Технологический процесс инженерного проектирования как объект автоматизации

Лекция 1

Технологический процесс
инженерного проектирования
как объект автоматизации

Понятие инженерного проектирования

Проектирование технического объекта —
создание, преобразование и представление
в принятой форме

Образ объекта или его составных частей создаётся в воображении человека
или

Инженерное проектирование начинается с появления потребности общества в некоторых технических объектах.

Проектирование включает в себя:

разработку технического предложения
и технического задания (ТЗ),
и

ТЗ является
исходным (первичным) описанием объекта.

Результат проектирования - комплект документации с достаточными сведениями для изготовления объекта.

Проект - окончательное описание объекта.

Проектирование — процесс получения
окончательного описания объекта на основе
исследований, расчетов и конструирования.

В процессе проектирования
решаются промежуточные задачи и
принимаются определенные
проектные решения.

Автоматизированное проектирование:
проектные решения человек получает
с использованием ЭВМ.
Автоматическое проектирование –

Система автоматизированного проектирования
реализует автоматизацию проектирования.
(CAD System —
Computer Aided Design

Автоматическое проектирование используется редко и только для несложных объектов.
Актуальным является
автоматизированное

Общий подход к проектированию -
системный подход.

Принципы системного подхода

Системный подход связан с рядом дисциплин:

«Теория систем» («Системный анализ»);
«Теория принятия решений»;
«Системотехника».

Системный подход включает в себя

выявление структуры системы,
типизацию связей,
определение

Предметом системотехники являются:

организация процесса создания, использования и развития технических систем;
методы

Организация системотехнического анализа

Процесс создания

умение сформулировать цели системы

организация рассмотрения с позиций

Системы автоматизированного проектирования и управления требуют системного подхода.

На основе системного подхода строятся и другие компоненты системотехники:

Объектно-ориентированный подход

Блочно-иерархический подход

Структурный

При структурном подходе вариант системы собирается из компонентов-блоков, прогнозируются и оцениваются

Блочно-иерархический подход

использует разбиение сложных описаний объектов и соответственно средств их

Объектно-ориентированный подход к проектированию (ООП) имеет следующие преимущества:

1) вносит в модели приложений большую структурную определенность, распределяя данные и

2) сокращает объем спецификаций, благодаря введению в описания иерархии объектов и

3) уменьшает вероятность искажения данных вследствие ошибочных действий путем ограничения доступа

Для всех подходов к проектированию сложных систем характерны и следующие особенности:

Структуризация процесса проектирования, выражаемая декомпозицией проектных задач и документации, выделением стадий,

Итерационный характер
проектирования.

Типизация и унификация
проектных решений и средств проектирования.

Основные понятия системотехники

Система — множество элементов, находящихся в отношениях и связях между собой.

Элемент — такая часть системы, представление о которой нецелесообразно подвергать при

Сложная система — система, характеризуемая большим числом элементов и большим числом

Сложность системы определяется:

видом взаимосвязей элементов,
свойствами целенаправленности, целостности, членимости, иерархичности, многоаспектности.

Подсистема — часть системы (подмножество элементов и их взаимосвязей), которая имеет

Надсистема — система, по отношению к которой рассматриваемая система является подсистемой.

Структура — отображение совокупности элементов системы и их взаимосвязей.

Параметр — величина, выражающая свойство или системы, или ее части, или

Классификация параметров

Фазовая переменная — величина, характеризующая энергетическое или информационное наполнение элемента или

Состояние — совокупность значений фазовых переменных, зафиксированных в одной временной точке

Поведение (динамика) системы — изменение состояния системы в процессе функционирования.

Система без последствия — ее поведение при t > t0 определяется

Вектор переменных V, характеризующих состояние (вектор переменных состояния), — неизбыточное множество

Пространство состояний — множество возможных значений вектора переменных состояния.

Фазовая траектория — представление процесса (зависимости V(t)) в виде последовательности точек

Характеристики сложных систем:

Целенаправленность — свойство искусственной системы, выражающее назначение системы.
Это свойство необходимо

Целостность — свойство системы, характеризующее взаимосвязанность элементов и наличие зависимости выходных

Иерархичность — свойство сложной системы, выражающее возможность и целесообразность ее иерархического

Составные части системотехники:

иерархическая структура систем, организация их проектирования;
анализ и моделирование

Задачи моделирования:

Синтез моделей сложных систем
(modeling).
Анализ свойств систем на

Задачи синтеза:

Синтез структуры проектируемых систем
(структурный синтез).
Выбор численных значений параметров элементов

Нехватка достоверных исходных данных и неопределенность условий принятия решений при проектировании

Учет статистического характера данных основан на методе статистических испытаний (методе Монте-Карло),

Пример

Компьютер - сложная система, т.к.
имеет большое число элементов;
элементы и подсистемы связаны

Подсистемы компьютера:
процессор,
оперативная память,
кэш-память,
шины,
устройства ввода-вывода.

Надсистемы компьютера:
вычислительная сеть,
автоматизированная и организационная система, к которым принадлежит

Внутренние параметры:
время выполнения арифметических операций,
время чтения (записи) в накопителях,
пропускная

Выходные параметры:
производительность компьютера,
емкость оперативной и внешней памяти,
себестоимость,
время

Внешние параметры:
напряжение питания сети и его стабильность,
температура окружающей среды,
и

Иерархическая структура проектных спецификаций и иерархические уровни проектирования

Блочно-иерархический подход:
представления о проектируемой системе расчленяют на иерархические уровни.
Верхний уровень:

На каждом иерархическом уровне формулируются задачи приемлемой сложности, поддающиеся решению с

Блочно-иерархический подход - декомпозиционный подход (диакоптический).
Основан на разбиении сложной задачи

Иерархические уровни проектирования -
совокупность спецификаций некоторого иерархического уровня совместно с

Иерархические уровни:

Системный уровень

Макроуровень

Микроуровень

В каждом приложении число выделяемых уровней и их наименования могут быть

Стили проектирования:
восходящее (последовательность решения задач от нижних уровней к верхним),
нисходящее

Итерационность
проектирования –
последовательное приближение к окончательному решению
(прогнозирование недостающих данных с

Возникает:
при неопределенности и нечеткости исходных данных при нисходящем проектировании (ещё не

Различают аспекты:
функциональный,
информационный,
структурный,
поведенческий (процессный).

Функциональное описание относят к функциям системы и чаще всего представляют его

Информационное описание:
основные понятия предметной области (сущности),
словесное пояснение или числовые

Структурное описание:
- относится к морфологии системы,
- характеризует составные части системы и

Поведенческое описание
характеризует алгоритмы функционирования системы и технологические процессы создания системы.
Иногда

Аспекты проектирования
функциональный (разработка принципов действия, структурных, функциональных, принципиальных схем),
конструкторский (определение

Стадии проектирования

Стадии проектирования —
наиболее крупные части проектирования как процесса, развивающегося во

Выделяют стадии:
научно-исследовательских работ (НИР): предпроектные исследования или стадия технического предложения,
эскизного

По мере перехода от стадии к стадии степень подробности и тщательность

Примеры проектных процедур:
подготовка деталировочных чертежей,
анализ кинематики,
моделирование переходного процесса,
оптимизация параметров,

Проектные процедуры делятся на более мелкие компоненты, называемые проектными операциями.
Например, при