Процесс проектирования

На прошлой лекции ЭС были представлены моделью в виде в виде уравнения (1)

, (1)

где j = 1, 2,..., n; i = 1, 2,..., m, f = 1, 2,..., l, h = 1, 2,..., k,

где:

y_j – выходные параметры;

x_i - первичные параметры, влияющие на выходные параметры;

e_f – входные параметры;

z_h – параметры внешних воздействий.

Сложность задачи нахождения вида уравнения (1) приводит к множеству частных подходов к проектированию ЭС. Что такое проектирование?

Это:

– «целенаправленная деятельность по решению задач» (Л. Б. Арчер);

– «принятие решений в условиях неопределенности с тяжелыми последствиями в случае ошибки!» (А. Азимов);

– «оптимальное удовлетворение суммы истинных потребностей при определенном комплексе условий» (Е. Мэтчетт);

– «вдохновенный прыжок от фактов настоящего к возможностям будущего» (Дж. К. Пейдж).

Создается впечатление, что имеется столько же различных процессов проектирования, сколько существует авторов, описывающих этот процесс. Однако процесс проектирования один, что бы мы ни проектировали (самолет, танк, ЭС).

Проектирование ЭС следует рассматривать в двух аспектах: как процесс составления описания будущего изделия и как конечный продукт (изделие) (рисунок 1).

Рисунок 1 - Подходы к проектированию

Первый подход – проектирование как процесс составления описания будущего изделия, т.е. совокупность действий, выполняемых проектировщиками (деятельность проектировщиков как таковых). В этом случае результатом проектирования является не сам материальный объект, а его модель. Эта практическая модель объекта указывает, что именно, в каком количестве, в какой последовательности и каким образом должно быть взято и сделано, чтобы получить материальный технический объект.

Второй подход – проектирование как продукт этих действий, т.е. материальный технический объект, представленный либо в виде проекта, либо в виде макетов, образцов или готового изделия.

Процесс проектирования можно представить последовательностью процедур, выполняемых от высшего уровня к низшему (рисунок 2).

Рисунок 2 - Последовательность этапов нисходящего проектирования РЭС

Проектированию РЭС свойственен итерационный характер, при котором приближение к окончательным результатам осуществляется путем многократного выполнения одной и той же процедуры с корректировкой исходных данных.

Анализ процесса проектирования ЭС приводит к рассмотрению еще одного подхода получения проектного решения (рисунок 3). Современная подготовка инженеров радиоэлектронного профиля осуществляется в такой же последовательности.

Анализируя процесс проектирования, необходимо обосновать деление его на этапы. Этапобъединяет выполнение проектных процедур по созданию описаний объекта.

Формализация этапа позволяет определить исходные данные, сформулировать его задачу (определить цель, алгоритм, средства или методы решения задачи) и получить результат каждого этапа (продукт). Это является основой для внедрения САПР. Рассмотрим этапы процесса проектирования (рисунок 4).

Рисунок 3 - Этапы процесса проектирования ЭС

Определение потребности. Проектировщик, сталкиваясь с определенной ситуацией, пытается изменить существующее положение вещей. Для этого необходимо заставить работать воображение и непрерывно, следя за обстановкой, искать новые идеи. На этом этапе осуществляется отбор идей, дается ответ на следующие вопросы: соответствует ли идея выбранным критериям, можно ли ее реализовать при существующем развитии техники за приемлемый промежуток времени. Определение потребности – это в основном умственная деятельность, приводящая к появлению идеи.

Рисунок 4 - Этапы процесса проектирования

Определение потребности должно вести к формулировке технической задачи создания конструкции. Это формулирование должно содержать описание условий, необходимых и достаточных для
выполнения того, что требуется с точки зрения процесса удовлетворения потребности. Описание не должно ограничивать выбор оптимального решения, пригодного к использованию в конкретных условиях.

Определение цели. Проектировщик формулирует в общих выражениях характеристики изделия, которые удовлетворяют определенную потребность. Идея, появившаяся на первом этапе, переносится на бумагу как некоторая цель. При этом определяется, что должен сделать проектировщик для удовлетворения потребности, и дается общее описание требуемого изделия.

Научные исследования. Проектировщик собирает всю доступную информацию, связанную с достижением поставленной цели. Для этого можно использовать следующие источники информации: технические и профессиональные журналы, реферативные журналы, отчеты о научных исследованиях, отраслевые и промышленные каталоги (каталоги фирм), описания изобретений, стандарты, информационно-поисковые системы. Эта информация может отражать уже полученные результаты, современное состояние вопроса и содержать сведения об оборудовании, необходимом для достижения поставленной цели, так как подобное изделие уже существует.

Формулировка задания. Проектировщик перечисляет все основные требования, определяющие разработку изделия и обеспечивающие выполнение поставленной цели.

Кроме того, на этом этапе проектирования должна быть дана количественная формулировка задачи проектирования.

Совокупность исходных данных Д можно представить в виде

, (2)

где – совокупность условий работы ЭС (воздействия внешней среды, максимальные питающие напряжения);

– совокупность ограничений структуры ЭС (проектируемой системы) и значений его параметров. Структура может быть задана полностью, и могут варьироваться только параметры системы (), при этом заданы ограничения на параметры ();

– вектор, содержащий совокупность всех показателей качества, которые должны учитываться в процессе проектирования. Состав записан в техническом задании. Это, например, частные показатели качества: – воспроизводимость сигнала, – масса, – объем, – стоимость изделия;

– ограничения на частные показатели качества.

Формирование идей. Процесс возникновения новых идей. Творческая деятельность проектировщика на этом этапе предшествует плану выработки концепций, на котором идеи превращаются в реальность.

Выработка концепций. Творческая деятельность проектировщика приводит к выработке вариантов возможных решений поставленной цели. Варианты не прорабатываются детально, а лишь регистрируются как возможные решения, нуждающиеся в проверке с помощью выбранных критериев. Варианты решений выполняются в виде эскизов.

Анализ. Проектировщик осуществляет проверку выбранных концепций на соответствие физическим законам. Затем варианты сравнивают по определенным критериям и выбирают один для проработки на следующих этапах.

Часто в результате анализа требуется изменить вариант решения, сформулировать новую идею, выработать новую концепцию и вновь провести анализ.

Эксперимент – создание опытного образца и проведение лабораторных испытаний для определения основных характеристик изделия, для проверки правильности выбранной концепции.

Решение. Проектировщик представляет конкретную информацию об устройстве. Он дает описание изделия в виде отчета, в который включает необходимую для изготовления конструкторскую документацию: чертежи деталей, сборочные чертежи, технические условия, перечень стандартных изделий, калькуляцию затрат, техническое задание на изготовление.

Производство. Проектировщик определяет потребности в производственном оборудовании, разрабатывает методы изготовления изделия, автоматизации производства, контроля качества.

Распределение – установление цены изделия, обеспечение экономической эффективности.

Потребление. На этом этапе осуществляются контакты с потребителем, ремонт и обслуживание ЭС.

Анализ основных этапов процесса проектирования позволяет утверждать, что ЭВМ целесообразно использовать на этапах «Выработка концепций», «Анализ» для сравнения вариантов по заданным критериям, на этапе «Эксперимент» при наличии математической модели устройства, на этапе «Производство», используя автоматизированный технологический процесс, на этапе «Распределение» при оценке экономических показателей изделия.