7. Унификация проектных решений и процедур

Обычно унификацияобъектов имеет целью улучшение технико-экономи­ческих показателей производства и эксплуатации изделий. Использованиетиповыхиунифици­ро­ванных проектных решенийприводит также к упроще­нию и уско­рению проектирования.Типовые элементыразраба­тываются однократно, но в различных проектах применя­ются многократно.

Однако унификация целесообразнатолько в таких классах объектов, в которых из сравнительнонебольшого числа разновидностей элементовпредстоит проектирова­ние и изготовлениебольшого числа разнообразных си­стем. Именно эти разновидности элементов и подлежат унификации.

Например, в машиностроении— крепеж, подшипники качения, электро­двигатели, арматура трубопроводов, вэлектронной промышленности— радио­детали, интегральные микросхемы.

Для сложных систем, состоящих из этих эле­ментов, в каждом конкретном случае приходится выпол­нять многоуров­невое иерархическое проектирование. В этих условиях целесообразно ставить вопрос не об уни­фикации изделий, а об унификации средствихпроекти­рованияиизготовления, в частности об унификации про­ектных процедур в рамках САПР. Наличие средств автоматизи­рованного выполнения типовых проектных процедур позволяет оперативно создавать проекты новых изделий, а в сочетании со средствами изготовления в ус­ловиях ГАП осуществлять оперативное изготовление но­вых оригинальных изделий.

8. Виды описаний проектируемых объектов и классифи­кация их параметров

Окончательное описание проекти­руемого объекта представляет собой полный комплект схемной,конструкторскойитехнологической документа­ции, оформленной по ЕСКД и предназначенной для ис­пользования в процессе изготовления и эксплуатации это­го объекта. Также в соответствии с ЕСКД оформляются и некоторые промежуточные проектные решения.

Однако для промежуточных решений, предназначенных для ис­пользо­ва­ния собственно при проектировании, характерны специфические формы пред­став­ления, принятые в данной системе проектирования. В частности, описания могут принимать различную языковую форму и находиться в различных запоминающих устройствах САПР. Важное значение в этих описаниях имеют математические моделиобъектов проектирования, так как выполнение проект­ных процедур при автоматизированном проектировании осно­вано на опериро­ва­нии математическими моделями.

Математическая модель(ММ) технического объек­та это системаматематических объектов(чисел, пере­менных, матриц, множеств и т. п.) иотноше­ний между ними, отражающая некоторыесвойстватехнического объек­та.

Среди свойствобъекта, отражаемых в описаниях на определенном иерар­хическом уровне, в том числе в ММ, различают свойствасистем,элемен­тов системивнешней среды, в которой должен функционировать объект.

Количественное выражение этих свойств осуще­ствляется с помощью величин, называемых параметра­ми. Параметры бывают:

выходными — характеризуют свойства системы в целом;

внутренними— характеризуют свойства элементов системы;

внешними— характеризуют свойства внешней среды.

Таблица 1.1 Примеры параметров проектируемых объектов.

Проектируемый объект	Параметры
	выходные	внутренние	внешние
Очистной комбайн	ширина захвата, пределы регулирования по мощно­сти пласта, скорость по­да­чи, техническая произ­во­дительность, мощ­­­ность двигателя,масса,габариты	частота вращения вала электродвигателя, передаточное число редуктора, крутящий момент на валу, давление в маслосистеме	крепость, мощность, уклон пласта, напряжение питания
Насосная установка	подача и давление насоса, потребляемая мощность, КПД	частота вращения ротора, количество и диаметр рабочих колес	сопротивление трубо­про­вода, геометричес­кая высота нагнетания, высота всасывания, напряжение питания
Поршневой компрессор	производительность, максимальное давление, мощ­ность двигателя, масса, габариты	рабочий объем, частота вращения вала, ход поршня, объем мертвого пространства, величина утечек	температура и давление газа на входе, сопротивление сети
Электронный усилитель	полоса пропускания, коэффициент усиле­ния на средних частотах, входное сопротивление, мощность рас­сеяния	сопротивления резисторов, емкости кон­денсаторов, параметры транзисторов	уровенть исходного сигнала, сопротивление и емкость нагрузки, напря­жение питания

Рассмотрим совокупности выходных, внутренних и внеш­них параметров как векторы Y = (y₁,y₂, … ,y_m),X = (x₁,x₂, … ,x_n) иQ = (q₁,q₂, ...,q_l) соответственно, гдеm,n,l— количества соответствующих параметров.

Очевидно, что свойства системы зависят от внутренних и внешних параметров, т. е. имеет место функциональная зависимость

Y = f (X, Q) (1.1)

Такая зависимость является примером мате­матической модели объекта и позво­ляет легко оценивать выходные параметры по известным значениям векторов XиQ.

Однако существование зави­симости (1.1) не означает, что она известна разработчику и может быть представлена именно в таком явном отно­сительно вектораYвиде. Как правило, математическую модель в виде (1.1) удается получить только для очень простых объектов. Типичной является ситуация, когда ма­тематическое описание процессов в проектируемом объекте задается моделью в форме системы уравнений, в которой фигурируетвектор фазовых переменныхV:

LV(Z) = φ(Z) (1.2)

где L— некоторый оператор,Z — вектор независимых переменных, в общем случае включающий время и про­странственные координаты,φ(Z) — заданная функция независимых переменных.

Фазовые переменныехарактеризуют физическое или информационное состояние объекта, а их изменения во времени выражают переходные процессы в объекте.

К фазовым переменнымотносятсясилыискоростив описаниях механи­ческих систем,давленияирасходыв описаниях гидравлических и пневмати­ческих систем,напряженияитокив описаниях электрических систем и т. п.

Параметрыв моделях проектируемых объектов имеютособенности:

1. Внутренние параметры(параметры элементов) в моделяхk-го иерархического уровня становятсявыход­ными параметрамив моделях более низкого (k +1) -го иерархического уровня. Так, в рассмотренном выше при­мере (см. табл1.1) для очистного комбайна параметры редуктора являются внутренними при проектировании комбайна и в то же время выходными при проектирова­нии редуктора.

2. Выходные параметрыилифазовые переменные, фигурирующие в модели одной из подсистем (в одном из аспектов описания), часто оказываютсявнешними пара­метрамив описаниях других подсистем (других аспек­тов). Так, максимальная температура нагрева двигателя при проектировании привода комбайна относится к выходным параметрам, а при проектировании системы охлаждения — к внешним.

3. Большинство выходных параметровобъекта явля­ются функционалами зависимостейV(Z), т. е. для их определения необходимо при заданныхXиQвыполнить решение системы уравнений (1.2) и по полученным ре­зультатам решения рассчитатьY. Примерами выходных параметров-функционалов в случае проектирования очистного комбайна служат амплитуда колебаний исполнительного органа, мгновенная мощность двигателя, колебания скорости подачи комбайна.

Исходные описания проектируемых объектов часто представляют собой ТЗ на проектирование. В этих опи­саниях фигурируют величины, называемые техническими требованиямик выходным параметрамy_i. Технические требо­ва­ния об­разуют векторТТ = (ТТ₁, ТТ₂, ..., ТТ_m), где величиныТТ_iпредставляют собой границы допустимых диапазонов из­менения выходных параметровy_i.

Требуемые соотношения между y_iиТТ_iназываютусловиями работо­способности, представляющие собой неравенствами вида

y_i < ТТ_i, (1.3)

y_i > ТТ_i (1.4)

или ТТ'_i>y_i>ТТ"_i(1.5)

Условию работоспособности вида (1.3) должны удовлетворять парамет­ры, характеризующиенегативныесвойства объекта проектирования — потери давления в трубопроводе, утечки в пневмосети, расход топлива в двигателе.

Условию (1.4) — парамет­ры, характеризующиепозитивныеилинужныесвойства — КПД, мощность двигателя, подача насоса, производительность комбайна.

Условию (1.5) — параметрыточностиилиоптимальностиработы объекта — скорость воздуха при проветривании шахтных выработок, ускоре­ние при движении клети подъемной установки, напряжение в электро­сети.