Похожие презентации:
Технологический процесс инженерного проектирования как объект автоматизации
1. Теоретические основы САПР
Лекционный курск.т.н., доцента кафедры ЭПП
Проценко Александра Николаевича
2. Лекция 1
Технологический процессинженерного проектирования
как объект автоматизации
3. Понятие инженерного проектирования
34.
Проектирование технического объекта —создание, преобразование и представление
в принятой форме образа этого
еще не существующего объекта.
4
5.
Образ объекта или его составных частейсоздаётся в воображении человека
или генерируется
в процессе его взаимодействия с ЭВМ.
5
6.
Инженерное проектирование начинаетсяс появления потребности общества в
некоторых технических объектах.
Ими могут быть
объекты строительства,
промышленные изделия
или процессы.
6
7. Проектирование включает в себя:
разработку технического предложенияи технического задания (ТЗ),
и
реализацию ТЗ в виде
проектной документации.
7
8.
ТЗ являетсяисходным (первичным)
описанием объекта.
8
9.
Результат проектирования комплект документации сдостаточными сведениями для
изготовления объекта.
9
10.
Проект - окончательноеописание объекта.
10
11.
Проектирование — процесс полученияокончательного описания объекта на основе
исследований, расчетов и конструирования.
11
12.
В процессе проектированиярешаются промежуточные задачи и
принимаются определенные
проектные решения.
12
13.
Автоматизированное проектирование:проектные решения человек получает
с использованием ЭВМ.
Автоматическое проектирование –
без участия человека.
Ручное проектирование –
без помощи ЭВМ.
13
14.
Система автоматизированногопроектирования
реализует автоматизацию проектирования.
(CAD System —
Computer Aided Design System).
14
15.
Автоматическое проектированиеиспользуется редко и только для
несложных объектов.
Актуальным является
автоматизированное проектирование.
15
16.
Общий подход к проектированию -системный подход.
16
17. Принципы системного подхода
1718. Системный подход связан с рядом дисциплин:
• «Теория систем» («Системныйанализ»);
• «Теория принятия решений»;
• «Системотехника».
18
19. Системный подход включает в себя
• выявление структурысистемы,
• типизацию связей,
• определение атрибутов,
• анализ влияния внешней
среды.
19
20. Предметом системотехники являются:
• организация процесса создания,использования и развития
технических систем;
• методы и принципы их
проектирования и исследования.
20
21.
Организация системотехнического анализаПроцесс создания
Использование
и развитие
Методы и принципы
проект-я и иссл-я
умение
сформулировать
цели системы
организация
рассмотрения с
позиций
поставленных
целей
отбрасывание
лишних и
малозначимых
частей при
проектировании и
моделировании,
переход к
постановке
оптимизационных
задач
21
22. Системы автоматизированного проектирования и управления требуют системного подхода.
2223.
На основе системного подхода строятся идругие компоненты системотехники:
Структурный подход
Блочно-иерархический подход
Объектно-ориентированный подход
23
24.
При структурном подходевариант системы собирается из
компонентов-блоков,
прогнозируются и оцениваются
его характеристики при
переборе составляющих.
24
25. Блочно-иерархический подход
• использует разбиение сложныхописаний объектов и соответственно
средств их создания на иерархические
уровни и аспекты;
• вводит понятие стиля проектирования
(восходящее и нисходящее);
• устанавливает связь между
параметрами соседних иерархических
уровней.
25
26. Объектно-ориентированный подход к проектированию (ООП) имеет следующие преимущества:
Объектноориентированный подходк проектированию
(ООП)
имеет следующие
преимущества:
26
27.
1) вносит в модели приложенийбольшую структурную
определенность, распределяя
данные и процедуры между
классами объектов;
27
28.
2) сокращает объем спецификаций,благодаря введению в описания
иерархии объектов и отношений
наследования между свойствами
объектов разных уровней;
28
29.
3) уменьшает вероятностьискажения данных вследствие
ошибочных действий путем
ограничения доступа к
определенным категориям данных
в объектах.
29
30.
Соблюдение структурныхпринципов облегчает
согласование и интеграцию ПО.
30
31. Для всех подходов к проектированию сложных систем характерны и следующие особенности:
3132.
Структуризация процессапроектирования, выражаемая
декомпозицией проектных задач и
документации, выделением стадий,
этапов, проектных процедур.
Эта структуризация является
сущностью блочно-иерархического
подхода к проектированию.
32
33.
Итерационный характерпроектирования.
33
34.
Типизация и унификацияпроектных решений и средств
проектирования.
34
35. Основные понятия системотехники
3536. Система — множество элементов, находящихся в отношениях и связях между собой.
3637. Элемент — такая часть системы, представление о которой нецелесообразно подвергать при проектировании дальнейшему членению.
3738. Сложная система — система, характеризуемая большим числом элементов и большим числом взаимосвязей элементов.
3839. Сложность системы определяется:
• видом взаимосвязей элементов,• свойствами
целенаправленности,
целостности,
членимости,
иерархичности,
многоаспектности.
39
40. Подсистема — часть системы (подмножество элементов и их взаимосвязей), которая имеет свойства системы.
4041. Надсистема — система, по отношению к которой рассматриваемая система является подсистемой.
4142. Структура — отображение совокупности элементов системы и их взаимосвязей.
4243. Параметр — величина, выражающая свойство или системы, или ее части, или влияющей на систему среды. Обычно в моделях систем в
качестве параметроврассматривают величины, не
изменяющиеся в процессе
исследования системы.
43
44. Классификация параметров
внешниеX x1 , x2 ,...хn
свойства
элементов
системы
внутренние
Y y1 , y2 ,...yn
свойства
самой
системы
выходные
Q q1 , q2 ,...qn
свойства
внешней
среды
44
45. Фазовая переменная — величина, характеризующая энергетическое или информационное наполнение элемента или подсистемы.
4546. Состояние — совокупность значений фазовых переменных, зафиксированных в одной временной точке процесса функционирования.
4647. Поведение (динамика) системы — изменение состояния системы в процессе функционирования.
4748. Система без последствия — ее поведение при t > t0 определяется заданием состояния в момент t0 и вектором внешних воздействий
Система без последствия — ееповедение при t > t0
определяется заданием
состояния в момент t0 и вектором
внешних воздействий Q(t).
В системах с последействием,
нужно знать состояния системы в
моменты, предшествующие t0 .
48
49. Вектор переменных V, характеризующих состояние (вектор переменных состояния), — неизбыточное множество фазовых переменных,
заданиезначений которых в некоторый
момент времени полностью
определяет поведение системы в
дальнейшем (в автономных
системах без последействия).
49
50. Пространство состояний — множество возможных значений вектора переменных состояния.
5051. Фазовая траектория — представление процесса (зависимости V(t)) в виде последовательности точек в пространстве состояний.
5152. Характеристики сложных систем:
5253. Целенаправленность — свойство искусственной системы, выражающее назначение системы.
Это свойство необходимо для оценкиэффективности вариантов системы.
53
54. Целостность — свойство системы, характеризующее взаимосвязанность элементов и наличие зависимости выходных параметров от
параметровэлементов, при этом
большинство выходных
параметров не является простым
повторением или суммой
параметров элементов.
54
55. Иерархичность — свойство сложной системы, выражающее возможность и целесообразность ее иерархического описания.
5556. Составные части системотехники:
• иерархическая структура систем,организация их проектирования;
• анализ и моделирование систем;
• синтез и оптимизация систем.
56
57. Задачи моделирования:
Синтез моделей сложных систем(modeling).
Анализ свойств систем на основе
исследования их моделей
(simulation).
57
58. Задачи синтеза:
Синтез структуры проектируемых систем(структурный синтез).
Выбор численных значений параметров
элементов систем
(параметрический синтез).
58
59.
Нехватка достоверных исходныхданных и неопределенность
условий принятия решений при
проектировании ликвидируется
учетом статистической природы
систем.
59
60.
Учет статистического характераданных основан на методе
статистических испытаний
(методе Монте-Карло), а
принятие решений — на
использовании нечетких
множеств, экспертных систем,
эволюционных вычислений.
60
61. Пример
6162.
Компьютер - сложная система, т.к.- имеет большое число
элементов;
- элементы и подсистемы связаны
между собой,
- обладает свойствами
целенаправленности,
целостности, иерархичности.
62
63.
Подсистемы компьютера:- процессор,
- оперативная память,
- кэш-память,
- шины,
- устройства ввода-вывода.
63
64.
Надсистемы компьютера:- вычислительная сеть,
- автоматизированная и
организационная система, к
которым принадлежит
компьютер.
64
65.
Внутренние параметры:- время выполнения
арифметических операций,
- время чтения (записи) в
накопителях,
- пропускная способность шин,
- и т.д.
65
66.
Выходные параметры:- производительность
компьютера,
- емкость оперативной и
внешней памяти,
- себестоимость,
- время наработки на отказ
- и др.
66
67.
Внешние параметры:- напряжение питания сети и его
стабильность,
- температура окружающей
среды,
- и др.
67
68. Иерархическая структура проектных спецификаций и иерархические уровни проектирования
6869.
Блочно-иерархический подход:представления о проектируемой системе
расчленяют на иерархические уровни.
Верхний уровень: наименее
детализированное представление,
(общие черты и особенности).
Следующие уровни: степень подробности
описания возрастает. Отдельные блоки
системы рассматривают с учетом
воздействий на каждый из них его
соседей.
69
70.
На каждом иерархическом уровнеформулируются задачи приемлемой
сложности, поддающиеся решению с
помощью имеющихся средств
проектирования.
Документация на блок любого уровня
должна быть обозрима и
воспринимаема одним человеком.
70
71.
Блочно-иерархический подход декомпозиционный подход(диакоптический).
Основан на разбиении сложной задачи
большой размерности на
последовательно и параллельно
решаемые группы задач малой
размерности.
Это сокращает требования к
используемым вычислительным
ресурсам или время решения задач.
71
72.
Иерархические уровнипроектирования совокупность спецификаций
некоторого иерархического уровня
совместно с постановками задач,
методами получения описаний и
решения возникающих проектных
задач.
72
73. Иерархические уровни:
Системныйуровень
Макроуровень
Микроуровень
Решение общих задач проектирования систем,
машин и процессов. Результаты проектирования
представляют в виде структурных схем,
генеральных планов, схем размещения
оборудования, диаграмм потоков данных и т.п.
Проектирование отдельных устройств, узлов
машин и приборов. Результаты представляют в
виде функциональных, принципиальных и
кинематических схем, сборочных чертежей и т.п.
Проектирование отдельных деталей и элементов
машин и приборов.
73
74.
В каждом приложении число выделяемых уровнейи их наименования могут быть различными.
В радиоэлектронике микроуровень называют
компонентным, макроуровень —
схемотехническим. Между схемотехническим и
системным уровнями вводят уровень,
называемый функционально-логическим.
В вычислительной технике системный уровень
подразделяют на уровни проектирования ЭВМ
(вычислительных систем) и вычислительных
сетей.
В машиностроении имеются уровни деталей,
узлов, машин, комплексов.
74
75.
Стили проектирования:- восходящее (последовательность решения
задач от нижних уровней к верхним),
- нисходящее (обратная
последовательность),
- смешанное проектирование (элементы как
восходящего, так и нисходящего
проектирования).
В большинстве случаев для сложных систем
предпочитают нисходящее проектирование.
При наличии заранее спроектированных
составных блоков (устройств) можно
75
говорить о смешанном проектировании.
76.
Итерационностьпроектирования –
последовательное приближение к
окончательному решению
(прогнозирование недостающих
данных с последующим их
уточнением).
76
77.
Возникает:- при неопределенности и
нечеткости исходных данных при
нисходящем проектировании (ещё
не спроектированы компоненты);
- при неопределенности и
нечеткости исходных требований
при восходящем проектировании
(ТЗ имеется на всю систему, а не
на ее части).
77
78.
Аспект описания (страта) —описание системы или ее части с
некоторой оговоренной точки
зрения, определяемой
функциональными,
физическими или
иного типа отношениями
между свойствами и элементами.
78
79.
-Различают аспекты:
функциональный,
информационный,
структурный,
поведенческий (процессный).
79
80.
Функциональное описаниеотносят к функциям системы и
чаще всего представляют его
функциональными схемами.
80
81.
Информационное описание:- основные понятия предметной области
(сущности),
- словесное пояснение или числовые
значения характеристик (атрибутов)
используемых объектов,
- описание связей между этими понятиями и
характеристиками.
Информационные модели можно
представлять графически (графы,
диаграммы сущность-отношение), в виде
таблиц или списков.
81
82.
Структурное описание:- относится к морфологии системы,
- характеризует составные части
системы и их межсоединения,
- может быть представлено
структурными схемами и
различного рода конструкторской
документацией.
82
83.
Поведенческое описаниехарактеризует алгоритмы
функционирования системы и
технологические процессы
создания системы.
Иногда аспекты описаний связывают с
подсистемами, функционирование
которых основано на различных
физических процессах.
83
84.
Аспекты проектирования- функциональный (разработка принципов
действия, структурных, функциональных,
принципиальных схем),
- конструкторский (определение форм и
пространственного расположения
компонентов изделий),
- алгоритмический (разработка алгоритмов и
программного обеспечения),
- технологический (разработка
технологических процессов).
84
85. Стадии проектирования
8586.
Стадии проектирования —наиболее крупные части
проектирования как процесса,
развивающегося во времени.
86
87.
--
Выделяют стадии:
научно-исследовательских работ
(НИР): предпроектные
исследования или стадия
технического предложения,
эскизного проекта или опытноконструкторских работ (ОКР),
технического проекта,
рабочего проектов,
испытаний опытных образцов или
опытных партий.
87
88.
По мере перехода от стадии к стадиистепень подробности и тщательность
проработки проекта возрастают.
Рабочий проект должен быть достаточным
для изготовления опытных или серийных
образцов.
Близким к определению стадии, но менее
четко оговоренным понятием, является
понятие этапа проектирования.
88
89.
Стадии (этапы) проектированияподразделяют на составные части,
называемые
проектными процедурами.
89
90.
-Примеры проектных процедур:
подготовка деталировочных чертежей,
анализ кинематики,
моделирование переходного процесса,
оптимизация параметров,
и другие проектные задачи.
90
91.
Проектные процедуры делятся на болеемелкие компоненты, называемые
проектными операциями.
-
-
Например, при анализе прочности детали
сеточными методами операциями могут
быть:
построение сетки,
выбор или расчет внешних воздействий,
собственно моделирование полей
напряжений и деформаций,
представление результатов моделирования
91
в графической и текстовой формах.
92.
Проектирование сводится квыполнению некоторых
последовательностей проектных
процедур —
маршрутов проектирования.
92