(Microsoft PowerPoint - 2-podstawowe zasady projektowania [tryb

Podstawowe zasady
projektowania w technice
Projektowanie w technice jest działalnością twórczą
z określonym udziałem prac rutynowych i moŜe dotyczyć
głównie nowych i modernizowanych:
produktów (wyrobów i usług),
procesów technologicznych,
składowania i transportu,
procesów produkcyjnych pomocniczych,
pozostałych procesów przygotowania produkcji,
systemów produkcyjnych (podsystemy przetwarzania
i zarządzania),
zakładów przemysłowych (projekty technologiczno –
organizacyjne i budowlano – instalacyjne, projekty
realizacyjne gniazd, linii, wydziałów i zakładów),
Działania, w wyniku których powstają nowe lub
unowocześnione środki techniczne obejmują:
rozpoznanie potrzeby wytworzenia środka technicznego,
projektowanie i konstruowanie,
wytwarzanie (produkowanie),
eksploatację.
Projektowanie moŜe mieć trzy podstawowe znaczenia:
1. Wybieranie, spośród wielu moŜliwych rozwiązań, sposobu
celowego zastosowania istniejącego środka technicznego lub
zespołu istniejących środków technicznych (maszyn,
urządzeń i pomieszczeń),
2. Wyznaczanie (tworzenie) zmienionego sposobu działania
istniejącego
środka
technicznego
(modernizacja,
doskonalenie),
3. Wyznaczanie zakresu i sposobów działania systemu lub
nowego środka technicznego (rozwiązania nowe),
Rezultatem projektowania jest projekt, który jest wynikiem
procesu myślowego projektanta i zostaje zapisany w postaci
dokumentacji projektowej.
Przykładami projektowania w pierwszym przypadku mogą
być: projektowanie ustawienia maszyn i urządzeń w oddziale
produkcyjnym, projektowanie inwestycji przemysłowej itp.
W drugim i trzecim przypadku w procesie projektowania
wyznacza się podstawy działania środka technicznego oraz
zarys jego postaci konstrukcyjnej.
Projekt, będąc odpowiedzią na potrzebę jest podstawą
konstrukcji.
W praktycznym ujęciu wynikiem projektowania jest realna
wizja środka technicznego (koncepcja), ujęta w postaci
załoŜeń projektowo – konstrukcyjnych.
Projektowanie i konstruowanie jest działaniem na utworach,
natomiast wytwarzanie i eksploatacja – jest działaniem na
wytworach (środkach materialnych).
Wynik prac projektanta lub konstruktora wymaga oceny,
po której następuje decyzja co robić dalej? Dla uniknięcia
decyzji subiektywnych i arbitralnych, stosuje się kryteria, które
są podstawą oceny.
Pomijając
rację
istnienia
środka
podstawowych kryteriów naleŜą:
racja celowości technicznej (po co ?),
racja ekonomiczna (za ile ?),
racja moŜliwości wytwórczych (jak ?).
technicznego,
do
W procesie projektowania i konstruowania wykorzystuje się teŜ
metody optymalizacji, aby wybrać rozwiązanie najlepsze
z określonych powodów.
CZYNNIKI PROJEKTOWANIA
1. Zadanie projektowe,
2. Podmiot projektujący (projektant, zespół projektowy),
3. Proces projektowania,
4. Wytwór projektowania, czyli właściwy projekt, którym jest
zbiór niezbędnych informacji do opracowania i wykonania
przedmiotu projektowania,
5. Metody, narzędzia, pomoce słuŜące do projektowania
i materialne środki realizacji,
6. Podmiot realizujący projekt,
7. Przedmiot projektowania, czyli wyrób, proces technologiczny
lub produkcyjny, system produkcyjny, zakład, obiekt
przemysłowy.
projektowe
Podmiot
projektujący
realizacji
Informacyjne środki
Zadania
PROJEKT
wytwór
projektowania
+
Decyzja
Podmiot
realizujący
projekt
Przedmiot
projektowany
Materialne środki
realizacji
Metody, narzędzia
I pomoce projektanta
Czasami następuje
zwrot do projektanta
-
Decyzja
Rys. 1. Schemat powiązań podstawowych czynników projektowania
+
Do
uŜytkownika
Proces projektowania
Jest to ciąg czynności koniecznych do uzyskania projektu.
Składa się z określonych sekwencji operacji analizy, syntezy,
oceny i decyzji.
MoŜe być rozpatrywany:
1. W pełnym zamkniętym (integralnym) cyklu rozwojowym,
gdy wytworem projektowania jest postać materialna
przedmiotu, np. wyrób, proces, system produkcyjny,
zakład, obiekt przemysłowy.
Rys. 2. Model procesu projektowania w pełnym cyklu rozwojowym – cykl zamknięty
A – analiza, S – synteza, O - ocena
2. W niepełnym, otwartym (partykularnym) cyklu rozwojowym,
gdy wytworem projektowania jest zbiór informacji do
technicznego opracowania i wyprodukowania lub wykonania
materialnej postaci przedmiotu projektowanego.
Rys. 3. Model procesu projektowania w cyklu otwartym
Projektowanie w pełnym zamkniętym cyklu dotyczy
głównie gospodarki rynkowej. Następuje pełne powiązanie
podmiotu projektującego i podmiotu realizującego oraz nie
wyodrębnia się jako produktu i przedmiotu sprzedaŜy wytworu
projektowania projektu właściwego.
Projektowanie w niepełnym, otwartym cyklu dotyczy
głównie warunków minionych, gospodarki planowanej
centralnie.
W procesie projektowania moŜna wyróŜnić co najmniej 10
etapów
1. Rozpoznanie potrzeby,
2. Definicja i opis problemu,
3. Analiza lub synteza,
4. Synteza lub analiza,
5. Optymalizacja i ocena,
6. Prezentacja wyników (dokumentacja przedmiotu
projektowania),
7. Budowa i realizacja materialna,
8. Rozruch i osiąganie projektowanych zdolności
produkcyjnych,
9. Normalna eksploatacja (etap wstępny),
10. Analiza i ocena osiągniętych wyników.
Etapy 1-6 dotyczą projektowania w niepełnym cyklu, a etapy
1-10 dotyczą pełnego cyklu.
Zakres opracowania dokumentacyjnego w projekcie obejmuje:
określenie zapotrzebowania odbiorców lub uŜytkowników na
konkretny produkt, metody wytwórcze, system, obiekt
produkcyjny,
analizę i twórczą syntezę wiedzy oraz doświadczenia
inŜynierskiego w celu określenia ogólnej postaci kształtu
i systemu działania nowego obiektu technicznego wraz
z określeniem wektora zasileń, wektora wyjścia i relacji
powiązań,
sporządzenie wytycznych lub załoŜeń do następnej fazy prac,
analizę techniczno – ekonomiczną przewidywanych wyników,
opracowanie harmonogramu dalszych prac i załoŜeń do
realizacji projektu,
ocena realności osiągnięcia przewidywanych wyników
techniczno – ekonomicznych i projekt decyzji.
Strategia projektowania
Jest to zbiór reguł podporządkowujących określone działania
kaŜdej konkretnej sytuacji, jaka moŜe wystąpić w trakcie
procesu projektowania. Strategia ta jest funkcją informacji,
jaką dysponuje podmiot projektowy.
Najczęściej wyróŜnić moŜna 3 rodzaje strategii:
diagnostyczną,
prognostyczną,
funkcjonalną.
W strategii diagnostycznej przeprowadza się analizę sytuacji,
dokonuje oceny i drogą syntezy tworzy nowe, lepsze
rozwiązania. Na tej strategii oparta jest METODA
ALTSZULERA.
Rys. 4. Algorytm wynalazku Altszulera
W strategii prognostycznej dokonuje się syntezy najlepszego
rozwiązania. Tworzy się niejako rozwiązania idealne,
następnie dokonuje się analizy i oceny.
Wybrane rozwiązanie dostosowuje się do konkretnych
warunków, powtórnie analizuje i poprawia, a po uzyskaniu
rozwiązania końcowego, przedstawia się je do decyzji.
Następnie projekt jest wdraŜany, a wyniki analizowane.
Na tej strategii oparta jest METODA NADLERA.
Rys. 5. Metoda Nadlera
W strategii funkcjonalnej stosuje się róŜne podejścia
i postawy projektowe w zaleŜności od charakteru problemu
i rozwiązywanych funkcji. Liczba tych postaw jest
nieograniczona.
Spotyka się następujące:
projektowania wariantowego,
wyznaczania zbioru rozwiązań dopuszczalnych,
projektowania sekwencyjnego (metodą prób i błędów
dochodzi się do rozwiązania).
W projektowaniu wykorzystuje się metody komputerowe.
Ogólne zasady komputerowego wspomagania
projektowania (CAD)
Metodami komputerowymi moŜna rozwiązywać następujące
problemy:
1. Modelowanie geometrii,
2. Analiza inŜynierska,
3. Badania i ocena rozwiązań projektowych,
4. Kreślenie,
5. Tworzenie bazy danych.
Cztery pierwsze zagadnienia odpowiadają fazom procesu
projektowego, przedstawionego na poniŜszym rysunku:
Proces
projektowy
CAE
Identyfikacja
potrzeby
Przykładowe zastosowanie
wspomagania komputerowego
CAE i CAD
Badania marketingowe
i prognozowanie
wspomagane komputerowo
Zdefiniowanie
problemu
CAD
Synteza
Modelowanie
geometrii
Analiza
i optymalizacja
Analiza
inŜynierska
Ocena
Badanie i ocena
rozwiązań projektowych
Prezentacja
Automatyczne
kreślenie
Rys. 6. Ogólny proces projektowy wyrobów oraz obszary zastosowania w nim
systemów komputerowych
Jednym ze sposobów modelowania geometrii
technika WFGM (wire – frame geometric modeling).
jest
WyróŜnia się 3 jej odmiany:
1. 2 D – dwuwymiarowa, dla płaskich obiektów,
2. 2,5 D – daje większe moŜliwości, ale moŜna pokazać
takie obiekty, które nie mają detali na ścianie bocznej,
3. 3 D – modelowanie trójwymiarowe.
Najbardziej
zaawansowaną
metodą
modelowania
geometrii jest modelowanie bryły w 3 wymiarach. Niektóre
systemy dają moŜliwość wykorzystania barw.
Analizy inŜynierskie dotyczą obliczeń wytrzymałościowych,
w tym odkształceń, przewodnictwa cieplnego, czy teŜ
przekształceń równań róŜniczkowych w celu uzyskania opisu
dynamicznego zachowania się projektowanego obiektu.
Badanie i ocena rozwiązań projektowych
Na terminalach graficznych moŜna analizować rysunki,
a półautomatyczne wymiarowanie i tolerowanie pozwala na
ograniczenie błędów na rysunku.
MoŜna teŜ analizować złoŜone struktury, w celu ich kontroli.
Istnieje teŜ moŜliwość wizualizacji ruchu.
Automatyczne kreślenie za pomocą urządzenia kreślarskiego,
sterowanego z bazy danych. Istnieje na ogół:
automatyczne wymiarowanie,
generowanie powierzchni przekrojów,
przeskalowywanie rysunków,
powiększenie wybranych detali.
MoŜna teŜ wykorzystać moŜliwości obracania rysunku
przedmiotu itp.
Tworzenie bazy danych
Baza danych wpływa na zwiększenie wydajności
projektowania, ale tworzy się ogólnozakładowa wspólna baza
danych. Taka baza obsługuje zakładowy CAD i jest niezbędna
do wytwarzania wyrobu w obrębie systemu CAM.
CAD
Grafika
interaktywna
CAM
Planowanie
geometrii
Projektowanie
narzędzi
i oprogramowania
Analiza
inŜynierska
Programowanie
urządzeń sterowanych
numerycznie
Badanie
i ocena
rozwiązań
projektowych
Automatyczne
kreślenie
Baza
danych
CAD/CAM
Planowanie
(opracowanie)
procesów obróbki
i montaŜu marszruty prod.
Planowanie i sterowanie
produkcją oraz
harmonogramowanie
Rys. 7. Powiązanie wspólnej bazy z systemami CAD/CAM
produkcja