Принципы и задачи проектирования

Проектирование объекта связано с созданием, преобразованиями и представлением в принятой форме образа этого объекта. Образ объекта или его составных частей может созда­ваться в воображении человека в результате творческо­го процесса или генерироваться по некоторым алгорит­мам в процессе взаимодействия человека и ЭВМ. В лю­бом случае проектирование начинается при наличии задания на проектирование, которое отражает потреб­ности общества в получении некоторого технического изделия. Это задание представляется в виде тех или иных документов и является исходным (первичным) описани­ем объекта. Результатом проектирования, как правило, служит полный комплект документации, содержащий достаточные сведения для изготовления объекта в заданных условиях. Эта документация представляет собой окончательное описание объекта..

Проектирование — процесс, заключающийся в преобразовании исходного описания объекта в окончательное описание на основе выполнения комплекса работ исследо­вательского, расчетного и конструкторского характера.

Проектирование, при котором все или часть проектных решений получают путем взаимодействия человека и ЭВМ, называют автоматизированным, а проектирование, при котором ЭВМ не используется, — неавтоматизиро­ванным.

Описания технических объектов должны быть по сложности согласованы с возможностями восприятия человеком и возможностями оперирования описаниями в процессе их преобразования с помощью имеющихся средств проектирования. Однако выполнить это требование в рамках некоторого единого описания, не расчленяя его на некоторые составные части, удается лишь для прос­тых изделий. Как правило, требуется структурирование описаний и соответствующее расчленение представлений о проектируемых объектах на иерархические уровни и аспекты. Это позволяет распределять работы по проек­тированию сложных объектов между подразделениями проектной организации, что способствует повышению эффективности и производительности труда проектиров­щиков.

Разделение описаний по степени детализации отображаемых свойств и характеристик объекта лежит в основе блочно-иерархического подхода к проектированию и при­водит к появлению иерархических уровней (уровней аб­страгирования) в представлениях о проектируемом объекте.

Таким образом, принцип иерархичности означает структурирование представлений об объектах проекти­рования по степени детальности описаний, а принцип декомпозиции (блочности) — разбиение представлений каждого уровня на ряд составных частей (блоков) с воз­можностями раздельного (поблочного) проектирования объектов.

Системный подход при решении за­дач проектирования технологических процессов позволяет применить блочно-иерархический под­ход. Объект разбива­ется на конечное число блоков (подсис­тем 1-го уровня), допускающих раздель­ное проектирование, каждый из кото­рых, в свою очередь, разбивается на ко­нечное число блоков (подсистем 2-го уровня), и так далее до тех пор, пока не будут получены блоки (подсистемы), ко­торые принимаются неделимыми.

Подсистемами первого уровня при проектировании предприятия могут слу­жить строительная, технологическая, санитарно-техническая, теплотехническая, энерготехническая и другие части. Даль­нейшее применение иерархического и блочного деления, например для тех­нологической части, приводит к выделе­нию элементов, характеризующих функ­циональное назначение, функцию, струк­туру, компоновочно-планировочное ре­шение и организацию.

Рисунок 1 – Блочно-иерархическая структура объекта проектирования

Функциональное назначение опре­деляется целью и назначением проек­тируемой технологической части, ас­сортиментом и технико-экономически­ми показателями производства.

Функция характеризуется процессом (процессами) преобразования сырья в готовую продукцию и формирования комплекса показателей качества про­дукта, описывается технологическими операциями и связями между ними (тех­нологическими схемами).

Структура определяется составом технологического оборудования (типом оборудования), его количеством и ма­териальной связью между единицами оборудования (жесткой, гибкой).

Компоновочно-планировочное ре­шение представляет собой схему распо­ложения оборудования и коммуника­ционных связей на площадях цеха (от­деления, участка) с привязкой оборудо­вания к энергоносителям, характеризу­ется структурой площадей и коммуни­кационными связями.

Организация процесса проектирова­ния определяет законы работы с проек­тируемой системой. Непосредственны­ми элементами организации являются материальные, трудовые и энергетичес­кие ресурсы.

Если ре­шение задач высоких иерархических уровней предшест­вует решению задач более низких иерархических уров­ней, то проектирование называют нисходящим. Если раньше выполняются этапы, связанные с низшими иерар­хическими уровнями, проектирование называют восходя­щим.

У каждого из этих двух видов проектирования имеют­ся преимущества и недостатки. При нисходящем проек­тировании система разрабатывается в условиях, когда ее элементы еще не определены и, следовательно, сведения о их возможностях и свойствах носят предположительный характер.

При восходящем проектировании, наоборот, элементы проектируются раньше системы, и, следователь­но, предположительный характер имеют требования к элементам. В обоих случаях из-за отсутствия исчерпы­вающей исходной информации имеют место отклонения от потенциально возмож­ных оптимальных техни­ческих результатов. Од­нако нужно помнить, что подобные отклонения не­избежны при блочно-иерархическом подходе к проектированию и что какой-либо приемлемой альтернативы блочно-иерархическому подходу при проектировании сложных объектов не существует. Поэтому оптимальность результатов блочно-иерархического проектирования следует рассматривать с позиций технико-экономических показателей, включаю­щих в себя, в частности, материальные и временные за­траты на проектирование.

При архитектурно-строительном проектиро­вании промышленных предприятий выделяют иерархические уровни отдельных зданий, комплекса зданий, города, региона, на каждом из которых элементами являются системы предшествующего более низкого иерархического уровня.

Проектирование как процесс, раз­вивающийся во времени, делится на стадии, этапы, проектные процедуры и операции.

При проектировании предприятий выделяют стадии предпроектных иссле­дований, формирования технического задания и технического проекта.

На стадии предпроектных исследо­ваний и формирования технического задания на основании изучения по­требностей общества в получении но­вых изделий, научно-технических дос­тижений в данной и смежной отраслях промышленности, имеющихся ресур­сов (резервов) определяют назначение, основные принципы построения тех­нического объекта и формулируют тех­ническое задание (ТЗ) на его проекти­рование.

На стадии технического проекта осу­ществляют всестороннюю проработку всех частей проекта, конкретизируют и детализируют предлагаемые техничес­кие решения.

Этап проектирования ~ условно вы­деленная часть процесса проектирова­ния, в результате чего принимается проектное решение (совокупность про­ектных решений), необходимое и до­статочное для продолжения процесса проектирования. Так, при выполнении технологической части, таким эта­пом является проектирование функ­ции (обоснование технологических ре­жимов производства, выбор техноло­гических схем и т.д.), структуры (под­бор и расчет технологического обору­дования), компоновочно-планировоч­ных решений, вклющая расчет площа­дей основного производства и вспо­могательных помещений, организацию (расчет графиков работы оборудова­ния, проектирование систем управле­ния и др.). При проектировании ар­хитектурно-строительной части таким этапом являются унификация и типи­зация производственных зданий и их элементов, объемно-планировочные ре­шения (выбор этажности и основных строительных параметров, блокирова­ние цехов и т.д.).

Проектная процедура — часть этапа проектирования, выполнение которой заканчивается проектным решением (выбор технологических схем, подбор технологического оборудования, расчет графиков работы оборудования и т.д.). Проектная процедура является типо­вой, если она предназначена для мно­гократного применения при проекти­ровании многих типов объектов.

Проектная операция — составляющая часть проектной процедуры, например расчет отдельных показателей проек­та, расчет реальной производительнос­ти оборудования, графическое изобра­жение размещения оборудования на площадях цеха.

Процесс проектирования, реализу­емый на этапах проектирования, скла­дывается в виде трех задач: синтеза, ана­лиза, оценки и принятия решений.

Синтез заключается в генерирова­нии (конструировании) возможных проектных вариантов. Различают син­тез структуры (структурный синтез) и синтез параметров (параметрический синтез).

Структурный синтез — это разработ­ка вариантов структуры проектируемо­го объекта (его элементов и связей меж­ду ними), параметрический синтез — это определение параметров при посто­янной структуре. Если в процессе про­ектирования необходимо найти не любой проектный вариант, а оптимальный по некоторому критерию (вектору критериев), то такой синтез соответст­венно называется структурной, либо па­раметрической оптимизацией.

Анализ состоит в изучении свойств и поведения проектных вариантов, полу­ченных в результате синтеза. В процес­се анализа устанавливают значения кон­структивно-технологических и технико-экономических параметров (критери­ев), которые позволяют сравнить про­ектные варианты между собой.

Различают процедуры одно- и мно­говариантного анализа.

При одновариантном анализе при заданных значениях внутренних и внешних параметров требуется опре­делить значения выходных парамет­ров объекта. При решении этой зада­чи полезно использовать геометри­ческую интерпретацию, связанную с понятием пространства внутренних па­раметров. Это n-мерное пространст­во, в котором для каждого из п внут­ренних параметров х_i выделена коор­динатная ось. При одновариантном анализе задается также некоторая точ­ка в пространстве внутренних пара­метров, в которой требуется опреде­лить значение выходных параметров. Подобная задача обычно сводится к однократному решению уравнений, со­ставляющих математическую модель, что и обусловливает название этого вида анализа.

Многовариантный анализ заключает­ся в исследовании свойств объекта в некоторой области пространства внут­ренних параметров и требует много­кратного решения системы уравнений (многократного выполнения одновариантного анализа).

Оценка и принятие решений заключается в общей оценке эффективности (полезности) вариантов на основе их анализа и в окончательном выборе про­ектных решений.

Реализация элементов САПР пред­полагает выполнение части проектных операций (действий) в рассмотренных задачах ЭВМ, не исключая при этом участие в процессе проектирования че­ловека, которого принято называть ли­цом, принимающим решения (ЛПР). Особенно это относится к задачам ана­лиза, оценки и принятия решений, где приходится выбирать окончательные проектные варианты в условиях ком­промисса (векторных оценок и конф­ликта оценочных критериев).

В качестве примера можно рассмотреть процедуру выбора технологических схем производства полукопченых колбас. В этой процедуре варианты структуры представлены в виде графа возможных технологических схем, а параметрический синтез осуществляется в процессе выбора системы машин, реализующих ту или иную технологическую схему.

В общем случае процесс проектирования можно представить в виде информационно-структурной модели проектирования (ИСМП).

САПР, как научно-техническая дисциплина включает в себя:

1. Методологию АП;

2. Математическое обеспечение, объединяющее математические модели, методы и алгоритмы для выполнения проектных процедур;

3. вопросы комплектования технических средств и разработки специализированной аппаратуры для САПР;

4. вопросы разработки и использования программно-информационного обеспечения банков данных, пакетов прикладных программ, операционных систем ЭВМ.

Дата добавления: 2014-01-20