Рефераты

Лекция: Задачи автоматизации процесса проектирования

Лекция: Задачи автоматизации процесса проектирования

МЕТОДОЛОГИЯ РЕШЕНИЯ ПРОЕКТНЫХ ЗАДАЧ С ПОМОЩЬЮ СРЕДСТВ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ Конструирование машин является областью инженер­ной деятельности, наиболее сложной для автоматизации. Разработка теории и методов автоматизации конструиро­вания находится еще в начальной стадии. Автоматизированы главным образом различные вычислительные операции, связанные с конструированием. Задачей автоматизации проектирования является создание комплексных автоматизированных систем подготовки производства в машиностроении, выполняющих кроме расчета выбор наиболее рациональных технологических и конструктор­ских решений, компоновку машин из составляющих их элементов, подбор этих элементов, технологическое про­ектирование, выдачу проектной документации в готовом виде и т. п. 1. ЗАДАЧИ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЦЕССА ПРОЕКТИРОВАНИЯ Для определения задач автоматизации проектно-конструкторского процесса рассмотрим процентное соотноше­ние различных проектных процедур. Статистическое обследование ряда общемашинострои­тельных и станкостроительных предприятий показывает (табл. 1), что в прямых затратах времени, которые непо­средственно служат процессу конструирования, чертежные работы составляют более 30 %, в то время как твор­ческие элементы проектных работ—только 15%. Доля вычислительных работ по сравнению с проектными и чер­тежными работами в процентном отношении довольно незначительна. Остальные, так называемые косвен­ные проектные работы, занимающие примерно одну треть общего времени на конструирование, могут быть в основ­ном охарактеризованы как «рутинные» этапы, которые по временным затратам примерно равноценны. Распределение отдельных видов работ в фазе проекти­рования приведено в табл. 2. Результаты представленных обследований отчетливо показывают, что на «рутинные» процедуры приходится 1. Соотношение между процедурами процесса конструирования
Виды процедур

Время отдельных

операций, %

Виды затрат времени
Проектирование 15
Расчеты4
Вычерчивание33Прямой
Прочие работ10
Составление спецификаций5
Контроль чертежей6
Поиск повторяющихся деталей 2
Составление описаний12Косвенный
Предварительное нормирование3
Поиск аналогов проекта1
Переписка3
Прочие работы6
2. Распределение видов работ на основных этапах конструирования
Вид процедурыЗатраты времени на этапах разработки, %

общего

вида

узловдеталей
Проектирование6255
Расчеты233
Вычерчивание82325
большая доля временных затрат в процессе проектиро­вания, причем деталировка и в дальнейшем остается «рутинной» работой независимо от вида и организации про­ектирования почти на всех предприятиях машинострое­ния. Поэтому первым направлением рационализации про­цесса проектирования было стремление автоматизировать «рутинные» этапы с помощью средств вычислительной тех­ники. На сегодняшний день наибольшие успехи достигнуты при автоматизации расчетов и разработке различного вида текстовой и табличной документации, в поиске аналогов машин и деталей. До конца не решен, из-за существенных трудностей, вопрос об автоматизации чертежно-графических работ. Накопленный опыт показывает, что автоматизация про­ектирования — это область эффективного использования ЭВМ. Но в то же время становится ясным, что главное направление здесь — не автоматизация отдельных этапов проектирования, не алгоритмы инженерных расчетов, а завязка проекта, когда только прорисовываются кон­туры будущей конструкции, которая должна отвечать исходным замыслам. Такой подход основывается на стрем­лении осуществить основную задачу — повысить качество принимаемых проектных решений за счет применения ме­тодов оптимального проектирования. Автоматизация же «рутинных» операций освобождает конструктора для творческой деятельности и повышает производительность процесса проектирования на офор­мительских этапах работ. Однако автоматизация только отдельных операций, например, за счет введения чертеж­ных автоматов или широкого использования ЭВМ для проведения инженерных расчетов не вносит существенных изменений в сроки проектирования. 2. СХЕМА РЕШЕНИЯ ПРОЕКТНО-КОНСТРУКТОРСКИХ ЗАДАЧ С ПОМОЩЬЮ СРЕДСТВ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ Основным технологическим средством автоматизации проектирования в машиностроении является цифровая ЭВМ, оперирующая с информацией, представленной в циф­ровой форме и физически существующей в виде различ­ных состояний их элементов. Поэтому возникает необхо­димость в разработке методов превращения разнообразной конструкторской документации в цифровую форму и пред­ставлении всех задач и элементов процесса проектирования только в виде операций над числами и логическими вы­ражениями с доведением их до алгоритмов и машинных программ. Но при автоматизации проектно-конструкторского процесса следует постоянно помнить, что ЭВМ — это вспомогательное средство, а не замена конструкто­ра. Наиболее эффективно вычислительная техника может быть использована, когда имеются математические модели, описывающие объект проектирования и имитирующие его функционирование в заданной окружающей среде. Для действительного эффективного использования ав­томатизированных методов и средств проектирования не­обходимо учитывать, что любой эксперт, в том числе и генеральный конструктор, обладает вполне определенными и, к сожалению, весьма ограниченными физиологическими возможностями обработки информации. Следовательно, необходима декомпозиция проблемы. Последнее означает, что для автоматизации требуется система процедур, позволяющая конструктору на основе ограниченной ин­формации вести направленный поиск оптимальных пара­метров новых технических средств. Основная проблема автоматизации проектирования в настоящее время связана не только и не столько с во­просами совершенствования средств вычислительной тех­ники, сколько с тем обстоятельством, что в науке о кон­струировании новых технических средств не выявлены аналитические и логические зависимости, связывающие назначение технических средств с их структурой и харак­теристиками. Например, в технологической науке отсут­ствуют формализованные взаимосвязи между параметрами обрабатываемой детали, структурой и характеристиками технологического процесса. Основное внимание при традиционном проектирова­нии уделялось задачам анализа функционирования тех­нических средств с целью выявить влияние различных фак­торов на точность, производительность и экономическую эффективность их работы. В то же время методы синтеза технических средств на основе их назначения и характери­стик внешней среды, в условиях которой будет функциони­ровать новое техническое средство, исследованы еще недостаточно. Необходимо создание теории проектирова­ния, предполагающей переход от традиционных задач анализа и эмпирических классификаций к проблематике задач синтеза технических систем. Проектирование выступает как комплексная проблема, в которой в сложной взаимосвязи переплетаются задачи синтеза, моделирования, анализа, оценки, оптимизации и отбора альтернатив. Для решения таких сложных задач необходимо применение методологии системного подхода. При использовании методологии системного подхода для формализации процесса проектирования следует исходить из того, что специфика сложных объектов и процессов не исчерпывается особен­ностями составляющих его частей и элементов, а заклю­чена в характере связей и отношений между ними. Рас­ширение исходной базы за счет таких понятий, как, на­пример, структура, функция, организация, связь, от­ношение, обеспечивает определенные преимущества си­стемному подходу перед традиционными методами исследований и позволяет создавать более адекватные действитель­ности модели сложных объектов и процессов. Исходя из основных положений системного анализа, последовательность решения многовариантных проектных задач с помощью средств вычислительной техники можно представить состоящей из ряда этапов (рис. 1). Определяющим этапом проектирования является по­становка общей задачи, при которой формулируется слу­жебное назначение (функция) технической системы и вырабатывается концепция проекта на основе анализа системной модели буду­щего технического сред­ства как элемента подсис­темы более высокого уро­вня иерархии. Адекватное описание такой модели возможно только при все­стороннем рассмотрении проблемы, для решения которой создается новое техническое средство. На­пример, для решения про­блемы комплексной меха­низации и автоматизации механосборочного произ­водства необходимо созда­ние целого ряда машин и механизмов, в том числе металлорежущих станков, сборочных агрегатов, тран­спортных средств, загру­зочных устройств, информационно-измерительных систем, систем инструмен­тального обеспечения и др. Следовательно, системная модель технологической машины, например, должна отражать взаимосвязи объекта не только с подобными машинами по структуре технологического процесса, но и с загрузочными, транспортными, измерительными и другими элементами всего производственного комплекса. На следующем этапе необходимо выполнить анализ общей задачи проектирования. Здесь на основе рассмо­трения системной модели будущего технического средства выявляются связи объекта проектирования с окружаю­щей средой, определяются компоненты проектной за­дачи, ограничения и критерии выбора рациональных ва­риантов. Результаты данного этапа служат для поиска пу­тей дальнейшего хода решения проектных задач. Если уда­ется использовать имеющееся техническое средство, то конструкторский процесс не выполняется. Найденные аналоги могут лечь в основу будущей конструкции. Но может случиться и так, что в Лекция: Задачи автоматизации процесса проектирования Проблема Лекция: Задачи автоматизации процесса проектирования Системная модель Лекция: Задачи автоматизации процесса проектирования Лекция: Задачи автоматизации процесса проектирования 1. Постановка общей задачи проектирования Лекция: Задачи автоматизации процесса проектирования Описание функции, системная модель
Лекция: Задачи автоматизации процесса проектирования
Лекция: Задачи автоматизации процесса проектирования 2. Анализ общей задачи проектирования Компоненты, ограничения, факторы окружающей среды, критерии
Лекция: Задачи автоматизации процесса проектирования
Лекция: Задачи автоматизации процесса проектирования Лекция: Задачи автоматизации процесса проектирования Можно ли использовать Поиск готового Лекция: Задачи автоматизации процесса проектирования нет существующие технические да технического решения решения? Техническое средство
Лекция: Задачи автоматизации процесса проектирования
Лекция: Задачи автоматизации процесса проектирования 3.Функциональный анализ объекта проектирования
Многоуровневая структура объекта проектирования
Лекция: Задачи автоматизации процесса проектирования
Лекция: Задачи автоматизации процесса проектирования 4. Разбиение задачи проектирования на части Стратегия проектирования, структура САПР
Лекция: Задачи автоматизации процесса проектирования
Лекция: Задачи автоматизации процесса проектирования 5. Постановка частных задач

Лекция: Задачи автоматизации процесса проектирования

Системная модель
Лекция: Задачи автоматизации процесса проектирования
Лекция: Задачи автоматизации процесса проектирования 6. Исследование объекта проектирования
Формализованные связи системной модели
Лекция: Задачи автоматизации процесса проектирования

Лекция: Задачи автоматизации процесса проектирования Лекция: Задачи автоматизации процесса проектирования Могут ли быть использованы нет Научно-исследовательские

Лекция: Задачи автоматизации процесса проектирования существующие зависимости работы Лекция: Задачи автоматизации процесса проектирования Лекция: Задачи автоматизации процесса проектирования да Лекция: Задачи автоматизации процесса проектирования 7. Формализация объекта проектирования

Лекция: Задачи автоматизации процесса проектирования

Математическая модель
Лекция: Задачи автоматизации процесса проектирования
Лекция: Задачи автоматизации процесса проектирования 8. Выбор методов решения задачи
Эвристические или алгоритмические методы решений
Лекция: Задачи автоматизации процесса проектирования
Лекция: Задачи автоматизации процесса проектирования Лекция: Задачи автоматизации процесса проектирования Есть ли готовые решения? Нет Разработка новых методов решения
Лекция: Задачи автоматизации процесса проектирования
Лекция: Задачи автоматизации процесса проектирования Лекция: Задачи автоматизации процесса проектирования
Лекция: Задачи автоматизации процесса проектирования 9. Формализация задачи проектирования

Лекция: Задачи автоматизации процесса проектирования

Алгоритмы проектирования
Лекция: Задачи автоматизации процесса проектирования
Лекция: Задачи автоматизации процесса проектирования 10. Разработка информационного обеспечения Лекция: Задачи автоматизации процесса проектирования Информационно-логическая модель проектирования
Лекция: Задачи автоматизации процесса проектирования
Лекция: Задачи автоматизации процесса проектирования Лекция: Задачи автоматизации процесса проектирования Лекция: Задачи автоматизации процесса проектирования 11. Разработка программного обеспечения Лекция: Задачи автоматизации процесса проектирования Лекция: Задачи автоматизации процесса проектирования 12. Разработка технического обеспечения
Лекция: Задачи автоматизации процесса проектирования
Лекция: Задачи автоматизации процесса проектирования 13. Опытная эксплуатация
Лекция: Задачи автоматизации процесса проектирования
Лекция: Задачи автоматизации процесса проектирования 14. Достоверны ли результаты?
Лекция: Задачи автоматизации процесса проектирования
Лекция: Задачи автоматизации процесса проектирования 15. Ввод в действие САПР

Рис. 1

в процессе анализа задачи проектирования выявится невозможность использования существующих технических возможностей для решения проблемы. Тогда постановка задачи должна быть изме­нена, например, разбита на подзадачи. При проведении конструкторских работ первой опера­цией является функциональный анализ объекта проекти­рования для создания внутренней многоуровневой струк­туры объекта проектирования. Результаты этого этана не­обходимы в первую очередь для объективного разбиения задачи проектирования на части и определения стратегии решения общей задачи. Каждый элемент структуры объекта проектирования представляется в виде системной модели; его служебное назначение описывается как функция элемента многоуров­невой системы. Затем проводится исследование объекта проектирования, т. с. выявляются и описываются внешние и внутренние связи его системной модели. При этом требуется проведение целого ряда научно- исследователь­ских работ, под которыми подразумевается не только ана­лиз литературных источников, но и эксперименты на на­турных образцах. Весьма важным является следующий этап — формали­зация объекта проектирования. От полноты формального описания объекта зависит выбор метода решения задачи, а, следовательно, определяется возможность применения при проектировании средств вычислительной техники. Если задача не формализована, то конструктор в дальней­шем пользуется одним из эвристических методов решения задачи. Когда задача формализована полностью, т. е. имеется полная математическая модель объекта проектиро­вания, ее можно решать с помощью ЭВМ автоматически. Если же задача формализована частично, т. е. не все связи системной модели удалось выразить в виде аналитических и логических зависимостей, то разрабатывается так назы­ваемый диалоговый метод решения, включающий вариант математической модели объекта и сценарий взаимодейст­вия конструктора и ЭВМ. После выбора одного из алгоритмических методов реше­ния весь процесс проектирования можно формализовать и разработать алгоритмы автоматизированного конструи­рования. Перед программированием больших проектно-конструкторских задач необходима разработка информацион­ного обеспечения автоматизированного проектирования, которое должно снабжать все проектные процедуры тре­буемой постоянной и переменной информацией для безостановочной работы программ ЭВМ. После программи­рования проектной задачи выбираются необходимые технические средства, на которых и решается задача. Ре­зультаты проектно-конструкторского процесса докумен­тируются в виде текстовых и графических материалов. Как видно из рассмотрения представленной на рис. 1 схемы, разработка процесса автоматизированного проек­тирования требует тесного сотрудничества ученых и ин­женеров разных специальностей — конструкторов, ма­тематиков, специалистов по автоматизированной обра­ботке информации, программистов, электронщиков и ор­ганизаторов производства (рис. 2). Лекция: Задачи автоматизации процесса проектирования Техническое задание
Лекция: Задачи автоматизации процесса проектирования
Лекция: Задачи автоматизации процесса проектирования Рис. 2 Идеализированная схема разработки и функционирования процесса автоматизированного проектирования Следовательно, для наиболее полного и эффективного использования вычислительной техники в проектно-конструкторской деятельности инженеров необходимы глубо­кие знания разработчиков по вопросам теории проекти­рования, конструирования заданного семейства машин, математического моделирования, использования вычисли­тельных методов решения проектных задач, теории ав­томатизированной переработки информации и применения современных вычислительных средств.


© 2010 Собрание рефератов