§ 1.2. Основные этапы и задачи проектирования

Этапы проектирования. Проектирование сложных систем начинается с выработки ТЗ на проектирование и включает в себя этапы предва­рительного, эскизного и технического (рабочего) проектирования [10].

Этап предварительного проектирования, или этап научно-ис­следовательских работ (НИР), связан с поиском принципиальных возможностей построения системы, исследованием новых принципов, структур, технических средств, обоснованием наиболее общих ре­шений; результатом является техническое предложение.

На этапе эскизного проектирования, или этапе опытно-конструк­торских работ (ОКР), производится детальная проработка возмож­ности построения системы; результатом является эскизный проект.

На этапе технического (рабочего) проектирования выполняется тщательная проработка всех схемных, конструкторских и технологи­ческих решений; результатом является технический проект.

При серийном производстве проектируемых изделий в процесс проектирования входит изготовление опытного образца, по резуль­татам испытания которого вносятся все необходимые изменения в проектную документацию.

Часто к проектированию относят изготовление и эксплуатацию пробной серии, поскольку на этих этапах получают много полезной информации для улучшения проекта.

Применение САПР характерно для этапов эскизного и технического проектирования. Этап предварительного проектирования - это творческий процесс, протекающий в значительной мере по алгоритмам, пока недостаточно известным.

На этапах эскизного и технического проектирования выделяется несколько уровней проектирования (блочно-иерархический подход к проектированию). На разработку блоков каждого уровня необходимо ТЗ. В результате проектирования должна быть получена вся необходимая документация (описания, чертежи, таблицы и т. п.), характеризующая структуру и внутренние параметры этих блоков. Исходными данными для проектирования на очередном i-м уровне кроме данных ТЗ являются параметры элементов данного уровня. Поскольку на i-м уровне элементы, являющиеся блоками следующего (i + 1)-го уровня, еще не разработаны, то параметрами Элементов необходимо задаваться, исходя из тех или иных соображений, под­крепляемых предыдущим опытом проектирования. Выбранные зна­чения внутренних параметров, во-первых, используются на данном уровне разработки, во-вторых, включаются в ТЗ на разработку эле­ментов, т. е. в ТЗ для последующего (i + 1)-го уровня. Поэтому, если ТЗ на самом верхнем уровне есть ТЗ на систему, то технические зада­ния на всех остальных уровнях получаются в процессе проектирования.

Решения при блочно-иерархическом проектировании принимаются при отсутствии полной информации и поэтому могут привести к ошибочным результатам. Например, могут быть приняты не реализуемые по технологическим, экономическим или иным соображениям пара­метры элементов, т. е. может быть предъявлено невыполнимое ТЗ для следующего уровня. Ошибки выявляются при переходе на сле­дующий уровень; их исправление происходит через повторное выпол­нение предыдущих этапов (имеет место последовательное приближение к правильным результатам). Отсюда вытекает важная особен­ность процесса проектирования, заключающаяся в его итераци­онном характере. Отражением итерационного характера проектирования собственно и является выделение этапов предвари­тельного, эскизного и технического проектирования; итерации, за­частую многократные, наблюдаются и внутри этих этапов.

Требуемые соотношения между выходными параметрами и техническими требованиями называют условиями работоспособности. В случае, когда выходные параметры имеют по ТЗ двустороннее ограничение, условия работоспособности записываются в виде двух неравенств или в виде равенства y_j=TT_j±Δ y_j, где y_j – выходной параметр, а Δ y_j – допустимое отклонение этого параметра указанного в ТЗ значения TT_j.

Следовательно, все условия работоспособности для удобства рассмотрения можно привести к единой форме:

y_j<TT_j

Условия работоспособности важны при проектировании, так как задача проектирования формируется следующим образом: разработать блок такой, в котором наилучшим образом выполняются все условия работоспособности во всем диапазоне изменения внешних параметров и при выполнении всех качественных требований ТЗ. Часто в ТЗ непосредственно входят или подразумеваются ограничения на многие внутренние параметры.

Типичное ТЗ на проектирование дискретного объекта содержит описание условий работоспособности и некоторых дополнительных условий и ограничений, указание критерия оптимальности явно может не содержаться, хотя его наличие всегда необходимо. Особенность такого ТЗ заключается в форме условий работоспособности: последние не обязательно должно быть совокупностью равенств или неравенств, они могут иметь форму логических уравнений, текстовую или таблиц истинности.