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 technicznego, do podstawowych kryteriów naleŝą: racja celowości technicznej (po co?), racja ekonomiczna (za ile?), racja moŝliwości wytwórczych (jak?). 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.
Informacyjne środki realizacji Zadania Podmiot projektujący PROJEKT wytwór projektowania Decyzja + + Podmiot realizujący projekt Przedmiot projektowany Decyzja projektowe Do uŝytkownika - - Czasami następuje zwrot do projektanta Metody, narzędzia I pomoce projektanta Materialne środki realizacji Rys. 1. Schemat powiązań podstawowych czynników projektowania
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 Przykładowe zastosowanie wspomagania komputerowego CAE i CAD CAE Identyfikacja potrzeby Badania marketingowe i prognozowanie wspomagane komputerowo Zdefiniowanie problemu CAD Synteza Analiza i optymalizacja Ocena Prezentacja Modelowanie geometrii Analiza inŝynierska Badanie i ocena rozwiązań projektowych Automatyczne kreślenie Rys. 6. Ogólny proces projektowy wyrobów oraz obszary zastosowania w nim systemów komputerowych
Jednym ze sposobów modelowania geometrii jest technika WFGM (wire frame geometric modeling). 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 CAM Planowanie geometrii Projektowanie narzędzi i oprogramowania Grafika interaktywna Analiza inŝynierska Badanie i ocena rozwiązań projektowych Baza danych CAD/CAM Programowanie urządzeń sterowanych numerycznie Planowanie (opracowanie) procesów obróbki i montaŝu marszruty prod. produkcja Automatyczne kreślenie Planowanie i sterowanie produkcją oraz harmonogramowanie Rys. 7. Powiązanie wspólnej bazy z systemami CAD/CAM