Основы методики конструирования

 

Методика конструирования – последовательность, взаимообусловленность, взаимосвязь этапов процесса конструирования ММ.

ММ состоит из подситем.

Стадии конструирования

1. Внешнее к (определение входов, выходов и существенных связейММ с внешней средой.

2. Внутреннее к (разработка принципиальной схемы, установление важнейших характеристик, пробная проработка конструкции).

 

1.2.1. Системный подход

В настоящее время при анализе и синтезе больших систем получил развитие системный подход, который отличается от классического (или индуктивного) подхода. Последний рассматривает систему путем перехода от частного к общему и синтезирует (конструирует) систему путем слияния ее компонент, разрабатываемых раздельно. В отличие от этого системный подход предполагает последовательный переход от общего к частному, когда в основе рассмотрения лежит цель, причем исследуемый объект выделяется из окружающей среды.

Специалисты по проектированию и эксплуатации АСУ имеют дело с системами управления различных уровней, обладающими общим свойством — стремлением достичь некоторой цели. Эту особенность учтем в следующих определениях системы. Система S — целенаправленное множество взаимосвязанных элементов любой природы. Внешняя среда Е — множество существующих вне системы элементов любой природы, оказывающих влияние на систему или находящихся под ее воздействием [2, 13, 30, 40].

В зависимости от цели исследования могут рассматриваться разные соотношения между самим объектом 5 и внешней средой Е. Таким образом, в зависимости от уровня, на котором находится наблюдатель, объект исследования может выделяться по-разному и могут иметь место различные взаимодействия этого объекта с внешней средой [37, 53].

С развитием науки и техники сам объект непрерывно усложняется и уже сейчас говорят об объекте исследования как о некоторой сложной системе, которая состоит из различных компонент, взаимосвязанных друг с другом. Поэтому рассматривая системный подход как основу для построения больших систем и как базу создания методики их анализа и синтеза, прежде всего необходимо определить само понятие системного подхода.

Противоречий между системным подходом и материалистической диалектикой не существует: системный подход это элемент учения об общих законах развития природы и одно из выражений диалектического учения. Можно привести разные определения системного подхода, но наиболее правильно то, которое позволяет оценить познавательную сущность этого подхода при таком методе исследования систем, как моделирование. Поэтому весьма важным является выделение самой системы S и внешней среды Е из объективно" существующей реальности и описание системы исходя из общесистемных позиций.

При системном подходе к моделированию систем необходимо прежде всего четко определить цель моделирования. Поскольку невозможно полностью смоделировать реально функционирующую систему (систему-оригинал или первую систему), создается модель (система-модель или вторая система) под поставленную проблему. Таким образом, применительно к вопросам моделирования цель возникает из требуемых задач моделирования, что позволяет подойти к выбору критерия и оценить, какие элементы войдут в создаваемую модель М. -Поэтому необходимо иметь критерий отбора отдельных элементов в создаваемую модель.

Важным для системного подхода является определение структуры системы— совокупности связей между элементами системы, отражающих их взаимодействие. Структура системы может изучаться извне с точки зрения состава отдельных подсистем и отношений между ними, а также изнутри, когда анализируются. отдельные свойства, позволяющие системе достигать заданной цели, т. е. когда изучаются функции системы. В соответствии с этим наметился ряд подходов к исследованию структуры системы и ее свойств, к которым следует, прежде всего, отнести структурный и функциональный.

Системный подход получил применение в системотехнике в связи с необходимостью исследования.больших реальных систем, когда сказалась -недостаточность, а иногда ошибочность принятия каких-либо частных решений. На возникновение системного подхода повлияли увеличивающееся количество исходных данных при разработке, необходимость учета сложных стохастических связей в системе и воздействий внешней среды Е. Все это заставило 'исследователей изучать сложный объект не изолированно, а во взаимодействии с внешней средой, а также в. совокупности с другими системами некоторой метасистемы.

Системный подход позволяет решить проблему построения сложной системы с учетом всех факторов и возможностей, пропорциональных их значимости, на всех этапах исследования системы -S и построения модели М. Системный подход означает, что каждая система S является интегрированным целым даже тогда, когда она состоит из отдельных разобщенных подсистем. Таким образом, в основе системного подхода лежит рассмотрение системы как интегрированного целого, причем это рассмотрение при разработке начинается с главного: формулировки цели функционирования. Процесс синтеза модели М на базе системного подхода условно представлен на рис. 1.1, б. На основе исходных данных Д, которые известны из анализа внешней системы, тех ограничений, которые накладываются на систему сверху либо исходя из возможностей ее реализации, 'и на основе цели функционирования формулируются исходные требования Т к модели системы S. На базе этих требований формируются ориентировочно некоторые подсистемы Я, элементы Э и осуществляется наиболее сложный этап синтеза—выбор В составляющих системы, для чего используются специальные критерии выбора /Си.

При моделировании необходимо обеспечить максимальную эффективность модели системы. Эффективность обычно определяется как некоторая разность между какими-то показателями ценности результатов, полученных в итоге эксплуатации модели, и теми затратами, которые были вложены в ее разработку и создание.

На базе системного подхода может быть предложена и некоторая последовательность разработки моделей, когда выделяют две основные стадии проектирования: макропроектирование и микропроектирование.

Рис. 1.1. Процесс синтеза модели на основе классического (а) и системного (б) подходов

 

На стадии макропроектирования на основе данных о реальной системе S и внешней среде Е строится модель внешней среды, выявляются ресурсы и ограничения для построения модели системы, выбирается модель системы и критерии, позволяющие оценить адекватность модели М реальной системе S. Построив модель системы и модель внешней среды, на основе критерия эффективности функционирования системы в процессе моделирования выбирают оптимальную стратегию управления, что позволяет реализовать возможности модели по воспроизведению отдельных сторон функционирования реальной системы 5.

Стадия микропроектирования в значительной степени зависит от конкретного типа выбранной модели. В случае имитационной модели необходимо обеспечить создание информационного, математического, технического и программного обеспечении системы моделирования. На этой стадии можно установить основные характеристики созданной модели, оценить время работы с ней и затраты ресурсов для получения заданного качества соответствия модели процессу функционирования системы S.

Независимо от типа используемой модели М при ее построении необходимо руководствоваться рядом принципов системного подхода: 11) пропорционально-последовательное продвижение по этапам и направлениям создания модели; 2) согласование информационных, ресурсных, надежностных и других характеристик; 3) правильное соотношение отдельных уровней иерархии в системе моделирования; 4) целостность отдельных обособленных стадий построения модели.

Лекция 6.

 

Стадии конструирования

 

1. Макроконструирование (конструирование в большом).

2. Микроконструирование (конструирование мелких деталей).

 

Стадии разработки	Этапы выполнения работ
Техническое предложение	-Подбор материалов -Разработка технического предложения с присвоением документам литеры «П» -Рассмотрение и утверждение технического предложения
Эскизный проект	-Разработка эскизного проекта с присвоением документам литеры «Э» -Изготовление и испытание макетов (при необходимости) -Рассмотрение и утверждение эскизного проекта.
Технический проект	-Разработка технического проекта с присвоением документам литеры «Т» -Изготовление и испытание макетов (при необходимости) -Рассмотрение и утверждение технического проекта
Рабочая конструкторская документация:   А) опытного образца (опытной партии) изделия, предназначенного для серийного (массового) или единичного производства (кроме разового изготовления)   Б) серийного (массового) производства	-Разработка конструкторской документации, предназначенной для изготовления и испытания опытного образца (опытной партии), без присвоения литеры. -Изготовление и предварительные испытания опытного образца (опытной партии). -Корректировка конструкторской документации по результатам изготовления и предварительных испытаний опытного образца (опытной партии) с присвоением документам литеры «О» -Приёмочные испытания опытного образца (опытной партии) -Корректировка конструкторской документации по результатам приёмочных испытаний опытного образца (опытной партии) с присвоением документам литеры «О1» -Для изделия, разрабатываемого по заказу Министерства обороны, при необходимости, - повторное изготовление и испытания опытного образца (опытной партии) по документации с литерой «О1» и корректировка конструкторских документов с присвоением им литеры «О2»
-Изготовление и испытания установочной серии по документации с литерой «О1» (или «О2») -Корректировка конструкторской документации по результатам изготовления и испытания установочной серии, а также оснащения технологического процесса изготовления изделия, с присвоением конструкторским документам литеры «А». -Для изделий, разрабатываемых по заказу Министерства обороны, при необходимости,-изготовление и испытание головной (контрольной) серии по документации с литерой «А» и соответствующая корректировка документов с присвоением им литеры «Б»

 

Критерии рациональности

 

Критерии технологичности

1. Технологичность

2. Минимальные массогабаритные показатели

3. Надежность

4. Экономичность

Соедине́ние (со единение) — процесс изготовления изделия из деталей, сборочных единиц (узлов), агрегатов путём физического соединения в одно целое. Показатели работоспособности соединения это прочность и (или) герметичность, а также технологичность. Является основной частью производственного процесса — сборка.

Классификация

Разъёмное соединение:

резьбовое соединение;

штифтовое соединение;

шпоночное соединение;

шлицевое (зубчатое) соединение;

байонетное соединение;

клеммовое соединения;

конусное соединение.

Неразъёмное соединение:

сварное соединение;

паяное соединение;

клееное соединение;

заклёпочное соединение (клёпаное соединение).

Условно разъёмное соединение:

соединение с натягом.

Надёжность (англ. reliability) — свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания и транспортирования (ГОСТ 27.002-89). Это также характеристика человека, на которого можно положиться, он надёжен, не подведёт.

Интуитивно надёжность объектов связывают с недопустимостью отказов в работе. Это есть понимание надёжности в «узком» смысле — свойство объекта сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или некоторой наработки. Иначе говоря, надёжность объекта заключается в отсутствии непредвиденных недопустимых изменений его качества в процессе эксплуатации и хранения. Надёжность тесно связана с различными сторонами процесса эксплуатации. Надёжность в «широком» смысле — комплексное свойство, которое в зависимости от назначения объекта и условий его эксплуатации может включать в себя свойства безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости, а также определённое сочетание этих свойств.

В английском языке используется термин MTBF (Mean Time Between Failures) — среднее время между отказами или наработка на отказ, а также MTTF (Mean Time To Failure) — средняя наработка до отказа. Следует заметить, однако, что публикуемые величины MTBF/MTTF часто основываются на результатах ускоренных испытаний — в течение ограниченного времени, позволяющего выявить преимущественно долю производственного брака. В таком случае заявленное значение MTBF говорит не столько о собственно надёжности, и тем более не о долговечности, сколько о проценте забракованных изделий. Например, MTBF порядка 1 млн. ч для компьютерного накопителя на жёстких дисках, очевидно, не означает 114 лет непрерывной безотказной работы — и не только потому, что эксперимент такой продолжительности не мог быть проведён, но и потому, что сам производитель назначает ресурс (срок службы) не более 5–10 лет и гарантийный срок 1–5 лет.

 

Техническое задание

 

Техническое задание состоит из принципиальной схемы модуля, описания, технических требований.

Техни́ческое зада́ние (ТЗ, техзада́ние) — исходный документ для проектирования сооружения или промышленного комплекса, конструирования технического устройства (прибора, машины, системы управления и т. д.), разработки информационных систем, стандартов либо проведения научно-исследовательских работ (НИР). ТЗ содержит основные технические требования, предъявляемые к сооружению, изделию или услуге и исходные данные для разработки; в ТЗ указываются назначение объекта, область его применения, стадии разработки конструкторской (проектной, технологической, программной и т.п.) документации, её состав, сроки исполнения и т. д., а также особые требования, обусловленные спецификой самого объекта либо условиями его эксплуатации. Как правило, ТЗ составляют на основе анализа результатов предварительных исследований, расчётов и моделирования. Как инструмент коммуникации в связке общения заказчик-исполнитель, техническое задание позволяет: * обеим сторонам ** представить готовый продукт ** выполнить попунктную проверку готового продукта (приёмочное тестирование — проведение испытаний) ** уменьшить число ошибок, связанных с изменением требований в результате их неполноты или ошибочности (на всех стадиях и этапах создания, за исключением испытаний) * заказчику ** осознать, что именно ему нужно ** требовать от исполнителя соответствия продукта всем условиям, оговорённым в ТЗ * исполнителю ** понять суть задачи, показать заказчику «технический облик» будущего изделия, программного изделия или автоматизированной системы ** спланировать выполнение проекта и работать по намеченному плану ** отказаться от выполнения работ, не указанных в ТЗ II. Техническое задание - исходный документ определяющий порядок и условия проведения работ по Договору, содержащий цель, задачи, принципы выполнения, ожидаемые результаты и сроки выполнения работ.

 

 

Лекция 7.

 

Цели технического задания

 

ММ имеет целевое назначение

На основе этого вырабатываются цели для каждой подсистемы ММ

 

Анализ задания

 

Анализ (от разложение, расчленение) — операция мысленного или реального расчленения целого (вещи, свойства, процесса или отношения между предметами) на составные части, выполняемая в процессе познания или предметно-практической деятельности человека. В дополнении к синтезу, метод анализа позволяет получить информацию о структуре объекта исследования..

Операционный анализ — это элемент управления затратами, сущность которого состоит в изучении зависимостей финансовых результатов деятельности хозяйствующего субъекта от издержек и объемов производства и реализации продукции, товаров, услуг. Данный вид анализа считается одним из наиболее эффективных средств планирования и прогнозирования деятельности предприятия, он может использован в ценообразовании. В специальной литературе вместо термина «операционный анализ» могут быть также использованы термины «анализ безубыточности», «CVP-анализ (costs, value, profit — анализ „затраты-объем-прибыль“)» Центральными элементами операционного анализа являются:

1) маржинальный доход,

2) порог рентабельности или точка безубыточности,

3) маржинальный запас прочности,

4) операционный рычаг (леверидж).

Анализ полученного задания. Определение степени приближенности конструкторской принципиальной схемы к реальной конструкции. Усовершенствование схемы в направлении объединения частей и уплотнения функциональной нагрузки. Рассмотрение схемы с точки зрения повышения надежности, по другим критериям.

Пути повышения надежности:

- Резервирование,

- Использование стандартных элементов.

 

РЕЗЕРВИРОВАНИЕ - в технике - метод повышения надежности технического объекта посредством введения в его состав дополнительных устройств, узлов и связей, предназначенных для быстрой замены (автоматически или вручную) вышедших из строя аналогичных им элементов основного оборудования.

Стандартизация — это деятельность по установлению норм, правил и характеристик в целях обеспечения:

* экономии всех видов ресурсов;

* безопасности продукции, работ и услуг для окружающей среды, жизни, здоровья и имущества;

* безопасности хозяйственных объектов с учётом риска возникновения природных и техногенных катастроф и других чрезвычайных ситуаций;

* технической и информационной совместимости, а также взаимозаменяемости продукции;

* качества продукции, работ и услуг в соответствии с уровнем развития науки, техники и технологии;

* единства измерений;

* обороноспособности и мобилизационной готовности страны.

* Дополнение исходных данных из логичных соображений;

* Учет возможности производственной базы, технологичности.