Проектирование и его структура

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Проектирование представляет собой особый вид человеческой деятельности. В античные времена проектирование рассматривалось как «наука архитектора». Описание системы знаний и принципов этой науки представлено в труде римского архитектора и механика Витрувия, жившего две тысячи лет назад в эпоху Цезаря и Августа.

В современном обществе чрезвычайно вырос интерес к  проектированию, а в образовании – к «проектному обучению». Любая деятельность человека порождает множество непредвиденных ситуаций, что может запутывать, сбивать и уводить в сторону от решения поставленных задач. Альтернативой этому стало проектирование, которое призвано оградить человека от непредсказуемости, возникающей в ходе его деятельности. Проектировщик всегда ясно формулирует цель, которой следует тщательно и точно, что так характерно для современного мира.

В данной работе мы рассмотрим, что представляет собой процесс проектирования, его стадии, структуру. Но главной нашей задачей является изучение системы технического проектирования и технического проекта, как результата деятельности на данном этапе. Мы рассмотрим печень документов, которые должен включать в себя технический проект, а так же совокупность работ, выполняемых при его создании.

В третьей главе контрольной работы представлен структурный анализ процесса проектирования на примере ЭТС в целом, большее же внимание мы уделили стадии технического проектирования. В настоящее время трудно представить наш быт и народное хозяйство без тотального использования электротехнических систем и устройств, это связано с огромными достижениями в области электротехники.

1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ЕГО СТРУКТУРА

1.1 СУЩНОСТЬ ПОНЯТИЯ «ПРОЕКТИРОВАНИЕ»

Существует несколько  определений термина «проектирование». В основном они характеризуют  его с двух сторон, как общераспространенное понятие и с научно-технической  позиции:

Проектирование — деятельность человека или организации по созданию проекта. То есть, прототипа, прообраза предполагаемого или возможного объекта, состояния; комплекта документации, предназначенной для создания определённого объекта, его эксплуатации, ремонта и ликвидации, а также для проверки или воспроизведения промежуточных и конечных решений, на основе которых был разработан данный объект. Понятие «проектирование» не включает в себя стадию реализации проекта.

Таким образом, процесс  проектирования представляет собой  многоэтапный процесс преобразования информации с последовательным накоплением и последующим использованием информации на отдельных этапах.

От специфического для  машиностроения, строительства и  других отраслей науки и техники  понятия «проект» (англ. design) в значении «проектная документация» следует отличать используемое в области деятельности управление проектами в контексте менеджмента понятие «проект» (англ. project, от лат. projectus — брошенный вперёд, выступающий) в значении «некоторая задача с определёнными исходными данными и требуемыми результатами (целями), обусловливающими способ её решения», «программа», «комплекс работ» и т.д.

Внутри процесса проектирования, наряду с расчетными этапами и  экспериментальными исследованиями, часто  выделяют процесс конструирования.

Конструирование — деятельность по созданию материального образа разрабатываемого объекта, ему свойственна работа с натурными моделями и их графическими изображениями (чертежи, эскизы, компьютерные модели). Эти модели и изображения, а также некоторые виды изделий называют конструкциями.[1]

Объем работ проектных  работ, как правило, настолько велик, что в приемлемые сроки его  невозможно выполнить одному человеку. Поэтому эти работы распределяются между различными людьми, т.е. процесс  проектирования – это коллективная деятельность, направленная на получение полной проектной документации. Коллективная деятельность по проектированию реализуется в рамках организационных структур, принятых в отдельных проектных организациях и подразделениях.

Для начального периода  проектирования характерна форма, которую можно назвать ручным индивидуальным проектированием. В этот период производилась ограниченная номенклатура технических изделий, имеющих сравнительно простую конструкцию. Многие изделия создавались впервые, без прототипов, и требовали принятия оригинальных проектных решений. Технические средства проектирования ограничивались кульманом, логарифмической линейкой, готовальней и т.п. Проектная документация во многих крупных организациях имела свою собственную систему оформления и обращения, что затрудняло передачу документации в другие организации.

Индивидуальное проектирование сыграло прогрессивную роль в  становлении технических отраслей, создании качественно новых, высокоэффективных  для того времени технических  устройств и систем.

С ростом количества типоразмеров, расширением номенклатуры выпускаемых изделий и усложнении их конструкции индивидуальная форма проектирования начала тормозить дальнейшее развитие промышленности. Противоречия были устранены переходом к  форме ручного типового проектирования. Период этой формы проектирования охватил примерно 40 – 60-е годы и характеризовался внедрением методов группового проектирования, агрегирования и унификации.

Метод группового проектирования заключается в создании проекта  не одного конкретно требуемого изделия, а целого ряда конструктивно подобных изделий, который соответствует всем существующим условиям из использования.

Сущность методов агрегирования  и унификации первоначально заключалась  в разработке минимального количества типовых конструктивных деталей и узлов, которые затем будут многократно использованы при проектировании различных изделий. В последующем унификация охватила все сфера проектирования, включая и организационные, и оказала существенное влияние на организацию специализированных производств составных частей изделий. Благодаря унификации и агрегированию повысилась производительность труда проектировщиков, появились новые возможности повышения надежности изделий путем реализации принципов функциональной и монтажной взаимозаменяемости их составных частей.

В 50-е годы был осуществлен  переход к единой системе конструкторской  документации (ЕСДК), которая установила единые правила ее оформления и обращения. Также, получили развитие технически средства проектирования. Появились арифмометр, быстродействующие печатающие устройства, различные средства быстрого размножения проектной документации. Началась механизация процесса проектирования. Возможности процесса проектирования в целом резко возросли и при соответствующем росте числа проектировщиков оказались в определенный период достаточными для удовлетворения потребностей промышленности в новых разработках.

К недостаткам типового проектирования можно отнести сокращение доли творческого труда в работе проектировщика, в связи с внедрением методов унификации и стандартизации.  Использование многочисленных справочников, стандартов и других нормативных документов, а также типовых проектных решений существенно увеличило трудоемкость проектирования. Возникла необходимость в коренной перестройке форм проектирования, направленной на повышение качества проектов, сокращение сроков и трудоемкости проектирования.

Применение ЭВМ в  качестве принципиально новых технических  средств проектирования явилось  основой для радикального преобразования процесса проектирования. С этого времени (60-е годы) начался период автоматизированного проектирования. Важные преимущества нового метода заключаются в возможности практического использования методов математического моделирования, методов оптимизации, принятия решений и пр. В результате многократно возросла производительность труда проектировщиков, а так же повысилось качество проектов. Появилась возможность анализа большого числа вариантов в процессе проектирования, использования хотя и сложных, но зато более точных моделей объектов проектирования, исключения ошибок в расчетах и при формировании проектной документации.

Формы и масштабы автоматизированного  проектирования развиваются теперь вместе с развитием вычислительной техники и программирования.[2, с. 10-13]

1.2 СТАДИИ РАЗРАБОТКИ ПРОЕКТНОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ

Проектирование, как осознанная целенаправленная деятельность, обладает определённой структурой, то есть последовательностью и составом стадий и этапов разработки проекта, совокупностью процедур и привлекаемых технических средств, взаимодействием участников процесса.

В настоящее время  существуют два представления структуры  проектирования, подобные по форме, но различные по целям и подходам к деятельности. Это — структура в виде стадий разработки проектной документации (стадий проектирования) и структура процесса проектирования.

Стадии проектирования регламентированы стандартами ГОСТ 2.103-68¹ и ГОСТ Р 15.201-2000.² Последовательность выполнения всех стадий образует официальную структуру процесса разработки проектной документации, которая, как правило, используется при официальных взаимоотношениях между заказчиком и исполнителем или между соисполнителями работ. Сама документация необходима для отчета перед заказчиком о проделанной работе, возможности проверки или повторения разработок другими исполнителями, подготовки производства и обслуживания изделия в период эксплуатации. 
Стадии создания других систем регламентируются своими стандартами, например, для автоматизированных систем — ГОСТ 34.601-90.³

Структура устанавливает  стадии разработки конструкторской документации на изделия всех отраслей промышленности и этапы выполнения работ внутри каждой стадии, то есть состав документации и виды работ, что помогает ответить на вопрос «Что нужно делать» в процессе проектирования. Основные стадии структуры показаны на рисунке 2 и включают:

• Техническое задание (ТЗ) — устанавливает основное назначение разрабатываемого объекта, его технические и тактико-технические характеристики, показатели качества и технико-экономические требования, предписание по выполнению необходимых стадий создания документации и её состав, а также специальные требования к изделию.
• Техническое предложение (ПТ) — совокупность документов, содержащих техническое и технико-экономическое обоснование (ТЭО) целесообразности разработки проекта. Такое заключение дается на основании анализа ТЗ заказчика и различных вариантов возможных решений, их сравнительной оценки с учётом особенностей разрабатываемого и существующих изделий, а также патентных материалов.
• Согласованное и утвержденное в установленном (на предприятии, в министерстве и т. п.) порядке ПТ является основанием для разработки эскизного проекта.
• Эскизный проект (ЭП) — совокупность документов, содержащих принципиальные решения и дающих общее представление об устройстве и принципе работы разрабатываемого объекта, а также данные, определяющие его назначение, основные параметры и габаритные размеры. В случае большой сложности объекта этому этапу может предшествовать аван-проект (предпроектное исследование), обычно содержащий теоретические исследования, предназначенные для обоснования принципиальной возможности и целесообразности создания данного объекта.
• При необходимости на стадии ЭП проводят изготовление и испытание макетов разрабатываемого объекта.
• Технический проект (ТП) — совокупность документов, которые должны содержать окончательные технические решения, дающие полное представление об устройстве проектируемого объекта, исходные данные для разработки рабочей документации.
• На стадии рабочего проекта (РП) сначала разрабатывают подробную документацию для изготовления опытного образца и последующего его испытания. Испытания проводят в ряд этапов (от заводских до приемо-сдаточных), по результатам которых корректируют проектные документы. Далее разрабатывают рабочую документацию для изготовления установочной серии, её испытания, оснащения производственного процесса основных составных частей изделия. По результатам этого этапа снова корректируют проектные документы и разрабатывают рабочую документацию для изготовления и испытания головной (контрольной) серии. На основе документов окончательно отработанных и проверенных в производстве изделий, изготовленных по зафиксированному и полностью оснащенному технологическому процессу, разрабатывают завершающую рабочую документацию установившегося производства.
• Завершает цикл работ этап, подводящий итог проектной деятельности, — сертификация. Её назначение — определение уровня качества созданного изделия и подтверждение его соответствия требованиям тех стран, где предполагается его последующая реализация. Необходимость выделения этого этапа в виде самостоятельного вызвана тем, что в настоящее время экспорт продукции или её реализация внутри страны во многих случаях недопустимы без наличия у неё сертификата качества.

Сертификация может  быть обязательной или добровольной. Обязательной сертификации подлежат товары, на которые законами или стандартами установлены требования, обеспечивающие безопасность жизни и здоровья потребителей, охрану окружающей среды, предотвращение причинения вреда имуществу потребителя. Добровольная сертификация проводится по инициативе предприятий. Обычно это делается с целью официального подтверждения характеристик продукции, изготавливаемой предприятием, и, как следствие, повышения доверия к ней у потребителей.

В процессе разработки проектной документации в зависимости от сложности решаемой задачи допускается объединять между собой ряд этапов. Этапы постановки ТЗ и технического проектирования могут входить в цикл научно-исследовательских работ (НИР), а этапы технического предложения и эскизного проектирования — образовывать цикл опытно-конструкторских работ (ОКР).

1.3 СТРУКТУРА ПРОЦЕССА ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Проектирование — это целенаправленная деятельность, которая обладает последовательностью процедур, ведущих к достижению эффективных решений. Соответственно, должна быть структура процесса решения задачи проектирования, которая помогает ответить на вопрос «Как это делать». В настоящее время предложен ряд структур и алгоритмов проектирования, совпадающих в основных чертах и различающихся только в содержании или названии отдельных этапов. На рисунке 3 представлена обобщённая такая структура.

Решение любой задачи начинается с её осмысления и уточнения  исходных данных. Те (технические) требования (ТТ), которые выдаются заказчиком, формулируются на языке потребителя-неспециалиста и не всегда бывают технически чёткими и исчерпывающими. Перевести требования на язык предметной области, сформулировать задачу максимально полно и грамотно, обосновать необходимость её решения, то есть сформулировать техническое задание (ТЗ), — первый и обязательный этап работы. Исполнитель выполняет его в тесном контакте с заказчиком. 
В машиностроении этот этап иногда называют внешним проектированием. Этим подчеркивают, что разработка объекта уже начинается с постановки задачи (ТТ) и формирования ТЗ и активно ведётся совместно с заказчиком. Важным результатом этапа является согласование целей разработки и назначения проектируемого объекта (его функций), системы показателей качества.

Следующие этапы образуют внутреннее проектирование. Они нацелены на поиск решения задачи и выполняются разработчиком. Сюда входят этапы синтеза принципа действия, структуры и параметров проектируемого объекта:

• На этапе синтеза принципа действия отыскивают принципиальные положения, физические, социальные и т. п. эффекты, которые составят основу функционирования будущего изделия. Это могут быть основополагающие нормы, фундаментальные законы и правила, их частные случаи или следствия. Работа ведется с принципиальными моделями и их графическим представлением — блок-схемами. Этому этапу соответствует заключительная стадия ТЗ и стадия технического предложения структуры проектирования по ГОСТ 2.103;
• На этапе структурного синтеза на основе выбранного принципа действия создаются варианты начального графического представления объекта — структуры, схемы, алгоритмы, упрощённые эскизы. В соответствии с ГОСТ 2.103 этот этап включает стадию эскизного проектирования;
• На этапе параметрического синтеза отыскиваются значения параметров объекта, находится численное, в том числе оптимальное, решение проектной задачи, создаётся подробная документация или описание объекта, чертежи изделия и его частей. Этот этап соответствует стадиям технического и рабочего проектирования.