Процессы и этапы проектирования, автоматизация проектирования - Разработка модуля для комплекса многокритериальной и многопараметрической оптимизации "CADoptimizer"

В ходе проектирования объектов зачастую происходит многократное повторение различных операций проектирования. Основная причина заключается в том, что проектирование является закономерно развивающимся процессом. Исследования, проведенные на некоторых машиностроительных и станкостроительных предприятиях, показали, что творческий этап занимает только 10-25% от общего времени проектных работ, остальное же время тратится на подбор параметров, соответствующих техническому заданию, а также на изготовление и испытание опытных образцов.

Для каждого этапа жизненного цикла изделия имеются собственные целевые установки. При этом участники жизненного цикла стремятся достичь поставленных целей с максимальной эффективностью. На каждом этапе проектирования необходимо достичь поставленных в техническом задании целей при заданной надежности и качестве изделия. Также необходимо по возможности уменьшить материальные и временные затраты для обеспечения конкурентоспособности в условиях рыночной экономики.

Понятие эффективности охватывает не только снижение себестоимости продукции и сокращение сроков проектирования и производства, но и обеспечение удобства освоения и снижение затрат на будущую эксплуатацию изделий. Наиболее важную роль требования удобства и стоимости эксплуатации имеют для технически сложной техники в таких отраслях, как авиастроение, ракетостроение или автомобилестроение.

В последнее время указанной проблеме уделяется значительное внимание. В основном, такое явление характерно для всех индустриально развитых стран, которые создают сложные образцы техники и реализуют проекты сложнейших народнохозяйственных комплексов. Постепенно автоматизация проектирования стала одной из областей наиболее перспективного использования вычислительной техники.

Объектом автоматизации проектирования являются действия человека, выполняемые в процессе проектирования. А то, что проектируют, называют объектом проектирования. Отсюда следует, что объекты проектирования не являются объектами автоматизации проектирования.

Основной целью автоматизации проектирования является создание комплексов автоматизированных систем, которые выполняют расчеты, выбирают наиболее оптимальные технологические и конструкторские решения, просчитывают вариации компоновки объектов проектирования из составляющих элементов, выполняют подбор этих элементов, систематизируют процесс технологического проектирования, организуют выдачу проектной документации в готовом виде и т. п.

Как правило, основанием для автоматизированного проектирования является сокращение сроков проектирования и внедрения в производство, увеличение точности при проектировании, возможность изменения проектных решений, значительное сокращение сроков тестирования за счет уменьшения количества необходимых для изготовления опытных образцов.

Задачей процесса проектирования всегда являлось стремления автоматизировать "рутинные" этапы работ с помощью средств вычислительной техники. Автоматизация многочисленно повторяющихся операций дает возможность конструктору сконцентрироваться на творческой деятельности и повышает производительность труда при процессе проектирования. Разделение всего процесса проектирования на этапы и операции позволяет описать их с использованием определенных математических методов, а также позволяет определить необходимые инструментальные и технические средства для их автоматизации. Затем необходимо изучить конкретные проектные операции, рассмотреть средства автоматизации в комплексе, после чего найти способы объединения их в единую систему, которая отвечает всем поставленным задачам.

Автоматизация любого процесса невозможна без четкого представления о том, что этот процесс из себя представляет, и какой алгоритм выполнения он имеет. Изучение структуры, алгоритмизация и формализация процессов проектирования являлась трудоемкой задачей, которая потребовала большого количества времени для решения, поэтому автоматизация процессов проектирования в большинстве случаев осуществлялась лишь частично, но со временем охватывала и остальные операции проектирования. Практически для всех этапов проектирования объектов и процессов можно выделить следующие основные виды типовых операций:

    - поиск и выбор из всевозможных источников нужной информации; - анализ выбранной информации; - выполнение расчетов; - принятие проектных решений; - оформление проектных решений в виде, удобном для дальнейшего использования (на последующих стадиях проектирования, при изготовлении или эксплуатации изделия)

Огромное значение имеет формализация объекта проектирования. Выбор методов решения поставленных задач зависит от уровня формального описания проектируемого объекта, а следовательно, на данном этапе определяется возможность применения средств вычислительной техники. При отсутствии формализации объекта конструктор может использоваться в сочетании с одним из эвристических методов решения задачи. Полная формализация задачи позволяет на ее основе составить математическую модель объекта проектирования, просчет которой в дальнейшем можно автоматически выполнять при помощи средств электронно-вычислительных машин. Если же не все внутренние связи системной модели проектируемого объекта удалось выразить в форме аналитических и логических зависимостей, то это является частичной формализацией. В данном случае применяется вариант, при котором используется неполная математическая модель объекта, а также сценарий взаимодействия конструктора и ЭВМ.

Теперь приведем список основных этапов проектирования с позиции технологии обработки информации:

    - техническое задание на проектируемый объект; - научно-исследовательская работа; - эскизный проект; - технический проект; - рабочий проект; - технология изготовления и испытания спроектированного объекта (опытного образца или партии), внесения коррекции (при необходимости).

На рисунке 1 изображена блок-схема с основными этапами проектирования.

основные этапы проектирования

Рисунок 1. Основные этапы проектирования.

Ошибочность и неоптимальность принятых ранее решений можно выявить в ходе выполнения любой стадии или этапа проектирования. Следовательно, может появиться необходимость или целесообразность их изменения. Такого рода возвраты характерны при проектировании любого объекта или процесса. Это и обусловливает итерационный характер проектирования. В некоторых случаях может быть также выявлена необходимость внесения корректировок в техническое задание. Изменение технического задания влечет за собой чередование процедур внешнего и внутреннего проектирования, что является характерным для стадии научно-исследовательской работы.

Программный модуль, который будет разработан в ходе настоящего дипломного проекта, войдет в состав комплекса многокритериальной и многопараметрической оптимизации. Данный комплекс затрагивает этап научно-исследовательских работ проектирования. Научно-исследовательская работа (НИР) является одним из самых ответственных этапов проектирования. Она также представляет собой предварительное проектирование, решение задач которого выполняется при использовании ЭВМ.

Стадию НИР в большинстве случаев можно разделить на 3 этапа:

    - предпроектные исследования; - формирование технического задания; - формирование технического предложения.

В ходе последовательного выполнения этих этапов изучаются необходимые потребности в создании новых изделий с заданными целевыми характеристиками, анализируется возможные значения параметров и характеристик проектируемого объекта, а также проводят исследования физических, информационных, конструктивных и технологических принципов разработки изделия. Также происходит построение связей типа "вход-выход", определяется информативность параметров, выполняется активный эксперимент, формируются математические модели и алгоритмы, управляющие технологическим процессом. Конечным результатом выполненной НИР является сформулированное техническое задания на разработку нового объекта или процесса.

На этапе НИР происходит решение следующих поставленных задач:

    - Формулирование необходимых критериев качества. - Проведение научного эксперимента. - Организация пассивного или (и) активного эксперимента и обработка их результатов. - Формирование математической модели и задание ограничений на входные и выходные параметры. - Анализ технологических процессов проектирования объекта с целью поиска вектора входных параметров, который бы обеспечивал оптимальные выходные показатели. - Формирование обобщенного критерия оптимальности, который объединяет все частные критерии. При решении задачи оптимизации обобщенный критерий принимается за целевую функцию. - Решение задачи оптимизации, которое подразумевает варьирование входных характеристик в рамках установленных ограничений с целью получения минимального значения целевой функции. - Проведение анализа возможностей разработки объекта на основе полученных значений. - Разработка новых технических средств, в том числе средств контроля и измерений.

Автоматизация вышеперечисленных работ выполняется при помощи математических методов оптимизации. При наличии разработанной математической модели решение задачи оптимизации сводится к просчету возможных вариантов наборов параметров и поиску оптимального варианта, который бы удовлетворял все требования технического задания.

Похожие статьи




Процессы и этапы проектирования, автоматизация проектирования - Разработка модуля для комплекса многокритериальной и многопараметрической оптимизации "CADoptimizer"

Предыдущая | Следующая