Глава 6. ЭЛЕМЕНТЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СУ МПО

6.1. Общие сведения о проектировании СУ МПО

Проект - это описание системы, прибора или аппарата, которые предстоит создать. Он зарождается в виде технического задания — самого общего исходного первичного описания предмета проектирования. Результатом, как правило, служит полный комплекс документации, содержащий достаточные сведения для изготовления объекта в заданных условиях. Эта документация представляет собой окончательное описание объекта. Преобразование исходного описания в окончательное порождает промежуточные описания, которые рассматриваются при определении направления развития положительных свойств проектируемой системы. Такие описания образуют проектные решения.

Проектирование — важнейшая и наиболее сложная часть разработки новой системы. Чтобы получить качественную новизну функциональных свойств и характеристик требуется выполнить большой объем исследовательских, расчетных и конструкторских работ. Только на этой основе можно преобразовать исходные описания в рабочую документацию.

Проектирование всегда ограничено жесткими временными рамками. Затягивание этого процесса приводит к моральному старению системы еще на стадии разработки, до ее появления в виде законченного изделия. Но ускорение не может быть достигнуто в ущерб глубине и детализации, потому что это отрицательно скажется при изготовлении системы, а затем и при ее эксплуатации.

В настоящее время единственная возможность выполнить необходимый комплекс научно-исследовательских, опытно-конструкторских работ и экспериментальных исследований заключается в автоматизации проектирования на основе использования ЭВМ, которое имеет свои особенности.

Этапы проектирования определяют содержание и последовательность вопросов в процессе проработки описания системы.

Первый этап — формирование технического задания, которое определяет назначение системы, технические требования (функция управления, точность, быстродействие), условия эксплуатации и требования по надежности и сроку службы, технико-экономические показатели (стоимость, масса, габариты).

Следующим этапом является исследовательское проектирование, на котором определяют функциональные особенности и структуру системы управления. Путем моделирования системы выбирают состав и оценивают эффективность технических средств управления, определяют необходимое информационное обеспечение, формируют и исследуют законы управления. На этом этапе осуществляют инженерный анализ и оптимизацию, выбирают элементную базу системы. По результатам исследовательского проектирования дают предварительную оценку реализуемости требований технического задания в сопоставлении с характеристиками управляемого объекта и составом технических средств управления МПО.

На основе результатов, полученных в ходе исследовательского проектирования, начинают этап конструирования. Он заключается в разработке технической документации на изготовление системы, определении контрагентских поставок и комплектующих изделий, согласовании их характеристик с требованиями проектируемой системы.

Далее следует этап технологического проектирования, в ходе которого устанавливают технологические особенности изготовления, контроля и испытаний системы, разрабатывают технологическую документацию, определяют требования к номенклатуре используемых материалов. Результаты этого этапа отражаются в технологических картах.

Степень готовности проекта определяют стадии проектирования.

В ходе стадии предпроектных решений выполняют комплекс работ по формированию технического задания и предложений по структуре системы. Эту стадию определяют как научно-исследовательскую работу (НИР). Ее содержание соответствует этапам разработки технического задания и исследовательского проектирования.

На стадии эскизного проекта (опытно-конструкторская работа — ОКР) проверяют корректность и реализуемость основных принципов и положений, определяющих функционирование будущей системы. Содержание этой стадии соответствует этапу исследовательского проектирования с элементами конструирования.

На стадии технического проекта выполняют всестороннюю проработку всех частей проекта, конкретизируют и детализируют технические решения. В основе этой стадии лежит конструкторское проектирование, дополняемое элементами исследований и технологическими вопросами.

На стадии рабочего проекта формируют необходимую документацию (конструкторскую и технологическую) для изготовления изделия. Далее создают и испытывают опытный образец или пробную партию системы. По результатам испытаний вносят необходимые коррективы в проектную документацию, после чего осуществляют внедрение в производство на выбранном предприятии.

На практике проектирование систем редко носит однонаправленный характер. Как правило, оно развивается итерационным путем, когда на какой-либо стадии проекта приходится обращаться к предыдущим стадиям для уточнения предварительных решений. В наибольшей степени

этот процесс характерен для начальных стадий проектирования при выполнении предпроектных исследований и эскизного проекта. Стремятся, чтобы при техническом и рабочем проектировании все вопросы общего характера функционирования системы были проработаны. Однако окончательные коррективы в проект вносят даже после испытания опытного образца или по результатам опытной эксплуатации системы.

Каждый этап и каждая стадия проектирования имеют свой состав проектных процедур, которые определяют характер использования ЭВМ и других технических средств проектирования.

Исследовательское проектирование выполняют в тот период, когда проектировщик располагает минимумом информации. На этой стадии проектных работ на первый план выступают математические методы исследования системы. В число проектных процедур исследовательского проектирования входят: формирование математических моделей элементов и системы в целом, анализ и синтез. При выполнении этих процедур вычислительные машины используют по своему прямому назначению как средство ускорения инженерных расчетов и оптимизации. Так как проектируемая новая система редко не имеет прототипа, то весьма полезно наличие банка данных о существующих системах подобного типа.

На последующих стадиях проекта объем расчетно-исследовательских работ сокращается, но увеличивается число рабочих документов (схем, чертежей, спецификаций), которые требуют специальных программных и технических средств автоматизированного проектирования.

Степень автоматизации проектирования может быть различной. В настоящее время при проектировании СУ МПО не достигается полная автоматизация этапов или стадий, но ряд проектных процедур и их элементов могут быть выполнены с помощью технических средств и программного обеспечения существующих ЭВМ.

В процессе создания современных СУ МПО проектирование имеет две стороны. Во-первых, оно направлено на создание комплекса технической аппаратуры; во-вторых, — на разработку программного обеспечения создаваемой системы. Проектирование аппаратуры протекает, как правило, традиционно. Создание программного обеспечения является более сложным и трудоемким процессом.

Обычно программное обеспечение СУ МПО содержит три группы программ. Первую из них образуют программы обработки первичной информации о состоянии управляемого объекта, исполнительных органов, об уровне и характере внешних возмущений. Вторую группу составляют основные программы, реализующие управляющие алгоритмы системы. В третью группу входят сервисные программы, необходимые оператору для получения информации о характере процессов в системе, а также те, которые позволяют ему реализовать свою роль в управлении системой. Все три группы программ объединяют в систему реального времени, которая функционирует согласно установленным приоритетам.

В ходе проектирования программное обеспечение проходит несколько уровней проработки. На стадии эскизного проекта характер обработки первичной информации, управления и отображения ситуаций определяют формульными описаниями законов управления. При техническом проектировании их детализируют до уровня алгоритмов обработки цифровой информации. Наибольший объем работы по программному обеспечению приходится на рабочий проект, в котором оно должно быть представлено в виде программ, объединенных в систему, и записанных на принятых носителях информации (магнитных дисках, перфоленте, и т. п.).