Методологические принципы проектирования

с использованием САПР

Выполнение проектных работ распределяется как по времени, так и по подразделениям проектной организации.

Как уже отмечалось ранее, при распределении по времени работы, связанные с проектированием объекта, разбиваются на этапы и стадии. При создании новых объектов можно выделить этапы:

1) научно-исследовательских работ, который, в свою очередь, разбивается на стадии предпроектных исследований, разработки технического задания для его последующего обоснования (техническое предложение);

2) опытно-конструкторских работ, состоящий из стадий уточнения технического предложения, эскизного и технического проектирования;

3) разработки рабочей конструкторской документации, включающий стадии изготовления опытного образца, его испытания и выпуска установочной партии.

Для каждого из этих этапов определяются работы, выполняемые техническими средствами проектирования, только проектировщиком (исследователем) и работы, осуществляемые проектировщиком совместно с техническими средствами САПР. За проектировщиком обычно закрепляются работы, связанные с выбором, оценкой и принятием проектных решений, за ПК – выполнение действий по заданным алгоритмам, прежде всего предоставление необходимой информации и ее обработка.

Распределение работ по подразделениям производится на основе блочно-иерархического подхода, подразумевающего разделение процесса проектирования на горизонтальные и вертикальные уровни.

В общем случае при проектировании технических объектов можно выделить несколько вертикальных уровней: функциональный, конструкторский и технологический.

Функциональный уровень проектирооания включает в себя анализ технического задания и выбор по результатам анализа методики проектирования объекта. К основным задачам функционального уровня относятся разработка структурных схем, определение требований к выходным параметрам объекта, а также анализ и формирование технического задания на разработку отдельных частей объекта.

Конструкторский уровень проектирования заключается в реализации принципиальных схем, выборе форм, типоразмеров, компоновочного решения и материалов, расчет основных параметров конструкции, выпуск конструкторско-технологической документации.

Технологический уровень проектирования предназначен для решения задач технологической подготовки производства – разработки маршрутов, операций и переходов технологических процессов изготовления деталей, сборки и монтажа узлов, включая выбор оснастки, инструмента, технологического оборудования и т.п.

При выделении горизонтальных уровней проектирования объект разделяется на отдельные блоки (модули), а последние – на узлы и детали.

Методология блочно-иерархического проектирования базируется на трех концепциях: разбиении и локальной оптимизации, согласно которым проектируемые части и элементы объекта оптимизируются с последующей оптимизацией объекта в целом; абстрагировании, согласно которому в математических моделях проектируемых объектов отражаются только наиболее значимые факторы и свойства объекта, и, наконец, повторяемости, заключающейся в использовании опыта проектирования аналогичных объектов и их составных частей.

При использовании блочно-иерархического подхода к проектированию представления о проектируемой системе расчленяют на иерархические уровни. На верхнем уровне используют наименее детализированное представление, отражающее только самые общие черты и особенности проектируемой системы. На следующих уровнях степень подробности описания возрастает, при этом рассматривают уже отдельные блоки системы, но с учетом воздействий на каждый из них его соседей. Такой подход позволяет на каждом иерархическом уровне формулировать задачи приемлемой сложности, поддающиеся решению с помощью имеющихся средств проектирования. Разбиение на уровни должно быть таким, чтобы документация на блок любого уровня была обозрима и воспринимаема одним человеком.

Блочно-иерархический подход можно также назвать декомпозиционным или диакоптическим, который основан на разбиении сложной задачи большой размерности на последовательно и параллельно решаемые группы задач малой размерности, что существенно сокращает требования к используемым вычислительным ресурсам или время решения задач.

Можно говорить не только об иерархических уровнях спецификаций, но и об иерархических уровнях проектирования, понимая под каждым из них совокупность спецификаций некоторого иерархического уровня совместно с постановками задач, методами получения описаний и решения возникающих проектных задач.

Список иерархических уровней в каждом приложении может быть специфичным, но для большинства приложений характерно следующее наиболее крупное выделение уровней:

– системный уровень, на котором решают наиболее общие задачи проектирования систем, машин и процессов; результаты проектирования представляют в виде структурных схем, генеральных планов, схем размещения оборудования, диаграмм потоков данных и т.п.;

– макроуровень, на котором проектируют отдельные устройства, узлы машин и приборов; результаты представляют в виде функциональных, принципиальных и кинематических схем, сборочных чертежей и т.п.;

– микроуровень, на котором проектируют отдельные детали и элементы машин и приборов.

В зависимости от последовательности решения задач иерархических уровней различают нисходящее, восходящее и смешанное проектирование (стили проектирования). Последовательность решения задач от нижних уровней к верхним характеризует восходящее проектирование, обратная последовательность приводит к нисходящему проектированию; в смешанном стиле имеются элементы как восходящего, так и нисходящего проектирования. В большинстве случаев для сложных систем предпочитают нисходящее проектирование. Отметим, однако, что при наличии заранее спроектированных составных блоков (устройств) целесообразно отдать предпочтение смешанному проектированию.

Неопределенность и нечеткость исходных данных при нисходящем проектировании (поскольку еще не спроектированы компоненты) или исходных требований при восходящем проектировании (поскольку ТЗ имеется на всю систему, а не на ее части) обусловливают необходимость прогнозирования недостающих данных с последующим их уточнением, т.е. последовательного приближения к окончательному решению (итерационность проектирования).