Примеры блочно-иерархической структуры представлений об объектах в различных областях техники.

В машиностроении базовые элементы представлены деталями. Примерами деталей являются винт, шпонка, маслоотражатель, вал, зубчатое колесо. Детали рассматриваются как элементы, фигурирующие в описаниях низшего иерархического уровня, на котором системами являются сборочные единицы (например, редуктор металлообрабатывающего станка, карбюратор двигателя внутренненго сгорания, электропневмоклапан в системе подачи

топлива в камеру сгорания реактивного двигателя). Иногда базовыми элементами таких систем могут быть не только детали, но и объекты, состоящие из многих деталей и получаемые на данном предприятии как законченные комплектующие изделия (например, подшипники качения, реле и т. п.). Сбороч­ные единицы являются элементами агрегатов (комплексов) — си­стем следующего иерархического уровня (например, металлооб­рабатывающих станков, гидравлических прессов, двигателей внутреннего сгорания, газотурбинной установки). В некоторых областях техники используются дополнительные более высокие иерархические уровни. Так, станок может быть элементом комплекта — совокупности технологического оборудования в поточ­ной линии, двигатель — элементом в таких сложных системах, как летательный аппарат или автомобиль.

При рассмотрении технологических процессов в машиностроении наиболее общее, но и наименее детальное описание представляется принципиальной схемой технологического процесса. На следующем иерархическом уровне описываются маршруты обработки деталей (маршрутная технология) как системы, состоящие из элементов — технологических операций. Дальнейшее применение принципов иерархичности и блочности приводит к выделению уровней описания операционной технологии и управляющих программ для станков с числовым про­граммным управлением. На уровне описания управляющих программ технология определена с точностью до элементарных дви­жений рабочих органов программно-управляемого технологиче­ского оборудования.

При проектировании радиоэлектронной аппаратуры к базовым элементам относят элементы принципиальных электрических схем (интегральные микросхемы и такие дискретные электрорадиоэлементы, как резисторы, конденсаторы, транзисторы, трансформаторы). Из этих элементов образуются функциональные узлы — усилители, вторичные источники питания, сумматоры, преобразователи сигналов и т. п. В свою очередь, функциональные узлы входят как элементы в состав более слож­ных образований — устройств или блоков, описываемых с по­мощью функциональных схем. Примерами устройств являются процессор, оперативное запоминающее устройство, передатчик, модем. Из устройств компонуются радиоэлектронные системы (ЭВМ, радиолокационная станция, система управления движущимся объектом), описываемые с помощью структурных схем. Возможно выделение как некоторых промежуточных иерархических уровней, так и более высоких иерархических уровней для описания объединений систем (например, уровня, на котором рассматриваются вычислительные сети, состоящие из ЭВМ, вычислительных систем, аппаратуры передачи данных и абонентских пунктов).

При архитектурно-строительном проектировании промышленных предприятий выделяют иерархические уровни отдельных зданий, комплекса зданий, города, региона, на каждом из которых элементами являются системы предшествующего более низкого иерархического уровня. Подобное блочно-иерархическое структурирование описаний характерно для всех областей техники, где проектируются объекты высокой или умеренной сложности.

Аспекты описаний проектируемых объектов. Кроме расчленения описаний по степени подробности отражения свойств объекта, порождающего иерархические уровни, используют декомпозицию описаний по характеру отображаемых свойств объекта. Такая декомпозиция приводит к появлению ряда аспектов описаний. Наиболее крупными являются функциональный, конструкторский и технологический аспекты. Решение задач, связанных с преобразованием или получением описаний, относящихся к этим аспектам, называют соответственно функциональным, конструкторским и технологическим проектированием.

Функциональный аспект связан с отображением основных принципов функционирования, характера физических и информационных процессов, протекающих в объекте, и находит выражение в принципиальных, функциональных, структурных, кинематических схемах и сопровождающих их документах.

Конструкторский аспект связан с реализацией результатов функционального проектирования, т. е. с

 

 

 

определением геометрических форм объектов и их взаимным расположением в пространстве.

Технологический аспект относится к реализации результатов конструкторского проектирования, т. е. связан с описанием методов и средств изготовления объектов.

Возможно более дифференцированное описание свойств объекта с выделением в нем ряда подсистем и соответствующего числа аспектов. Например, функциональный аспект можно разделить по физическим основам описываемых явлений на аспекты электрический, меха­нический, гидравлический, химический и т. п. При этом в описаниях электромеханической системы появляются описания электрической и механической подсистем, в описаниях ядерного реактора — описания газодинамической, тепловой, физико-нейтронной подсистем, в описа­ниях оптико-электронного прибора — описания электрической и оптической подсистем и т. д.

Внутри каждого аспекта возможно свое специфическое выделение иерархических уровней. Так, функциональный аспект описания радиоэлектронной аппаратуры включает в себя отмеченные выше иерархические уровни принципиальных, функциональных и структурных схем. В то же время конструкторскому аспекту опи­сания радиоэлектронной аппаратуры присуща своя ие­рархия уровней, в которой выделяют уровни типовых элементов замены, панелей, рам и стоек.

Составные части процесса проектирования. Проектирование как процесс, развивающийся во времени, расчленяется на стадии, этапы, проектные процедуры и операции.

При проектировании сложных систем выделяют стадиипредпро-ектных исследований, технического задания и технического предложения, эскизного, технического, рабочего проектов, испытаний и внедрения.

На стадиях предпроектных исследований, технического задания и технического предложения на основании изучения потребностей общества в получении новых изделий, научно-технических достижений в данной и смежной отраслях промышленности, имеющихся ресурсов определяют назначение, основные принципы построения технического объекта и формулируют техническое задание (ТЗ) на егопроектирование. Эти стадии называют также стадиями научно-исследовательских работ (НИР).

На стадии эскизного проекта (иначе стадии опытно-конструкторских работ—ОКР) проверяется корректность и реализуемость основных принципов и положений, определяющих функционирование будущего объекта, и создается его эскизный проект.

На стадии технического проекта выполняется всесторонняя проработка всех частей проекта, конкретизируются и детализируются технические решения.

На стадии рабочего проекта формируется вся необходимая документация для изготовления изделия. Далее создается и испытывается опытный образец или пробная партия изделий, по результатам испытаний вносятся не­обходимые коррективы в проектную документацию, после чего осуществляется внедрение в производство на выбранном предприятии.

Этап проектирования — часть процесса проектирования, включающая в себя формирование всех требующихся описаний объекта, относящихся к одному или нескольким иерархическим уровням и аспектам. Часто названия этапов совпадают с названиями соответствую­щих иерархических уровней и аспектов. Так, проектирование технологических процессов расчленяют на этапы разработки принципиальных схем технологического процесса, маршрутной технологии, операционной технологии и получения управляющей информации на машинных носителях для программно-управляемого технологического оборудования. При проектировании больших интегральных схем (БИС) выделяют этапы проектирования компо­нентов, схемотехнического, функционально-логического и топологического проектирования. Первые три из этих

этапов связаны с решением задач трех иерархических уровней функционального аспекта, имеющих аналогичные названия. Этап топологического проектирования включает в себя задачи, относящиеся ко всем иерархическим уровням конструкторского аспекта в проектиро­вании БИС.

Составные части этапа проектирования называют п роектными процедурами. Проектная процедура — часть этапа, выполнение которой заканчивается получением проектного решения. Каждой проектной процедуре соответствует некоторая задача проектирова­ния, решаемая в рамках данной процедуры. Более мел­кие составные части процесса проектирования, входя­щие в состав проектных процедур, называют проектными операциями. Примерами проектных процедур могут служить: оформление чертежа изделия, расчет параметров усилителя, выбор типовой конструкции для построения электродвигателя, а примерами проектных операций — вычерчивание типового графиче­ского изображения (зубчатого зацепления, рамки чертежа и т. п.), решение системы алгебраических уравнений, описывающих статическое состояние усилителя, расчет показателей эффективности очередного варианта построения электродвигателя.

Таким образом, понятия уровня и аспекта относятся к структурированию представлений о проектируемом объекте, а понятие этапа — к структурированию процесса проектирования.