Принципы проектирования сложных объектов

При проектировании сложных объектов используются следующие принципы [5]:

– декомпозиция и иерархичность построения описаний объектов проектирования;

– многоэтапность и итерационность процесса проектирования;

– типизация и унификация проектных решений.

Описания технических объектов должны быть по сложности согласованы: 1) с возможностями восприятия человеком; 2) с возможностями оперирования описаниями в процессе их преобразования с помощью имеющихся средств проектирования.

Выполнить это требование в рамках единого описания удается лишь для простых изделий. Как правило, требуется структурирование описаний и соответствующее разбиение представлений об объекте на иерархические уровни и аспекты. Это позволяет распределить работы по проектированию сложных объектов между подразделениями проектировщиков, что способствует повышению эффективности и производительности труда.

Разделение описаний по степени детализации отображаемых свойств и характеристик объекта лежит в основе блочно-иерархического подхода к проектированию и приводит к появлению иерархических уровней (уровней абстрагирования) в представлениях об объекте.

На уровне 0 (верхнем уровне) сложный объект рассматривается как система из взаимно связанных и взаимодействующих элементов на уровне 1 (рис. 2.2).

Рис. 2.2 – Иерархические уровни описаний проектируемых объектов

Каждый из элементов в описании уровня 1 представляет собой также довольно сложный объект, который, в свою очередь, рассматривается как описание системы на уровне 2. Элементами системы являются объекты , , где – количество элементов в описании системы . Как правило, выделение элементов происходит по функциональному признаку.

Подобное разбиение продолжается вплоть до получения на некотором уровне элементов, описания которых дальнейшему делению не подлежат, то есть до элементов, описание которых уже известно. Такие элементы по отношению к объекту называются базовыми элементами.

Принцип иерархичности означает структурирование представлений об объекте проектирования по степени детальности описаний (уровни описаний – по вертикали)

Принцип декомпозиции (блочности) означает разбиение представлений каждого уровня на ряд составных частей (блоков) с возможностью раздельного (поблочного) проектирования объектов на уровне 1, объектов на уровне 2 и т.д.

Кроме разбиения описаний по степени подробности отражения свойств объектов используют декомпозицию описаний по характеру отображаемых свойств объекта. Такая декомпозиция приводит к появлению ряда аспектов описаний. Наиболее крупные аспекты описаний объектов: функциональный; конструкторский; технологический. Решение задач, связанных с преобразованием или получением описаний, относящихся к этим аспектам, называют соответственно функциональным, конструкторским и технологическим проектированием.

Функциональный аспект связан с отображением основных принципов функционирования, характера физических и информационных процессов, протекающих в объекте. Функциональный аспект отображается в принципиальных, функциональных, структурных и других схемах и сопровождающих их документах.

Конструкторский аспект связан с реализацией результатов функционального проектирования, то есть с определением геометрических форм объектов и их взаиморасположением в пространстве.

Технологический аспект относится к реализации результатов функционального и конструкторского проектирования, т.е. связан с описанием методов и средств изготовления объектов.

Внутри каждого аспекта возможно свое специфическое выделение иерархических уровней.

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, то проектирование называют восходящим. У каждого из этих двух видов проектирования имеются преимущества и недостатки.

При нисходящем проектировании система разрабатывается в условиях, когда ее элементы еще не определены и, следовательно, сведения о их возможностях и свойствах носят предположительный характер.

При восходящем проектировании, наоборот, элементы проектируются раньше системы, и, следовательно, предположительный характер имеют требования к системе. В обоих случаях из-за отсутствия исчерпывающей исходной информации имеют место отклонения от возможных оптимальных технических результатов.

Поскольку принимаемые предположения могут не оправдаться, часто требуется повторное выполнение проектных процедур предыдущих этапов после выполнения проектных процедур последующих этапов. Такие повторения обеспечивают последовательное приближение к оптимальным результатам и обуславливают итерационный характер проектирования. Следовательно, итерационность нужно относить к важным принципам проектирования сложных объектов.

На практике обычно сочетают восходящее и нисходящее проектирование. Например, восходящее проектирование имеет место на всех тех иерархических уровнях, на которых используются унифицированные (стандартные) элементы. Очевидно, что унифицированные элементы, ориентированные на применение в ряде различных систем определенного класса, разрабатываются раньше, чем та или иная конкретная система из этого класса.

Обычно унификация объектов имеет целью улучшение технико-экономических показателей производства и эксплуатации изделий. Использование типовых и унифицированных проектных решений приводит так же к упрощению и ускорению проектирования.

Однако, унификация целесообразна только в таких классах объектов, в которых из сравнительно небольшого числа разновидностей элементов предстоит проектирование и изготовление большого числа систем. Именно эти разновидности элементов подлежат унификации.

Для сложных систем и для элементов, реализующих новые физические принципы или технологические возможности, в каждом конкретном случае приходится заново выполнять многоуровневое иерархическое проектирование.

В этих условиях целесообразно ставить вопрос не об унификации изделий, а об унификации средств их проектирования и изготовления, в частности об унификации проектных процедур в рамках систем автоматизированного проектирования (САПР).

Наличие средств автоматизированного выполнения типовых проектных процедур позволяет оперативно создавать проекты новых изделий, а в сочетании со средствами изготовления в условиях гибких автоматизированных производств осуществлять оперативное изготовление новых оригинальных изделий.

Окончательное описание проектируемого объекта представляет собой полный комплект схемной, конструкторской и технологической документации, оформленной в соответствии с требованиями ГОСТов: ЕСКД (единая система конструкторской документации), ЕСТД (единая система технологической документации), ЕСПД (единая система программной документации). Этот комплект документации предназначен для использования в процессе изготовления и эксплуатации объекта проектирования.

Важное значение в этих описаниях имеют математические модели объектов проектирования, так как выполнение проектных процедур при автоматизированном проектировании основано на оперировании математическими моделями.

Математическая модель (ММ) технического объекта – система математических объектов (чисел, переменных, матриц, множеств и т.п.) и отношений между ними, отражающих некоторые свойства технического объекта.

При проектировании используют математические модели, отражающие свойства объекта, существенные с позиции проектировщика.

Среди свойств объекта, отражаемых в описаниях на определенном иерархическом уровне, в том числе в ММ, различают свойства: систем; элементов систем и внешней среды, в которой должен функционировать объект. Количественное выражение этих свойств осуществляется с помощью величин, называемых параметрами. Величины, характеризующие свойства системы, элементов системы и внешней среды, называют соответственно входными, внутренними и внешними параметрами.

Однако существование ММ не означает, что она известна разработчику и может быть представлена в явном функциональном виде. Типичной является ситуация, когда математическое описание процессов в проектируемом объекте задается моделью в форме системы уравнений, в которой фигурирует вектор фазовых переменных. Фазовые переменные характеризуют физическое или информационное состояние объекта, а их изменения во времени выражают переходные процессы в объекте. Например, состояние некоторой фирмы можно определить такими фазовыми переменными: сырье, материалы, финансовые и трудовые ресурсы.

Выделим следующие особенности параметров в моделях проектируемых объектов:

1. Внутренние параметры в моделях -го иерархического уровня становятся выходными параметрами в моделях более низкого ()-го иерархического уровня. Так, например, трудовые ресурсы являются внутренними при проектировании производственной фирмы и в то же время выходными при проектировании отдела кадров этой фирмы.

2. Выходные параметры или фазовые переменные, фигурирующие в модели одной из подсистем (в одном из аспектов описаний), часто оказываются внешними параметрами в описании других подсистем (других аспектов). Так, например, выходные параметры подсистемы планирования выпуска продукции некоторой компании являются внешними параметрами подсистемы материально-технического снабжения этой компании.

3. Большинство выходных параметров объекта являются функционалами.

4. В техническом задании на проектирование должны фигурировать величины, называемые техническими требованиями к выходным параметрам (нормами выходных параметров). Данные нормы представляют собой границы допустимых диапазонов изменения выходных параметров.

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: