2). Полосовые диаграммы аналогичны столбиковым, но с обязательной вертикальной базовой линией, например:
3). Секторные диаграммы используют для наглядного отображения удельного веса или объема составных частей в чем-то целом. За единицу измерения диаграммы принимают угол 3,6° (т.е. одну сотую часть круга). Количественные процентные отношения вписывают в секторы или указывают рядом на полках-выносках, а количество секторов должно быть не более восьми, чтобы не перегружать диаграмму.
4). Объемные диаграммы чаще всего применяются для сравнения каких-либо структур:
ЛЕКЦИЯ 25. Новые методы проектирования.
Появление и развитие электронно-вычислительной техники привело к созданию системы автоматизированного проектирования и разработки конструкторской документации – САПР, которая является аналогом зарубежной системы CAD (Computer Aided Design – компьютерная система содействия). Использование САПР позволяет конструктору, научному работнику, исследователю сосредоточиться в основном на творческой стороне процесса, освобождая его от кропотливой, нередко рутинной работы, связанной с оформлением полученных результатов.
Общедоступными в настоящее время являются следующие программы и приложения САПР: 1). На расчет прочности авиационных конструкций: Nastran, Patran, Femap, Nasgro, Catia V.5, Teamcenter (АП-25), Алтай. 2). Для проектирования и изготовления деталей на новейших станках с ЧПУ: SolidWorks, Siemens-NX5 и PLM (см. примечание). 3). Для проектирования приборов и других инженерных расчетов: Компас, PCAD, AutoCAD или ACAD), Космос, Orcad. 4). Для разработки цифровых устройств микроэлектроники и устройств связи: ПЛИС, ЦОС, PSoC (программируемая система на кристалле), Ethernet TX|FX (FPGA Altera). 5). Программы общего назначения: MOffice, ADS, и т.д.
Специальные подпрограммы САПР позволяют выполнять сопряжения деталей, наносить на чертеже отклонения формы и расположения поверхностей, моделировать другие графические операции (например, трехмерное моделирование). Прямые, окружности, различные кривые линии аппроксимируются весьма малыми отрезками элементарных координатных перемещений, задаваемых компьютером, так, что при многократном увеличении и при распечатке документов реализуется высокий уровень их качества.
Для разработки чертежей типовые детали и сборочные единицы, составляющие иногда до 80% всего объема деталей проектируемого изделия, заранее введены в память компьютера с целью их многократного и автоматического использования. Для них разработаны информационные чертежи и даны методические указания по использованию. Так, например, конструктору достаточно ввести в соответствующую таблицу данные детали (длину, диаметр и пр.), и компьютер выдаст ее чертеж с размерами, их предельными отклонениями, параметрами шероховатости и другими надписями на чертеже. Аналогично строятся электрические, кинематические, пневматические схемы устройств по предложенным базам данных специальных программ.
В современных САПР библиотека предложенных устройств и их деталей имеет довольно большой объем, поэтому она разбита на множество библиотек подпрограмм, которые различаются между собой техническими требованиями, особыми начертаниями УГО, единицами измерения и т.д.
При построении модели (некоторого исходного варианта) проектируемого изделия используют обычно метод задания входных и выходных величин, параметров, соответствующих поставленной задаче. В процессе автоматизированного проектирования на оператора или программиста возлагаются творческие функции: выбор варианта решения поставленной задачи, определения структуры изделия, метода расчета и т.д.
Применительно к разработке радиоэлектронной аппаратуры компьютер по используемой программе САПР должен выполнять следующие виды работ: 1). Хранение и накопление данных. 2). Выдача справок и рекомендаций по типовым решениям и характеристикам приборов. 3). Выдача сведений о наличии комплектующих деталей и материалов. 4). Проектирование принципиальной схемы прибора по заданным характеристикам электропитания, входных и выходных сигналов. 5). Моделирование поведения какого-либо устройства по заданной принципиальной схеме при изменении условий эксплуатации. 6). Трассировка соединений и построение последовательности хода точек сверления для платы печатного монтажа прибора. 7). Расчет тепловых режимов и надежности прибора. 8). Автоматическое вычерчивание и редактирование всей КД.
Примечание: Siemens-PLM Software (бывшая UGS) объявила стратегию технологического развития на ближайшее время, основу которой составляет новая технология синхронного проектирования. На ней теперь будут базироваться обе ее САПР — NX и Solid Edge. Главная идея новшества заключается в поэлементном моделировании без использования дерева построения модели, которое сейчас является самым распространенным методом проектирования.
Новая технология синхронизирует процессы подготовки геометрии моделей и правил их построения с помощью экспертной системы. Чтобы понять преимущества новинки, рассмотрим предшествующие методы проектирования. С конца 80-х в индустрии САПР доминирует способ, основанный на истории построения модели (history-based design). Он положен в основу систем SolidWorks, PTC Pro/Engineer и Autodesk Inventor и подразумевает, что каждый новый конструктивный элемент позиционируется относительно ранее построенных элементов, а при изменении значения параметра одного элемента происходит пересчет формы всех элементов на его основе. Такой подход позволяет сохранять взаимосвязи между элементами проекта, но сильно затрудняет внесение изменений в модель. Ведь каждый следующий этап ее построения зависит от предыдущего. Но чем сложнее модель, тем сложнее история ее создания и соответственно труднее ее редактирование. А ведь сейчас предприятия стремятся к многократному использованию проектных данных, и внесение изменений в ранее созданные модели обретает особую важность.
Решить эту проблему позволяет метод проектирования без использования истории построения модели (history-free design), который начал обретать популярность в последние пару лет. При его применении история построения модели не ведется. Этот метод реализовали компании IronCAD, SpaceClaim, Kubotek (бывшая Cadkey) и CoCreate (в прошлом году купленная фирмой PTC). Более того, сама Siemens PLM уже встроила его поддержку в NX 5 — последнюю версию своей флагманской САПР. Серьезное преимущество “неисторического” подхода заключается в том, что без дерева построения вносить в модель изменения становится гораздо легче. Второе немаловажное достоинство состоит в упрощении импорта моделей из других САПР. Ведь в данном случае можно обойтись без трансляторов и конверторов, необходимых для преобразования дерева построения из одного формата в другой. Это особенно важно в нынешних условиях глобализации экономики, когда инженеры работают в распределенных средах, включающих различные САПР.
По словам представителей Siemens PLM, синхронное проектирование является дальнейшим развитием “неисторического” метода, реализованного в NX 5. Например, оно позволяет не только использовать геометрию модели, но и учитывать взаимосвязи между ее элементами, такие как касание, наличие общей оси, совмещение на плоскости и т. д., чтобы в случае необходимости сохранять их в процессе редактирования. Именно поэтому новинка и получила название синхронной. Ведь с ее помощью можно редактировать геометрию модели и одновременно применять правила ее построения, используя вышеуказанную экспертную систему.
“Несмотря на явный прогресс технологии 3D-моделирования, создание конструктивных элементов требует значительных вычислительных ресурсов для пересчета модели с учетом ее дерева построения. В традиционном параметрическом моделировании к геометрии применяются определенные правила, которые помогают автоматизировать запланированные изменения конструкции, но не обеспечивают выполнения непредусмотренных изменений. Моделирование без дерева построения избавляет от ограничивающих условий, но не дает возможности учитывать замысел конструктора. Прямое редактирование сокращает необходимость в анализе всей предыстории построения, но не распознает конструктивные элементы. Новая технология синхронного моделирования объединяет лучшие качества этих методов, что позволяет быстро и эффективно проводить изменения в конструкции”.
Правда, отсутствие подробностей и практических примеров применения дает основания утверждать, что сейчас новинка представляет собой лишь концепцию, а не готовое решение. Видимо, дальнейшие детали будут известны после выпуска новых версий систем NX и Solid Edge, который намечен на III квартал нынешнего года.
Комментируя анонс Siemens PLM, специалисты отмечают, что, несмотря на заявления об инновационности, компания не является пионером в области проектирования без использования истории построения модели. Этим методом заинтересовались не только перечисленные выше молодые компании, но и основные конкуренты Siemens PLM — компании PTC и Dassault.
Так, Dassault представила на проходившей недавно конференции пользователей новую функцию САПР CATIA под названием Live Shape, которая позволяет конструктору выбирать, какой метод — с деревом построения или без него — применить в проекте. Одновременно использовать оба подхода не имеет смысла, так как такое комбинирование не сулит ничего хорошего. Поэтому было решено реализовать новинку в виде автономного инструмента и оставить право выбора за пользователями.
Компания PTC также не собирается объединять оба метода проектирования. Об этом было заявлено в начале этого года на презентации последней версии САПР Pro/Engineer 4.0. Надо сказать, что пользователи с интересом ждут сообщений о планах PTC в этой области. Ведь недавно она купила фирму CoCreate — одного из первопроходцев в области прямого моделирования. Но на данный момент известно лишь, что PTC намерена продолжить развитие продуктов CoCreate в виде автономных систем.
Аналитики отмечают новаторство Siemens PLM. Так, эксперты компании CIMdata считают уникальной возможностью технологии синхронного проектирования то, что пользователь имеет полный контроль над параметрами и элементами импортированной, а затем сохраненной модели. Благодаря этому он может вернуться к ее редактированию в любое время и менять элементы в любом порядке. Поэтому CIMdata выделяет в качестве главного преимущества новинки упрощение работы с моделями, полученными из других САПР.
По мнению экспертов Gartner, данный анонс указывает на беспочвенность опасений о том, что, купив UGS, корпорация Siemens задвинет развитие САПР на второй план. Кроме того, аналитики считают, что это событие лишний раз подтверждает прогноз о скором появлении САПР следующего поколения, в которых метод проектирования на основе дерева модели уже не будет играть ведущую роль. Что касается самой синхронной технологии, то в Gartner отмечают, что она направлена на повышение производительности труда проектировщиков и многократное использование моделей, созданных в разных САПР. А ведь именно эти два вопроса многие пользователи считают наиболее важными в последнее время.
В заключение темы демонстрируется 20-минутный ролик по использованию программы САПР Siemens.
ЛЕКЦИЯ 26. Некоторые аспекты решения комплексных задач проектирования авиационных приборов.
Комплексным подходом при проектировании различных систем является разработка комплексного плана, включающего подбор персонала, процессы разработки и инструменты.
Известно, что инженеры-разработчики систем управления ЛА тратят много времени на исправление дефектов, обнаруженных на поздних стадиях проектирования, но допущенных на более ранних его этапах. Одно из исследований NASA в 2003 году процессов проектирования авиационных приборов (а также и в других отраслях промышленности) показывает, что основной источник затруднений и задержек при конструировании – это исправление ошибок в спецификации изделия. По данным проведенного исследования, 60% дефектов вносятся в спецификацию, причем 55% этих дефектов не обнаруживаются до стадии испытания опытных образцов. В результате весь процесс проектирования становится неэффективным. Так, например, время, которое тратят инженеры по настройке и отладке программного обеспечения контроллеров авионики, увеличивает общее время проекта, относительную стоимость исправления ошибок на поздней стадии разработки и отнимает часть средств из первоначальной сметы.
Чтобы избежать большого количества ошибок при проектировании новых устройств, можно обойтись небольшими проектами, требующими минимальных изменений (модернизаций) оборудования. Но они не очень хороши, из-за того, что в них мало возможностей получения экономии. Прибор, спроектированный с минимальными изменениями, не сможет претендовать на долгое применение, ввиду малого числа новых особенностей.
Если проект критически важен для успеха, компании-разработчики новых систем зачастую идут на рискованные методы проектирования, но при этом параллельно ведут резервное проектирование традиционными методами.
С целью минимизации рисков важно сначала выяснить, каким образом можно согласовать между собой работу отдельных подразделений, чтобы выполнять поставленные задачи. Производственные подразделения редко имеют возможность приостанавливать разработку на время проведения масштабных изменений в процессе. Каждый этап проектирования должен иметь четко определенные цели, показатели и контрольные точки выполнения задания с последующей оценкой и уточнением плана.
Задачи комплексного проектирования затрагивают несколько инженерных дисциплин, поэтому отдельные этапы проектирования могут быть представлены в разных средах САПР. Но, в любом случае, проектирование АП должно начинаться с определения архитектуры и интерфейсов бортового оборудования, а уже затем – с определения программного обеспечения и разработки детализированных функций, соответствующим техническим требованиям. Элементы проекта, разработанные на этапе составления технических требований, проектные документы, в том числе и спецификация на изделие генерируются встроенными приложениями САПР. Компьютерное моделирование необходимо для автоматического повторения процедур разработки и сокращения времени проекта.