Процессов и структура подсистем САПР (2 ч) 1 страница

План лекции: Основные задачи проектирования. Процесс проектирования. Организация и содержание инженерного проектирования.

1.1 Основные задачи проектирования

Технологические процессы в пищевом производстве характеризуются многообразием применяемых методов обработки материалов, изменения их состояния и формы. Каждый процесс имеет особенности, определяющие конструкцию и параметры применяемого технологического оборудования. Целью функционирования любого производства является выпуск продукции.

Вот как определяют суть процесса проектирования некоторые ведущие ученые в этой области:

…проектирование-это принятие решений в условиях неуверенности и высокой ответственности за ошибку ( Азимов);

...проектирование – это моделирование того, что мы хотим выполнить, и осуществляемое неоднократно до тех пор, пока мы не убедимся в положительности конечного результата ( Буккер);

…проектирование – это использование научных основ технической информации и воображения для синтеза машины или системы, которая с минимальными затратами и максимальной эффективностью выполняла бы предписанные функции ( Фельден);   

…проектирование-это последовательность действий от постановки проблемы до разработки решения, которое удовлетворяет функциональным, экономическим и другим требованиям ( Крик);

…проектирование-это итерационный процесс принятия решений с целью разработки, согласно которому ресурсы могут быть преобразованы в системы и устройства, удовлетворяющие определенным человеческим потребностям (Вудсон).

1.2 Процесс проектирования

   Обобщая приведенные определения, можно сказать, что проектирование представляет собой процесс последовательного принятия рациональных (или оптимальных) решений на всех стадиях создания объекта, начиная от предпроектного исследования, выработки концепции проектируемого объекта, и кончая его описанием и сдачей технической документации в производство для изготовления объекта.

В любом случае инженерное проектирование начинается при наличии выраженной потребности общества в некоторых технических объектах, которыми могут быть объекты строительства, промышленные изделия или процессы. Проектирование включает в себя –

1 – Разработку технического предложения и технического задания отражающих эти потребности

2 - Реализация ТЗ в виде проектной документации

  Обычно ТЗ представляют в виде некоторых документов и оно является исходным (первичным) описанием объекта. Результатом проектирования, как правило, служит полный комплект документации, содержащий достаточные сведения для изготовления объекта в заданных условиях. Эта документация и есть проект, точное окончательное описание объекта. Более коротко, проектирование – процесс, заключающийся в получении и преобразовании исходного описания объекта в окончательное описание на основе выполнения комплекса работ исследовательского, расчетного и конструкторского характера.

Проектирование (ГОСТ 22487-77) – составление описания, необходимого для создания нового объекта. Конструирование – часть проектирования, на этапе преобразования технического решения в конкретное конструктивное воплощение (в виде конструкторской документации)

Преобразование исходного описания в окончательное порождает ряд промежуточных описаний, подводящих итоги решения некоторых задач и используемых для обсуждения и принятия проектных решений для окончания или продолжения проектирования.

Любое новое строительство или реконструкцию ведут в соответствии с заранее составленным и утвержденным проектом.

 Крупные объекты по специальному заданию проектируются проектными учреждениями специализирующимися на проектирование объектов определенной отрасли.

Первой стадией проектирования явл. Техническое задание. Основная задача задания установить техническую возможность и экономическую целесообразность предполагаемого (строительство) объекта.

Второй стадией более детальное проектирования явл. технический проект. В нем дается общая техническая характеристика устанавливаемого оборудования, генеральный план предприятия с расположением всех производственных цехов, зданий и сооружений, расположения оборудования по технологическому потоку и его параметры

Третьей стадией – рабочий проект  явл детализацией технического проекта.

Основными задачами проектирования таких производств являются: составление заданий на проектирование, выбор площадки для строительства, определение объемов, этапов и стоимости проектных и изыскательных работ; установка технических требований на разработку специального технологического и другого нестандартного оборудования, получение исходных данных на проектирование, определение объемов строительно-монтажных работ, состава и количества оборудования, изделий и материалов; составление сводной сметы и сводки затрат на строительство; наблюдение за соблюдением патентной чистоты проектных решений; обеспечение строительства технической документацией в сроки, установленные договором; приемка в эксплуатацию объектов строительства и освоение проектных мощностей; выполнение авторского и технического надзора за строительством и реконструкцией цехов и заводов.

Основой проекта участка, цеха является детально разработанная технологическая часть. Решение вопросов всех остальных частей проекта (строительной, энергетической, санитарно-технической и др.) подчинено требованиям технологического процесса, который и определяет содержание задания для разработки этих частей проекта.

Круг задач, стоящий перед проектировщиком, не ограничивается только умением проектировать технологические процессы; но и разбираться в экономике, организации и управлении производством, в вопросах технического, материального, инструментального, ремонтного обслуживания и др. Задачи проектировщика весьма разнообразны и трудоемки, что требует использования современных информационных технологий и систем автоматизированного проектирования.

Можно сказать, что проектирование представляет собой процесс последовательного принятия рациональных (или оптимальных) решений на всех стадиях создания объекта, начиная от предпроектного исследования, выработки концепции проектируемого объекта, и кончая его описанием и сдачей технической документации в производство для изготовления объекта.

С информационной точки зрения проектирование есть процесс преобразования входной информации об объекте, о состоянии знаний в рассматриваемой области и опыте проектирования объектов аналогичного назначения в выходную информацию в виде проектно-конструкторской и технологической документации, выполненной в требуемой форме и содержащей описание объекта для его материальной реализации. Совокупность таких документов и называется проектом.

На рисунке 1.1представлена общая схема процесса проектирования.

Одной из главных проблем проектирования является повышение качественных показателей при одновременном снижении затрат и сроков на проектирование.

Проектирование, при котором все проектные решения или их часть получают путем взаимодействия человека и ЭВМ, называют  автоматизированным, в отличие от ручного (без использования ЭВМ) или автоматического (без участия человека на промежуточных этапах).

Система, реализующая автоматизированное проектирование, представляет собой систему автоматизированного проектирования.

Автоматическое проектирование возможно лишь в отдельных частных случаях для сравнительно несложных объектов. Превалирующим в настоящее время является автоматизированное проектирование.

Системы автоматизированного проектирования (САПР) позволяют:

1- Автоматизировать подготовку и выполнение всей конструкторской документации

2- Исключаются ошибки, неизбежные при ручном оформлении расчетов и чертежей

3- Увеличивается точность расчетов и качество разработки

4- Облегчается внесение изменений в конструкцию изделий по желанию заказчика

5- Сокращается число специалистов, необходимых для выполнения проекта

6- На порядок сокращаются сроки разработки

7- Имеется возможность передавать информацию о любой детали непосредственно на производство

1.3 Аспекты проектирования

Аспект описания(страта) - описания системы или ее части с некоторой оговоренной точки зрения, определяемой функциональными, физическими или иного типа отношениями между свойствами и элементами.

Различают аспекты - функциональный, конструкторский, информационный, технологический, поведенческий и т.д.

1. Функциональный аспект отображает основные принципы функционирования, характера физических и информационных процессов, протекающих в объекте, и отражается в принципиальных, функциональных, структурных, кинематических схемах и сопровождающих их документах.

2. Конструкторский аспект реализует результаты функционального проектирования, т.е. определяет геометрические формы объектов и их взаимное расположение в пространстве.

3. Информационный аспект – включает в себя основные понятия предметной области (сущности) словесное пояснение или числовые значения характеристик используемых объектов, а также описание связей между этими понятиями и характеристиками. Информационные модели можно представить графически (графы, диаграммы сущность – отношения) в виде таблиц или списков.

4. Технологический аспект связан с реализацией результатов конструкторского проектирования, т.е. с описанием методов и средств изготовления объектов, в частности с подготовкой ЧПУ.

5. Поведенческое описание  характеризует процессы функционирования (алгоритмы) системы и технологические процессы создания системы.

ЛЕКЦИЯ 2

Тема: Основные этапы и цикл комплексного проектирования (2ч.)

План лекции: Место проектирования в жизненном цикле технического объекта. Составные части процесса проектирования. Основные положения. Порядок разработки, согласования и утверждения проектной документации

 

2.1 Место проектирования в жизненном цикле технического объекта

Период времени от начала научно-исследовательских работ по определению способов получения продукции (в том числе разработки научно-технических прогнозов для перспективного планирования) до снятия промышленного объекта, выпускающего эту продукцию, с эксплуатации принято называть жизненным циклом объекта.

В общем виде структура и информационные связи этапов жизненного цикла промышленного объекта представлены на рисунке 2.1.

 

Рисунок 2.1 - Структура и информационные связи жизненного цикла промышленного объекта

 

Проектирование занимает в жизненном цикле объекта центральное место и связано с другими составляющими цикла на всем периоде существования объекта. Проектирование, как никакая другая стадия жизненного цикла, является потребителем и переработчиком информации, получаемой со всех стадий жизненного цикла объекта. В этом смысле проектирование часто определяют как процесс переработки информации, необходимой для производства заданного вида продукции. Материальной формой этого процесса является проектная документация, в которой фиксируются в доступном человеческому восприятию виде модель будущего объекта, необходимые ресурсы и сроки его создания.

В проектировании всегда существуют два вида ограничений:

1 – Ограничения, относящиеся к методу решения задачи (полнота результатов научно-исследовательских работ, сроки выполнения проекта, наличие определенного цикла проектирования, обеспеченность проектирования.)

2- Ограничения, относящиеся к возможности реализации проекта (по финансированию, наличию соответствующего оборудования и материалов, машин и механизмов, строительных мощностей и т.д.)

На всех этапах жизненного цикла изделий имеются свои целевые установки. При этом участники жизненного цикла стремятся достичь поставленных целей с максимальной эффективностью. На этапах проектирования, технологической подготовки производства (ТПП), и производства нужно обеспечить выполнение ТЗ при заданной степени надежности изделия и минимизации материальных и временных затрат, что необходимо для достижения успеха в конкурентной борьбе в условиях рыночной экономики. Понятие эффективности охватывает не только снижение себестоимости продукции и сокращение сроков проектирования и производства, но и обеспечение удобства освоения и снижения затрат на будущую эксплуатацию изделий. Особую важность требования удобства эксплуатации имеют для сложной техники, например, в таких отраслях, как авиа- или автомобилестроение.

Достижение поставленных целей на современных предприятиях, выпускающих сложные промышленные изделия, оказывается невозможным без широкого использования автоматизированных систем (АС), основанных на применении компьютеров и предназначенных для создания, переработки и использования всей необходимой информации о свойствах изделий и сопровождающих процессов. Специфика задач, решаемых на различных этапах жизненного цикла изделий, обуславливает разнообразие применяемых автоматизированных систем (АС).

Основные типы АС с их привязкой к тем или иным этапам жизненного цикла изделий указаны на рисунке

СРС

 

Рисунок 2.2 - Этапы жизненного цикла промышленных изделий и использование АС

  Автоматизация проектирования осуществляется САПР. Принято выделять в САПР машиностроительных отраслей промышленности системы функционального, конструкторского и технологического проектирования. Первые из них называют системами расчетов и инженерного анализа или системами CAE (Сomputer Aided Engineering).

Системы конструкторского проектирования называют системами CAD (Сomputer Aided Design).

Проектирование технологических процессов составляет часть технологической подготовки производства и выполняется в системах CAM (Сomputer Aided Manufacturing).

Функции координации работы систем CAE /CAD /CAM управления проектными данными и проектированием возложены на систему управления проектными данными PDM (Product Data Management).

Уже на стадии проектирования требуются услуги системы управления цепочками поставок (SCM – Supply Chain Management)? Иногда называемой системой Component Supplier Management (CSM)/ На этапе производства эта система управляет поставками необходимых материалов и комплектующих.

Информационная поддержка этапа производства продукции осуществляется автоматизированными системами управления предприятием (АСУП) и автоматизированными системами управления технологическими процессами (АСУПТ).

  К АСУП

- относятся системы планирования и управления предприятием ЕRP (Enterprise Resourse Planning),

- планирования производства и требований  к материалам MRP-2 (Manufacturing Reguirement Planning),

- производственная исполнительная система  MES (Manufacturing Execution Systems),

- SCM и система управления взаимоотношений с заказчиком CRM (Customer Reguirement Management)

Наиболее развитые системы ЕRP выполняют различные бизнес-функции, связанные с планированием производства, закупками, сбытом продукции, анализом перспектив маркетинга, управлением финансами, персоналом, складским хозяйством, учетом основных фондов и т.п. Системы MRP-2 ориентированы главным образом, на бизнес-функции, непосредственно связанные с производством, а системы MES – на решение оперативных задач управления проектированием, производством и маркетингом.

На этапе реализации продукции выполняются функции управления отношениями с заказчиками и покупателями, проводится анализ рыночной ситуации, определяются перспективы спроса на планируемые изделия. Эти функции осуществляет сиcтема CRM. Маркетинговые задачи иногда возлагаются на систему S&SM (Sales and Servise Management), которая, кроме того, используется для решения проблем обслуживания изделий. На этапе эксплуатации применяют также специализированные компьютерные системы, занятые вопросами ремонта, контроля, диагностики эксплуатируемых систем.

Автоматизированные системы управления технологическими процессами контролируют и используют данные, характеризующие состояние технологического оборудования и протекание технологических процессов. Именно их чаще всего называют системами промышленной автоматизации.

Для выполнения диспетчерских функций (сбор и обработка данных о состоянии оборудования и технологических процессов) и разработки ПО для встроенного оборудования в состав АСУТП  входят систему SCADA (Supervisory Control and Data Acguisition). Непосредственное программное управление технологическим оборудованием осуществляют с помощью системы СNC (Computer Numerical Control) на базе контролеров (специализированных компьютеров, называемых промышленными), которые встроены в технологическое оборудование.

В последнее время усилия многих компаний, производящих программно-аппаратные средства АС, направлены на создание систем электронного бизнеса (E-Commerce). Задачи, решаемые системами E-Commerce, сводятся не только к организации на сайтах Internet витрин товаров и услуг. Они объединяют в едином информационном пространстве запросы заказчиков и данные о возможностях множества организаций, специализирующихся на представлении различных услуг и выполнении тех или иных процедур и операций по проектированию, изготовлению, поставкам заказанных изделий. Такие системы E-Commerce называют системами управления данными в интегрированном информационном пространстве CPC (Collaborative Product Commerce) или PLM (Product Lifecycle Management). Проектирование непосредственно под заказ позволяет добиться наилучших параметров создаваемой продукции, а оптимальный выбор исполнителей и цепочек поставок ведет к минимизации времени и стоимости выполнения заказа. Характерная особенность CPC – обеспечение взаимодействия многих предприятий, т.е. технология CPC является основной, интегрирующей информационное пространство, в котором функционируют САПР, TRP, PDM, SCM, CRM и другие АС разных предприятий.

2.2Основные этапы и стадии проектирования

Процесс проектирования может быть разбит на ряд последовательно выполняемых этапов: проведение научно-исследовательских работ (НИР); проведение опытно-конструкторских работ (ОКР) и рабочее проектирование.

Научно-исследовательские работы включают три стадии: предпроектные исследования; разработка технического задания; разработка технического предложения.

На стадии предпроектных исследований на основе изучения литературных или иных источников собирается необходимая информация о состоянии в данной области и о технических устройствах, выполняющих аналогичные функции, а также о применяемых материалах, состоянии рынка и т. д. Полученная информация служит основанием для выработки научных прогнозов на период, в течение которого принимаемые решения будут иметь эффективное действие. На стадии предпроектных исследований на базе математических моделей изучаются возможные принципы функционирования объекта и его свойства, проводятся необходимые экспериментальные исследования.

По результатам предпроектных исследований вырабатывается концепция будущего объекта и оформляется техническое задание на разработку проекта объекта.

Техническое задание содержит перечень основных требований, предъявляемых к проектируемому объекту. К этим требованиям относятся такие параметры и характеристики объекта, как необходимая производительность, экономическая эффективность, надёжность и безопасность, уровни эргономических показателей, унификации и стандартизации. В техническом задании оговариваются также требования ктипу привода объекта (машины), его мощности, к массе и размерам объекта, к материалам, из которых он должен быть изготовлен.

Техническое предложение содержит техническое и экономическое обоснование целесообразности разработки документации на основе технического задания. После утверждения технического предложения начинается следующий этап проектирования - ОКР.

  Опытно-конструкторские работы включают стадии выполнения эскизного проекта и выполнения технического проекта.

Эскизный проект содержит документы, дающие общее представление об устройстве и принципе работы объекта, а также данные, определяющие его основные параметры. Технический проект - это стадия, на которой выполняются расчёты отдельных элементов объекта, определяются его экономические показатели, оцениваются технологические решения. По результатам проведённых расчётов и сопоставления возможных решений по техническим, экономическим и технологическим критериям выбирается окончательный вариант объекта, наилучшим образом, удовлетворяющий требованиям технического задания. После этого приступают к рабочему проектированию.

Рабочее проектирование включает стадии: выполнение рабочего проекта; изготовление опытного образца; его испытание с целью определения основных рабочих характеристик объекта, его работоспособности и надёжности; отладка конструкции объекта по результатам испытания и уточнение расчётных данных (технических, экономических, технологических).

После испытания опытного образца корректируют рабочие чертежи, окончательно отрабатывают технологию изготовления объекта, выбирают станочное оборудование и методы контроля качества объекта, определяют окончательные затраты на его изготовление и разрабатывают технические условия.