Московский государственный открытый университет им. В.С. Черномырдина
Опубликован: 20.01.2011 | Доступ: свободный | Студентов: 2137 / 407 | Оценка: 4.14 / 3.69 | Длительность: 27:06:00
Лекция 3:

Основы автоматизированного проектирования конструкций и технологических процессов производства РЭС (окончание)

< Лекция 2 || Лекция 3: 12 || Лекция 4 >
Аннотация: Рассматривается сущность системного подхода к проблеме автоматизированного проектирования РЭС. Дается разъяснение понятия "автоматизированный технологический комплекс (АТК)".
Ключевые слова: автоматизированная система управления, автоматизированная система управлением технологическим процессом, организация производства, автоматизированный технологический комплекс, технологический процесс, технологический объект управления, ПО, управляющая система, управляемая система, блочно-иерархический подход, детализация, деятельность, анализ, критерии оптимизации, этапы проектирования, техническое задание, научно-исследовательская работа, эскизный проект, технический проект, поиск информации, структурная схема, выходные параметры, пассивный, активный эксперимент, математическая модель, показатели качества, обобщенный критерий качества, целевая функция, САПР, технологическая подготовка производства, процесс управления, топология, электрическая схема, информативный параметр, внешнее проектирование, внутреннее проектирование, человеческий фактор, смета, функциональная схема, принципиальная схема, метод управления, классификатор, средства автоматизации, опытно-конструкторская работа, внутренние связи, черный ящик, представление, свойства модели, транзистор, надежность, процент, статистические методы, множества, информация, коэффициенты, коэффициент регрессии, чередование, модель задач, поиск, симплекс-метод, очередь, Модель процессов, системный анализ, целый, операции, адекватность

Показать сущность системного подхода к автоматизированному проектированию конструкции и технологии при производстве РЭС.

3.1. Системный подход к задаче автоматизированного проектирования технологического процесса

Системный подход к задачам автоматизированного проектирования требует реализации совместного проектирования технологического процесса (ТП) и автоматизированной системы управления этим процессом ( АСУТП ).

В связи с этим в последние годы речь идет уже не о решении отдельных задач, а о совместном проектировании этих двух процессов.

Традиционное раздельное рассмотрение задач проектирования и производства изделий уже не удовлетворяет потребностям сегодняшнего дня, т. к. не может гарантировать ни высокого качества проектирования, ни надлежащего уровня организации производственных процессов, обеспечивающих их реализацию.

Однако именно в процессе проектирования порождается существенная часть информации, используемой для организации производства. Появилось новое понятие: автоматизированный технологический комплекс ( АТК ).

При автоматизации технологический процесс рассматривается как технологический объект управления ( ТОУ ). Последний представляет собой совокупность технологического оборудования и реализованного на нем по соответствующим инструкциям и регламентам технологического процесса производства. Управление ТОУ осуществляется с помощью автоматизированной системы управления ( АСУТП ), представляющей собой человеко-машинную систему управления, которая обеспечивает автоматизированный сбор и обработку информации, необходимой для оптимизации управления технологическим процессом в соответствии с принятым критерием.

Совместно функционирующие ТОУ и управляющая ими АСУТП составляют автоматизированный технологический комплекс ( АТК ).

Системный подход к проектированию АТК требует объединения проектирования технологических процессов и разработки автоматизированной системы управления этим процессом в соответствии со структурой АТК.

Если АТК рассматривать как систему "ТП - АСУТП ", то на определенных этапах проектирования технологического процесса необходимо выполнение требований, предъявляемых к АСУТП. Это позволяет сократить сроки проектирования АТК и создать более эффективную систему.

Следовательно, проектирование АТК объединяет два направления проектирования: разработку ТП и АСУТП. Поскольку цель создания АТК - это управление некоторым сложным объектом, то следует различать управляемую и управляющую системы. Управляемой системой является технологический производственный комплекс, который является объектом управления. Управляющей является автоматизированная система управления.

АТК представляет собой сложную многоуровневую блочно-иерар-хическую систему с оптимизацией решений в каждом слое. Упрощенно ее можно представить в следующем виде (рис. 3.1):

Взаимодействие АТК с объектами управления

Рис. 3.1. Взаимодействие АТК с объектами управления

Сущность блочно-иерархического подхода заключается в разбиении объекта проектирования на уровни с постепенной детализацией представления системы сверху вниз. При этом система рассматривается не в целом, а отдельными блоками. Преимущество блочно-иерархического подхода состоит в том, что сложная задача большой размерности расчленяется на последовательно решаемые задачи малой размерности.

Системный подход к проектированию АТК требует учета следующих основных принципов:

  • реализации совместного проектирования технологического процесса и разработки АСУТП (этим процессом) в соответствии со структурой АТК ;
  • использования блочно-иерархического принципа, основанного на представлении АТК сложной системой;
  • целенаправленности, т. е. в результате проектирования должна быть достигнута цель, включающая создание АТК с малой энергоемкостью и высокой производительностью.

Первый принцип требует, чтобы ряд отдельных операций выполнялся параллельно. Кроме того, на определенных этапах проектирования технологического процесса, как уже отмечалось ранее, к нему предъявляются требования АСУТП.

Второй принцип требует разбивать АТК как сложную систему на ряд элементов и подсистем.

Третий принцип требует организовать деятельность проектировщиков АТК в виде целенаправленных действий. При этом определяется сначала глобальная (общая) цель проектирования, например, создание высокопроизводительного АТК с малой энергоемкостью. Эта цель уточняется и представляется в виде некоторых числовых соотношений. Затем задается влияние элементов и систем на глобальную цель проектирования, а также задач проектирования отдельных элементов и систем на общее проектирование АТК.

Такой анализ помогает установить частные цели проектирования, позволяющие достичь глобальной цели. При этом предполагается, что многокритериальная задача может быть свернута в однокритериальную с единственным критерием оптимизации.

3.2. Этапы проектирования сложных систем

Рассмотрим основные этапы проектирования с позиций технологии обработки информации.

Традиционно проектирование сложных технических систем подразделяют на следующие этапы или стадии разработки (рис. 3.2):

  • 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).
Этапы проектирования сложных систем

увеличить изображение
Рис. 3.2. Этапы проектирования сложных систем

Техническое задание

На этапе разработки технического задания (ТЗ) решаются следующие задачи:

  • поиск и выбор необходимой научно-технической информации (о прототипах, патентных данных и т. д.) из соответствующей базы данных. Новая схема (устройство) может либо иметь, либо не иметь аналогов. В случае если аналоги имеются, можно приступить к этапу проектирования устройства (системы). Но, как правило, аналога нет или разрабатываемая система должна превосходить известный аналог, поэтому необходимо проведение этапа НИР ;
  • анализ выбранной информации и формулировка на его основе технических требований (ТТ) к проектируемому объекту. Оформление ТТ в соответствии с установленными правилами.

На данном этапе проектирования могут быть автоматизированы операции поиска информации и оформления документов. Может быть также автоматизирована некоторая часть вспомогательных действий по анализу выбранной информации, например, группировка ее по заданным признакам, выбор наименее или наиболее сопоставимых друг с другом вариантов и т. д.

Кроме того, на этапе ТЗ решаются и оформляются в соответствующих документах, например, следующие вопросы:

  • перечисление функций, выполняемых устройством;
  • разработка структурной схемы устройства;
  • оформление условий работоспособности устройства;
  • оформление требований к выходным параметрам;
  • определение характеристик отдельных узлов;
  • разработка алгоритмов выполняемых операций.

Этап НИР

Этот этап является предварительным проектированием. Это один из самых ответственных этапов. Для решения его задач необходимо использование ЭВМ - так называемых автоматизированных систем научных исследований (АСНИ).

На этапе НИР необходимо решение следующих задач:

  1. формулирование критериев качества и управления;
  2. управление научным экспериментом;
  3. проведение пассивного или (и) активного эксперимента с обработкой результатов;
  4. разработка математических моделей и их идентификация по экспериментальным данным;
  5. отработка технологических процессов изготовления объектов РЭС с целью поиска норм для параметров, обеспечивающих оптимальные выходные показатели качества;
  6. формирование обобщенного критерия качества, включающего в себя все частные показатели качества. Обобщенный критерий принимается далее за целевую функцию при решении задачи оптимизации;
  7. оптимизация. Производится варьирование входных и управляющих параметров технологического процесса в рамках установленных норм (допусков) с целью получения оптимального критерия качества;
  8. поиск принципиальной возможности построения системы;
  9. разработка новых технических средств, в том числе средств контроля и измерений.

В результате проведения НИР выдается техническое предложение (ТП). Хотя этап НИР является самостоятельным этапом, здесь могут использоваться методы, алгоритмы и программы из САПР.

Этап ОКР

Это этап эскизного проектирования. На данном этапе производится решение следующих задач.

  1. Разрабатывается эскиз проектируемой системы (устройства) с детальной разработкой ее возможностей, осуществляется поиск и выбор более детальной информации.
  2. На основе анализа полученной информации принимают предварительные проектные решения и оформляют первые проектные документы.
  3. Для выработки проектных документов производят различные расчеты, содержание, объем и трудоемкость которых зависят от характеристик проектируемого объекта.

Работы этого этапа в наибольшей степени поддаются автоматизации, и их автоматизация дает наибольший технико-экономический эффект за счет оптимизации проектных решений.

Автоматизация указанных работ достигается за счет применения оптимизационных математических методов.

Этап разработки технического проекта объекта

На этом этапе детализируют и уточняют решения, принятые при эскизном проектировании, и создают новые, более точные проектные документы. Снова производят поиск, выбор и анализ исходной информации (в основном нормативно-технической и технико-экономической). Снова выполняют многочисленные расчеты, но уже по другим, более точным методикам. Эти работы в значительной степени могут быть автоматизированы.

Большинство документов, сформированных на этапах эскизного и технического проектирования, используются только для выполнения рабочего проектирования и не входят в состав рабочей и эксплуатационной документации. Информация, наработанная на рассмотренных стадиях, служит исходной для рабочего проектирования. Это значит, что в условиях автоматизированного проектирования целесообразно создание банков временной информации по проектируемому объекту.

Рабочее проектирование

На стадии рабочего проектирования основным видом выполняемых работ является оформление проектных решений в виде чертежей, спецификаций к ним и эксплуатационной документации на объект.

Современные средства вычислительной техники позволяют полностью автоматизировать оформление чертежей и спецификаций и в определенной степени - формирование эксплуатационной документации.

Если система автоматизации проектирования выполняет выпуск не только рабочего проекта, но и проектирование технологии, тогда целесообразно не изготавливать чертежи и спецификации в традиционном виде, а передавать проектировщикам-технологам информацию на машинных носителях в виде базы данных о проектируемом объекте.

< Лекция 2 || Лекция 3: 12 || Лекция 4 >