Кроме расчленения описаний по степени подробности отражения свойств объекта, порождающего иерархические уровни, используют декомпозициюописаний похарактеру отображаемых свойствобъекта. Такая декомпозиция приводит к появлению рядааспектовописаний.
Наиболее крупными являются функциональный,конструкторскийитехнологическийаспекты. Решение задач, связанных с преобразованием или получением описаний, относящихся к этим аспектам, называют соответственнофункциональным,конструкторскимитехнологическимпроектированием.
Функциональный аспектсвязан с отображением основныхпринципов функционирования, характера физических или информационных процессов, протекающих в объекте, и находит выражение в принципиальных, функциональных, структурных, кинематическихсхемахи сопровождающих их документах.
Конструкторский аспектсвязан с реализацией результатов функционального проектирования, т. е. с определениемгеометрических формобъектов и их взаимным расположением в пространстве.
Технологический аспектотносится к реализации результатов конструкторского проектирования, т. е. связан с описанием методов и средствизготовленияобъектов.
Возможно более дифференцированноеописание свойств объекта с выделением в нем ряда подсистем и соответствующего числа аспектов. Например,функциональный аспектможно разделить по физическим основам описываемых явлений на аспекты электрический, механический, гидравлический, химический и т. п. Например, в описании электрогидравлического привода появляются описания электрической и гидравлической подсистем и т. д.
Внутри каждого аспекта возможно свое специфическое выделение иерархических уровней. Так, в машиностроении описанные выше уровни (детали, сборочные единицы, узлы и агрегаты), соответствуют конструкторскому аспекту. Функциональный аспект предполагает иное деление в описании машины, например силовую систему (двигатель, передаточный механизм и рабочий орган), электрическую систему, системы управления и контроля, систему смазки и т. д. Технологическому аспекту описания отвечают такие уровни: технологический процесс, операции, позиции, переходы.
Составные части процесса проектирования
Проектирование как процесс, развивающийся во времени, расчленяется на стадии,этапы,проектные процедурыиоперации.
При проектировании сложных систем выделяют стадии:
— предпроектныхисследований,
— технического задания,
— технического предложения,
— эскизного проекта,
— технического проекта,
— рабочего проекта,
— испытаний
— внедрения.
На стадиях предпроектных исследований,технического заданияитехнического предложенияна основании изучения потребностей общества в получении новых изделий, научно-технических достижений в данной и смежной отраслях промышленности, имеющихся ресурсов определяютназначение,основные принципыпостроения технического объекта и формулируюттехническое задание(ТЗ) на его проектирование. Эти стадии называют также стадияминаучно-исследовательских работ(НИР).
На стадии эскизного проекта(опытно-конструкторских работ—ОКР) проверяетсякорректностьиреализуемостьосновных принципов и положений, определяющих функционирование будущего объекта, и создается егоэскизный проект.
На стадии технического проектавыполняется всесторонняя проработка всех частей проекта, конкретизируются и детализируютсятехнические решения.
На стадии рабочего проекта формируется вся необходимая документация для изготовления изделия.
Далее создается и испытываетсяопытный образец илипробная партияизделий, по результатам испытаний вносятся необходимые коррективы в проектную документацию, после чего осуществляетсявнедрениев производство на выбранном предприятии.
Этап проектирования— часть процесса проектирования, включающая в себя формирование всех требующихся описаний объекта, относящихся к одному или нескольким иерархическим уровням и аспектам.
Часто названия этаповсовпадают с названиями соответствующих иерархических уровней и аспектов. Так, проектированиетехнологических процессоврасчленяют на этапы разработки принципиальных схем технологического процесса, маршрутной технологии, операционной технологии и получения управляющей информации на машинных носителях для программно-управляемого технологического оборудования. При проектированиибольших интегральных схемвыделяют этапы проектирования компонентов, схемотехнического, функционально-логического и топологического проектирования. Первые три из этих этапов связаны с решением задач трех иерархических уровней функционального аспекта, имеющих аналогичные названия. Этап топологического проектирования включает в себя задачи, относящиеся ко всем иерархическим уровням конструкторского аспекта в проектировании БИС.
Составные части этапа проектирования называют проектными процедурами.
Проектная процедура— часть этапа, выполнение которой заканчивается получениемпроектного решения. Каждой проектной процедуре соответствует некотораязадача проектирования, решаемая в рамках данной процедуры.
Более мелкие составные части процесса проектирования, входящие в состав проектных процедур, называют проектными операциями.
Примерами проектных процедурмогут служить: расчет параметров редуктора, выбор типа электродвигателя, оформление чертежа изделия, примерамипроектных операций: вычерчивание типового графического изображения (зубчатого зацепления, вала и т. п.), расчет зубчатого зацепления, расчет необходимой мощности электродвигателя.
Таким образом, понятия уровняиаспектаотносятся к структурированию представлений о проектируемом объекте, а понятиеэтапа— к структурированию процесса проектирования.
Иерархические уровни описаний проектируемых объектов.
Описания технических объектов должны быть по сложности согласованы с возможностями восприятия человекомивозможностями оперированияописаниями 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 дляпростыхизделий. Как правило, требуетсяструктурирование описанийи соответствующеерасчленение представленийо проектируемых объектах наиерархические уровнииаспекты. 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 подходак проектированию и приводит к появлениюиерархических уровней(уровней абстрагирования) в представлениях об объекте.
На каждом иерархическом уровне используются свои понятия системы и элементов. На уровне 1(верхнем уровне) подлежащий проектированию сложный объектSрассматривается как система изnвзаимосвязанных и взаимодействующих элементовSi,i = 1 … n, рис.1.1.
Каждый из элементов в описании уровня 1представляет собой также довольно сложный объект, который, в свою очередь, рассматривается как система на уровне2, элементами которой являются объектыSi,j,i = 1 … mi, гдеmi– количество элементов в описании системыSi. Как правило, выделение элементовSi,jпроисходит по функциональному признаку. Подобное разделение продолжается вплоть до получения на некотором уровне элементов, описания которых дальнейшему делению не подлежат. Такие элементы по отношению к объектуSназываютбазовыми элементами.
Таким образом, принцип иерархичностиозначает структурирование представлений об объектах проектирования по степени детальности описаний, апринцип декомпозиции(блочности) — разбиение представлений каждого уровня на ряд составных частей (блоков) с возможностями раздельного (поблочного) проектирования объектов.
Примеры блочно-иерархической структуры представлений об объектах в различных областях техники:
В машиностроениибазовые элементы представленыдеталями. Детали рассматриваются как элементы низшего иерархического уровня, на котором системами являютсясборочные единицы. Сборочные единицы являются элементамиузловиагрегатов— систем следующего иерархического уровня. Высший уровень представленмашинами, элементами которых являются узлы и агрегаты.
При проектировании электронной аппаратурык базовым элементам относят резисторы, конденсаторы, транзисторы и др. Из этих элементов образуютсяфункциональные узлы — усилители, преобразователи сигналов и т. п. Функциональные узлы входят как элементы в составустройствилиблоков, из которых компонуютсяэлектронные системы.
Нисходящее и восходящее проектирование
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 называютвосходящим.
У каждого из этих двух видов проектирования имеются преимущества и недостатки. При нисходящем проектированиисистема разрабатывается в условиях, когда ееэлементыещене определеныи, следовательно, сведения об их возможностях и свойствах носятпредположительный характер. При восходящем проектировании, наоборот, элементы проектируются раньше системы, и, следовательно, предположительный характер имеюттребования к элементам.
В обоих случаях из-за отсутствия исчерпывающей исходной информации имеют место отклоненияот 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. Поэтомуоптимальностьрезультатов блочно-иерархического проектирования следует рассматривать с позиций технико-экономических показателей, включающих в себя, в частности, материальные и временные затраты на проектирование.
Поскольку принимаемые предположения могут не оправдаться, часто требуется повторное выполнениепроектных процедур предыдущих этапов после выполнения проектных процедур последующих этапов. Такие повторения обеспечиваютпоследовательное приближение к оптимальным результатами обусловливаютитерационныйхарактерпроектирования.
Следовательно, итерационность— поиск оптимального решения методом последовательного приближения — нужно относить к важным принципам проектирования сложных объектов.
На практике обычно сочетают восходящее и нисходящее проектирование. Например, восходящее проектирование имеет место на всех иерархических уровнях, на которых используются унифицированные элементы, разработанные ранее: при проектировании электропривода выбираются типовые двигатель и редуктор и разрабатывается компоновка привода (восходящее проектирование), затем проектируется рама, кожух и др. элементы, индивидуальные для данного изделия (нисходящее проектирование).
Внешнее и внутреннее проектирование
При нисходящемпроектировании формулировка ТЗ на разработку элементовk-го иерархического уровня относится к проектным процедурам этого же уровня. Этапы проектирования объекта по сформулированным ТЗ называютвнутренним проектированием.
Иначе обстоит дело с разработкой ТЗ на систему высшего иерархического уровняили наунифицированную системуэлементов, предназначенную для многих применений. Здесь разработка ТЗ являетсясамостоятельным этапом проектирования, часто называемымвнешним проектированием.
Основа внешнего проектирования— правильный учет современного состояния техники, возможностей технологии, прогноз их развития на период времени, не меньший жизненного цикла объекта. Наряду с техническими факторами необходимы учет экономических показателей, прогноз стоимости и сроков проектирования и изготовления. На основе изучения состояния и перспектив научно-технического прогресса группа экспертов формулирует первоначальный вариант ТЗ на систему.Оценку выполнимостисформулированного ТЗ и рекомендации по егокорректировкеполучают с помощью проектных процедурвнутреннего проектирования.
Таким образом, на начальных стадияхпроектирования сложных систем имеет местоитерационный процесс, в котором поочередно выполняются процедурывнешнегоивнутреннегопроектирования — формулировка ТЗ, его корректировка, оценка выполнимости, прогноз материальных и временных затрат на проектирование и изготовление.
Dostları ilə paylaş: |
