3.2. Этапы проектирования сапр

В общем случае процесс проектирования может быть рассмотрен как последовательность следующих относительно самостоятельных действий:

1) Постановка проблемы и формирование общей цели проектирования.

Это творческий акт, логически вытекающий из хода и прогноза развития событий в определенной сфере деятельности. Он требует от проектировщика понимания перспективных потребностей обновления.

2) Изыскание общей концепции о средствах достижения цели; выявлении основных принципов действия и функций объекта проектирования и его составляющих, обеспечивающих достижение планируемых результатов.

В основном это тоже творческий акт, но возможные решения на этой стадии могут быть проанализированы на обобщенных математических моделях.

3) Предпроектные исследования. Собственно проектирование начинается с иерархической декомпозиции общей цели, функций и принципов построения объекта до такой степени конкретизации, когда становятся очевидными конструктивные решения элементов декомпозиции с количественными оценками критериев качества.

На этой стадии проектирования требуется высокая профессиональная подготовка проектировщиков в соответствующей предметной области, знание технических и технологических возможностей реализации выдвигаемых идей, умение количественно оценивать достижимые уровни качественных показателей проектируемых объектов. На этой стадии может быть достигнута значительная автоматизация за счет включения в объект проектирования унифицированных деталей, узлов, агрегатов и подсистем, для которых существуют математические модели в виде подпрограмм, программ или программных комплексов в программном обеспечении САПР.

Перечисленные работы выполняются в рамках стадии предпроектных исследований. Иначе этот этап называют стадией научно-исследовательских работ (НИР).

4) Разработка технических заданий (ТЗ) на проектирование объектов и составляющих его частей. Формулируются назначение и функции, определяются планируемые эффекты и технико-экономические показатели, а также технические требования.

Это стадия технического задания. Результатом ее выполнения является техническое задание (ТЗ) на проектирование.

5) Разработка технических предложений под сформулированные ТЗ. Технические предложения предусматривают выбор тех или иных вариантов удовлетворения ТЗ на принципиальном уровне с учетом максимально возможной информации, имеющей отношение к изобретениям, патентам, прототипам. Стадия работ называется стадией технического предложения.

Автоматизация этапов 4 и 5 может быть достигнута за счет существующих в базе данных САПР ММ унифицированных элементов проектируемого объекта, а также за счет развитого информационного описания предметной области.

6) Эскизное проектирование объектов. На этой стадии проектирования осуществляется основная работа, окончательное теоретическое и эксплуатационное обоснование и описание устройства и работы объекта проектирования с высокой степенью достоверности прогноза его эксплуатационных качеств.

7) Разработка технического проекта (ТП). Здесь идеи эскизного проекта доводятся до уровня конструкторских документов, содержащих технические решения.

На этапах 6 и 7 разрабатываются ММ оригинальных элементов, осуществляется оптимизация принимаемых решений, для чего привлекается соответствующий математический аппарат. Этап характеризуется высокой степенью формализации.

8) Разработка рабочей документации для изготовления опытных образцов. Допускает полную автоматизацию при развитом информационном описании.

9) Коррекция проектируемых решений и документации по результатам испытаний опытных образцов. Чаще всего это требует возврата к этапам 6-7 проектирования, реже - к 3-4. Кроме того, отметим, что на любом этапе проектирования может быть возврат к предыдущей стадии по принципу обратной связи, в этом случае производится корректировка ранее принятых решений.

Общность этих стадий проектирования допускает типизацию описаний стадий. Так, на каждой стадии формулируются определенные совокупности проектируемых задач, решение которых приводит к достижению поставленных при проектировании целей. При решении этих задач выделяются проектные операции - достаточно законченные последовательности действий, завершающиеся определенными промежуточными результатами. Последовательности проектных операция, приводящие к решению проектных задач, называют проектными процедурами.

Каждая стадия проектирования работ может быть описана в терминах проектных процедур и операций с учетом их логических связей. Весь процесс проектирования после этого становится логически увязанной системой стадий, процедур и операций. Эту систему называют обобщенным алгоритмом проектирования.

Для каждой степени детализации описания объекта (иначе говоря, для каждого уровня иерархической структуры проектируемого объекта: объект (0-уровень) —> обеспечивающие подсистемы (1 уровень) —> узлы (2 уровень) —> .......—> элементы (последний к-ый уровень)) выполняется следующая последовательность проектных операций:

1. формализация целей проектной задачи,

2. анализ исходных данных,

3. выработка предварительных предложений о средствах достижения целей (декомпозиция объекта проектирования на составляющие части или синтез структуры),

4. моделирование выбранных классов или типов объектов проектирования в виде функциональных соотношений или других математических моделей, о которых речь пойдет далее; ограничений, и функционалов качества.

5) выработка вариантов проектных решений на основе анализа моделей,

6) испытание и структурное согласование предварительных проектных решений,

7) принятие окончательных проектных решений,

8. документирование результатов проектирования как законченного фрагмента проекта.

Стратегия принятия окончательного проектного решения для разных проектных процедур может быть различной, но особое место среди них занимает выработка и принятие оптимального решения. Проектные решения называют оптимальными, если они обеспечивают наивыгоднейшие в каком-то смысле свойства объектов проектирования, т.е. проектируемые решения отыскиваются в этом случае из условия максимума или минимума функционалов качества.

Важно отметить, что необходимость формализации для автоматизации проектной процедуры с необходимостью приводят к созданию соответствующего проблемно-ориентированного языка со своей терминологией и символикой.

Сложность алгоритма проектирования, с одной стороны, и наличие современных технических средств обработки информации, с другой стороны, предопределяют целесообразность и возможность автоматизированного проектирования.

Возможности автоматизации велики в таких трудоемких проектных операциях, как хранение и выбор исходных данных, математическое описание объектов проектирования, реализация алгоритмов поиска проектных решений, коррекция исходных данных и принятых решений по результатам испытаний, документирование, в том числе графическое, промежуточных и итоговых результатов. Без проектировщика не обойтись при постановке проектных задач, определении концепций о средствах достижения целей, принятии окончательных решений на стыках проектных процедур и стадий. Однако на настоящем этапе наличие интеллектуальных систем может значительно облегчить проектировщику решение и этих задач.

Таким образом, развитые САПР, обеспечивающие высокую степень автоматизации, должны представлять проектировщику выполнение таких функций как работа с базами развивающихся знаний в той или иной области проектирования; формализованное описание объектов проектирования в виде их математических моделей; оценка точности и прогноза состояния моделей; генерация вариантов и поиска оптимальных проектных решений; информационное обеспечение процесса моделирования и принятия решений; документирование этапов проектирования; эффективный диалог проектировщика с системой на основе применения проблемно-ориентированных языков программирования и проектирования. В такой среде проектировщик должен максимально типизировать и унифицировать проектные решения, разрабатывать экономичные языковые средства диалогового проектирования, определять рациональные объемы баз знаний и структуру информации в них; разрабатывать формы документирования, допускающие эффективную математическую реализацию.

Итак, для получения максимального эффекта автоматизации проектирования САПР должна удовлетворять запросы проектировщика; проектировщик обязан в полной мере учитывать специфику и реальные возможности системы.