Риски. Задания 1-4 (1). Методы проектирования Тема Методы проектирования. Цель

• Название: Методы проектирования Тема Методы проектирования. Цель
• Анкор: Риски
• Дата: 25.04.2023
• Размер: 410.47 Kb.
• Имя файла: Задания 1-4 (1).docx
• Тип: Документы; #1089102
• страница: 1 из 9

Практическое задание 1

Методы проектирования
Тема 3. Методы проектирования.
Цель – ознакомиться с эвристическими методами проектирования и с методом проектирования – ТРИЗ (теория решения изобретательских задач).
Варианты для выполнения практического задания 1
1-й вариант

Цель проекта – проектирование заводов и промышленных предприятий.

Этапы комплексного проектирования промышленных предприятий предполагают следующее:

1-й этап. Подготовка объекта к процессу проектирования. Она включает сбор всех исходных данных, подготовку, а также получение технических условий, разработку технических регламентов, помимо этого, технико-экономическое обоснование решений проблемных вопросов объекта проектирования, выполнение НИР и полный комплекс инженерных изысканий.

2-й этап. Разработка проектной и рабочей документации, включающая:

• 
  детальную обработку технических аспектов проекта;
  
• 
  подготовку спецразделов проектной документации.
  

Виды процессов:

• 
  составление схемы, которая будет отображать план обустройства земельного участка;
  
• 
  поиск архитектурных решений и планирования;
  
• 
  установка КИП, автоматики;
  
• 
  обеспечение электроэнергией;
  
• 
  подведение воды, а также оборудование канализации;
  
• 
  обустройство отопления;
  
• 
  монтаж систем вентиляции и контроль климата;
  
• 
  мероприятия по пожарной и экологической безопасности;
  
• 
  установка сигнализации;
  
• 
  составление сметы.
  

2-й вариант

Цель проекта – разработать технологическую подготовку производства.

Этапы:

1. 
   Технологическая подготовка производства охватывает проектирование технологических процессов.
   

Разработка типовых технологических процессов предполагает следующие этапы:

1. 
   определение технологического маршрута обработки изделия данной группы;
   
2. 
   выбор пооперационного технологического процесса;
   
3. 
   установление способов обработки отдельных элементов (выполняемых технологических операций) для изделия данной группы.
   

2. 
   Технологическая подготовка производства предусматривает также разработку проектов, изготовление и наладку специального технологического оборудования, технологической оснастки, необходимых для производства нового (модернизированного) изделия.
   

Это очень трудоемкая и дорогостоящая работа, поскольку при освоении ряда новых моделей (например, автомобилей и других машин) изготавливается по нескольку тысяч штампов, приспособлений, моделей, десятки автоматических линий.

Проводя работы по технологической подготовке производства, необходимо учитывать, что организация производства новых видов продукции, модернизация изделий и процессов производства требуют материальной и организационной подготовки. 

2. 
   Материальная подготовка производства предусматривает приобретение, монтаж и наладку нового оборудования, изготовление или закупку инструментов и приспособлений, сырья и материалов, т. е. обеспечение производства всеми материально-техническими ресурсами. 
   
3. 
   Организационная подготовка включает совершенствование организации производства и труда и адаптацию их к условиям изготовления новой продукции, новой техники и технологии. Сюда также входит подбор и расстановка кадров в соответствии с новым характером производства, внесение коррективов в структуру аппарата управления, в функциональное и иерархическое распределение труда.
   

3-й вариант

Цель проекта – разработка технологии.

Разработка технологии осуществляется в несколько этапов, количество и содержание которых зависят от степени новизны и сложности технологии, объёма имеющейся научно-технической информации.

Этапы исследований обычно соответствуют тем задачам, которые ставятся перед исследователями.

Как правило, разработка технологии начинается с прикладных исследований, которые направляются на решение конкретных научно-технических и организационно-экономических проблем. В задачи прикладных исследований входят:

• 
  технико-экономическое обоснование разрабатываемой проблемы;
  
• 
  аналитический обзор современных технологий аналогичного направления;
  
• 
  проведение теоретических и экспериментальных работ, определение оптимальных технологических параметров и режимов;
  
• 
  выполнение опытно-промышленных работ для уточнения и корректировки параметров технологии.
  

Разработка новой или совершенствование существующей технологии связаны с созданием нового или совершенствованием применяемого оборудования, для чего необходимо выполнение специальных исследований по созданию технических объектов (машин, аппаратов, приборов) и систем управления, а также проведение опытно-конструкторских разработок.

Опытно-конструкторские работы обычно включают три стадии: подготовительную; разработку проектной документации; разработку рабочей документации.

На подготовительной стадии определяются состав и технико-экономические показатели изделия, составляется и утверждается техническое задание на разработку, которое содержит основные характеристики проектируемого изделия (показатели надежности, безопасности и др.), требования по его комплектации. На этом этапе проводится планирование выполняемых работ по срокам и исполнителям.

Вторая стадия, то есть разработка проектной документации, направляется на выработку концептуальных решений по проектируемому изделию. На этой стадии могут проводиться экспериментальные работы и испытания отдельных узлов и всего изделия. Вторая стадия включает этапы разработки технического предложения, эскизные проекты и технические проекты.

На третьей стадии разрабатывается конструкторская документация, по которой будет производиться продукция, то есть рабочая документация. Она содержит достаточно подробную детализацию изделия, для того чтобы обеспечить возможность его изготовления, испытания и эксплуатации. В рабочую документацию включаются: паспорт изделия, описание для пользователей, инструкция по эксплуатации, документация сервисного обслуживания и др. Сводные спецификации элементов, входящие в рабочую документацию изделия, необходимы для планирования и организации производства.

Создание или совершенствование технологий связано с так называемым научным обслуживанием, к которому относится информационное, метрологическое, программное, техническое обслуживание исследований и разработок. Научное обслуживание осуществляется с участием таких специальных организаций, как библиотеки, информационные центры, архивы и др.

Для применения новой технологии в производственном процессе предприятию необходимо выполнить ряд специальных работ, называемых технологической подготовкой производства. Эти работы направлены на то, чтобы обеспечить готовность предприятия к выпуску нового продукта в установленные сроки и в предусмотренном объеме, необходимый уровень качества и производственных затрат.

Технологическая подготовка производства осуществляется технологическими подразделениями предприятия и теми специализированными организациями, которые принимали участие в разработке производственной технологии.

Как разработка, так и освоение новых технологий на предприятии имеют свои особенности, которые зависят от их направленности и отраслевой принадлежности, то есть от вида выпускаемой продукции. Например, для машиностроительных предприятий процесс подготовки производства новой машины включает анализ исходных данных, разработку технологических процессов изготовления деталей, разработку технологического процесса сборки, проектирование специальных приспособлений и инструмента для выполнения определенных операций.

Применение новых технологий должно быть направлено на повышение эффективности производства, поэтому прежде чем приступить к внедрению, предприятию необходимо провести тщательный технико-экономический анализ. При этом следует учитывать как материальные, так и нематериальные выгоды.
4-й вариант

Цель проекта – творческий проект должен предусматривать создание нового, эффективного, конкурентоспособного изделия (или услуги), отвечающего потребностям человека и пользующегося спросом у покупателя (если проект выполнен с учетом реализации полученного изделия путем продажи).

Этапы выполнения творческого проекта: подготовительный, технологический и заключительный.

Подготовительный этап. Он включает выбор темы проекта и ее обоснование, выбор и анализ конструкции изделия (услуги) и разработку технологии его изготовления (выполнения). При выборе темы проекта надо обязательно изучить потребность в изделии, оценить возможность его изготовления: наличие необходимых материалов, инструмента и оборудования, соответствие предстоящей работы вашим технологическим возможностям и экономичность изделия. После окончательного выбора темы проекта следует ее обоснование – письменное изложение в виде небольшого сочинения о причинах, на основании которых была выбрана данная тема. Следующим шагом является выбор и анализ конструкции изделия. Конструкцию изделия можно выбирать по следующим критериям: оригинальность, доступность, эстетичность, безопасность. На подготовительном этапе можно использовать конструкции изделий, увиденных в книгах и журналах, вносить и изменять в них какие-либо конструктивные элементы, конструировать по собственному замыслу. Разрабатывается несколько вариантов возможных конструкций изделия и выбирается лучший из них на основании сравнения их достоинств и недостатков. Заканчивается подготовительный этап разработкой технологии изготовления изделия – составлением технологического процесса или технологической карты. Здесь описывается весь процесс обработки и сборки изделия, указываются применяемые материалы, для каждой операции перечисляются необходимые инструменты и оборудование. Все чертежи деталей изделия и технологические карты называются технической документацией.

Технологический этап. На этом этапе выполняются операции, предусмотренные технологическим процессом. При изготовлении изделия следует строго соблюдать последовательность операций, указанных в технологической карте или технологическом процессе, безукоризненно придерживаться правил безопасной работы.

Заключительный этап. Здесь осуществляется окончательный контроль, выполняется рекламный проспект, определяются затраты на изготовление изделия, предлагаются возможные пути его реализации. Рекламный проспект изделия включает товарный знак производителя, наименование изделия и его назначение, несколько рекламных фраз. Товарный знак может представлять собой эмблему, состоящую из букв (например, начальных букв фамилии и имени исполнителя проекта), слов, рисунков или их комбинаций. Рекламные фразы должны привлекать внимание и пояснять основное назначение изделия. Для определения затрат на изготовление изделия необходимо рассчитать стоимость материалов для изготовления изделия. Защита проекта проводится в виде доклада. К защите должны быть представлены: изделие, обоснование проекта, техническая документация, рекламный проспект проекта и экономический расчет.
Таблица 1.1 – Выбор варианта задания

№ варианта	Первая буква фамилии студента
1-й вариант	А, Д, И, Н, С, Х, Щ
2-й вариант	Б, Е, К, О, Т, Ц, Э
3-й вариант	В, Ж, Л, П, У, Ш, Ю
4-й вариант	Г, З, М, Р, Ф, Ч, Я

Задание 1.1. Дать характеристику эвристическим подходам в проектировании и рассмотреть понятия «эвристика» и «эвристические методы». Получить практические навыки построения структуры методов проектирования.
Теоретическая часть задания 1.1

Эвристические методы – это система принципов и правил, которые задают наиболее вероятностные стратегии и тактики деятельности решающего, стимулирующие его интуитивное мышление в процессе решения, генерирование новых идей и на этой основе существенно повышающие эффективность решения определенного класса творческих задач.

Термин «эвристика» происходит от греческого heuresko («отыскиваю», «открываю»). В настоящее время используется несколько значений этого термина. Эвристика может пониматься как:

1) научно-прикладная дисциплина, изучающая творческую деятельность (в то же время следует признать, что основателей теории и общепринятых основных положений не существует);

2) приемы решения проблемных (творческих, нестандартных, креативных) задач в условиях неопределенности, которые обычно противопоставляются формальным методам решения, опирающимся, например, на точные математические алгоритмы;

3) метод обучения;

4) один из способов создания компьютерных программ.

Основой эвристики является психология, особенно тот ее раздел, который получил название психологии творческого или продуктивного мышления. Например, использование эвристических методов технического творчества (прямая и обратная мозговая атака, метод эвристических приемов и метод морфологического анализа и синтеза) в компьютерной инженерии позволяют развить творческое воображение и способности учащихся, сделать первые шаги к изобретательству, созданию новых технических решений. Эвристические приемы как готовые схемы действия составляют объект эвристической логики, а реальный процесс эвристической деятельности – объект психологии. Но если эвристические приемы могут быть представлены в виде определенной логической схемы, т. е. могут быть описаны математическим языком, то эвристическая деятельность на современном этапе развития науки не имеет своего математического выражения.

В эвристике как молодой, развивающейся науке не все понятия достаточно четко определены. Это прежде всего относится к понятию «эвристический метод».

Многие исследователи понимают под ним определенный эффективный, но недостаточно надежный способ решения задач. Он позволяет ограничивать перебор вариантов решения, т. е. сокращать число вариантов, изучаемых перед тем, как выбрать окончательное решение. Понятно, что это определение понятия «эвристический метод» не может быть признано удовлетворительным, так как в нем представлена лишь внешняя характеристика явления, но не раскрыты существенные его черты.

Чтобы раскрыть существо этого понятия, необходимо иметь в виду, что сам термин «эвристический» применим к явлениям двоякого рода. Во-первых, можно рассмотреть как эвристическую деятельность человека, которая приводит к решению сложной, нестандартной задачи. Во-вторых, эвристическими можно считать и специфические приемы, которые человек сформировал у себя в ходе решения одних задач и более или менее сознательно переносит на решение других задач.

К эвристическимследует причислить методы, не имеющие предписывающего значения, как в случае с использованием алгоритмических методов. Характерным свойством эвристических методов является их ориентация на объяснение и понимание происходящих событий. В силу этого обстоятельства необходимость в применении эвристических методов приходится на ранние этапы в динамике научно-исследовательского цикла, тогда как сфера действия алгоритмических методов охватывает его заключительные этапы. Эвристический метод позволяет предоставить больше самостоятельности и творческого поиска.

Эвристические методы:

• 
  метод итераций (последовательного приближения);
  
• 
  метод декомпозиции;
  
• 
  метод контрольных вопросов;
  
• 
  метод мозговой атаки.
  

Основные сведения по данным методам изучить в электронном пособии Хорошева А.Н. «Основы системного проектирования» (Разделы 3.3.1.3 - 3.3.1.6. )¹.

Метод декомпозиции¹

Любой объект-систему можно рассматривать как сложный, состоящий из отдельных взаимосвязанных подсистем, которые, в свою очередь, также могут быть расчленены на части. Такой процесс расчленения системы называется декомпозицией. В качестве систем могут выступать не только материальные объекты, но и процессы, явления и понятия. Декомпозиция позволяет разложить сложную задачу на ряд простых, пусть и взаимосвязанных задач.

При декомпозиции руководствуются определенными правилами.

1. Каждое расчленение образует свой уровень. Исходная система располагается на нулевом уровне. После ее расчленения получаются подсистемы первого уровня. Расчленение этих подсистем или некоторых из них приводит к появлению подсистем второго уровня и т. д.

Упрощенное графическое представление декомпозированной системы называется ее иерархической структурой (рис. 1).

Система 2

Система 1

Надсистема


Подсистема 2

Подсистема 1





Функционал 2

Функционал 1



Мониторинг 2

Мониторинг 1




Рис. 1. Пример иерархической структуры (блок-схема)
Для анализа иерархической структуры могут применять теорию графов. Это позволяет перейти от графической модели к математической, в которой описание ведется по уравнениям, аналогичным законам Кирхгофа в электротехнике или уравнениям гидравлики.

Граф – это совокупность вершин и ребер (ветвей). Вершины – элементы структур, а ребра – связи между ними, изображаемые линиями. Если ребрам поставить в соответствие некоторые структурные параметры (веса́), то такой граф называется взвешенным. Граф называется направленным, если для его ребер указаны определенные направления.


Уровни

0

1

2

3


0.1


1.1

1.2





2.2

2.1


3.1

3.3


3.2


Рис. 2. Граф структуры системы (И-дерево)
Иерархическая структура объектов-систем часто изображается в виде дерева, т. е. графа без замкнутых маршрутов, с расположением вершин по определенным уровням, например, как показано на рис. 2. Вершина верхнего уровня (на рисунке – 0) называется корнем.

Граф, представленный на рис. 2, соответствует И-дереву: вершины, которые расположены на одинаковых уровнях, являются обязательными элементами вышерасположенных систем. (Так, для вершины 0.1 обязательные элементы – 1.1, 1.2, а для вершины 2.2 – 3.1, 3.2 и 3.3. Например, автомобиль состоит из двигателя, И кузова, И шасси.)

Наряду с И-деревом используют ИЛИ-дерево, в котором на одинаковых уровнях располагаются вершины возможных элементов структур, их варианты. Например, автомобиль может иметь двигатель ИЛИ внутреннего сгорания, ИЛИ газотурбинный, ИЛИ электрический.

Часто применяют И-ИЛИ-дерево, которое соединяет уровни с обязательными элементами структуры с уровнями вариантов всех или части этих элементов (рис. 3). Сочетание И- и ИЛИ-уровней может быть произвольным и не обязательно они должны чередоваться.


Уровни

0

1

2

3

4

0.1






ИЛИИИ


1.2

1.1





И


2.2

2.1

2.3





И


3.2

3.1



ИЛИИ

4.1

4.2

Рис. 3. Пример И-ИЛИ-дерева
2. Объект-система расчленяется только по одному, постоянному для всех уровней, признаку. В качестве такого признака может быть:

• 
  функциональное назначение частей,
  
• 
  конструктивное устройство (вид материалов, формы поверхностей и др.),
  
• 
  структурные признаки (вид схемы, способы и др.).
  

3. Вычленяемые подсистемы в сумме должны полностью характеризовать систему, но при этом взаимно исключать друг друга (особенно это касается ИЛИ-деревьев).

Для обозримости рекомендуют выделять на каждом уровне не более 7 подсистем. Недопустимо, чтобы одной из подсистем являлась сама система.

4. Глубина декомпозиции (степень подробности описания) и количество уровней определяются требованиями обозримости и удобства восприятия получаемой иерархической структуры, ее соответствия уровням знаний работающего с ней специалиста.

Методы декомпозиции и последовательных приближений очень распространены, причем часто те, кто применяет их, даже не воспринимают их как методы. Очень эффективным является совместное использование этих методов.