Аспекты и иерархические уровни проектирования

В представлениях инженера о сложных технических объектах принято выделять аспекты и иерархические уровни.

Аспекты (от лат. aspectus - вид, точка зрения, с которой рассматривается какое-либо явление, понятие, перспектива) характеризуют ту или иную группу родственных свойств объек­та. Типичные аспекты - функциональный, конструкторский, технологический.

Функциональный аспект отражает физические и информационные про­цессы (принципы), протекающие в объекте при его функционировании (принципиальные, структурные, функциональные, кинематические и другие схемы), конструкторский – структуру (т.е. состав и взаимосвязи отдельных частей), расположение в пространстве и форму составных частей объекта (реализация результатов функционального проектирования), технологический - возможности и способы реализации или изготовления (реализация результатов конструкторского проектирования). В за­висимости от разновидностей объектов могут быть и другие аспекты, например, при проектировании электромеханических систем - электрический (электронный) и механический.

В соответствии с указанными аспектами различают функциональное, конструкторское и технологическое проектирование.

Внутри каждого аспекта представление о сложных объектах разделяют на иерархические (от греч. hieros - священный и arche - власть, расположение частей или элементов целого в порядке от высшего к низшему (т.н. «дерево»)) уровни (уровни абстрагирования). На верхнем иерархическом уровне рассматривается весь сложный объект как совокупность взаимосвязан­ных подсистем, описание каждой подсистемы не должно быть слишком под­робным [1].

На следующем иерархическом уровне подсистемы рассматриваются от­дельно как системы, состоящие из некоторых составных частей, и получают более подробное описание. Данный иерархический уровень является уровнем подсистем. Такое разделение описания сложного объекта на части и раздельное исследование свойств по выделенным частям есть декомпозиция.

Процесс декомпозиции описаний и поблочного их рассмотрения с воз­растающей степенью детализации продолжается вплоть до получения описаний блоков, состоящих из базовых элементов.

Разделение описаний проектируемого объекта на иерархические уровни по степени подробности отражения свойств объекта составляет сущность блочно-иерархического подхода (принципа) (БИП) к проектированию. При этом все первичное описание объекта структурируется и разделяется на уровни, отличающиеся по степени детализации объекта. Различают:

·   иерархические (горизонтальные) уровни;

·   аспекты (вертикальные);

·  по описанию свойств объекта.

Методология БИП базируется на 3-х основных концепциях:

· разбиение или локальная оптимизация;

· абстрагирование (учитываются наиболее существенные параметры);

· повторяемость (опыт предыдущей работы).

Принципы системного подхода:

· иерархичность - каждая подсистема или элемент могут рассматриваться как система;

· структурность - это возможность описания системы с помощью коммутационных связей между её элементами;

· взаимозависимость – это возможность проявления свойств системы только при взаимодействии с окружающей средой;

· множественность системы – описание системы на основе множества математических моделей;

· целостность рассматриваемой системы – изучение свойств целой системы на основе анализа и знаний ее частей [1].

Соответственно возможно раз­деление проектирования как процесса на группы проектных процедур, связан­ных с получением и преобразованием описаний выделенных уровней. Эти группы процедур называются иерархическими уровнями проектирования.

В машиностроении (при конструкторском проектировании) базовые элементы представлены деталями: винт, шпонка, вал, зубчатое колесо и т.д. Это нижний уровень, на нем системами яв­ляются сборочные единицы: редуктор, двигатель, тормоз, соединительные муфты и т.п. Базовыми элементами могут быть не только детали, но и объекты, состоящие из многих деталей и получаемые как законченные комплектующие изделия (подшипники, реле, измерительные приборы и т.п.).

Сборочные единицы являются элементами агрегатов (комплексов) - си­стем следующего иерархического уровня (механизм подачи электродной проволоки, система управления сварочным циклом, источник питания и т.п.).

На следующем иерархическом уровне может рассматриваться машина в целом, на более высоких уровнях - комплексы машин, объединяемые в произ­водственные образования.

При рассмотрении технологических процессов в машиностроении наибо­лее общее, но и наименее детальное описание представляется принципиальной схемой технологического процесса. На следующем, более низком иерархи­ческом уровне описываются маршруты обработки (маршрутная технология) как системы, состоящие из элементов - технологических операций. Далее выделяют­ся уровни описаний операционной технологии и управляющих программ [1].

Таким образом, для описания сложных объектов характерны следующие принципы:

- декомпозиция;

- иерархичность описания объектов;

- многоэтапность и итерационность проектирования;

- типизация и унификация проектных решений и средств проектирования.