6. Формулировка окончательного ТЗ.
Пояснительная записка на этапе технического предложения, должна соответствовать ГОСТ 2.106-96 и иметь следующие разделы, общие для всех этапов проектирования:
- введение;
- назначение и область применения проектируемого прибора;
- технические характеристики;
- описание и обоснование конструкции;
- необходимые расчеты;
- ожидаемые технико-экономические показатели и др.
К записке прикладывается конструкторская документация (обобщенные схемы, чертежи общего вида, габаритный чертеж прибора и другие.).
Эскизное проектирование в соответствии с ГОСТ 2.119-73 предназначено для нахождения принципиальных (функциональных, схемных, конструкторских, технологических) решений прибора, дающих общее представление о принципе работы и устройстве прибора. На этом этапе выполняется функциональное проектирование всех функциональных устройств и элементов, электрических и кинематических схем. Типичными расчетами для электромеханического прибора являются прочностные расчеты и расчет эксплуатационных характеристик, для оптического - энергетические и точностные расчеты, габаритные и аберрационные расчеты оптики.
Схемы должны давать полную информацию о принципе работы и структуре прибора, типе его элементов, их характеристик и взаимосвязей. Одновременно начинается конструирование устройств и блоков. В результате выпускаются чертежи общего вида и отдельных устройств с максимальными упрощениями. При эскизном проектировании рассматривают возможную стандартизацию и унификацию, вопросы технологичности, осуществляют проверку на патентную чистоту и конкурентоспособность.
Техническое проектирование осуществляют после утверждения эскизного проекта. В соответствии с ГОСТ 2.120-73 на этом этапе выполняется тщательная проработка всех схемных, конструктивных и технологических решений, дающих полное представление о приборе. Выполняемые здесь расчеты позволяют установить окончательные требования к узлам и элементам прибора, в частности, уточнить значения погрешностей на основе принятых конструктивных решений.
В процессе технологического проектирования производится анализ конструкции прибора, его узлов и наиболее ответственных деталей на технологичность, определение технологического оборудования и специальной оснастки для их изготовления и испытания. В результате выполнения технического проекта выпускаются сборочные чертежи прибора и его узлов, чертежи всех схем, пояснительная записка и различные приложения. После утверждения заказчиком технического проекта приступают к выполнению рабочего проекта.
Рабочий проект является обязательным этапом проектирования, на котором разрабатывается рабочая документация, предназначенная для изготовления и испытаний опытного образца. Основной объем этого этапа составляет технологическое проектирование, в ходе которого выполняются детальная разработка конструктивных решений прибора и его узлов с указанием технологических требований к сборке и настройке; выпуск рабочих чертежей всех деталей; доработка всех схем до рабочего состояния; выпуск рабочих чертежей оснастки и приспособлений; составление спецификаций и ведомостей покупных и стандартных изделий; составление технического описания, технических условий.
Рабочие чертежи деталей и сборочные чертежи являются основной документацией, необходимой и достаточной для изготовления опытного образца. После внесения необходимых изменений, а также проверки на соответствие ГОСТ 14.206-73 «Технологический контроль конструкторской документации», рабочий проект утверждается и передается в опытное производство.
Изготовленные опытные образцы приборов подвергаются всесторонним испытаниям (предварительным, государственным), которые проводятся в соответствии с нормативными документами. По окончании испытаний составляется акт, в котором дается заключение о возможности запуска прибора в производство. В нем же указываются выявленные недостатки, которые должны быть устранены в процессе подготовки документации к производству.
Заключительным этапом проектирования является доработка документации и подготовка се для запуска прибора в условиях серийного или массового производства. Основной объем этого этапа составляет технологическое проектирование, называемое обычно технологической подготовкой производства.
Лекция 3 Уровни проектирования
1. Функциональное проектирование
Функциональное, или схемное, проектирование как ветвь проектирования r целом имеет достаточно сложную иерархическую структуру. Оно может быть представлено в виде нескольких уровней. Выделяют следующие уровни функционального проектирования, представленные на рисунке 1:
Рисунок 1 Иерархическая структура функционального проектирования
Высшим уровнем функционального проектирования является информационно-логический. На этом уровне прибор рассматривается и проектируется как совокупность функциональных устройств (ФУ), между которыми происходит обмен информацией в виде различного рода данных и команд.
На информационно-логическом уровне проектирования определяется конкретная структура прибора, которая может и отличаться от приведенного на рис. 1, устанавливаются связи функциональных устройств между собой, формулируются требования к ним, а также к сигналам и командам, вырабатываемым тем или иным устройством, исходя из требований технического задания на прибор в целом. Эти требования составляют технические задания на проектирование отдельных функциональных устройств. Таким образом, проектирование на этом уровне состоит сначала из построения структуры проектируемого объекта, а затем r определении оптимальных значений параметров этой структуры
На системотехническом уровне функционального проектирования производится собственно проектирование отдельных функциональных устройств, состоящих из функциональных узлов (ФУЗ). При этом процесс разбивается на ветви, каждая из которых соответствует определенному устройству. Последнее рассматривается как структура, состоящая из взаимосвязанных функциональных блоков (ФБ). Для каждого функционального устройства определяется оптимальный состав блоков и их параметры. Как правило, на этом уровне рассматривается преобразование сигналов отдельными блоками устройств.
На системотехническом уровне проектирования отдельные блоки безотносительно к их внутреннему устройству рассматриваются как преобразователи сигналов.
На схемотехническом уровне производится проектирование отдельных блоков, входящих в состав функциональных устройств, в соответствии с техническими заданиями, сформулированными на предыдущем уровне. При этом каждому блоку соответствует своя ветвь. Принципиально важно, что, начиная с этого уровня, ветви имеют различную специализацию. Она зависит от физической природы блоков, игнорируемой на предыдущем уровне.
Схемотехнический уровень функционального проектирования требует, как правило, наибольшего объема работы. Именно на этом уровне определяются основные параметры различных схем прибора, обеспечивающие в конечном счете его правильную работу и соответствие техническому заданию.
На элементном функциональном уровне проектирования проектировщики имеют дело с внутренним устройством тех функциональных элементов (ФЭ), которые реализуют схемы, рассмотренные на схемотехническом уровне.
2. Конструкторское проектирование
Конструкторское проектирование, или конструирование, проводится обычно параллельно функциональному, иногда с некоторым отставанием от него.
При конструировании определяются материал, форма, размеры отдельных деталей, сборочных единиц и всего прибора в целом.
Различие между функциональным проектированием и конструированием может быть наглядно выражено фразой: проектирование отвечает на вопрос, как устроен прибор, а конструирование - как прибор построен. Другими словами, проектирование отвечает на вопрос, в чем состоят принципы работы прибора, а конструирование - на вопросы, из каких частей он состоит, из каких материалов сделаны детали, как они скреплены между собой.
Конструирование, как и функциональное проектирование, разделяется на уровни. На верхнем уровне определяется общая компоновка всего прибора, взаимное расположение его отдельных узлов, это - компоновочный уровень.
Далее идет уровень, на котором разрабатываются конструкции отдельных частей прибора. В зависимости от сложности прибора, таких уровней может быть несколько. Это - уровни узлов (сборочных единиц). И, наконец, последним идет уровень, на котором разрабатываются и выпускаются рабочие чертежи отдельных деталей. Он называется соответственно уровнем деталей.
Пример структуры изделия представлен на рисунке 2.
Рисунок 2 Структура изделия
3. Технологическое проектирование
На ветви технологического проектирования производится разработка технологических процессов изготовления прибора. Качество изготовления приборов существенно зависит как от качества разработки технологических процессов, так и от технического уровня применяемого оборудования, включая специальное, а также от квалификации рабочих.
На низших уровнях технологического проектирования разрабатываются технологические процессы изготовления отдельных деталей. На верхних уровнях этой ветви выделяют испытания, настройку, сборку. На ветви испытаний разрабатываются методики испытаний прибора на соответствие каждому из разделов технического задания. Далее идет уровень настройки. На нем разрабатываются методики настройки прибора. Затем следует уровень сборки всего прибора. Далее процесс разветвляется по отдельным узлам (сборочным единицам). На этих уровнях разрабатываются техпроцессы сборки, настройки, контроля различных сборочных единиц прибора.
Результатами работы на ветви технологического проектирования являются технологические карты, методики настройки и контроля, данные для станков с числовым программным управлением (ЧПУ) и гибких автоматизированных производств (ГАП).
Автоматизация проектирования, CALS, CAD, CAM, CAE технологии
Для обеспечения конкурентоспособности продукта при проектировании и производстве изделий стали широко применяться компьютерные технологии, или «CALS-технологии» (Continuous Acquisition and Life cycle Support). CALS-технологии - развивающееся понятие, которое определяет современную методологию ведения бизнеса, построенную на основе новейших информационных технологий и строгого следования международным стандартам в области совместного использования и обмена информацией.
Применение компьютеров для решения производственных задач началось еще в эпоху ранних послевоенных моделей универсальных компьютеров, а первые образцы современного оборудования САПР (CAD) существовали уже в середине 50-х годов. Известно, что аббревиатуру CAD впервые использовал основоположник этого научного направления Айвен Сазерленд в своих лекциях, прочитанных в Массачусетском технологическом институте в начале 60-х годов
Широкое распространение САПР обусловлено активным развитием микропроцессорной техники, предоставившей возможности автоматизировать труд инженера по конструированию изделия, инструмента и проектированию технологической подготовки.
Под автоматизацией проектирования понимается такой способ выполнения процесса разработки проекта, когда проектные процедуры и операции осуществляются проектировщиком при тесном взаимодействии с компьютером. Автоматизация проектирования предполагает систематическое использование средств вычислительной техники при рациональном распределении функций между проектировщиком и компьютером и обоснованном выборе методов машинного решения задач.
Рациональное распределение функций между человеком и компьютером подразумевает, что человек должен в основном решать задачи творческого характера, а компьютер - задачи, допускающие формализованное описание в виде алгоритма, что позволяет достичь большей эффективности по сравнению с традиционными ручными способами.
Цель автоматизации проектирования - повышение качества, снижение материальных затрат, сокращение сроков проектирования и числа проектировщиков, повышение производительности их труда.
Система автоматизированного проектирования (САПР) - это организационно-техническая система, состоящая из комплекса средств автоматизации проектирования и обеспечивающая автоматизированное проектирование на всех этапах разработки прибора - от предпроектных исследований, проектирования до подготовки производства.
Наилучшая форма организации процесса проектирования достигается при применении САПР - комплекса средств автоматизации проектирования, взаимосвязанных с необходимыми подразделениями проектной организации и выполняющего автоматизированное проектирование.
Системы автоматизированного проектирования предназначены для выполнения проектных процедур в автоматизированном режиме [20]. САПР создаются в проектных, конструкторских, технологических и других организациях и на предприятиях с целью:
повышения качества и технико-экономического уровня проектируемой и выпускаемой продукции;
- повышения эффективности объектов проектирования;
- уменьшения затрат на их создание и эксплуатацию;
- сокращения сроков, уменьшения трудоемкости проектирования и повышения качества проектной документации.
Достижение этих целей возможно при условиях: систематизации и совершенствования процессов проектирования на основе применения математических методов и средств вычислительной техники;