Объекты проектирования и их параметры

Объектами проектирования в САПР могут быть сварные металлоконструкции, здания, сооружения, металлорежущие станки и т.д., а в САПР ТП – технологические процессы.

ГОСТ 23501.108-85 устанавливает следующие признаки классификации САПР (рис. 2):

• тип / разновидность и сложность объекта проектирования
• уровень и комплексность автоматизации проектирования
• характер и количество выпускаемых документов
• количество уровней в структуре технического обеспечения

В соответствии с ГОСТ 23501.108-85 объекты проектирования классифицируются по отраслям промышленностей (табл. 1). Сложность объекта проектирования зависит от количества составных частей деталей (табл. 2).

Таблица 1 – Тип объекта проектирования

Код	Наименование САПР	Характеристика САПР
	САПР изделий машиностроения	Проектирует изделия машиностроение
	САПР изделий приборостроения	Проектирует изделия приборостроения, включая изделия радиоэлектроники
	САПР технологических процессов в машиностроении и приборостроении	Проектирует технологические процессы в машиностроении и приборостроении
	САПР объектов строительства	Проектирует объекты строительства
	САПР технологических процессов в строительстве	Проектирует технологические процессы в строительстве
	САПР программных изделий	Проектирует программы для электронных вычислительных машин, станков с ЧПУ, роботов и т. п.
	САПР организационных систем	Проектирует организационные системы
	Прочие	—

Таблица 2 – Определение сложности объекта проектирования

Код	Наименование	Характеристика
	САПР простых объектов	Проектирует объекты с числом составных частей до 10^2, например технологическая оснастка, редуктор и т. п.
	САПР объектов средней сложности	Проектирует объекты с числом составных частей свыше 10^2 до 10^3, например металлорежущие станки, приборы и т. п.
	САПР сложных объектов	Проектирует объекты с числам составных частей свыше 10^3 до 10^4, например тракторы, автомашины и т. п.
	САПР очень сложных объектов	Проектирует объекты с числом составных частей свыше 10^4 до10^6, например самолет, ЭВМ и т. п.
	САПР объектов очень высокой сложности	Проектирует объекты с числом составных частей свыше 10^6.

Для других типов объектов проектирования сложность объекта про­ектирования, в зависимости от его специфики, может определять трудо­емкость проектирования объектов, сложность проводимых расчетов, коли­чество элементов на интегральной микросхеме и т. п.

Рис. 2 – Классификация САПР по ГОСТ 23501.108–85

Проектирование по содержанию – это процесс переработки определенного объема различной информации. Входами такого процесса (рис. 2.1) являются:

1. Замысел (цель) проектирования, выраженный в виде определенной совокупности условий и требований, которым должен удовлетворять искомый объект.

2. Средства, т.е. факторы, которыми можно варьировать при проектировании.

Выход процесса – такое описание искомого объекта, которое необходимо и достаточно для материально – вещественного воплощения идеи проектирования в конкретный физический объект (т.е. его информационная модель в виде схем, чертежей, спецификаций, технологических карт и другой документации).

Таким образом, смысл процесса проектирования в любой САПР независимо от объекта проектирования один и тот же: получить в соответствие с замыслом такую информационную систему – модель, которая позволяет создать систему – оригинал, полностью соответствующую замыслу.

В процессе проектирования с помощью САПР в качестве промежуточных и окончательных решений используют математические модели:

· формы и геометрических параметров;

· структуры;

· временных и пространственно – временных отношений;

· функционирования;

· состояний и значений свойств объекта;

· имитационные.

Модели формы и геометрических параметров – это плоские и объемные изображения объектов проектирования, выполненные в соответствии с правилами ЕСКД, ЕСТД, ЕСТПП (чертежи, схемы, карты эскизов и т.д.).

Модели структуры – это кинематические, гидравлические, электронные и др. схемы. Для технологического процесса – это его структура, представленная, например, в виде маршрутной, операционной карты, а в процессе проектирования – в виде графа.

Модели временных и пространственно – временных отношений – это циклограммы, сетевые графики и т.д.

Модели функционирования – это, например, динамические и кинематические схемы, выполненные в режиме анимации.

Модели состояний и значений свойств объекта – это формальное (упрощенное) описание объекта (процесса) в виде отдельных формул, систем уравнений и т.д. Они предназначены для расчетов параметров объекта, проведения численных экспериментов (для технологического проектирования – это математические модели для расчета припусков и межпереходных размеров, режимов резания и т.д.).

Имитационные (статистические) модели позволяют, учитывая большую совокупность случайных факторов проигрывать (имитировать) на ЭВМ многочисленные и разнообразные реальные ситуации, в которых может оказаться будущий объект проектирования.

При создании и приобретении САПР и их составных частей необходимо руководствоваться следующими принципами:

· системного единства;

· совместимости;

· типизации;

· развития.

Принцип системного единства обеспечивает целостность системы и иерархичность проектирования отдельных частей и объекта в целом.

Принцип совместимости обеспечивает совместное функционирование составных частей САПР и сохраняет открытой систему в целом.

Принцип типизации предусматривает разработку и использование типовых и унифицированных элементов САПР. Типизируют элементы, имеющие перспективу многократного использования.

Принцип развития дает возможность пополнения, совершенствования и обновления составных частей САПР.

Современные САПР, в том числе и САПР ТП базируются на новых информационных технологиях. Вследствие этого для них характерен ряд признаков:

1. Объектно – ориентированное взаимодействие человека и ЭВМ. Пользовательработает в режиме манипулирования изображениями заготовок, деталей, сборочных единиц, со схемами, текстом и т.д. в реальном масштабе времени. В основу манипулирования заложено программирование соответствующих процедур, выполняемы ЭВМ. Человек видит информационные объекты, получаемые посредством средств вывода информации, и воздействует на них за счет средств ввода информации.

2. Сквозная информационная поддержка на всех этапах обработки информации на основе интегрированной базы данных. База данных предусматривает единую унифицированную форму представления, хранения, поиска, отображения, восстановления и защиты информации.

3. Безбумажный процесс обработки информации. Все промежуточные варианты и необходимые численные данные записываются на машинных носителях и доводятся до пользователя через экран монитора. На бумаге фиксируется только окончательный вариант документа: технологическая карта, карта эскизов и т.д.

4. Интерактивный режим решения задач, выполняемый в режиме диалога пользователя и ЭВМ. Новые информационные технологии требуют высокого интеллектуального уровня, профессиональной и психологической подготовки пользователя. Пользователь должен досконально знать принципы и все нюансы работы САПР, ее возможности, уметь свободно пользоваться средствами общения с компьютером, квалифицированно ставить задачи и осмысливать результаты их решения.

Выполнение функций, реализующих заданные потребности, всегда увязывается с удовлетворением определенных требований, которые делают изделия более привлекательными, учитывают и конкретизируют особенности производства и эксплуатации и т.п. Для удобства требования подразделяют на три группы:

• условия, характеризуются конкретными значениями данных (формально их можно представить в виде равенств). Например, масса изделия должна составлять 10 кг;
• ограничения, задают допустимую область данных (формально их можно представить в виде односторонних или двусторонних неравенств). Например, вес изделия не должен превышать 10 кг;
• показатели качества, задают только перечень характеристик и направление поиска предпочтительного значения (максимальное или минимальное значение). Конкретное значение показателя становится известным только в конце этапа или всего цикла проектных работ и служит мерой предпочтения в процессе поиска оптимального варианта. Например, вес изделия должен быть минимальным, а удобство обслуживания – максимальным

Любая техническая система, прежде всего, является физическим объектом. И правильный выбор принципиальных, т.е. физических, основ функционирования предопределит её жизнеспособность и эффективность. Так, сколько бы ни совершенствовали конструкцию самолета с винтомоторным двигателем, он никогда не разовьет сверхзвуковую скорость, не говоря уже о полетах на больших высотах. Только использование другого физического принципа, например, реактивного движения и созданного на его основе реактивного двигателя, позволит преодолеть звуковой барьер.

Принцип действия технической системы – это последовательность выполнения определенных действий, базирующихся на определенных физических явлениях (эффектах), которые обеспечивают требуемое функционирование этой системы.

Понятие принципа действия используется не только в технике (для физических объектов), но и в других областях – фундаментальных и прикладных науках (например, принцип построения модели, исходные принципы решения задачи), в общественной жизни (например, принципы отбора кандидатов, оказания помощи), экономике (например, принципы налогообложения, исчисления прибыли), культуре (например, художественные принципы). В основе любой деятельности или работы лежат принципиальные исходные положения (методы, способы, направления).

Характеристикой геометрического образа технической системы, её зримого представления служит структура объекта (системы), т.е. форма, количество и взаимное положение элементов, частей и тел, составляющих или представляющих рассматриваемую систему-объект. Примерами структуры также являются план литературного произведения и законопроекта, алгоритм, схема и т.д.

Понятие структуры объекта отличается от понятия структуры процесса, характеризующего последовательность и состав стадий и этапов работы, совокупность процедур и привлекаемых технических средств, взаимодействие участников процесса.

Общепринятой основной элементарной характеристикой системы служит параметр, т.е. величина, представляющая определенное физическое, геометрическое или иное свойство объекта и имеющая количественную оценку.

Проектирование тесно связано с моделированием. Модель – это упрощенное представление реального объекта и/или протекающих в нем процессов. Построение моделей – моделирование, облегчает изучение имеющихся в объекте объективных свойств и закономерностей. Моделирование является обязательной частью исследований и разработок, поскольку сложность любого материального объекта бесконечна вследствие неисчерпаемости материи и форм её взаимодействия внутри себя и с окружающей средой.

В практической деятельности возможно решение двух видов задач:

• разработка объекта (задача синтеза). Здесь конечный вид объекта ещё неизвестен и приходится иметь дело с его приближенными представлениями;
• исследование реального объекта (задача анализа). Удобство проведения такого исследования людьми с разным уровнем квалификации требуют упрощения изучаемого объекта и исключения из рассмотрения второстепенных факторов.

Следовательно, проектируемые системы и процесс проектирования всегда описываются теми или иными моделями. По способу отображения действительности различают три основных вида моделей – эвристические, физические и математические.

Эвристические модели, как правило, представляют собой образы, рисуемые в воображении человека. Их описание ведется словами естественного языка и, обычно, неоднозначно и субъективно. Эти модели неформализуемы, т.е. не описываются формально-логическими и математическими выражениями, хотя и рождаются на основе представления реальных процессов и явлений. Эвристическое моделирование – основное средство вырваться за рамки обыденного и устоявшегося. Но способность к такому моделированию зависит, прежде всего, от богатства фантазии человека, его опыта и эрудиции. Эвристические модели используются на начальных этапах проектирования (или других видов деятельности), когда сведения о разрабатываемом объекте ещё скудны. На последующих этапах проектирования эти модели заменяются на более конкретные и точные.

Физические модели – материальны, но могут отличаться от реального объекта или его части размерами, числом и материалом элементов. Выбор размеров ведется с соблюдением теории подобия. К физическим моделям относятся реальные изделия, образцы, экспериментальные и натурные модели. Физические модели подразделяются на объемные (модели и макеты) и плоские (тремплеты).

Физическое моделирование – основа наших знаний и средство проверки наших гипотез и результатов расчетов. Физическая модель позволяет охватить явление или процесс во всём их многообразии, наиболее адекватна и точна, но достаточно дорога, трудоемка и менее универсальна. В том или ином виде с физическими моделями работают на всех этапах проектирования.

Математические модели – формализуемые, т.е. представляют собой совокупность взаимосвязанных математических и формально-логических выражений, как правило, отображающих реальные процессы и явления (физические, психические, социальные и т.д.).

Количество параметров, характеризующих поведение не только объекта, но и его модели, очень велико. Для упрощения процесса изучения реальных объектов выделяют три уровня их моделей, различающиеся количеством и степенью важности учитываемых свойств и параметров. Это – принципиальная, структурная и параметрическая модели.

Модели также подразделяют на простые и сложные, однородные и неоднородные, открытые и закрытые, статические и динамические, вероятностные и детерминированные и т.д. Стоит отметить, что когда говорят о техническом объекте как простом или сложном, закрытом или открытом и т.п., в действительности подразумевают не сам объект, а возможный вид его модели, подчеркивая особенность устройства или условий работы.

Проектируемые объекты и их модели характеризуются, прежде всего, своим назначением, принципом действия, структурой и набором параметров.

Дата добавления: 2014-01-04