Процессов и структура подсистем САПР (2 ч) 4 страница
2) среднеавтоматизированные, в которых число автоматизированных процедур составляет от 25 до 50 % общего числа проектных процедур;
3) высокоавтоматизированные, в которых число автоматизированных процедур составляет от 50 до 75 % общего числа проектных процедур.
В группе высокоавтоматизированных САПР применяются методы много вариантного оптимального проектирования.
По комплексности автоматизации этапов проектирования, установленных для данного объекта, различают САПР:
1) одноэтапные, в которых автоматизирован один этап из всех установленных этапов;
2) многоэтапные, в которых автоматизировано несколько этапов проектирования из всех установленных для объекта;
3) комплексные, выполняющие все этапы проектирования установленные для объекта,
По характеру выпускаемой проектной документации различают САПР:
1) текстовые, выполняющие только текстовые документы на бумажной ленте или листе;
2) текстовые и графические, выполняющие текстовые и графические документы на бумажной ленте или листе;
3) выполняющие документы на машинных носителях;
4) выполняющие документы на фотоносителях.
По количеству выпускаемых проектных документов различают САПР:
1) малой производительности, выпускающих до 105 проектных документов в пересчете на формат 2 за год;
2) средней производительности, выпускающих от 105 до 106 проектных документов в год;
3) высокой производительности, выпускающих свыше 106 документов в год.
|
|
|
По числу уровней в структуре технического обеспечения различают САПР:
1) одноуровневые, построенные на базе ЭВМ среднего или высокого класса со штатным набором периферийных устройств, который может быть дополнен средствами обработки графической информации;
2) двухуровневые, построенные на базе ЭВМ среднего или высокого класса и одного или нескольких АРМ (рабочих автоматизированных мест проектировщиков), которые включают мини-ЭВМ;
3) трехуровневые, построенные на базе ЭВМ высокого класса, АРМ и периферийного программно-управляемого оборудования.
4.3 Состав САПР
На базе технического и программно-информационного обеспечения формируется система автоматизированного проектирования. При этом можно указать на два подхода к построению САПР. Один подход состоит в том, в качестве основной базовой конструкции САПР являются автоматизированные рабочие места проектировщиков - АРМ,состоящие из минимального необходимого набора технических и программных средств для организации проектирования тех или иных объектов - деталей машино- или приборостроения, технологических процессов их изготовления, создания управляющих программ для станков с числовым программным управлением (ЧПУ) и т. д.
|
|
|
Другой подход к построению САПР исходит из того, что автоматизированная система проектирования представляет собой структурированное объединение программных модулей (ПМ), каждый из которых характеризуется набором технических и программных средств для выполнения отдельной программной процедуры.
Хотя проектные модули, как и специализированные (проектирующие) системы САПР, функционируют автономно, полученные ими результаты в виде промежуточных проектных решений подлежат обязательному согласованию как на горизонтальном, так и на вертикальным уровнях в соответствие с установленной иерархией. Функции согласования выполняет операционная система ЭВМ в соответствие с заданным алгоритмом.
В зависимости от уровня САПР выбирают средства технической обеспечения. В многоуровневых САПР на высшем уровне предполагается наличие одной или нескольких ЭВМ (типа ЕС ЭВМ) высокой производительности, рассчитанных на решение проектных задач, требующих больших затрат машинного времени и памяти. На низших уровнях иерархий могут быть использованы ЭВМ средней производительности, а также мини- и микро- ЭВМ, персональные ЭВМ (ПЭВМ), входящие в состав APМ (т. е. терминальные ЭВМ).
|
|
|
АРМ представляет собой автоматизированное рабочее место, состоящее из мини- ЭВМ или супермини- ЭВМ, набора периферийных устройств, обеспечивающих ввод и вывод информации в символьной и графической форме, и необходимого программного обеспечения. АРМ предназначены для решения сравнительно несложных проектных задач, а также для управления работой комплекта периферийного оборудования и для организации обменов информации между различными уровнями комплекса технических средств.
На большинстве типов АРМ могут одновременно работать несколько пользователей, для чего в составе АРМ выделяются несколько рабочих мест-терминалов с минимально необходимым набором оборудования для работы проектировщика.
Для САПР выпускаются АРМ трех семейств: супер-АРМ, средне АРМ и микро-АРМ. Супер-АРМ предназначены для решения сложны проектных задач в автономном режиме, они содержат инвариантные паке ты прикладных программ и специальные графические процессоры для трех- и двухмерного представления объектов проектирования. Средние АРМ предназначены для решения проектных задач средней сложности в автономном режиме и в составе двух уровней САПР, имеют графический процессор для двух- и трехмерного представления проектируемых объектов, а также инвариантные пакеты прикладных программ, т. е. программ, непосредственно независящих от специфики объектов проектирования, которые обычно используются для решения типовых инженерных задач.
|
|
|
Наконец, микро-АРМ предназначены для решения простых конструкторских и технологических задач в автономном режиме и в составе технических средств двухуровневой САПР. Они также имеют графический процессор для двухмерного изображения проектируемого объекта, инвариантные пакеты прикладных программ для решения, типовых инженерных задач.
Лекция 5
Тема: Методы и принципы прогнозирования и проектирования технических разработок (2ч.)
План лекции: Инженерное прогнозирование. Основные принципы и методы прогнозирования. Методы экстраполяции. Эвристические методы. Методы моделирования. Оценка результатов проектирования. Дифференциальный метод. Комплексный метод. Смешанный метод.
Одна из основных задач, решаемых на начальных этапах проектирования, - выбор наиболее рациональной конструкции или схемы технического объекта, основанный на результатах прогнозирования технических разработок и их развития в будущем.
Научно обоснованный подход к созданию новой техники состоит из системного подхода и программного метода, теории систем, системотехники, экологии, эргономики, системного анализа, современной инженерной психологии и инженерной техники. Целью и следствием применения научно-обоснованных методов разработки новой техники является внедрение наивыгоднейших методов решения многовариантных задач, существенное сокращение длительности цикла создания новой техники и улучшение ее качества.
Многообразие вариантов, дороговизна и сложность экспериментального исследования диктуют настоятельную необходимость выбора метода производства и оборудования на возможно раннем этапе проектирования. Это позволяет наиболее полно экономить и время, и материальные, и трудовые ресурсы. Выполнение этой задачи возможно при участии специалистов самого различного профиля – инженеров-технологов, механиков, экономистов и т.д.
5.1 Инженерное прогнозирование
Под инженерным прогнозированием понимают исследовательский процесс, в результате которого получаются научно-обоснованные вероятностные данные о возможном развитии техники.
Сложность разработки и использования методов прогнозирования обусловлена тем, что, во-первых, часто недостаточен объем исходной информации и отсутствуют количественные данные о возможных вариантах решения и, во-вторых, необходимостью учета большого числа параметров и связей между ними, что затрудняет оценку вариантов.
Основные принципы прогнозирования:
1) сбор ретроспективной информации с целью выявления существующих вариантов и тенденций развития проектируемого объекта и его параметров;
2) анализ выявленных тенденций и определение их возможного влияния на основные параметры объекта в будущем;
3) использование ранее разработанных прогнозов;
4) проведение консультаций со специалистами.
В практическом прогнозировании используется множество самых разнообразных методов, основанных на трех основных подходах, и которые, соответственно, можно объединить в три группы:
1) методы экстраполяции;
2) эвристические методы;
3) методы моделирования.
Методы экстраполяции основаны на предположении, что процессы, события и тенденции, имевшие место в прошлом и наблюдающиеся в настоящем, будут продолжаться и в будущем.
Наиболее широкое применение эти методы находят при краткосрочном прогнозировании преимущественно в тех областях, где не предвидится существенных качественных изменений в ее развитии, те есть там, где развитие проходит эволюционным путем и повышение эффективности технических объектов достигается в основном их конструктивным совершенствованием без изменения принципов функционирования.
При использовании методов этой группы можно выделить следующие основные операции: накопление, анализ и обработка исходной информации, определение зависимостей между фактором времени и параметрами объекта, проверка точности и корректировка результатов.
В качестве примера можно провести прогнозирование увеличения единичной мощности реакторов для получения уксусной кислоты. Так в 1928 году мощность реакторов составляла 12 т/сутки, в 1939 – 60, в 1962 – 360 и в 1967 –540. На основании графической зависимости (рисунок 5.1), можно предположить, что к 1980 г. мощность реакторов примерно достигнет 1000 т/сутки. Математическая обработка данных в виде зависимости дает аналогичный результат – 951 т/сутки с погрешностью до 10 %. правильность такого прогноза подтвердилась: в начале 80-х годов появились реакторы производительностью 1000 т/сутки и более, однако в дальнейшем рост мощности происходил не столь стремительно. Следовательно, методами экстраполяции можно пользоваться при прогнозировании на 10-15 лет, более долгосрочный прогноз оправдывается далеко не всегда. Таким образом, если бы в начале 70-х годов проектировали цех по производству уксусной кислоты, который работал в 1980 г., то можно с достаточной степенью уверенности исходить из производительности одной установки в 1000 т/сутки.
Эвристические методы основываются на предвидении высококвалифицированных специалистов отрасли. Они являются наиболее старыми методами прогнозирования, хотя некоторые из них получили строгое обоснование и четкую методологию только в последнее время.
Методы этой группы целесообразно использовать в случае отсутствия достаточно систематизированной информации о предыдущем развитии данной области техники или если научно-техническое развитие в большей степени зависит от принимаемых решений, чем от технических возможностей, или назрела необходимость изменения технологии, или есть несколько альтернативных вариантов будущего развития.
В качестве эвристического может использоваться метод экспертных оценок, который будет описан далее применительно к задаче сравнения вариантов технического решения объекта.
В последнее время разработано большое количество самых разнообразных эвристических методов, в том числе целая система алгоритмов решения изобретательских задач (АРИЗ), которая может быть успешно использована при прогнозировании будущих конструкций и новых технических решений. большая часть современных эвристических методов позволяет максимально формализовать творческий процесс поиска новых технических идей.
Например, метод морфологической матрицы идей заключается в нахождении определенного числа независимых переменных (признаков), способных принимать несколько различных значений, определяющих качество варианта технического решения, с последующим мысленным комбинированием этих значений и оценкой каждого сочетания с точки зрения совместимости, новизны и возможной эффективности.
Методы моделирования характеризуются тем, что при их использовании анализ исходных данных для прогнозирования проводится на моделях – физических или математических. Выводы о возможных вариантах технических решений или путях развития техники делаются либо после всестороннего экспериментального исследования моделей в лабораторных или опытно-промышленных условиях, либо после просчета математических моделей. Основное достоинство этих методов при прогнозировании – объективность полученных результатов.
5.2 Оценка результатов проектирования
Оценка результатов проектирования или качества разработанного технического объекта – сложнейшая из задач инженерной деятельности. При этом из всего многообразия единичных показателей необходимо выбрать один или несколько основных либо определить некоторый обобщенный показатель, по значению которых можно судить о достоинствах и недостатках разработанного объекта по сравнению с существующим (базовым), или нескольких вариантов технического решения выбрать наилучший. Задача усложняется еще и тем, что, многие показатели не выражаются количественно и некоторые из них находятся в противоречии друг с другом.
Кроме того, и взгляд на оценку результатов проектирования в разное время был далеко неодинаков. Так, в начале развития промышленного производства лучшими считались технические устройства с более высокой относительной эффективностью, т.е. с большей производительностью (количеством продукции, получаемой в единицу времени). Позднее ( в двадцатые годы нынешнего века) лучшими стали считаться объекты с более высокой относительной эффективностью, то есть в расчет принимались коэффициент полезного действия, удельные затраты сырья и энергии и т. д. Затем основным критерием стала удельная эффективность, т.е. выход продукции с единицы массы, объема или поверхности оборудования. С развитием промышленности основными показателями качества стали показатели экономической эффективности – себестоимость продукции, прибыль, приведенные затраты и т.д. экономические показатели считаются основными и в настоящее время, т.к. в них прямо или косвенно учитываются многие единичные показатели качества технических объектов. Однако продолжающееся негативное влияние промышленности на окружающую среду, связанное с расширением производства и применением новых технологий, позволяют сделать вывод о том, что на смену экономическим критериям должны прийти показатели социально-экономической эффективности, максимально отражающие объективную полезность технических объектов для человечества.
Выбор методики оценки проекта или объекта зависит от их конкретной сущности, их функционального предназначения и условий использования. В общем случае сравнение разработанного объекта с базовым образцом или вариантов технического решения друг с другом необходимо проводить по всем группам показателей, однако на практике из всех показателей выбирают только несколько или даже один. Для сравнения различных вариантов технического решения применяются дифференциальный, комплексный и смешанный методы.
Дифференциальный метод заключается в сравнении всех единичных показателей качества объектов или вариантов технического решения. Его использование приводит к однозначному решению только тогда, когда значения всех показателей одного из объектов или вариантов лучше, чем у других. Метод может быть использован также для оценки простейших объектов, когда количество значимых показателей качества невелико.
Поскольку в химической технологии крайне редко встречаются случаи, когда выбор лучшего варианта конструкции очевиден (т. е. один из них намного превосходит другие по всем показателям) и оборудование обычно представляет сложные технические объекты, характеризующиеся, как правило, большим количеством показателей, то и дифференциальный метод оценки в этой области может использоваться крайне редко. Исключение составляют только простейшие детали и узлы оборудования, для характеристики которых, как правило, достаточно одного показателя ( например, прочность или долговечность детали, время срабатывания защитных устройств и т.д.), а также случаи, когда речь идет о безопасности человека и охране окружающей среды.
Комплексный метод заключается в сравнении значений обобщенного показателя качества объектов или вариантов технического решения. в качестве обобщенного может выступать либо главный показатель, отражающий основное назначений объекта, либо интегральный показатель, отражающий суммарную эффективность использования объекта, либо средний взвешенный показатель, отражающий все значимые единичные показатели качества.
Смешанный метод заключается в сравнении объектов или вариантов технического решения как по обобщенному, так и по единичным показателям качества в тех случаях, когда единичные показатели выражают существенные свойства объекта, но будучи включенными в обобщенный показатель, не позволяют сделать однозначный вывод по поводу этих свойств по каждому из вариантов.
Метод экспертных оценок, рассматриваемый как один из комплексных методов оценки качества, используется для выбора более объективного варианта. На практике при проектировании новых технических объектов редко удается количественно выразить какой-либо обобщенный показатель и сравнить варианты с помощью простых соотношений либо из-за неопределенности связей между составными частями сложных объектов, либо из-за недостатка знаний о характере этих связей. Кроме того, не все характеристики и показатели проектируемых объектов имеют количественное выражение, некоторые из них могут изменить свою значимость в процессе эксплуатации. В таких случаях часто приходится полагаться на опыт и квалификацию специалистов – проектировщиков, технологов, специалистов по эксплуатации и т.д.
Применение метода на практике сводится к последовательному выполнению следующих основных операций:
1) разработка процедуры проведения экспертизы (выбор типа шкалы оценок, методики высказывания экспертами своих суждений, требований к их квалификации, методики подведения итогов и т.д.);
2) разработка процедуры отбора экспертов (определение численности группы, оценка их квалификации и т.д.);
3) проведение опроса;
4) обработка суждений экспертов;
5) получение оценки.
Разработкой методики проведения экспертных опросов занимается дисциплина – теория неформальных процедур. Один из ее основных принципов (принцип декомпозиции) заключается в том, что решаемая проблема предварительно расчленяется на составные части – более простые задачи. В частности, при выборе варианта конструкции технического объекта, оценке его работоспособности или сравнении его с базовым вариантом расчленяется на три менее сложных: выбор значимых показателей качества (параметров) объекта, определение значимости каждого показателя и оценка каждого варианта по каждому показателю. Важно, чтобы оценка объекта учитывала интересы и разработчика, и изготовителя, и заказчика, и потребителя. Поэтому при использовании метода экспертных оценок особенно важно отобрать состав экспертной комиссии и правильно поставить перед ней задачу.
Оценка объекта сводится к определению каждого из вариантов обобщенного показателя качества в виде средневзвешенного арифметического аналогично комплексному методу:
, (4.1)
Дата добавления: 2021-04-15; просмотров: 49; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!