Введение в курс.

Лекционный курс по САПР (системы автоматизированного проектирования).

Введение в курс.

Понятие проектирование. Стадии и этапы проектирования. Блочно-иерархический подход (БИП) к проектированию сложных систем. Функциональное, конструкторское и технологическое проектирование.

Проектирование – это процесс создания описания необходимого для построения в заданных условиях еще несуществующего объекта на основе первичного описания этого объекта.

Первичное описание объекта представленное в заданной форме, называется заданием на проектирование. В задании на проектирование должны быть: сведения о его параметрах, способа функционирования, конструкторские реализации, изготовление и т.д.

Проектирование может выполняться тремя способами:

1. Неавтоматизированное (осуществляет человек).

2. Автоматизированное (осуществляется в диалоге человека с ЭВМ).

3. Автоматическое (без участия человека).

Рассмотрим ряд понятий используемых при проектировании.

Проектное решение – это промежуточное или окончательное описание объекта проектирования, необходимое и достаточное для рассмотрения и определения дальнейшего направления или окончания проектирования.

Документ, выполненный по заданной форме, в котором представлено какое-либо проектное решение, полученное при проектировании, называется проектом.

Под проектной процедурой понимают, формализованную совокупность действий, выполнение которых оканчивается проектным решением (оптимизация, компоновка).

Действие или формализованная совокупность действий, составляющих часть проектной процедуры, алгоритм которых остается неизменным для ряда проектных процедур, называется проектной операцией (например, подготовка, ввод, вывод данных).

Проектная процедура, которая многократно используется при проектировании на различных стадиях, называется унифицированной проектной процедурой.

Выполнение проектных работ можно распределить как во времени, так и по подразделениям проектной организации. При временном распределении работ по созданию новых объектов, процесс проектирования разделяется на стадии и этапы, различают 8 стадий:

– предпроектное исследование

– техническое задание

– техническое предложение

– эскизный проект

– технический проект

– рабочий проект

– изготовление

– отладка, испытание и ввод в действие

При создании новых объектов выделяют следующие этапы:

1 Этап научно-исследовательских работ (НИР) – объединяет стадии: предпроектное исследование, техническое задание и часть технического предложения.

Здесь проводят исследование по поиску новых принципов функционирования, новых структур, физических процессов, новой элементной базы, технических средств и т.д.

2 Этап опытно-конструкторских работ (ОКР) – объединяет стадии: часть технического предложения, эскизный проект, технический проект.

Здесь отражаются вопросы детальные, конструкторской проработки проекта.

3 Этап рабочего проектирования – объединяет стадии: рабочий проект, изготовление, отладка и испытание, ввод в действие.

Здесь прорабатываются конструкторские и технологические решения, проводят испытание и изготовление.

Распределение работ между подразделениями проекта организации производят с использованием блочно-иерархического подхода проектирования (БИП). Этот подход основан на разделении описаний на ряд иерархических уровней, каждому иерархическому уровню присущи свои формы документации, математический аппарат для построения моделей и алгоритмов исследования. Уровни проектирования можно выделить не только по степени подробности отображения свойств объекта, но и по характеру отображаемых свойств. В первом случае уровни называют горизонтальными (или иерархическими), во втором – вертикальными (или аспектами).

Методология БИП базируется на трех концепциях:

1. Разбиение и локальная оптимизация

2. Абстрагирование

3. Повторяемость

Основное достоинство БИП – это упрощение процесса проектирования и получение возможности решать задачи проектирования доступными средствами.

Различают в БИП: восходящее и нисходящее проектирование.

Восходящее проектирование ведется от низшего горизонтального уровня к высшему, а нисходящее наоборот.

На горизонтальных уровнях можно выделить несколько вертикальных уровней аспекта. Основные из них: функциональный, конструкторский и технологический. Описание каждого вертикального уровня в свою очередь делят на горизонтальные иерархические уровни.

Функциональное проектирование включает в себя анализ технического задания и на его основе выбор системных позиций методики принципиальных схем, здесь определяют принципы функционирования и важнейшие параметры и характеристики проектируемого объекта.

Конструкторское проектирование заключается в реализации принципиальных схем в заданном конструктивном базисе. Здесь решаются вопросы выбора форм, материалов выбора типов размеров. Основная задача конструкторского проектирования – выпуск конструкторско-технологической документации.

Технологическое проектирование заключается в решении задач технологической подготовки производства (т.е. в разработке принципиальной схемы, маршрутов, операций сборки и монтажа узлов, включая выбор оснастки, инструмента и технологического оборудования).

Автоматизация функционального проектирования предполагает решение задач с помощью функциональных математических моделей на микро-, макро- и метоуровнях.

При функциональном проектировании используется одновариантный анализ, многовариантный анализ и параметрическая оптимизация. Большинство задач одновариантного анализа сводится к решению систем обыкновенных дифференциальных уравнений, а также систем линейных и нелинейных алгебраических уравнений (моделирование переходных процессов, частотное регулирование). Многовариантный анализ решает задачи анализа чувствительности и статистического анализа. Решение этих задач показывает, в какой степени внутренние или внешние параметры объекта влияют на его выходные параметры.

Важнейшей задачей функционального проектирования является поиск оптимальных значений внутренних параметров объекта при заданном техническом задании. При этом выходные параметры должны принимать значения оптимальные или близкие к оптимальным. Эту задачу решает параметрическая оптимизация.

При оптимизации выделяют также структурную оптимизацию, которая трудно поддается формализации (т.е. математическому описанию), то при проектировании электрических машин будем использовать параметрические параметры.