Проектирование для строительства описание процесса

Проектирование организации представляет собой процесс создания новой организации, в том числе совершенствование существующих организаций, которое невозможно осуществить без предварительной подготовки проекта. Проектирование организации необходимо для создания прототипа (прообраза) создаваемой организации (ее изменений).

В общем виде проектирование организации включает в себя систему разработки организационных элементов, включая их связи и функциональные процессы. В целом понятие проектирование содержит прототип, прообраз возможного будущего состояния компании, предполагая структуру ее технических, экономических, социальных сторон и др.

Со статической позиции проектирование организации включает процесс разработки структурных элементов и их взаимосвязей в моделируемых системах. При их реализации система обладает устойчивостью, надежностью и экономичностью в процессе функционирования. С динамической позиции организационное проектирование характеризуется разработкой функциональных процессов систем, когда определяется характер их связей в системе и при контакте с внешней средой, а также прогнозы их развития.

Состав участников процесса проектирования и строительства (Часть 1)

Объекты проектирования организации

Проектирование организации предполагает установление необходимых пропорций ее элементов, их размещения в пространстве и времени.

Среди объектов организационного проектирования можно выделить предприятие в целом и его отделы (структурные подразделения), а также процессы, происходящие на предприятии.

Процессы в свою очередь подразделяются:

1. Административные, при которых происходит проектирование формальной структуры,
2. Инжиниринговые (технологические) процессы, формирующие производственный процесс,
3. Инновационные (проект нововведений),
4. Функциональные процессы, включающие функциональные роли,
5. Системные процессы, проектирующие системные связи и включающие синергетический (организационный) эффект.

Цели организационного проектирования:

Проектирование организации чаще всего направлено на достижение следующих целей: создать новую организацию, совершенствовать существующую организацию (проведение рационализации), радикально преобразовать существующую организацию (проведение реорганизации).

Таким образом, цель проектирования организации — создание новых предприятий, фирм, включая организационные структуры, механизмы и связи или реконструкция действующих организаций (поиск эффективного сочетания организационных элементов), а также установка наилучшего соответствия между ними.

С нуля проектирование организационных систем происходит осень редко, чаще всего проектирование организации имеет отношение к развитию, расширению, реструктуризацию, модернизацию, реконструкцию, диверсификацию, техническому и технологическому перевооружению действующих систем.

Задача проектирования организации

Центральная задача проектирования организации заключается в определении состава и требуемой численности подразделений (должностей), включая их функции, полномочия, связи между ними, формы и методы осуществления. Далее все это закрепляется в соответствующих нормативных документах.

Моделирование бизнес процессов: гайд от начала до конца

Нормативные документы, которые отражают итоги проектирования организации, могут быть следующие: положения о подразделениях предприятия, должностные инструкции, образцы кадровых документов, положение о планировании, система оплаты труда, положение о документообороте и др.

Проектирование организации взаимосвязано с понятием бизнес-процессов. Которые представляют собой связанные цепочки хозяйственных операций. Бизнес-процесс характеризуется системой последовательных, целенаправленных и регламентированных типов деятельности, в процессе которой через управляющее воздействие посредством ресурсов входы процессов трансформируются в выходы.

Примеры решения задач

1) Уменьшить масштаб управляемости и контроля,

2) Определить состав и требуемое количество подразделений организации.

3) Уменьшить время прохождения информации,

4) Осуществление разделения труда и специализация.

1) Методы и этапы проектирования организации осуществляются независимо друг от друга,

Источник: ru.solverbook.com

Ключевые особенности проектирования

Основной целью архитектурно-строительного проектирования является разработка проектной и рабочей документации на объекты строительства (гражданские, общественные, промышленные здания). Строительное производство и нормы проектирования постоянно изменяются, следовательно, любой проект должен изначально соответствовать требованиям и тенденциям в строительстве. Соответственно, специалисты, работающие в отрасли проектирования, обязаны проходить курсы повышения квалификации для подтверждения актуальных профессиональных знаний.

Особенности проектного процесса

Комплексность. Проектирование базируется на интеграции знаний из смежных областей архитектурно-строительных дисциплин (конструкции, архитектура, инженерное обеспечение, пожарная безопасность). Учитываются социальные и градостроительные факторы в создании проекта.

Последовательность. Выполнение проекта ведется по определенным этапам в зависимости от назначения объекта (предпроектный и проектный).

Знание нормативно-правовой базы в широком диапазоне. Например, кодексы (градостроительный, земельный), технические регламенты (о безопасности зданий и сооружений), своды правил (на проектирование зданий, эвакуационные пути и выходы), государственные стандарты.

Использование цифровых технологий в подаче графического материала. 2D-проектирование (альбомы чертежей – планы, разрезы, фасады), создание 3D-моделей (визуализация объекта в среде), BIM (информационное моделирование с использованием специального программного обеспечения).

В процессе проектирования также выделяют его структурность, которая устанавливает следующие стадии в работе над объектом:

сбор исходно-разрешительных документов (на права собственности, техническое задание и условия);

инженерные изыскания на участке строительства (например, геодезические и геологические);

эскизное проектирование (разрабатываются принципиальные объемно-планировочные решения объекта, чертежи общего вида и пояснительная записка);

разработка проектной и рабочей документации;

экспертиза (проверка на соответствие действующим нормативно-правовым документам).

В итоге формируется комплект документов на строительство в текстовой и графической форме, содержащий необходимые данные об объекте.

На нашем сайте представлена информация об образовательных программах в области проектирования и сертификации .

Источник: specteh40.ru

3.1. Иерархические уровни проектирования

3.4. Классификация моделей и параметров, используемых при автоматизированном проектировании ………………………………….

3.1. Иерархические уровни проектирования

При использовании блочно-иерархического подхода к проектированию представления о проектируемой системе расчленяют на иерархические уровни. На верхнем уровне используют наименее детализированное представление, отражающее только самые общие черты и особенности проектируемой системы. На следующих уровнях степень подробности описания возрастает, при этом рассматривают уже отдельные блоки системы, но с учетом воздействий на каждый из них его соседей. Такой подход позволяет на каждом иерархическом уровне формулировать задачи приемлемой сложности, поддающиеся решению с помощью имеющихся средств проектирования. Разбиение на уровни должно быть таким, чтобы документация на блок любого уровня была обозрима и воспринимаема одним человеком.

Другими словами, блочно-иерархический подход есть декомпозиционный подход, который основан на разбиении сложной задачи большой размерности на последовательно и (или) параллельно решаемые группы задач малой размерности, что существенно сокращает требования к используемым вычислительным ресурсам и время решения задач.

Список иерархических уровней может быть специфичным, но в большинстве характерно следующее выделение уровней:

• системный уровень, на котором решают наиболее общие задачи проектирования систем, машин и процессов; результаты проек­тирования представляют в виде структурных схем, генеральных планов, схем размещения оборудования, диаграмм потоков дан­ных и т. п.;

• макроуровень, на котором проектируют отдельные устройства, узлы машин и приборов; результаты представляют в виде функциональных, принципиальных и кинематических схем, сбороч­ных чертежей и т. п.;

• микроуровень, на котором проектируют отдельные детали и эле­менты машин и приборов.

В зависимости от последовательности решения задач иерархических уровней различают следующие стили проектирования: нисходящее, восходящее и смешанное проектирование. Последовательность решения задач от нижних уровней к верхним характеризует восходящее проектирование, обратная последовательность приводит к нисходящему проектированию, в смешанном стиле имеются элементы как восходящего, так и нисходящего проекти­рования. В большинстве случаев для сложных систем предпочитают нисходящее проектирование. При наличии заранее спроектированных составных блоков (устройств) можно говорить о сме­шанном проектировании.

Неопределенность и нечеткость исходных данных при нисходящем проектировании (так как еще не спроектированы компоненты) или исход­ных требований при восходящем проектировании (поскольку ТЗ имеется на всю систему, а не на ее части) обусловливают необходимость прогнозиро­вания недостающих данных с последующим их уточнением, т. е. последо­вательного приближения к окончательному решению (итерационность проектирования).

Наряду с делением на иерархические уровни применяют разделение представлений о проектируемых объектах на аспекты.

Аспект описания (страта) — описание системы или ёе части с некоторой оговоренной точки зрения, определяемой функциональными, физическими или иного типа отношениями между свойствами и элементами.

Различают аспекты функциональный, информационный, структурный и поведенческий (процессный).

Функциональное описание относят к функ­циям системы и чаще всего представляют его функциональными схемами.

Информационное описание включает в себя основные понятия предметной области (сущности), словесное пояснение или числовые значения характеристик (атрибутов) используемых объектов, а также описание связей между этими понятиями и характеристиками. Информационные модели можно представлять графически (графы, диаграммы сущность-отношение), в виде таблиц или списков.

Структурное описание относится к морфологии системы, характеризует составные части системы и их межсоединения и может быть представлено структурными схемами, а также различного рода конструкторской документацией.

Поведенческое описание характеризует процессы функционирования (алгоритмы) системы и (или) технологические процессы создания системы. Иногда аспекты описаний связывают с подсистемами, функционирование которых основано на различных физических процессах.

3.2. Стадии проектирования

Стадии проектирования — наиболее крупные части проектирова­ния как процесса, развивающегося во времени.

В общем случае выде­ляют:

• стадии научно-исследовательских работ (НИР),
• эскизного проекта или опытно-конструкторских работ (ОКР),
• технического,
• рабочего проек­тов,
• испытаний опытных образцов или опытных партий.

Стадию НИР иногда называют предпроектными исследованиями или стадией техни­ческого предложения. Очевидно, что по мере перехода от стадии к ста­дии степень подробности и тщательность проработки проекта возрас­тают, и рабочий проект уже должен быть вполне достаточным для изготовления опытных или серийных образцов. Близким к определению стадии, но менее четко оговоренным понятием, является понятие этапа проектирования.

Стадии (этапы) проектирования подразделяют на составные части, называемые проектными процедурами. Примерами проектных процедур могут служить подготовка деталировочных чертежей, анализ кинематики, моделирование переходного процесса, оптимизация параметров и другие проектные задачи. В свою очередь, проектные процедуры можно расчленить на более мелкие компоненты, называемые проектными операциями.

Например, при анализе прочности детали сеточными методами операциями могут быть:

• построение сетки,
• выбор или расчет внешних воздействий,
• соб­ственно моделирование полей напряжений и деформаций,
• представление результатов моделирования в графической и текстовой формах.

Проекти­рование сводится к выполнению некоторых последовательностей проект­ных процедур— маршрутов проектирования.

Иногда разработку ТЗ на проектирование называют внешним проекти­рованием, а реализацию ТЗ — внутренним проектированием.

3.3. Содержание технических заданий на проектирование

В ТЗ на проектирование объекта должно содержать, как минимум, сле­дующие данные:

1. Назначение объекта.

2. Условия эксплуатации. Наряду с качественными характеристиками (представленными в вербальной форме) имеются числовые параметры, на­зываемые внешними параметрами, для которых указаны области допустимых значений. Примеры внешних параметров: температура окружающей среды, внешние силы, электрические напряжения, нагрузки и т.п.

3. Требования к выходным параметрам, т.е. к величинам, характери­зующим свойства объекта, интересующие потребителя. Эти требования выражены в виде условий работоспособности

где yt — i-й выходной параметр; RÎ — вид отношения; Ti — норма i-го выходного параметра. В случае R =«равно» нужно задать требуемую точность выпол­нения равенства.

3.4. Классификация моделей и параметров, используемых при автоматизированном проектировании

В автоматизированных проектных процедурах вместо еще не существующего проектируемого объекта оперируют некоторым квазиобъектом — моделью, которая отражает некоторые интересующие исследователя свойства объекта. Модель может быть физическим объектом (макет, стенд) или спецификацией. Среди моделей-спецификаций различают упомянутые выше функциональные, поведенческие, информационные, структурные модели (описания). Эти модели называют математическими, если они формализованы средствами аппарата и языка математики.

В свою очередь, математические модели могут быть геометрическими, топологическими, динамическими, логическими и т. п., если они отражают соответствующие свойства объектов.

Математическая функциональная модель в общем случае представляет собой алгоритм вычисления вектора выходных параметров Y при заданных векторах параметров элементов X и внешних параметров Q.

Математические модели могут быть символическими и численными. При использовании символических моделей оперируют не значениями величин, а их символическими обозначениями (идентификаторами). Численные модели могут быть аналитическими, т. е. их можно представить в виде явно выраженных зависимостей выходных параметров Y от параметров внутренних X и внешних Q, или алгоритмическими, в которых связь Y, X и Q задана неявно в виде алгоритма моделирования.

Классификацию математических моделей выполняют также по ряду других признаков. Так, в зависимости от принадлежности к тому или иному иерархическому уровню выделяют модели уровней системного, функционально-логического, макроуровня (сосредоточенного) и микроуровня (распределенного).

Кроме того, введены понятия полных моделей и макромоделей, моделей статических и динамических, детерминированных и стохастических, аналоговых и дискретных.

Полная модель объекта в отличие от макромодели описывает не только процессы на выходе объекта, но и внутренние процессы.

Статические модели описывают статические состояния, в них отсутствует время в качестве независимой переменной. Динамические модели отражают поведение системы, т. е. в них обязательно используется время.

Стохастические и детерминированные модели различают в зависи­мости от учета или не учета случайных факторов.

В аналоговых моделях переменные — непрерывные величи­ны, в дискретных — дискретные, в частном случае дискретные модели являются логическими (булевыми), в них состояние системы и ее элементов описывается булевыми величинами. В ряде случаев полезно применение смешанных моделей, в которых одна часть подсистем характеризуется ана­логовыми моделями, другая — логическими.

Информационные модели относятся к информационному аспекту описания автоматизированных систем, их используют для описания связей между единица­ми информации и, прежде всего, при проектировании баз данных (БД).

Обычно в алгоритмических моделях фигурируют фазовые переменные. Так, на макроуровне имитационные модели представляют собой системы алгебро-дифференциальных уравнений

при t = 0 V = V0 (1)

где V — вектор фазовых переменных, t — время; V0 — вектор начальных условий. К примерам фазовых переменных можно отнести: токи и напряжения в электрических системах, силы и скорости — в механических, давления и расходы — в гидравлических.

3.5. Типовые проектные процедуры

Создать проект объекта (изделия или процесса) означает выбрать структуру объекта, определить значения всех его параметров и представить результаты в установленной форме. Результаты (проектная документация) могут быть выражены в виде чертежей, схем, пояснительных записок, программ для программно-управляемого технологического оборудования и других документов на бумаге или на машинных носителях информации.

Разработка (или выбор) структуры объекта — проектная процедура, называемая структурным синтезом, а расчет (или выбор) значений пара­метров элементов X — процедура параметрического синтеза.

Задача структурного синтеза формулируется в системотехнике как за­дача принятия решений (ЗПР). Ее суть заключается в определении цели, множества возможных решений и ограничивающих условий.

Классификацию ЗПР осуществляют по ряду признаков. По числу кри­териев различают задачи одно- и многокритериальные. По степени неопре­деленности различают ЗПР детерминированные, ЗПР в условиях риска — при наличии в формулировке задачи случайных параметров, ЗПР в усло­виях неопределенности, т. е. при неполной или недостоверной исходной информации.

Реальные задачи проектирования, как правило, являются многокритериальными. Одна из основных проблем постановки многокритериальных задач — установление правил предпочтения вариантов. Способы сведения многокритериальных задач к однокритериальным и последующие пути ре­шения изучаются в дисциплинах, посвященных методам оптимизации и ма­тематическому программированию.

Наличие случайных факторов усложняет решение ЗПР. Основные под­ходы к решению ЗПР в условиях риска заключаются или в решении «для наихудшего случая», или в учете в целевой функции математического ожидания и дисперсии выходных параметров. В первом случае, задачу решают как детерминированную при завышенных требованиях к качеству решения, что является главным недостатком подхода. Во втором случае, достоверность результатов решения намного выше, но возникают трудности с оценкой це­левой функции. Применение метода Монте-Карло в случае алгоритмиче­ских моделей становится единственной альтернативой и, следовательно, для решения требуются значительные вычислительные ресурсы.

Задачу параметрического синтеза называют параметрической оптимизацией (или оптимизацией), если ее решают как задачу минимизации функции

extr F(X), X Dх

где F(Х) — целевая функция; X — вектор управляемых (называемых также проектными или варьируемыми) параметров; Dx = Х| j(Х) < 0, y(X) = 0> — допустимая область, j(Х) и y (X) — функции-ограничения.

Следующая после синтеза группа проектных процедур — процедуры анализа. Цель анализа — получение информации о характере функционирования и значениях выходных параметров Y при заданных структуре объекта, сведениях о внешних параметрах Q и параметрах элементов X. Если заданы фиксированные значения параметров X и Q, то имеет место проце­дура одновариантного анализа, которая сводится к решению уравнений математической модели, например, такой, как модель (1), и вычислению вектора выходных параметров Y. Если заданы статистические сведения о параметрах, X и нужно получить оценки числовых характеристик распределений выходных параметров (например, оценки математических ожиданий и дисперсий), то это процедура статистического анализа. Если требуется рассчитать матрицы абсолютной А и (или) относительной В чувствитель­ности, то имеет место задача анализа чувствительности.

3.6. Структура САПР

Как и любая сложная система, САПР состоит из подсистем рис. 1. Различают подсистемы проектирующие и обслуживающие.

Проектирующие подсистемы непосредственно выполняют проектные процедуры. Примерами проектирующих подсистем могут служить подсис­темы геометрического трехмерного моделирования механических объектов, изготовления конструкторской документации, схемотехнического ана­лиза, трассировки соединений в печатных платах.

Обслуживающие подсистемы обеспечивают функционирование проектирующих подсистем, их совокупность часто называют системной средой (или оболочкой) САПР. Типичными обслуживающими подсистемами яв­ляются подсистемы управления проектными данными (PDM — Product Data Management), управления процессом проектирования (DesPM, — Design Process Management), пользовательского интерфейса для связи разработчиков с ЭВМ, CASE (Computer Aided Software Engineering) для разработки и сопровождения программного обеспечения САПР, обучающие подсистемы для освоения пользователями технологий, реализованных в САПР.

Структурирование САПР по различным аспектам обусловливает появление видов обеспечения САПР. Принято выделять семь видов обеспе­чения:

• техническое (ТО), включающее различные аппаратные средства (ЭВМ, периферийные устройства, сетевое коммутационное оборудование, линии связи, измерительные средства);
• математическое (МО), объединяющее математические методы, модели и алгоритмы для выполнения проектирования;
• программное (ПО), представляемое компьютерными программами САПР;

Рис 1. Структура программного обеспечения САПР

• информационное(ИО), состоящее из баз данных (БД), систем управления базами данных (СУБД), а также других данных, ис­пользуемых при проектировании; отметим, что вся совокупность используемых при проектировании данных называется информационным фондом САПР, а БД вместе с СУБД носит название бан­ка данных (БнД);
• лингвистическое (ЛО), выражаемое языками общения между проектировщиками и ЭВМ, языками программирования и языками обмена данными между техническими средствами САПР;
• методическое (МетО), включающее различные методики проек­тирования, иногда к МетО относят также математическое обе­спечение;
• организационное (ОО), представляемое штатными расписаниями, должностными инструкциями и другими документами, регламентирующими работу проектного предприятия.

3.1. Иерархические уровни проектирования

При использовании блочно-иерархического подхода к проектированию представления о проектируемой системе расчленяют на иерархические уровни. На верхнем уровне используют наименее детализированное представление, отражающее только самые общие черты и особенности проектируемой системы. На следующих уровнях степень подробности описания возрастает, при этом рассматривают уже отдельные блоки системы, но с учетом воздействий на каждый из них его соседей. Такой подход позволяет на каждом иерархическом уровне формулировать задачи приемлемой сложности, поддающиеся решению с помощью имеющихся средств проектирования. Разбиение на уровни должно быть таким, чтобы документация на блок любого уровня была обозрима и воспринимаема одним человеком.

Другими словами, блочно-иерархический подход есть декомпозиционный подход, который основан на разбиении сложной задачи большой размерности на последовательно и (или) параллельно решаемые группы задач малой размерности, что существенно сокращает требования к используемым вычислительным ресурсам и время решения задач.

Список иерархических уровней может быть специфичным, но в большинстве характерно следующее выделение уровней:

• системный уровень, на котором решают наиболее общие задачи проектирования систем, машин и процессов; результаты проек­тирования представляют в виде структурных схем, генеральных планов, схем размещения оборудования, диаграмм потоков дан­ных и т. п.;

• макроуровень, на котором проектируют отдельные устройства, узлы машин и приборов; результаты представляют в виде функциональных, принципиальных и кинематических схем, сбороч­ных чертежей и т. п.;

• микроуровень, на котором проектируют отдельные детали и эле­менты машин и приборов.

В зависимости от последовательности решения задач иерархических уровней различают следующие стили проектирования: нисходящее, восходящее и смешанное проектирование. Последовательность решения задач от нижних уровней к верхним характеризует восходящее проектирование, обратная последовательность приводит к нисходящему проектированию, в смешанном стиле имеются элементы как восходящего, так и нисходящего проекти­рования. В большинстве случаев для сложных систем предпочитают нисходящее проектирование. При наличии заранее спроектированных составных блоков (устройств) можно говорить о сме­шанном проектировании.

Неопределенность и нечеткость исходных данных при нисходящем проектировании (так как еще не спроектированы компоненты) или исход­ных требований при восходящем проектировании (поскольку ТЗ имеется на всю систему, а не на ее части) обусловливают необходимость прогнозиро­вания недостающих данных с последующим их уточнением, т. е. последо­вательного приближения к окончательному решению (итерационность проектирования).

Наряду с делением на иерархические уровни применяют разделение представлений о проектируемых объектах на аспекты.

Аспект описания (страта) — описание системы или ёе части с некоторой оговоренной точки зрения, определяемой функциональными, физическими или иного типа отношениями между свойствами и элементами.

Различают аспекты функциональный, информационный, структурный и поведенческий (процессный).

Функциональное описание относят к функ­циям системы и чаще всего представляют его функциональными схемами.

Информационное описание включает в себя основные понятия предметной области (сущности), словесное пояснение или числовые значения характеристик (атрибутов) используемых объектов, а также описание связей между этими понятиями и характеристиками. Информационные модели можно представлять графически (графы, диаграммы сущность-отношение), в виде таблиц или списков.

Структурное описание относится к морфологии системы, характеризует составные части системы и их межсоединения и может быть представлено структурными схемами, а также различного рода конструкторской документацией.

Поведенческое описание характеризует процессы функционирования (алгоритмы) системы и (или) технологические процессы создания системы. Иногда аспекты описаний связывают с подсистемами, функционирование которых основано на различных физических процессах.

3.2. Стадии проектирования

Стадии проектирования — наиболее крупные части проектирова­ния как процесса, развивающегося во времени.

В общем случае выде­ляют:

• стадии научно-исследовательских работ (НИР),
• эскизного проекта или опытно-конструкторских работ (ОКР),
• технического,
• рабочего проек­тов,
• испытаний опытных образцов или опытных партий.

Стадию НИР иногда называют предпроектными исследованиями или стадией техни­ческого предложения. Очевидно, что по мере перехода от стадии к ста­дии степень подробности и тщательность проработки проекта возрас­тают, и рабочий проект уже должен быть вполне достаточным для изготовления опытных или серийных образцов. Близким к определению стадии, но менее четко оговоренным понятием, является понятие этапа проектирования.

Стадии (этапы) проектирования подразделяют на составные части, называемые проектными процедурами. Примерами проектных процедур могут служить подготовка деталировочных чертежей, анализ кинематики, моделирование переходного процесса, оптимизация параметров и другие проектные задачи. В свою очередь, проектные процедуры можно расчленить на более мелкие компоненты, называемые проектными операциями.

Например, при анализе прочности детали сеточными методами операциями могут быть:

• построение сетки,
• выбор или расчет внешних воздействий,
• соб­ственно моделирование полей напряжений и деформаций,
• представление результатов моделирования в графической и текстовой формах.

Проекти­рование сводится к выполнению некоторых последовательностей проект­ных процедур— маршрутов проектирования.

Иногда разработку ТЗ на проектирование называют внешним проекти­рованием, а реализацию ТЗ — внутренним проектированием.

3.3. Содержание технических заданий на проектирование

В ТЗ на проектирование объекта должно содержать, как минимум, сле­дующие данные:

1. Назначение объекта.

2. Условия эксплуатации. Наряду с качественными характеристиками (представленными в вербальной форме) имеются числовые параметры, на­зываемые внешними параметрами, для которых указаны области допустимых значений. Примеры внешних параметров: температура окружающей среды, внешние силы, электрические напряжения, нагрузки и т.п.

3. Требования к выходным параметрам, т.е. к величинам, характери­зующим свойства объекта, интересующие потребителя. Эти требования выражены в виде условий работоспособности

где yt — i-й выходной параметр; RÎ — вид отношения; Ti — норма i-го выходного параметра. В случае R =«равно» нужно задать требуемую точность выпол­нения равенства.

3.4. Классификация моделей и параметров, используемых при автоматизированном проектировании

В автоматизированных проектных процедурах вместо еще не существующего проектируемого объекта оперируют некоторым квазиобъектом — моделью, которая отражает некоторые интересующие исследователя свойства объекта. Модель может быть физическим объектом (макет, стенд) или спецификацией. Среди моделей-спецификаций различают упомянутые выше функциональные, поведенческие, информационные, структурные модели (описания). Эти модели называют математическими, если они формализованы средствами аппарата и языка математики.

В свою очередь, математические модели могут быть геометрическими, топологическими, динамическими, логическими и т. п., если они отражают соответствующие свойства объектов.

Математическая функциональная модель в общем случае представляет собой алгоритм вычисления вектора выходных параметров Y при заданных векторах параметров элементов X и внешних параметров Q.

Математические модели могут быть символическими и численными. При использовании символических моделей оперируют не значениями величин, а их символическими обозначениями (идентификаторами). Численные модели могут быть аналитическими, т. е. их можно представить в виде явно выраженных зависимостей выходных параметров Y от параметров внутренних X и внешних Q, или алгоритмическими, в которых связь Y, X и Q задана неявно в виде алгоритма моделирования.

Классификацию математических моделей выполняют также по ряду других признаков. Так, в зависимости от принадлежности к тому или иному иерархическому уровню выделяют модели уровней системного, функционально-логического, макроуровня (сосредоточенного) и микроуровня (распределенного).

Кроме того, введены понятия полных моделей и макромоделей, моделей статических и динамических, детерминированных и стохастических, аналоговых и дискретных.

Полная модель объекта в отличие от макромодели описывает не только процессы на выходе объекта, но и внутренние процессы.

Статические модели описывают статические состояния, в них отсутствует время в качестве независимой переменной. Динамические модели отражают поведение системы, т. е. в них обязательно используется время.

Стохастические и детерминированные модели различают в зависи­мости от учета или не учета случайных факторов.

В аналоговых моделях переменные — непрерывные величи­ны, в дискретных — дискретные, в частном случае дискретные модели являются логическими (булевыми), в них состояние системы и ее элементов описывается булевыми величинами. В ряде случаев полезно применение смешанных моделей, в которых одна часть подсистем характеризуется ана­логовыми моделями, другая — логическими.

Информационные модели относятся к информационному аспекту описания автоматизированных систем, их используют для описания связей между единица­ми информации и, прежде всего, при проектировании баз данных (БД).

Обычно в алгоритмических моделях фигурируют фазовые переменные. Так, на макроуровне имитационные модели представляют собой системы алгебро-дифференциальных уравнений

при t = 0 V = V0 (1)

где V — вектор фазовых переменных, t — время; V0 — вектор начальных условий. К примерам фазовых переменных можно отнести: токи и напряжения в электрических системах, силы и скорости — в механических, давления и расходы — в гидравлических.

3.5. Типовые проектные процедуры

Создать проект объекта (изделия или процесса) означает выбрать структуру объекта, определить значения всех его параметров и представить результаты в установленной форме. Результаты (проектная документация) могут быть выражены в виде чертежей, схем, пояснительных записок, программ для программно-управляемого технологического оборудования и других документов на бумаге или на машинных носителях информации.

Разработка (или выбор) структуры объекта — проектная процедура, называемая структурным синтезом, а расчет (или выбор) значений пара­метров элементов X — процедура параметрического синтеза.

Задача структурного синтеза формулируется в системотехнике как за­дача принятия решений (ЗПР). Ее суть заключается в определении цели, множества возможных решений и ограничивающих условий.

Классификацию ЗПР осуществляют по ряду признаков. По числу кри­териев различают задачи одно- и многокритериальные. По степени неопре­деленности различают ЗПР детерминированные, ЗПР в условиях риска — при наличии в формулировке задачи случайных параметров, ЗПР в усло­виях неопределенности, т. е. при неполной или недостоверной исходной информации.

Реальные задачи проектирования, как правило, являются многокритериальными. Одна из основных проблем постановки многокритериальных задач — установление правил предпочтения вариантов. Способы сведения многокритериальных задач к однокритериальным и последующие пути ре­шения изучаются в дисциплинах, посвященных методам оптимизации и ма­тематическому программированию.

Наличие случайных факторов усложняет решение ЗПР. Основные под­ходы к решению ЗПР в условиях риска заключаются или в решении «для наихудшего случая», или в учете в целевой функции математического ожидания и дисперсии выходных параметров. В первом случае, задачу решают как детерминированную при завышенных требованиях к качеству решения, что является главным недостатком подхода. Во втором случае, достоверность результатов решения намного выше, но возникают трудности с оценкой це­левой функции. Применение метода Монте-Карло в случае алгоритмиче­ских моделей становится единственной альтернативой и, следовательно, для решения требуются значительные вычислительные ресурсы.

Задачу параметрического синтеза называют параметрической оптимизацией (или оптимизацией), если ее решают как задачу минимизации функции

extr F(X), X Dх

где F(Х) — целевая функция; X — вектор управляемых (называемых также проектными или варьируемыми) параметров; Dx = Х| j(Х) < 0, y(X) = 0> — допустимая область, j(Х) и y (X) — функции-ограничения.

Следующая после синтеза группа проектных процедур — процедуры анализа. Цель анализа — получение информации о характере функционирования и значениях выходных параметров Y при заданных структуре объекта, сведениях о внешних параметрах Q и параметрах элементов X. Если заданы фиксированные значения параметров X и Q, то имеет место проце­дура одновариантного анализа, которая сводится к решению уравнений математической модели, например, такой, как модель (1), и вычислению вектора выходных параметров Y. Если заданы статистические сведения о параметрах, X и нужно получить оценки числовых характеристик распределений выходных параметров (например, оценки математических ожиданий и дисперсий), то это процедура статистического анализа. Если требуется рассчитать матрицы абсолютной А и (или) относительной В чувствитель­ности, то имеет место задача анализа чувствительности.

3.6. Структура САПР

Как и любая сложная система, САПР состоит из подсистем рис. 1. Различают подсистемы проектирующие и обслуживающие.

Проектирующие подсистемы непосредственно выполняют проектные процедуры. Примерами проектирующих подсистем могут служить подсис­темы геометрического трехмерного моделирования механических объектов, изготовления конструкторской документации, схемотехнического ана­лиза, трассировки соединений в печатных платах.

Обслуживающие подсистемы обеспечивают функционирование проектирующих подсистем, их совокупность часто называют системной средой (или оболочкой) САПР. Типичными обслуживающими подсистемами яв­ляются подсистемы управления проектными данными (PDM — Product Data Management), управления процессом проектирования (DesPM, — Design Process Management), пользовательского интерфейса для связи разработчиков с ЭВМ, CASE (Computer Aided Software Engineering) для разработки и сопровождения программного обеспечения САПР, обучающие подсистемы для освоения пользователями технологий, реализованных в САПР.

Структурирование САПР по различным аспектам обусловливает появление видов обеспечения САПР. Принято выделять семь видов обеспе­чения:

Источник: moodle.kstu.ru