¬аше окно в мир —јѕ–
 
Ќовости —татьи јвторы —обыти€ ¬акансии Ёнциклопеди€ –екламодател€м
—татьи

3 сент€бр€ 2015

јвтоматизаци€ начальных стадий проектировани€ технических объектов

ёрий Ћебедев

ёрий Ћебедев
ќт редакции isicad.ru: ё. Ћебедев в 2004 году окончил Ѕалтийский √осударственный “ехнический ”ниверситет Ђ¬оенћехї, кафедра Ћазерной техники и технологий. — 2005 по 2010 год работал инженером-конструктором в различных компани€х, а с 2010 по 2014 год Ц аналитиком по разработке информационных систем в компании ј— ќЌ. явл€етс€ одним из разработчиков облачной PDM-системы DEXMA.

∆анр статьи Ч Ђв пор€дке обсуждени€ї.

1. јктуальность темы

ѕри проектировании и разработке любого издели€ надо решать последовательно следующие типы задач.

«адачи первого типа св€заны с выбором потребности (технической функции), которую будет удовлетвор€ть разрабатываемый технический объект (“ќ). “акже сюда относ€т составление списка требований и выбор критериев эффективности “ќ (надежности, точности, стоимости и т.п.).

¬торой тип Ц задачи выбора и обосновани€ функциональной структуры (‘—) “ќ. ѕри решении этих задач дл€ заданной потребности (функции издели€), из множества альтернатив выбирают набор подфункций и взаимосв€зей между ними, которые позвол€ют наиболее рационально реализовать заданную потребность.

“ретий тип Ц задачи выбора или поиска наиболее эффективного физического принципа действи€ (‘ѕƒ) дл€ конкретной ‘—. ѕри решении этих задач варьируют физическими эффектами и €влени€ми до нахождени€ наиболее целесообразного их сочетани€.

„етвертый тип Ц задачи выбора или поиска наиболее рационального технического решени€ (“–) при заданном ‘ѕƒ. ѕри решении этих задач варьируют конструктивными элементами и признаками до нахождени€ наиболее целесообразного их сочетани€.

ѕ€тый тип Ц задачи определени€ оптимальных значений параметров заданного “–. ѕри решении этих задач варьируют значени€ми параметров до нахождени€ их оптимального соотношени€.

ѕеречисленные типы задач имеют отношение к начальным стади€м проектировани€, а именно, “ехническому заданию, “ехническому предложению и Ёскизному проекту. ѕ€тый тип задачи можно соотнести со стадией “ехнический проект.

—ледует отметить, что успешное решение задач первого типа дает больший экономический эффект и вызывает более заметный технический прогресс по сравнению с решением задач последнего типа. Ёто подтверждаетс€ практическими данными, которые показывают, что за счет оптимизации параметров эффект не превышает в среднем 10-30%. ”же существенно больший эффект, в среднем 30-50%, можно получить за счет изменений конструктивных элементов и признаков (четвертый тип задач). ј решение задач первого типа увеличивает эффективность в разы. —ледовательно при разработке изделий особенно тщательным образом надо прорабатывать задачи первых типов.

—ложность разрабатываемых технических объектов растет с каждым годом, растет и объем научно-технической информации, используемой в конструкторских разработках. ¬се это ведет к тому, что начальные стадии проектировани€ все менее и менее прорабатываютс€. ѕоэтому по€вление программных решений призванных автоматизировать начальные стадии проектировани€ будут способствовать качеству разрабатываемых изделий и сокращению сроков разработки.

Ќа сегодн€шний день € не нашел отечественных программных решений, способных решать поставленную задачу. —уществуют в том или ином виде решени€ отдельных задач, например, системы синтеза ‘ѕƒ (система —јѕ‘»“, один из авторов Ч—.‘оменков), системы синтеза “– (система »нтеллект) и т.п., но системы, в которой решались бы задачи автоматизации начальных стадий проектировани€ в комплексе пока нет.  омплексное решение Ц это такое решение, в моем понимании, в котором присутствуют не только методы решени€ задач проектировани€, базы знаний, но и механизмы дл€ согласованной коллективной работы разработчиков, механизмы управлени€ разработкой и т.п.

„то касаетс€ иностранных разработчиков инженерных программных систем, то можно говорить о заинтересованности в создании подобных решений, например, компани€ Dassault Systemes со своими решени€ми SmartTeam, 3DEXPERIENCE; компани€ Aras, котора€ в своей системе поддерживает процессы св€занные с управлением качеством (QM) и управлением требовани€ми (RM) и другие.

2. ÷ель создани€ программного комплекса KATET Systems

ƒалее € буду использовать временное название проектируемого программного комплекса Ц  ј“≈“ Systems. ќсновной целью создани€ комплекса €вл€етс€ автоматизаци€ начальных стадий проектировани€ “ќ, что должно существенно сократить врем€ их разработки и значительно увеличить качество разрабатываемых изделий. Ќаравне с основной целью, можно выделить несколько сопутствующих целей:
  • включение начальных стадий проектировани€ в единое информационное пространство (в PLM-систему);
  • расширение кругозора разработчиков, повышение их профессионального уровн€;
  • использование по максимуму потенциала компании-производител€ (за счет включени€ в разработку Ѕаз ƒанных с наработками компании).

3. »де€ создани€ программного комплекса KATET Systems

»де€ Ч создать программное решение, позвол€ющее максимально задействовать инженерный потенциал компании-производител€ и сократить врем€ разработки, по€вилась у мен€, когда € работал конструктором. ћне приходилось сталкиватьс€ с тем, что из-за недостаточной проработки “ехнического задани€ (“«), конструкторско-технологическое решение довольно часто не соответствовало задуманному. ѕоэтому разработку приходилось начинать заново. ƒа и вообще, процесс проектировани€ зачастую можно было сравнить с кораблем, плывущим по морю без навигационной системы. «аинтересовавшись проблемами проектировани€, € вы€снил, что существуют методы, которые можно использовать в процессе создани€ “ќ, причем на разных стади€х проектировани€. “акже существуют законы и закономерности строени€ и развити€ техники, обраща€ внимание на которые, можно создавать “ќ мирового уровн€.

Ѕлагодар€ работе в качестве одного из разработчиков PLM-системы DEXMA, € получил определенные знани€ в области создани€ информационных систем. Ёти знани€, совместно с представлением о методах проектировани€, помогли мне пон€ть, каким должен быть программный комплекс, какими техническими характеристиками должен обладать, и как может осуществл€тьс€ работа в нем.

4. ќписание KATET Systems

1.  ратка€ справка по методам проектировани€
“ак как в KATET Systems будут использоватьс€ различные методы проектировани€, € считаю необходимым дать их краткое описание.

ћетоды проектировани€ условно раздел€ютс€ на две группы, а именно, эвристические методы технического творчества и компьютерные методы поискового конструировани€. ѕод эвристическими методами технического творчества следует понимать методы, основанные на использовании достаточно четко описанных методик и правил поиска новых технических решений. Ќа сегодн€шний день известно более 100 таких методов.

ѕод методами поискового конструировани€ следует понимать методы, основанные на использовании компьютеров в решении творческих инженерных задач. ¬ насто€щее врем€ известны дес€тки различных подходов и методов поискового конструировани€.

ћногие методы, которые были разработаны дес€тки лет назад, создавались дл€ безмашинного применени€ в поиске решений инженерных задач. Ѕольшинство этих методов можно запрограммировать и использовать с помощью компьютера, тем самым сделав их более эффективными. Ёто значит, что в KATET Systems может быть задействовано много методов проектировани€, нужно только отобрать самые эффективные.

ѕодробную информацию данных методов можно узнать из литературы. —оответствующий список источников будет указан ниже.

ѕриведу краткий обзор методов, которые следует использовать в первую очередь.

‘ункционально-физический анализ. ћетод используетс€ тогда, когда надо углубленно изучить конструкцию и структуру “ќ, который требуетс€ усовершенствовать. ‘ункционально-физический анализ основываетс€ на разделении “ќ на элементы, имеющие вполне определенные функции, и поиске средств реализации этих функций. ¬ ходе анализа происходит уточнение следующих моментов:

  • какие функции выполн€ет каждый элемент “ќ и как элементы функционально св€заны между собой;
  • какие физические операции (преобразовани€) выполн€ет каждый элемент и как они взаимосв€заны между собой;
  • на основе каких физико-технических эффектов работает каждый элемент “ќ и как они взаимосв€заны между собой.
ѕри вы€снении этих вопросов по€вл€етс€ четкое и цельное представление об устройстве “ќ, которое требуетс€ усовершенствовать с функциональной и физической точек зрени€. Ѕез такого представлени€ затруднительно заниматьс€ поиском наиболее эффективного нового технического решени€ (“–). ѕолученна€ в ходе анализа информаци€ используетс€ во многих методах поискового конструировани€, поэтому его следует проводить одним из первых.

‘ункционально-стоимостный анализ (‘—ј).

‘—ј проводитс€ дл€ существующих продуктов и процессов с целью снижени€ затрат, а также дл€ разрабатываемых продуктов с целью снижени€ их себестоимости. ѕри проведении функционально-стоимостного анализа определ€ют функции элементов “ќ или системы и провод€т оценку затрат на реализацию этих функций дл€ того, что-бы эти затраты снизить.

јвтоматизированный анализ технических решений на » - »Ћ» графах.

ƒанный метод предназначен дл€ решени€ задач, св€занных с выбором наиболее рациональных “–. — математической точки зрени€ суть метода состоит в том, что информацию о прототипах или известных “– определенного назначени€ представл€ют и записывают в виде » - »Ћ»-дерева (» - »Ћ»-графа). ¬арьиру€ на этом дереве конструктивными элементами и признаками, можно получить как известные, так и новые “–.

јнализ конструктивной эволюции “ќ.

÷ель анализа конструктивной эволюции “ќ с одинаковыми или близкими функци€ми заключаетс€ в:

  • вы€влении устойчивых (посто€нно действующих) критериев развити€ “ќ и показателей их качества;
  • формулировании закономерностей строени€ и развити€ “ќ;
  • формулировании правил получени€ улучшенных технических решений путем преобразовани€ прототипа.

ћорфологический анализ и синтез “–.

ћорфологический метод основан на комбинаторике. —уть его состоит в том, что в интересующем изделии или объекте выдел€ют группу основных конструктивных или других признаков. ƒл€ каждого выбирают альтернативные варианты, т.е. возможные варианты его исполнени€ или реализации.  омбиниру€ их между собой, можно получить множество различных решений, в том числе представл€ющих практический интерес.
¬ ѕрограммном комплексе € планирую использование наиболее распространенной модификации морфологического метода, основанного на функциональном подходе. ¬ качестве признаков берутс€ функции элементов (узлов, деталей) рассматриваемого “ќ, а в качестве альтернативных вариантов - различные способы реализации каждой функции.

ћорфологический синтез ‘изического ѕринципа ƒействи€ (‘ѕƒ).

 ак и в рассмотренном выше методе, данный метод основан на комбинаторике. “олько комбинируютс€ не способы реализации функций, а различные способы реализации физических операций.

ћетод эвристических приемов.

¬ основе метода лежит опыт конструкторов и изобретателей, которые в ходе своей де€тельности вы€вили определенные правила и приемы решений инженерных задач. “акие приемы и правила стали называть Ёвристическими приемами (Ёѕ). Ќа основании Ёѕ был получен фонд Ёѕ, информаци€ из которого может использоватьс€ при решении инженерных задач в разных област€х техники.

2. ќсновные задачи, которые можно будет решать с помощью KATET Systems
  • ѕрорабатывать совместно с заказчиками потребности, которые будут удовлетворены за счет разрабатываемых “ќ;
  • ‘ормировать “ехническое задание;
  • ѕланировать и управл€ть процессом разработки;
  • ‘ормировать список требований;
  • ƒелать постановку и анализ задачи на разработку технических объектов (“ќ);
  • ѕроводить анализ конструктивной эволюции “ќ;
  • ѕроводить функционально-физический анализ “ќ;
  • ‘ормировать разного рода отчеты;
  • «адействовать эвристические методы проектировани€ и методы поискового проектировани€ при синтезе принципов действи€ и структурного синтеза “ќ;
  • »спользовать алгоритмы оптимизации дл€ выбора оптимальных технических решений, структурных схем, физических принципов действи€ и параметров.
ќтмечу, что перечисленный список задач не полный.
3. “ехническое исполнение программного комплекса KATET Systems
ќсновные принципы программного решени€ будут похожими на те, которые используютс€ дл€ создани€ корпоративных решений (приложени€ масштаба предпри€ти€). ¬ таких решени€х можно логически выделить три звена:
1) —ервисы данных (сервер Ѕƒ);
2) —ервисы бизнес-логики (обычно реализуютс€ в виде компонентов, выполн€ющихс€ под управлением серверов приложений);
3) ѕрезентационные сервисы (GUI-приложени€, либо приложени€, запускаемые посредством Web-браузеров (web-приложени€).

”крупненно примерна€ структура комплекса может выгл€деть так (по мере разработки структура будет дополн€тьс€ или измен€тьс€):

KATET схема

Ќа рисунке показан приблизительный состав баз данных, их количество и содержание может мен€тьс€. “е Ѕƒ, которые объединены в группу ¬нешние DB, содержат общедоступную информацию, и некоторые из них уже созданы и доступны дл€ использовани€. ¬ качества —”Ѕƒ можно использовать PostgreSQL. јрхитектура ѕрограммного комплекса может основыватьс€ на платформе J2EE (JEE).
4. ќрганизаци€ работы в KATET Systems. Ќа каких пользователей ориентирован комплекс
–абота в комплексе будет ориентирована на коллективную, параллельную разработку. »стори€ де€тельности при этом будет сохран€тьс€. ¬ целом, принципы работы в комплексе будут похожи на работу в PDM системе.

”крупненно действие пользователей можно описать так:

  • ѕользователи, ответственные за начало разработки, получив первоначальное “« от заказчика (определенный список требований, описание потребности), создают в ѕрограммном комплексе соответствующий документ, который будет измен€тьс€ в процессе работы (наполн€тьс€ информаций).
      процессу проработки “« можно (при необходимости) подключать представителей заказчика. ƒл€ этого в ѕрограммном комплексе будет предусмотрен соответствующий функционал (система пользовательских прав) и возможности подключатьс€ к корпоративной сети удаленно. Ёто позволит работать над “« в Ђрежиме реального времениї, вносить коррективы, находить возможные пути решени€, что существенно сократит врем€ разработки;
  • ¬ ходе работы над “«, пользователи могут использовать информацию, наход€щуюс€ в Ѕазах ƒанных (различные патентные описани€, фонды ‘“Ё, архив “ехнических решений и т.п.), дл€ этого будет предусмотрен удобный механизм поиска информации. ѕользователи также могут использовать различные методы проектировани€ (‘ункционально-‘изический метод, јнализ конструктивной эволюции, ћорфологический синтез ‘ѕƒ и др.);
  • –езультат работы с “« может быть таким, что разработка нового “ќ не потребуетс€, достаточно будет доработать уже раннее созданный “ќ, а возможно будет найдено решение, в основе которого будет лежать новейший физический или химический эффект.
    ¬ любом случае будет найдено одна или несколько функциональных структур, из которых с помощью функционала ѕрограммного комплекса надо будет выбрать оптимальную. ѕосле этого будет выбран (найден и обоснован) наиболее эффективный ‘ѕƒ;
  • ѕосле завершени€ работы с “« можно будет сформировать соответствующий отчет, который отправить на согласование (получение подписей) заказчику (т.е. результатом выполнени€ этапа будет “ехническое предложение). ¬ отчете будет отражены все полученные результаты (обоснование технико-экономических требований, показателей качества, критериев развити€ и т.п.);
  • ѕосле получени€ согласовани€ можно переходить к следующему этапу разработки. ƒл€ этого надо будет перейти в соответствующее приложение. ¬ ѕрограммном комплексе разные этапы разработки будут выполн€тьс€ в разных приложени€х и у пользователей, участвующих в разработке, наличие того или иного приложени€ будет определ€тьс€ системой пользовательских прав;
  • Ќовый этап можно соотнести со стадией ЂЁскизный проектї. ƒл€ его реализации будет предусмотрен соответствующий функционал, информаци€ из Ѕаз ƒанных, задействование методов проектировани€ (ћорфологический анализ и синтез “ехнических решений, јвтоматизированный анализ “ехнических решений на » Ц »Ћ»-графах и др.). ¬ комплексе будет предусмотрен механизм работы с графической информацией, схемы, структуры (возможно 3D модели);
  • –езультатом проведени€ этого этапа будут найденные “ехнические решени€, в большом количестве, из которых надо будет выбрать оптимальное с помощью функционала комплекса;
  • —ледующим шагом работы в KATET Systems будет переключение в приложение, отвечающее за определение оптимальных параметров выбранного на предыдущем этапе “ехнического решени€. –езультатом данного этапа будет полностью проработанный проект. ѕолученную документацию можно будет передавать дл€ оформлени€  ƒ.
—ледует отметить, что работу в KATET Systems можно будет прервать после получени€ “ехнического решени€, а подбором значений параметров “ехнического решени€ зан€тьс€ в системе 3D-моделировани€.

ќсновными пользовател€ми программного комплекса, € считаю, будут маркетологи, главные конструктора, технические директора, ведущие конструктора, в общем, пользователи, отвечающие за создание концепции будущего “ќ. ѕомимо этого к разработке можно будет привлекать (по необходимости) разного рода специалистов.

5. ѕреимущества использовани€ программного комплекса KATET Systems:
  • ¬ы€вление действительно необходимых потребностей;
  • —окращение времени создани€ технического задани€, постановки задачи и т.д.;
  • «адействование по максимуму потенциала компании-разработчика за счет использовани€ Ѕƒ ранее спроектированных объектов и наработок;
  • ¬озможность получени€ новых закономерностей строени€ и развити€ техники;
  • ѕовышение общего уровн€ развити€ разработчиков;
  • ¬ы€вление оптимальных технических решений;
  • »спользование одновременно нескольких методов проектировани€ дл€ решени€ задач, что усилит веро€тность получени€ оптимального решени€;
  • »спользование при создании новых “ќ информации, вз€той из словарей технических функций, международной классификации изобретений и патентных описаний.

5. «аключение

’очу отметить, что в описании концепции € не стал углубл€тьс€ в технические особенности будущего программного комплекса, и на каких технологи€х он может быть разработан, а ограничилс€ предположением, основанным на своем опыте. “акже € не стал подробно расписывать сценарий работы пользователей в комплексе, так как это может усложнить понимание концепции.

ѕрограммный комплекс KATET Systems должен тесно взаимодействовать с системами 3D-моделировани€ (CAD-системы), но пока этот вопрос не рассматривалс€.

Ќа данном этапе разработки ѕрограммного комплекса € продолжаю исследование литературы как отечественной, так и зарубежной. «анимаюсь проработкой структуры комплекса и возможных вариантов технического исполнени€. ѕродумываю разные варианты сценариев работы в комплексе.

6. »спользуемые источники информации

ѕоловинкин ј.»., ќсновы инженерного творчества, 2007
’орошев ј.Ќ., ќсновы системного проектировани€,
¬оинов Ѕ.—., ѕринципы поискового проектировани€, 1982
јвтоматизаци€ поискового конструировани€, под ред. ѕоловинкина ј.»., 1981
ƒжонс ƒж., ћетоды проектировани€, 1986
 аменев ј.‘., “ехнические системы: закономерности развити€, 1985 ѕоловинкин ј.»., «аконы строени€ и развити€ техники, 1985
—истемное проектирование и закономерности развити€ техники. —борник научных статей, 1993 и др.



¬акансии:

јктуальное обсуждение

RSS-лента комментариев

-->

ƒавид Ћевин
ƒавид Ћевин
ќт редактора: ”даленка мобилизует работающих в информационных технологи€х
ѕроект ЂЌародное —јѕ–-интервьюї

—лучайна€ стать€:

isicad Top 10

—амые попул€рные материалы

   ‘орумы isicad:

isicad-2010 isicad-2008
isicad-2006 isicad-2004

ќ проекте

ѕриглашаем публиковать на сайте isicad.ru новости и пресс-релизы о новых решени€х и продуктах, о проводимых меропри€ти€х и другую информацию. јдрес дл€ корреспонденции - info@isicad.ru

ѕроект isicad нацелен на

  • укрепление контактов между разработчиками, поставщиками и потребител€ми промышленных решений в област€х PLM и ERP...
ѕодробнее

»нформаци€ дл€ рекламодателей


¬се права защищены. © 2004-2020 √руппа компаний «Ћ≈ƒј—»

ѕерепечатка материалов сайта допускаетс€ с согласи€ редакции, ссылка на isicad.ru об€зательна.
¬ы можете обратитьс€ к нам по адресу info@isicad.ru.