Същността на процеса на проектиране - Studiopedia
Същността на процеса на проектиране на REM е разработването на конструкции и технологични процеси за производство на нови радиоелектронни средства, които да изпълняват предписаните им функции при необходимите условия с минимални разходи и максимална ефективност [70, 71].
Дизайнът на всеки технологичен обект е създаването, трансформирането и представянето в приетата форма на образа на този обект, който все още не съществува. Образът на обект или негови компоненти може да бъде създаден в човешкото въображение в резултат на творчески процес или генериран в съответствие с някои алгоритми в процеса на взаимодействие между човек и компютър. Във всеки случай инженерното проектиране започва, когато има изразена нужда на обществото от някои технически обекти, които могат да бъдат обекти на производство на ВЕИ, промишлени продукти или процеси. Проектирането включва разработването на техническо предложение и (или) техническо задание (ТЗ), отразяващо тези нужди, и изпълнението на ТЗ под формата на проектна документация [70, 71].
Обикновено TK се представя под формата на документи и е първоначалното (първично) описание на обекта. Резултатът от проектирането, като правило, е пълен набор от документация, съдържаща достатъчно информация за производството на обект в дадените условия. Тази документация е проектът или по-скоро окончателното описание на обекта. Следователно проектирането е процес, който се състои в получаване и преобразуване на първоначалното описание на обект в окончателно описание въз основа на изпълнението на набор от изследователски, изчислителни и проектантски работи.
Проектирането на сложни обекти се основава на прилагането на идеи и принципи, изложени в редица теории и подходи. Повечетообщият подход е системният подход, чиито идеи проникват в различни методи за проектиране на сложни системи [72]. В резултат на дизайна се създават нови, по-модерни ВЕИ, които се различават от своите аналози и прототипи с по-висока ефективност поради използването на нови физични явления и принципи на работа, по-модерна елементна база и структура, подобрен дизайн и прогресивни технологични процеси.
Според степента на новост на проектираните продукти се разграничават следните дизайнерски задачи:
частична модернизация на съществуващите ВЕИ (промяна на нейните параметри, структура и дизайн), осигуряваща относително малко (няколко десетки процента) подобрение на един или повече качествени показатели за оптимално решаване на същите или нови задачи;
значителна модернизация, която включва значително подобряване (няколко пъти) на показателите за качество;
създаване на нови ВЕИ на базата на нови принципи на работа, проектиране и производство за рязко повишаване (с няколко порядъка) на показателите за качество при решаване на същите или значително нови задачи.
Проектирането е сложен многоетапен процес, който може да включва големи екипи от специалисти, цели институти и научно-производствени асоциации, както и клиентски организации, които ще експлоатират разработеното оборудване.
От гледна точка на последователността на изпълнение се разграничават основните етапи на проектиране:
идеен проект, резултатът от който са технически предложения (идеен проект). Този етап е най-наситен с елементи на научни изследвания, теоретични изчисления и експериментални изследвания. Обикновено завършват слабораторни оформления;
идеен проект, резултатът от който е идеен проект. На този етап усилията на разработчиците до голяма степен са насочени към намирането на ефективни дизайнерски решения. Също така е свързано с голямо количество теоретични изследвания, сложни изчисления и завършва със създаването на експериментален образец на проектирания продукт и неговото задълбочено експериментално изследване;
технически проект, в който се извършва задълбочено проучване на всички схемни, конструктивни и технологични решения. На етапа на техническия проект се създава техническа документация за разработеното оборудване и процесите за неговото производство. Резултатът е технически проект, съдържащ необходимата документация, и прототип на продукт, преминал цялостни тестове в реални експлоатационни условия.
Създаването на техническа документация, въз основа на която в бъдеще да се осъществява единично, серийно или масово производство на ВЕИ, е особено трудоемък процес.
От гледна точка на съдържанието на задачите, които трябва да бъдат решени, процесът на проектиране се разделя на следните етапи:
системно проектиране, при което се избират и формулират проектни цели, обосновават се изходните данни и се определят принципите на изграждане на системата. В същото време се формира структурата на проектирания обект, неговите съставни части, които обикновено са функционално завършени блокове, определят се енергийни и информационни връзки между съставните части. В резултат на това се формират и формулират частни технически спецификации за проектиране на отделни компоненти на обекта;
функционалният дизайн, наричан още дизайн на веригата във връзка с ВЕИ, е насочен към хардуерното изпълнение на компонентите на системата(комплекси, устройства, възли). В същото време се избира елементна база, схемни схеми и се оптимизират параметрите (извършва се структурен и параметричен синтез на схеми) по отношение на осигуряването на най-добро функциониране и ефективно производство. При избора на елементна база и синтезиране на вериги те са склонни да вземат предвид дизайнерските и технологичните изисквания;
проектирането, наричано още техническо проектиране, решава проблемите на схемата и разполагането на елементи и възли, осъществяването на печатни и жични връзки за РЕМ на всички нива (модули, клетки, блокове, шкафове), както и проблемите на топлоотвеждане, електрическа якост, защита от външни въздействия и др. Същевременно се стремят да оптимизират взетите решения по отношение на конструктивни, технологични, икономически и експлоатационни показатели. На този етап на проектиране се разработва необходимата техническа документация за производство и експлоатация на ВЕИ;
технологичната подготовка на производството осигурява разработването на технологични процеси за производство на отделни блокове и цялата система като цяло. На този етап на проектиране се създава технологична документация въз основа на предишни резултати. Всеки етап на проектиране се свежда до формиране на описания на проектираните ВЕИ, свързани с различни йерархични нива и аспекти на неговото създаване и експлоатация.
Етапите на проектиране се състоят от отделни процедури за проектиране, които завършват с конкретно дизайнерско решение. Типичните процедури за проектиране на ВЕИ са анализ и синтез на описания на различни нива и аспекти.
Процедурата на анализ се състои в определяне на свойствата на дадено (или избрано) описание. Примери за такава процедура са изчисляването на честотата или преходните характеристики на електронните вериги, определянето на реакциятасхеми за дадено въздействие. Анализът позволява да се оцени степента на задоволяване на проектното решение с поставените изисквания и неговата пригодност.
Процедурата на синтез се състои в създаване на проектно решение (описание) според зададените изисквания, свойства и ограничения. Например при проектирането на ВЕИ широко се използват процедури за синтез на електронни схеми според техните специфични характеристики в честотната или времевата област. В този случай в процеса на синтез може да се създаде структура на верига (структурен синтез) или да се определят параметри на елементи от дадена верига, които осигуряват необходимите характеристики (параметричен синтез).
Процедурите на анализ и синтез в процеса на проектиране са тясно свързани, тъй като и двете са насочени към създаване на приемливо или оптимално дизайнерско решение.
Типична проектна процедура е оптимизацията, която води до оптимално (по определен критерий) проектно решение. Например, оптимизирането на параметрите на електронните схеми се използва широко, за да се доближат най-добре честотните характеристики до зададените. Процедурата за оптимизация се състои в многократен анализ с целева промяна на параметрите на веригата до задоволително приближаване до зададените характеристики. Оптимизацията осигурява създаването (синтеза) на проектно решение, но включва поетапна оценка на характеристиките (анализ).
Процедурите за проектиране се състоят от индивидуални дейности по проектиране. Например, в процеса на анализиране на математически модели на ВЕИ трябва да се решават диференциални и алгебрични уравнения и да се извършват операции с матрици. Такива операции могат да бъдат от отделен характер, но като цяло те формират единна процедура за проектиране.
Процедурите и операциите по проектиране се изпълняват в определена последователност, наречена маршрут на проектиране.
Маршрутите на проектиране могат да започнат от по-ниските йерархични нива на описания (дизайн отдолу нагоре) или отгоре (дизайн отгоре надолу).
Има дълбока връзка между всички етапи на проектиране. По този начин дефинирането на окончателния дизайн и разработването на цялата техническа документация често не може да бъде завършено, докато не бъде завършена технологичната разработка. В процеса на проектиране и разработване на технология може да се наложи коригиране на схемите, структурата на системата и дори първоначалните данни. Следователно процесът на проектиране е не само многоетапен, но и многократно коригиран, тъй като е завършен, т.е. дизайнът е итеративен.
В процеса на проектиране е необходимо не само да се създаде оборудване, което да осигури определеното функциониране, но и да се оптимизира за широк спектър от функционални, дизайнерски, технологични, експлоатационни и икономически показатели. На отделни етапи за определени конкретни проблеми може да се извърши оптимизация на базата на разработените формални математически методи. Въпреки това, по отношение на сложните ВЕИ проблемът за оптимизация често не може да бъде формализиран. Когато се сблъскат с такава ситуация, разработчиците обикновено обмислят няколко варианта за решаване на задачата, подтикнати, като правило, от предишен колективен опит, интуиция и избират най-добрия от тях. Този подход се нарича евристичен многовариантен анализ. Въпреки това, поради непрекъснато нарастващата сложност на ВЕИ, с нарастващите изисквания към тях, необходимите изчисления стават все по-трудоемки, а броят на вариантите, които са подходящи за разглеждане, непрекъснато нараства. Тази ситуация е наречена „тирания на алтернативите“ [7].
Често беше трудно на етапа на проектиранепредвиждат някои от изискванията, произтичащи от условията на работа. В резултат на всичко това създаването на нови ВЕИ се забави с много години. Прототипите, предоставени за тестване, често се оказваха, че не отговарят на зададените изисквания, а оборудването беше фино настроено по време на процеса на тестване, което оскъпяваше дизайна многократно.
Тази ситуация не беше по вина на разработчиците. Това е резултат от фундаментално несъответствие между традиционния подход към дизайна и сложността на съвременното електронно оборудване. Това противоречие предизвика интензивното развитие на нова технология за проектиране на ВЕИ.
Такова развитие се основава на систематичен подход и подобряване на процесите на проектиране с помощта на математически методи и компютърни технологии, интегрирана автоматизация на трудоемки и рутинни дизайнерски работи, замяна на прототипиране и пълномащабно моделиране с математическо моделиране, използване на ефективни методи за многовариантно проектиране и оптимизация, както и подобряване на качеството на управление на дизайна.
Не намерихте това, което търсихте? Използвайте търсачката: