Основы автоматизированного проектирования

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лекция № 1

Историческая справка

Большинство окружающих человека предметов и вещей относятся к искусственным объектам, то есть является результатом самой его деятельности. Появление первых искусственных объектов датируется около 2 млн. лет назад. Простые механизмы появляются в начале третьего тысячелетия до н.э. в Древнем Египте. Энергия падающей воды начинает использоваться в 3 веке до н.э. В 10-11 век строятся ветряные мельницы, которые имеют сложную передачу и тормозное устройство. В 1774 году появляется паровая машина. В 1889 году изобретается паровая турбина. В 1870-90 годах появляется ДВС: газовый, бензиновый, дизельный. В 1889 году появляется электродвигатель переменного тока. В результате развития искусственных объектов они имеют следующие особенности:

Функционирование новых машин основывается на явлениях динамики, электромагнетизма.

Объекты становятся сложными физически.

Сложность разрабатываемых объектов не позволяет решать всю техническую задачу одному человеку.

Проектируемые объекты рассматриваются во взаимосвязи с воздействием на общество, окружающую среду, учитывается тяжкость последствий аварии, тоесть существует явная тенденция к рассмотрению объектов в виде системы.

Система - комплекс взаимосвязанных внутренних элементов с определенной структурой, широким набором свойств с разнообразными внешними и внутренними связями.

Понятие проектирования

Процесс разработки объектов с их последующим созданием называется проектированием. Проект от латинского ?брошенный вперед?. Наиболее часто понятию проектирование дается следующее определение: практическая деятельность, направленная на удовлетворение потребностей людей конечным итогом которой является проект. Проект - комплект документации, предназначенный для создания, эксплуатации, ремонта и ликвидации технического объекта, а так же для проверки или воспроизведения промежуточных и конечных решений, на основе которых был разработан данный объект.

Лекция № 2

Особенности творческого процесса

К сфере человеческой деятельности относят:

1. Постановка задачи.

2. Выбор методов её решения, построение (разработка) моделей и алгоритмов, выдвижение гипотез и предложений.

3. Осмысление результатов и принятие решений.

1. Постановка задачи. Особенности.

На протяжении всей жизнедеятельности человек ставит задачи добиваясь их решения. Задачи могут быть формолизованые и чётко сформулированные, сформулированные на уровне интуиции или относиться к нечетким задачам. Постановка задачи на этапах проектирования имеет место в течение всего цикла проектирования. К данному этапу относится формирование ?технического? задания. Успешная постановка задачи позволяет сократить время её решения и определить дальнейшие этапы проектирования. В вопросах проектирования постановка задачи представляет сложный итерационный процесс.

2. а) Выбор методов решения.

Данный пункт в вопросах проектирования на 1 этапе предполагает выбор методов, подходов, инструментов решения задачи: метод по аналогии, подход с учетом имеющихся научных разработок или привлечение научных организаций. Инструмент в области технической наиболее часто задачи относится к выбору программного оборудования.

б) Построение (разработка) моделей и алгоритмов.

Данный пункт обосновывается с точки зрения необходимости, однако, в творческой деятельности имеет место всегда. Алгоритмы, как в процессе проектирования, так и в творческом процессе строятся алгоритмические достижения цели, которые предполагают четкую формулировку этапа алгоритма и обоснования последовательности этапа.

3. Осмысление результатов, принятие решения.

Предполагает проведение анализа по обоснованным критериям с целью принятия решения из возможных. В вопросах принятия решения часто имеет место (при проектировании технических объектов) задача оптимизации.

Лекция № 3

Законы проектирования

1. Закон энергетической проводимости.

Необходимым условием принципиальной жизнеспособности технической системы или объекта является сквозной проход энергии по всем частям. Данный закон позволяет судить о работоспособности системы (объекта).

Для понимания данного определения рассмотрим пример: жизнеспособность ДВС определяется жизнеспособностью входящих в него систем: механической, топливной, смазочной, охлаждающей и электрической. В случае нарушения прохода имеет место нарушение жизнеспособности двигателя. В этом случае топливо является энергетическим рабочим телом. То же для системы смазки, где энергетическим рабочим телом является масло. При нарушении электрической системы отсутствует искра свечи зажигания, тогда электрический ток является энергетическим рабочим телом.

Следствие: чтобы часть технической системы была управляемой, необходимо обеспечить энергетическую проводимость между этой частью и органами управления.

2. Закон увеличения степени идеальности системы.

Развитие идет в этом направлении, тоесть в направлении создания идеальной системы.

Идеальная система - такая система, у которой вес, объём, размеры или другие характеристики стремятся к нулю или наилучшему значению, а функция, выполняемая системой, сохраняется и выполняется. Данный закон указывает на тенденции развития и позволяет ориентироваться в ожидаемых результатах.

Пример: развитие компьютерной техники. Габариты становятся меньше, а мощность выше.

3. Закон стадийного развития.

Развитие систем идёт в следующей последовательности:

Выполнение системой технологических функций, тоесть облегчение человеческого труда.

Дополнительное выполнение системой энергетических функции, тоесть не только передача энергии, но и изменение её вида, введение в систему двигателя.

Дополнительное выполнение системой функции уравнения, тоесть изменение режимов работы, саморегулирование в пределах заданной программы.

Дополнительное выполнение системой функции планирования, тоесть саморегулирование в неприведенных условиях, анализ ситуации и способность выбора режима работы.

Укажем, что совершенствование технических систем идёт в направлении полной автоматизации и независимости от человека.

Закон соответствия функции и структуры

Жизнеспособными оказываются те конструктивные решения, у которых форма объектов подчинена его внутреннему содержанию и содействует в реализации предъявляемых к нему требований.

Общечеловеческие законы

Закон непрерывного возрастания потребностей людей и неугасимого любопытства.

Закон минимизации затрат (закон лености).

Стремление к минимизации усилий на обслуживание своих потребностей. Лень стимулирует человека напрягать интеллектуальные усилия для создания устройств облегчающих, в идеале исключающих его собственный труд.

Структура проектирования

Под структурой понимается последовательность и состав стадий и этапов разработки проекта, совокупность процедур и привлекаемых технических средств, взаимодействия всех участников процесса. В настоящее время используется два представления о структурах проектирования, которые формулируют подобные по форме структуры различные по целям и подходам деятельности.

Различают:

А) Структура оформления и этапов проектных работ;

Б) Структура проектной деятельности.

Стадии и этапы оформления проектных работ

Данная структура регламентирована стандартом ГОСТ 2.103.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Техническое задание

Устанавливают к изделию:

Основное назначение.

Технические и тактико-технические характеристики.

Показатели качества.

Технико-экономические требования.

Специальные требования к изделию.

Предписание по выполнению необходимых стадий создания и её состав.

Техническое предложение

Это совокупность документов содержащих техническое и технико-экономическое обоснование целесообразности разработки проекта.

Эскизный проект

Это совокупность документов, содержащих принципиальное решение и дающее общее представление об устройстве, принципе работы разрабатываемой техники или узла.

Эскизный проект представляет собой совокупность данных определяющих основные параметры и габаритные размеры, а также подтверждающих назначений системы или узла.

В зависимости от сложности разрабатываемой системы предусматривают этап теоретических исследований, целью которых является обоснование принципиальной возможности создания системы.

Данный этап носит название предпроектных исследований или аван-проект. Результаты эскизного проекта являются основой для рабочего проекта.

Рабочий проект

Рабочий проект имеет промежуточные решения, которые в отличие от технического проекта не позволяют говорить о полном представлении, об устройстве, но является основой для подготовки технического проекта.

Технический проект

Технический проект представляет собой совокупность документов, которые должны содержать окончательные решения, дающие полное представление об устройстве разрабатываемой системы. Технический проект содержит исходные данные для разработки рабочей документации. Рабочий проект допускает вариантность решений, а технический проект содержит окончательное решение.

Разработка рабочей документации

На этапе разработки рабочей документации решаются задачи технологического и производственного характера.

Разрабатывая рабочую документацию на опытный образец, решаются следующие задачи:

А) Обоснование технологических операций при изготовлении опытного образца.

Б) Проработка их последовательности (проработка последовательности является основой разработки технологических карт).

В) Подбор станочного парка.

Г) В зависимости от сложности конструкции, связывание с технологическим процессом предприятия.

Д) Квалифицированный подбор кадров.

Е) Обоснование комплектующих.

Ж) Выявление собственных производств (собственное изготовление деталей).

После изготовления опытного образца он подлежит испытаниям, как правило, заводским. Для проведения испытаний готовится программа, по окончанию протокол. По результатам возможна корректировка рабочей документации или технического проекта.

Рабочая документация на установочную серию

Включает в себя документацию по изготовлению, испытанию и оснащению производственного процесса основными составляющими частями.

На решаемые задачи оказывает большое влияние количественные показатели установочной серии. В отличие от опытного образца серия может содержать десятки и сотни изготовляемых единиц.

Решаемые задачи:

А) Дальнейшая проработка технологической и технической части производства.

Б) Согласование изготовления существующим технологическим циклом производства.

В) Детальная проработка использования оборудования.

Г) Организационные вопросы поставки комплектующих и заготовок.

Д) Уточнение квалифицированного кадрового персонала.

Для сложных технических систем на этом этапе говорят об опытном производстве.

По результатам данного этапа производится испытание. Испытание производится на полигоне. По результатам испытаний производится устранение недостатков, в итоге готовят головную серию для окончательных испытаний. После испытания головной серии переходят к созданию установившегося производства. На данном этапе готовят документацию и решают задачи:

А) полной подготовки к серийному выпуску.

Б) обеспечением квалифицированным кадровым составом.

В) производят экономическую оценку и оценку экономических показаний (себестоимость производства, формирование цены продукта, оценка ожидаемой прибыли).

Г) по взаимодействию с партнерами поставщиками и с партнерами, которыми осуществляется поставка.

Д) обосновываются количественные показатели выпускаемой продукции, потребности в комплектующих, определяются время рабочего цикла (от начала изготовления до выпуска), обосновывается показатель мощности предприятия.

Спецификация

На данном этапе определяют уровень качества созданного изделия, а так же уровень соответствия требованиями предъявляемых соответствующим стандартам и сертификатам качества.

Лекция № 4

Структура проектной деятельности

Позволяет выработать подходы и методики решения задач для сокращения времени проектирования и получения более эффективного решения. Данная структура отражает специфику задач проектирования, решение которых имеет место на различных этапах разработки документации структуры этапов оформления проектных работ.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Особенности представленной схемы

В левой части представлены этапы проектной деятельности, которые предусматривают деятельность в рамках разработки технического задания, решения задачи синтеза принципа действия, структурного синтеза и параметрического синтеза. С одной стороны эти этапы выполняются последовательно (сверху вниз). Результаты выполнения этапа являются основой выполнения для следующего. Штриховые стрелки в левой части указывают, что по результатам выполнения этапа может быть принято решение о возврате к предыдущим этапам. Так, например, по результатам параметрического синтеза может быть осуществлен возврат или на этап технического задания, или на этап синтеза принципа действия, или на этап структурного синтеза.

Блок справа характеризуется строгой последовательностью решения задач: выбор и разработка модели, метода решения, получение спектра возможных решений, принятие решения.

Стрелки между левым и правым блоками указывает, что решение задач связанных с правым блоком имеет место на любом этапе левого блока (кроме технического задания).

Техническое задание

При составлении технического задания формулировка его осуществляется на языке потребителя, при этом формулируются цели и задачи, связанные с будущей конструкцией. Техническое задание, как правило, включает следующие пункты:

Основание для проведения работ

Цели и задачи разработки

Состояние вопроса

Основные требования к продукции

Содержание и этапы разработки

Формы представления результатов

Формулировка содержательной части пунктов осуществляется в обобщенной форме. Так, например, формулировка вида работы может выглядеть как: «разработка вагонов нового поколения». В дальнейшем на этом этапе корректировки технического задания выполняется этап внешнего проектирования. Это, когда задание переводится в язык предметной области, задача формулируется максимально грамотно и полно, обосновывается необходимость её решения. Внешнее проектирование выполняется в тесном контакте с заказчиком.

Синтез принципа действия

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

Данный этап важен, так как выбор принципиальной, тоесть физической основы определяется жизнеспособность или эффективность будущей системы или объекта.

Примеры:

Использование винтомоторного двигателя в конструкции самолета принципиально не позволит при любом его совершенствовании достигнуть сверхзвуковой скорости и больших высот полета. Имеет место ограничения по выполняемым функциям.

Система управления тормозами подвижного состава (пассажирского) может быть основано либо на передаче пневматического управляющего сигнала, либо электрического. Так как скорость распространения сигнала по длине состава разная, то эффективнее по скорости срабатывания будет та, у которой скорость сигнала выше. Электрический сигнал распространяется со скоростью света, а пневматический со скоростью звука (что гораздо ниже).

Задача синтеза принципа действия заключается в переводе словесного описания технического задания на материальную основу.

Материально-техническая основа необходима для обоснования функционально-физической схемы разрабатываемой системы или объекта, которая лучшим образом удовлетворяет техническому заданию.

Результатом выполнения этапа синтеза принципа действия является определение материальных оснований системы, вид и состояние физических тел и их физические параметры.

Задача: осуществить неким устройством переключение входных и выходных каналов.

Возможные принципы решения задачи:

Клапанная система

Золотниковая система

«Пробковая» система

2-я и 3-я системы отличаются от 1-ой наличием деталей осуществляющих перемещение относительно друг друга в результате, которого соединенные и разъединенные каналы, расположенные как в одной, так и в другой детали. В клапанной системе соединение и разъединение многочисленных каналов может осуществляться за счет увеличения количества клапанов при этом предполагается неручное управление.

Для 2-ой и 3-ей систем функционально-физическая схема может быть следующей:

Приложение силы => Поворот => Соединение (разъединение) => Переключение (каналов).

Функционально-физическая схема в основном описывает последовательность действий необходимых для решения поставленной задачи с точки зрения функционирования объекта. Разработка схемы предполагает этапность. На 1-ом этапе формулируется последовательность действий словесно, на окончательном этапе формируется графическое представление комплекса элементов с их взаимосвязями, которые позволяют качественно и наглядно представить позволяют качественно и наглядно представить последовательность достижения результатов.

Структурный синтез

На данном этапе определяется форма объекта, формы элементов, составляющих будущую конструкцию, их количество, взаимное расположение и взаимосвязь. Система получает зримое представление, способствующее выполнению этапа конструирования. В результате получаем эскиз будущего объекта.

Синтез структур даже в рамках 1-ой функционально-физической схемы позволяет получить значительное количество вариантов и является важным этапом улучшения проектируемых систем.

Синтез структур слабоформируемый этап является основой изобретательской деятельности.

Пример:

В качестве примера для уяснения отдельных понятий рассмотрим тормозную систему грузового поезда.

Задача: разработать проект тормозной системы грузового поезда.

1. На 1-ом этапе уточняем знания об объекте - грузовой поезд. Уточнение знаний происходит на основе выбора характеристик наиболее общего плана.

На основе изучения объекта и проигрывая ситуации установки т.с. только на локомотиве или под каждым вагоном позволили сформулировать 1-ое требование: т.с.п должна быть распределенной по составу. Распределенная система по составу с точки зрения объекта (т.с.п.) предполагает наличие своей т.с. на каждой единице состава.

Изображенная структурная схема элементов представляет собой их отдельное наличие без каких-либо связей, поэтому установим взаимосвязь элементов путем их соединения.

2. Управление с головы состава - такой принцип позволяет полностью контролировать движение состава в соответствии с дорожными сигналами и особенностями движения поезда.

3. Система передачи сигнала.

4. Система приема и обработки сигнала индивидуальными тормозами вагонов.

5. Выработка управляющего воздействия на исполнительную систему тормозной системы вагона.

6. Исполнение управляющего воздействия.

Функционально-физическая схема

Размещено на http://www.allbest.ru/

Первый этап заканчивается синтезом принципа действия. Функционально-физическая схема не позволяет определять составляющие объекты будущей системы, но каждый блок может быть раскрыт в виде различных вариантов структурного исполнения. Набор вариантов и выбор удачного позволяет достичь наиболее приемлемого результата.

Не смотря на трудность формализации, на этапе синтеза структур решаются следующие задачи:

переход от функционально-физической схемы к структурной.

Состыковка элементарных устройств в цельную систему.

Исследование возможностей изменения взаимного расположения отдельных частей.

Развитие и совершенствование предложенных структур, разрешение противоречий.

Проверка полученных структур на возможность функционирования.

Переход от функционально-физической схемы к структурной

Переход заключается в поиске и подборе вариантов элементарного устройства способного осуществить конкретные действия в рамках физического объекта. Устройство состоит из взаимодействующих тел, физические свойства которых заданы физическим эффектом.

Состыковка элементарных устройств в единую систему

Состыковка осуществляется в соответствии с условиями сопряжения: для механических систем - соответствие видов и направлений движения входного и выходного сопрягаемых устройств; для неподвижных систем - в соответствии с видом и направлением нагрузок, кроме указанного используется форма сопряжения поверхностей и их расположение.

Использование возможности изменения взаимного расположения отдельных частей

Выполняется для сложных систем. Принцип перебора вариантов достаточно формален. Под формальностью понимают изменение взаимного расположения методом формального перебора вариантов. Формальный перебор вариантов не требует сложной процедуры их обоснования (тоесть ответа на вопрос почему). Выбор возможного варианта предполагает проведение сравнительного анализа с целью выбора решения.

Пример: взаимное расположение может быть последовательное, соосное, пространственное, плоское, под углом, многоуровневое.

Проверка полученной структуры на возможность функционирования

В качестве примера рассмотрим простейшую структуру фрикционного тормоза, который состоит из тормозного цилиндра, вертикального рычага(2), имеющего среднюю точку связанного со стойкой, а верхней точкой соединяется со штоком поршня(1) одной из задач данной структуры является перемещение колодки к колесу. Для проверки полученной структуры необходимо проанализировать возможные перемещения каждого звена. Точка b с одной стороны принадлежит штоку, а с другой стороны вертикальному рычагу. Применительно к штоку она должна совершать поступательное движение, а применительно к вертикальному рычагу - вращательное. Разница в движении точки b указывает на противоречие возможных перемещений. В результате работы такой схемы возможен изгиб штока поршня, разрушение в месте соединения штока поршня и вертикального рычага, а так же в других кинематических парах.

Формальная проверка полученной структуры может быть осуществлена на основе расчета количества степеней свободы

W=3*n - 2*p=3*2 - 2*3=0.

Развитие и совершенствование предложенных структур. Разрешение противоречий

Для решения данной задачи осуществляется:

перебор вариантов из банка структур(прототипов) - метод проектирования по аналогии. В этом случае известные решения приспосабливаются к новым условиям.

Банк структур - атласы машин и их частей. Архивы предыдущих разработок.

осуществление комбинированных элементарных структур - схем, передач, соединений типовых элементов.

синтез структур на основе анализа свойств геометрических тел.

Составление обобщенной структуры позволяет строить обобщенные тематические модели, вести поисковое конструирование с использованием методов оптимального проектирования служит основой для создания чертежа.

Параметрический синтез

На данном этапе определяется конкретный вид и характеристики проектируемого изделия. Уточняется графический облик, определяются параметры(геометрические размеры, материал), подготавливаются чертежи.

На данном этапе чаще всего используются численные расчеты, которые тесно связаны с решением задач по разработке модели (материалистической).

Эффективность проектирования определяется в первую очередь выбранным принципом действия, во вторую очередь предложенной структурой и в третью очередь выбранными параметрами.

автоматизированное проектирование проектная работа

Составление структур: ?оформление этапов проектных работ?, ?структура проектной деятельности?

Заключительная стадия технического задания и стадия выработки технического предложения посвящены синтезу принципа действия.

Стадия эскизного проектирования основывается на синтезе структур.

Стадия рабочего проектирования и технического проекта основывается на параметрическом синтезе.

Размещено на Allbest.ru