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

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):

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).

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.