регистрация /  вход

Задачи автоматизации процесса проектирования (стр. 1 из 3)

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
Расчеты 4
Вычерчивание 33 Прямой
Прочие работ 10
Составление спецификаций 5
Контроль чертежей 6
Поиск повторяющихся деталей

2

Составление описаний 12 Косвенный
Предварительное нормирование

3

Поиск аналогов проекта 1
Переписка 3
Прочие работы 6

2. Распределение видов работ на основных этапах конструирования

Вид процедуры

Затраты времени на этапах разработки, %

общего

вида

узлов деталей
Проектирование 6 25 5
Расчеты 2 3 3
Вычерчивание 8 23 25

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