Классификация моделей объектов проектирования

1. Классификация моделей объектов проектирования

ОБЪЕКТ инженерного проектирования - материальный объект искусственной природы, который должен быть создан для разрешения определенной проблемы, возникающей или выделенной в одном из фрагментов действительности.

В машиностроении в качестве объекта инженерного проектирования выступают технологические операции определенных классов.

Совокупность СВОЙСТВ объекта проектирования делится на внешние Y и внутренние Х свойства.

ВНЕШНИЕ свойства объекта проектирования разделяются на два подмножества:

- существенные (функциональные или свойства назначения) Y_н, которые подлежат непосредственной реализации при использовании объекта по прямому назначению,

- утилитарные (нефункциональные) - Y_у, присущие любому реальному объекту (объем, масса, стоимость и др.).

Справедливо соотношение: Y = Y_н U Y_у.

ВНУТРЕННИЕ свойства проектирования характеризуют физический, химический и др. процессы, а также техническую форму его реализации как принцип действия данного объекта проектирования.

МОДЕЛЬ ОБЪЕКТА M(О) - приближенное описание какого-либо класса явлений, выраженное с помощью математической символики.

Модели объектов проектирования классифицируют по ряду признаков:

- способу построения,

- степени полноты отображения рассматриваемых сторон объекта,

- степени общности в отношении к объекту,

- пригодности для целей прогнозирования,

- назначению.

Кратко рассмотрим каждую из групп моделей.

А. По способу построения различают модели семиотические (знаковые) и материальные (предметные ).

Семиотические модели предназначены для отображения с помощью знаков объектов различной природы, свойств этих объектов, а также различных отношений между объектами свойствами и значениями свойств.

Материальные (предметные) модели включают натурные (экспериментальные, лабораторные, опытные образцы объектов); геометрически подобные (пространственные макеты); физически подобные (модели, обладающие механическим, кинематическим, динамическим и другими видами физического подобия с объектом); предметно-математические (созданными с помощью ЭВМ).

Б. По степени полноты отображения (представления) объекта модели могут быть полными - M(O); неполными (различной степени неполноты по содержанию или объему) - M'(O), M"(O),..., Mⁿ (O).

B. По степени общности в отношении к оригиналу выделяют модели описания M_o(O) (отображают характерные стороны объектов); модели-интерпретаторы M_i(O) (представляют отдельные объекты, входящие в состав некоторого класса и учитывают особенности их частной реализации); модели - аналоги M_a(O) (различные по форме представления, но равные между собой степени общности в отношении оригинала).

Г. По характеру воспроизводимых сторон объекта проектирования выделяют субстанциональные модели SbM(O) (характеризуют пространство возможных состояний объекта, примеры: справочники, описания типовых проектных решений, технологических операций); функциональные модели FnM(O) (в отличие от моделей SbM(O) характеризуют объект только в аспекте определенных его отношений со средой или другими объектами. Отображают поведение объекта, его приспособленность к определенным воздействиям); структурные модели StrM(O) (характеризуют внутреннюю организацию объектов); смешанные модели.

Д. По пригодности для целей прогнозирования модели относятся к пригодным и непригодным.

Е. По назначению модели могут быть целевыми и продуктивными.

Целевые модели M_ц(O) призваны в явной форме отображать цель создания, назначение объекта проектирования.

Продуктивные модели M_пр(O), под ними понимается совокупность технической документации на объект.

2. Модельное представление технологических операций

По способу построения различают модели семиотические (знаковые) и материальные (предметные).

Семиотические модели предназначены для отображения с помощью знаков объектов различной природы, свойств этих объектов, а также различных отношений между объектами, свойствами и значениями свойств. Они делятся на языковые (логико-лингвистические - символьные структуры, входящие в некоторую систему, логико-математические - упорядоченные знаковые цепочки); неязыковые (наглядно-образные, например, схемы, эскизы, чертежи).

Материальные модели включают:

- натурные (экспериментальные, лабораторные, опытные образцы объектов);

- геометрически подобные (пространственные макеты );

- физически подобные (модели, обладающие механическим, кинематическим, динамическим и другими видами физического подобия с объектом;

- предметно-математические, созданные на базе ЭВМ и воспроизводящими объекты в определенном масштабе времени и реализующими подобие объектов.

Рассмотрим логико-математические модели.

Логико-математические модели любых объектов M(O) обычно определяются как множества (М₁,M₂,...,M_k) с заданными наборами отношений (r₁,r₂,...,r_m). При этом справедливо следующее выражение:

M (O) = .

(Под сигнатурой понимается набор идентификаторов (имен) отношений, входящих в состав модели, с указанием их арности.

Моделью M_k(О) в сигнатуре O_m называют пару , где M = {M_i^k} - базовое множество модели, a - инъективное отображение, которое сопоставляет каждое название (уникальное имя, идентификатор) с отношением Rⁿ из сигнатуры O_m.

В моделях технологических операций M(TO) будем квалифицировать множества (M₁,M₂,...,M_k) как базовые, если значения их элементов могут быть непосредственно интерпретированы как значения внешних или внутренних свойств технологических операций, значения свойств среды операции или свойств предметов последней.

Координатами элементов отношений (r₁,r₂,...,r_m), входящих в M(TO), могут быть как элементы базовых множеств, так и элементы независимо определяемых, вложенных отношений.

Для описания схем связей координат в отношениях в M(TO), могут быть использованы передаточные функции, дифференциальные, разностные, регрессионные уравнения, табличные или словесные описания.

На рис.1. показан упрощенный образ реальных технологических операций.

В среде технологических операций, характеризуемой вектором Z, учитывать окрестностные условия Z₀ и внешние условия Z_y. Тогда справедливо выражение вида Z = Z₀ И Z_y.

В окрестностных условиях среды технологических операций выделим:

- предметы (материалы, полуфабрикаты, заготовки), состояние которых характеризуется составом и значениями ряда свойств (в общем случае как внешних, так и внутренних) т.е. вектором Z'₀;

результаты технологических операций, состояние которых характеризуется вектором Z''₀.

трудоемкости, материалоемкости, энергоемкости, фондоемкости операции); Y''_у - показатели степени экологической безопасности.

В качестве внутренних свойств технологической операции X будем рассматривать:

Рис.1.1. Наглядная модель технологической операции и ее среды.

Внешние условия среды, описываемые вектором Z_y, отображают условия функционирования средств технологического оснащения (оборудования, оснастки), реализующего данную технологическую операцию, условия, в которых пребывают предметы и результаты технологических операций (температура, влажность, запыленность окружающей среды, квалификация рабочих), а также тип производства, в котором используется данная технологическая операция (массовое, серийное, единичное, опытное).

В качестве внешних свойств технологических операций, характеризуемых вектором Y, выступают:

а) свойства назначения или функциональные Y_н, в числе которых Y'_н - главное свойство - способность преобразовывать предметы технологической операции в ее результат, т.е. Y'_н : Z'₀ -> Z''₀ ; Y''₀ - параметры производительности технологической операции (оценивается показателями среднего значения и дисперсии процента выхода, цикла операции, ритма выпуска, такта выпуска, числа одновременно изготавливаемых единиц и др.).

б) утилитарные свойства Y_у, в числе которых Y'_у параметры ресурсоемкости технологической операции синтезирован.

Известно, что Str-FnM(O) отображает внутренние свойства Х объекта на внешние Y (состав элементов объекта, состав и схему его внутренних связей, а также свойства этих элементов и связей на внешние свойства объекта.

Модель Str-FnMo(O) характеризует пространство возможных состояний объектов определенного класса в границах своей применимости для всех допускаемых данной моделью значений X и Y.

Решение задачи проектирования в данном случае заключается в формировании Str-FnMi(O) проектируемого объекта. Это сводится к выбору значений ряда параметров, которые являются наилучшими в смысле выполнения условий задача проектирования передвижения в пространстве допустимых значений параметров X и Y в
Str-FnMo(O).

Решение задачи проектирования при использовании представлений (оценивается показателями - параметры, характеризующие естественный процесс (физический, химический, физико-химический) X_п и техническую форму или способ осуществления этого процесса Х_ф, выступающие в качестве принципа построения/действия данной технологической операции,

- режимы функционирования технологического оборудования X₀, реализующие данную операцию.

При этом справедливо X = X_п И X_ф И X_о.

В общем случае внутренние свойства технологических операций могут описываться в терминах, лишь косвенно характеризующих естественный процесс.

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ модели ТO могут быть представлены описаниями базовых множеств, характеризующих важнейшие свойства предметов, результатов и самой технологической операции, а также описанием отношения отображения предмета ТО на ее результат в форме передаточной функции:
F_nM (ТО) Н Y Д Z , y М Y_п, z М Z_о.

СТРУКТУРНЫЕ модели ТО представляются описаниями базовых множеств, характеризующих только выделяемые внутренние свойства операции X = X_п И X_ф И X_о.

Для отображения взаимосвязи внутренних свойств ТО обычно используются термины и условные обозначения той предметной области, к которой относится естественный процесс, выступающий в качестве принципа действия или построения технологической операции.

ФУНКЦИОНАЛЬНО-СТРУКТУРНЫЕ модели ТО представляются описаниями базовых множеств. Они характеризуют важнейшие свойства результата, предметов, свойства назначения и выделяемые внутренние свойства самой ТО. Также используются табличные или словесные описания отношения соответствия 'результат - предметы ТО' паре 'естественный процесс - техническая форма реализации процесса ':

F_n - StrM (ТО) : Y х Z -> X, y М Y_н, z М Z_о, x М X_п .

Cтруктурно-функциональные модели ТО представляются с помощью описаний базовых множеств, характеризующих все выделяемые внешние и внутренние свойства ТО, свойства ее результата, предметов, среды реализации, а также описаниями отображений внутренних свойств ТО, свойств предметов и внешних условий среды на внешние свойства ТО ее результата.

Обычно отношения, входящие в состав модели Str - F_nM(ТО), представлены вектор - функциями, отображающими зависимость свойств:

- результата ТО Z"_о от внутренних свойств ТО X, свойств предметов операций Z'_о и внешних условий среды ТО Z_у ;

- самой ТО Y = Y_н И Y_у от внутренних свойств операции X = X_п U X_ф U X_о и свойств среды Z = Z_о И Z_у ;

тогда справедливо выражение:

Z"_о = f(X, Z'_о, Z_у) ;

Str - FnM(ТО) = { Y = f(X, Z) ; z М Z, y М Y, x М X.

Продуктивная модель ТО - операционная карта по ГОСТ ЕСТД.

Похожие работы

Автоматизированное проектирование электронных устройств

Скачать

20657

1

7

... литературе как "рабочая станция" (PC). Рис. 3. Структура рабочей станции проектирования электронных систем. Рис. 4. Структура ПО САПР. 4. Иерархические уровни представления электронных устройств Основным методом проектирования с применением САПР является блочно-иерархический метод или метод декомпозиции сложного объекта на подсистемы (блоки, узлы, компоненты). В этом случае ...

Системы автоматизированного проектирования и черчения

Скачать

90127

1

0

... него среде, знакомой ему по версии "AutoCAD 14. Однако более 400 усовершенствований делают работу конструктора существенно удобней и проще. 2. Технология автоматизированного проектирования в системе AutoCAD   2.1 Основы AutoCAD Чертить в системе AutoCAD — значит, формировать на экране дисплея изображение из отдельных графических элементов (примитивов), которые вводятся при помощи ...

Системы автоматизированного проектирования и PLM-системы

Скачать

47390

3

1

... актуальностью информации, идентифицировать ошибки и избежать перепроектирования (по оценкам компании Aberdeen, не менее 70 % затрат на производство и сопровождение продукции приходится на этап проектирования). PLM-система способна предоставить пользователю информацию в форме, соответствующей выполняемым функциям в жизненном цикле создаваемого продукта: трехмерные модели, схематические диаграммы, ...

Системы автоматизированного проектирования

Скачать

43314

0

4

... являются Лоцман:PLM компании Аскон, PDM STEP Suite, разработанная под НПО "Прикладная логистика", Party Plus компании Лоция-Софт и т.д. Итак, термин САПР (система автоматизации проектирования) подразумевает комплексный подход к разработке изделия и включает совокупность систем CAD/CAM/CAE. Развитие систем геометрического моделирования, анализа и расчета характеристик изделия сопровождается ...