи проектирования РЭС.
10. Возможность творчества и формализации при решении проектных задач различной сложности.
Глава 4. Средства инженерного проектирования.
Средства ИП - все то, с чьей помощью осуществляется процесс проектирования с достижением необходимого результата. К ним относятся: арифмометры, компьютеры, логарифмические линейки и т.д.
Задача проектировщика - разработать или выбрать такие средства, которые обеспечивают рост эффективности жизни проектируемой ТС, повышения качества, уменьшения времени и снижения затрат на разработку.
4.1. Классификация средств ип.
Множество разнообразных средств проектирования обычно классифицируются следующим образом.
Рис. 4.1.
1). языковые (лингвистические):
языки общения человечества;
машинные языки;
образные языки (черчение);
2). технические:
карандаш,
линейка,
кульман,
ЭВМ,
графопостроитель,
печатающее устройство;
3). методические:
инструкции по использованию устройств проектирования,
нормативы и методики действий;
4). программные:
совокупность программ, предназначенных для решения различных задач проектирования на ЭВМ;
5). информационные:
совокупность данных, необходимых для проектирования, изложенных в различной литературе (монографии, справочники и др. источники);
Информационные средства существуют в виде:
банка данных (позволяет пользоваться информацией с помощью машинной системы в автоматизированном режиме работы);
банка знаний (содержит сложные виды информации).
6). организационные:
система управления объектами, задействованными в процессе проектирования (приказы, ГОСТы и т.д. )
7). методы: особая группа средств.
Задача конструктора - выбрать из известных или создать новые средства, повышающие эффективность проектирования за счёт повышения качества, снижения времени и стоимости разработки.
В более общем виде задача проектировщика при выборе средств состоит в том, чтобы организовать наилучшее взаимодействие между человеком и средой, для повышения эффективности проектирования.
Рис. 4.2.
Рассмотрим роль конструктора в выборе средств, учитывая что не все средства доступны проектировщику для управления ими. Действительно, из приведённой совокупности средств проектирования большинство недоступно для управления (выбора, замены, дополнения и т.д.) ими конструктору в практической деятельности. И только методы и информационные средства непосредственно выбираются проектировщиком. Следовательно, именно им нужно уделять внимание в первую очередь разработчикам.
4.2. Методы проектирования тс
Методы проектирования ТС можно условно разделить на:
творческие (интуитивно-эвристические, эмпирические);
математические (научные, формализованные, логические).
Интуитивно-эвристические методы проектирования - это методы отыскания инженерным коллективом приемлемого решения ТС на основе использования накопленных данных, собственного инженерного опыта, приближенных расчетов, инженерной интуиции и творческих способностей сотрудников коллектива.
Эвристические методы основаны на мыслительной деятельности, устремленной на отыскание ответов на вопросы, которые возникают при рассмотрении задачи, требующей решения.
Эффективность Э таких методов зависит от множества I психо-физических факторов и качество решения К также есть функция I, К=K(I), где I - опыт, интуиция, окружающая среда, знания, настроение и т.д.
Простой анализ интуитивно-эвристических методов позволяет сделать следующие выводы:
1). Качество K(I) зависит от множества психофизических факторов, в том числе и условий работы коллектива.
2). Показатели эффективности проектирования - качество К и время tпр - противоречивы, т.е. улучшая один из показателей можно ухудшить другой.
3). Из-за большого времени t проектирования обычно готовят один вариант проекта.
Достоинства методов:
простота;
малые затраты (не надо дополнительных средств).
Недостатки интуитивно-эвристических методов:
получение высококачественного проекта возможно узким кругом высококвалифицированных специалистов;
удачные методики и технологии проектирования являются "достоянием" личности, их невозможно тиражировать даже при желании автора;
остается неизвестной относительная ценность полученного решения, так как не найдены лучшие из возможных варианты решения;
неразрешенность противоречия "качество - затраты".
Метод рассчитан на эксплуатацию "гениев" (если хотим иметь высокую эффективность, нужно "выжимать из гениев").
Математические (научные) методы - это методы проектирования ТС, заключающиеся в математической формулировке совокупности исходных данных и цели проектирования и отыскании чисто математическим путем такого решения, которое обеспечивает наилучшее значение цели.
Математические методы проектирования включают в себя:
математическую формулировку цели и исходных данных в виде условий и ограничений (математическая задача);
математический способ решения задачи.
В этих методах используют возможности дедукции, стремятся к определению операций и их очередности, а также связей между операциями. В результате создается ряд последовательных и приближающих к цели процедур.
Широко используется на этапах решения оптимизационные процедуры.
Достоинство математических методов ИП:
качество решения К не является функцией психофизических факторов (решение объективно), K(I);
методика получения лучшего решения может быть распространена (тиражирована);
методы позволяют найти "идеальное" качество К, определяемое уровнем развития науки и техники, которое реально не достигается, но позволяет объективно оценивать результат;
противоречие "качество - затраты" может быть разрешено.
Недостатки методов:
подавляющее большинство реальных задач нельзя адекватно формализировать;
не всегда можно найти математические методы решения.
Поэтому в практике проектирования используют сочетание математических и эвристических методов, причём синтез выполняется интуитивно - эвристически, в общем случае анализ производится формализовано, а принятие решения также - интуитивно - эвристически.
Реально проектирование ТС ведется интуитивно-эвристическим способом, причем доля чисто математических методов зависит от множества причин:
сложность задачи,
квалификация конструктора,
наличие соответствующих средств.
Задача конструктора - по возможности больше использовать математические методы, так как с их помощью можно получить множество вариантов ТС и повысить эффективность проектирования. За счёт того, что математические методы допускают формализацию и автоматизацию, тем самым они существенно сокращают затраты времени и средств без потери качества проектирования.