Автоматизированное проектирование

Лекция 15. Основные методы проектирования инженерных систем (продолжение)

Рассматривая проектирование как творческий процесс, где во взаимодействии используются логические и интуитивные методы, его можно определить как процесс функционирования системы «человек—ЭВМ». Основные составляющие последнего представлены на рис. 15.1.

Логическая составляющая характеризуется возможностя­ми компьютерных схем решения проектных задач и подразде­ляется на два типа: формально-логическую и интеллектуаль­но-логическую.

Формально-логическая компонента проектирования пред­полагает творческий характер проектирования: исследова­тельская работа проектанта по формированию алгоритма ре­шения задачи и его программной реализации.

Построение интеллектуально-логических схем основывает­ся на логической компоненте мышления проектанта и на фор­мализации интеллектуальных методов нахождения решения.

С позиции творческого функционирования системы «чело­век-ЭВМ» деятельность проектанта, опосредованная ЭВМ ха­рактеризуется как творчеством личности, так и процессом проектирования с использованием ЭВМ. Такой подход к про­ектированию называют автоматизированным.

Организационная форма применения математических методов и вычислительной техники в проектировании представляет собой систему автоматизированного проектирования (САПР). Под этим термином понимается система проектиро­вания, в которой органично объединены творческие усилия коллектива разработчиков, возможности математических ме­тодов и ЭВМ на всех этапах проектирования с применением развитых средств программного и информационного обеспече­ния, позволяющих улучшить качество проектных работ и сро­ки их выполнения. Это достигается благодаря систематиза­ции и совершенствованию проектного процесса, которые со­провождаются перестройкой структуры и кадрового состава проектных организаций; применению эффективных матема­тических моделей проектируемых объектов; комплексной оп­тимизации принимаемых решений; улучшению информаци­онного обеспечения разработок; автоматизации трудоемких и рутинных работ; частичной замене макетирования и натур­ных испытаний математическим моделированием.

Рис.8.10

САПР – сложная организационно-техническая система, представляющая собой комплекс средств автоматизации (КСА), организационно-методических и технических доку­ментов и специалистов, использующих их в процессе своей профессиональной деятельности. Согласно нормативному до­кументу, по информационной технологии в процессе автома­тизированного проектирования разрабатываются следующие виды обеспечения: техническое, программное, информацион­ное, организационно-методическое, метрологическое, право­вое, математическое, лингвистическое, эргономическое.

Проектные решения по программному, техническому и ин­формационному обеспечению реализуют изделие в виде вза­имосвязанной совокупности компонент, входящих в состав автоматизированных систем с необходимой документацией, а по остальным видам обеспечения входят в состав автоматизированных систем или их частей в качестве организационно-методических и эксплуатационных документов или реализуются в компонентах программного, технического или информационного обеспечений. Математическое обеспечение реализуют через программное или техническое обеспечение, а лингвистическое представляют в информационном или про­граммном.

Под техническим обеспечением автоматизированной системы понимается совокупность средств управляющих воздействий, получения, ввода, подготовки, преобразования, обработ­ки, хранения, регистрации, вывода, отражения, использова­ния и передачи данных с конструкторской документацией по ГОСТу 2.601.

Информационное обеспечение — это совокупность систем­но-ориентированных данных, описывающих принятый в сис­теме словарь базовых описаний (классификаторы, типовые модели, элементы автоматизации, форматы документации и т. д.) и актуализированных данных о состоянии информа­ционной модели объекта автоматизации, проектирования на всех этапах жизненного цикла.

Организационно-методическое обеспечение — это совокуп­ность документов, определяющих организационную структу­ру объекта проектирования и системы автоматизации, необ­ходимой для выполнения конкретных автоматизируемых функций, а также функционирование системы в заданных ус­ловиях и формы представления ее результатов.

Под лингвистическим обеспечением понимается совокуп­ность языковых средств для формализации естественного языка, построения и сочетания информационных единиц, используемых в этой системе при ее функционировании для общения с КСА.

Эргономическим обеспечением автоматизированных систем является совокупность взаимосвязанных требований, направленных на согласование психологических, психофизио­логических, антропометрических, физиологических характе­ристик и возможностей человека-оператора, технических характеристик КСА, параметров рабочей среды на рабочем месте.

САПР подразделяется на подсистемы, объединяющие ряд Компонентов средств обеспечения в соответствии с их предназначением. Различают объектно-ориентированные (объектные) и объектно-независимые (инвариантные) подсистемы САПР.

Состав средств обеспечения объектных подсистем САПР завиисит от класса проектируемых объектов. Объектные подсистемы могут находить применение как на определенном этапе проектирования, так и на нескольких этапах. При этом решается ряд типовых задач с соответствующей адаптацией к требованиям каждого этапа. Примером может служить подсис­тема поиска оптимальных проектных решений, которая применяется как для определения рационального типа и кон­структивной схемы объекта, его морфологического описания, так и для параметрической оптимизации.

Инвариантные подсистемы САПР осуществляют функции управления и обработки информации, не зависящие от осо­бенностей проектируемого объекта. Примерами этих подсис­тем являются подсистемы управления САПР, диалоговых процедур, оптимизации, обработки графической информации (машинной графики), информационно-поисковых процедур. Инвариантные подсистемы служат базой для разработки объ­ектных подсистем: необходимые компоненты средств обеспе­чения инвариантных подсистем наполняются «объектным» содержанием и включаются в состав соответствующих объект­ных подсистем. Например, объектная подсистема поиска оп­тимальных проектных решений строится на основе инвари­антной подсистемы оптимизации, в которой находится про­граммное обеспечение, реализующее математические методы оптимизации. В объектной подсистеме общие программы на­страиваются на применение в конкретной области техники (разработке конкретных изделий и систем). При этом выбира­ются наиболее пригодные и эффективные методы, на основе которых строятся специальные алгоритмы и программы опти­мизации.

Объектная подсистема конструирования включает в свой состав средства машинной графики, необходимые для ввода, обработки и вывода графической информации. При этом ин­вариантная подсистема машинной графики, позволяющая выполнять определенный набор типовых операций над графи­ческими изображениями, дополняется прикладными про­граммами и базой графических данных, автоматизирующими труд конструктора данного класса объектов (изделий и сис­тем).

Структурная схема САПР представлена на рис. 15.2.

Методология автоматизированного проектирования стала активно развиваться в 60—70-х годах XX столетия. Некото­рые итоги начального этапа применения САПР в авиаракето­строении были подведены в обзоре ВИНИТИ. Дальнейшее развитие САПР характеризовалось внедрением машинной графики, связанной с созданием и использованием интерактивных графических программ, которые позволили обеспечить взаимодействие проектанта и ЭВМ для решения не полностью формализованных задач и работы графической информации.

В настоящее время проектирование характеризуется широким использованием современных компьютерных технологий, базирующихся на новейших программных средствах обработки информации и компьютерной технике с высоким быстродействием и большими объемами памяти. Это позволяет осуществить проектирование сложных технических систем в САПР не только на основе формализованных (математических) моделей, но и с использованием неформализованных (или не полностью формализованных) моделей объекта. В таких

Рис.8.11

15.2. Проектирование в системе CALS - технологий

В настоящее время в промышленно развитых странах широко распространяются новые информационные CALS-технологии сквозной поддержки сложной наукоемкой продукции на все этапах ее жизненного цикла: технического замысла (НИР) проектирования (ОКР), серийного производства, продажи, эксплуатации и серийного обслуживания.

CALS (Continuous Acquisition and Life – cycle Support – непрерывная информационная поддержка жизненного цикла продукта) – это стратегия систематического повышения эффективности, производительности и рентабельности процессов хозяйственной деятельности предприятия за счет внедрения современных методов взаимодействия участников цикла продукции.

Русскоязычный аналог понятия CALS – ИПИ (Информационная Поддержка процессов жизненного цикла Изделий)

Ситуация на мировом рынке наукоемкой продукции развивается в направлении полного перехода на безбумажную электронную технологию проектирования, изготовления, сбыта и т.д. Передовые зарубежные

Фирмы рассматривают работу в этом направлении как действенное средство ограничения доступа на международный рынок наукоемкой продукции тех стран, которые не сумеют своевременно освоить соответствующие международным требованиям электронной технологии разработки, производство и эксплуатацию этого вида продукции.

Особо эффективны CALS-технологии при интегрированном информационно-технологическом взаимодействии отдельных структур головного предприятия-смежников, заводов-изготовителей и других предприятий, включенных в цепь «заказчик – поставщик – потребитель». Основу CALS-технологий при этом составляют: единые способы представления обмена электронных данных; системы CAD (Computer Aide Design – Инструментальный комплекс интегрированных средств для автоматизированного проектирования изделий), САМ (Computer Aided Manufacturing – Системы автоматизации технологической подготовки производства), САЕ (Computer Aided Engineering – Система инженерного анализа), которые обеспечивают автоматизированное проектирование, производство, инженерные расчеты и исследования; системы интегрированной логистической поддержки применения изделия по назначению.

Указанные составляющие CALS-технологии базируются на международных стандартах и программно-инструментальных средствах их поддержки.

Все участники работы, проводимой в системе CALS-технологий, объединяются в виртуальные предприятия. На рис. 15.1 (бумажный информационный поток – а; информационный электронный поток – б; совместное использование данных – в) представлены принципы интеграции при создании виртуального предприятия в цепи «поставщик – потребитель». Примером построения виртуального предприятия является АВПК «Сухой», где осуществляется сложнейшее информационное взаимодействие корпорации и ее партнеров в ходе проектирования, производства, материально-техниче­ского снабжения и т. д.

Эффективность обмена данными между заказчиками, поставщиками или деловыми партнерами, находящимися в лю­бой точке земного шара, обеспечивается международными стандартами ISO CALS-технологий.

Ключевым моментом является переход крупнейших ком­паний мира от дискретного описания изделий к их электрон ному определению (ЭОИ).

Основными компонентами ЭОИ являются:

1) инструментальный комплекс интегрированных программных средств для автоматизированного проектирования изделий CAD;

2) технология автоматизированного параллельного проектирования в режиме группового использования;

3) система инженерного анализа САЕ;

4) система автоматизации технологической подготовки производства САМ;

5) система управления проектными и инженерными данными PDM (Product Data Management);

6) система визуализации и разработки документации;

7) система управления базами данных.

Мировой опыт показывает, что основными факторами достижения эффективной и производительной организации труда является реорганизация схемы прохождения

Постав- Потре- Постав- Потре- Постав- Потре-

щик битель щик битель щик битель

а) б) в)

Рис. 15.1

да является реорганизация схемы прохождения информаци­онных потоков, оптимизация организационной структуры предприятия и схемы управления производственными про­цессами. Формируется единое информационное пространство CALS-технологий.

На уровне предприятий в соответствии с этой системой ре­шаются определенные задачи на этапах жизненного цикла из­делия (ЖЦИ). На рис. 15. представлены основные компонен­ты формирования единого информационного пространства при проектировании, технологической подготовке производ­ства, изготовлении и эксплуатации.

Проектирование является одним из этапов (ЖЦИ). При этом имеется в виду не традиционный, последовательный подход к разработке изделия, а так называемое «параллельное проектирование» (concurrent engineering – CE – C-технология), что означает интегрированный подход к процессу разработки. В основе этой технологии лежит идея совмещенного проектирования изделия, а также процессов его изготовления и сопровождения, которая координируется с помощью создаваемой для этой цели распределенной информационной среды. Такая технология позволяет использовать проектные данные, начиная с самых ранних стадий проектирования, одновременно различными группами специалистов. Так, например, в трех главных конструкторских бюро компании Boeing действует 220 групп «проектирование – производство», которые координируют параллельные разработки и состоят из специалистов разнообразных областей проектирования, технологии материалов, производства и взаимодействия с потребителями. Тем самым С-технология контролирует все стадии жизненного цикла изделия (рис. 8.14).

Развитие С-технологии, ориентированной на применение новых информационных технологий и интеграцию знаний из различных областей ЖМИ (маркетинг – проектирование – обслуживание – ремонт – утилизация), позволяет экономить не только время (на 25-50% - от момента возникновения идеи до рынка), но и средства за счет повышения качества изделий, сокращения изменений (в 2-3 раза), вносимых в конструкцию на стадии изготовления, упрощения, обслуживания.

1. Маркетинговые исследования. Разработка технического задания

					Система подготовки и запуска изделия в производстве

Рис. 15.2

Как показывает отечественный опыт создания изделий машиностроительных отраслей, 50-70% имеющихся дефектов в готовой продукции вызваны ошибками в конструкторских решениях, 20-30% - недостатками технологии изготовления и только 5-15% - по вине рабочих.

С-технология основывается на использовании технологии поддержки принятия решений и состоит из стадий: концептуальное проектирование, детальное проектирование и рабочее проектирование. На первой стадии осуществляется анализ исходных требований и ограничений, дается оценка возможности нахождения проектного решения; на второй производится выбор допустимых типов проектных решений (альтернативных вариантов изделия); на третьей – выбор технических решений.

Процессы обеспечения взаимодействия

Бизнес-план. Как

План программы. затребовано

Контрактные

Концепция

требования. Как задумано

Персонал.

Новые технологии.

Концептуальное

Проектирование. Процессы

План управления

конфигурацией обеспечения

Проектирование

Как спроектировано

жизненного

цикла

Проектные

данные.

Изготовление

Требования к Как

производству изготовлено

Планирование

Сборка

производства. Как

Логистика поставлено

Как

План поставки. эксплуа-

Обслуживание

результаты тируют

испытаний

Данные по

эксплуатации.

Гарантийное обслуживание Рис.15.3.

При внедрении С-технологии возникает ряд проблем, которые могут быть объединены в три группы: обоснование экономической эффективности; организация и управление всем комплексом деятельности, связанной с внедрением С-технологий; разработка стратегий планирования развития и внедрения С-технологии.

Параллельное проектирование осуществляется Виртуальным Проектным Бюро (ВПБ). В состав ВПБ входят специалисты из разных структурных подразделений, а также подразделений смежных предприятий и организаций, которые вместе осуществляют общий проект изделия на всех стадиях ЖЦИ – от маркетинга до утилизации изделия.

CALS-технологии базируются на следующих комплексных международных стандартах:

- ISO 8879 (SGML) – стандарт для предоставления комбинированных документов: текст, таблицы, математические формулы, графики и т.д.;

- ISO 10303 (STEP) – комплекс стандартов по представлению и передаче данных об изделиях и их компонентах;

- ISO 13584 (PART LIB) – комплекс стандартов, регламентирующих создание библиотек изделий, с представлением их в соответствии с ISO 10303 (STEP);

- ISO 14959 – комплекс стандартов, регламентирующих параметризацию геометрических моделей изделия и его компонентов;

- ISO 15531 – комплекс стандартов, регламентирующих управление применения средств производства.

Успешное внедрение С-технологии, как и любой новой информационной технологии, определяется уровнем технических средств (10%), качеством программного и информационного обеспечения (40%), человеческим фактором (50%).

Дата добавления: 2015-06-04