II. Podstawowe zasady projektowania .

1. Ogólny schemat procesu projektowania.

Proces projektowania technicznego jest procesem twórczym opartym na nauce i technice. Nauka stanowi pewien system twierdzeń i hipotez zawierający wiedzę o zjawiskach i prawach nimi rządzących oraz sposobach ich badania. Technika stanowi natomiast dział kultury obejmujący środki materialne potrzebne do opanowania przyrody przez człowieka i sposoby posługiwania się nimi.

Dyscypliny nauki zajmującą się metodami , procedurami i technikami stosowanymi w procesie projektowania nazywamy metodologią projektowania. Stawia ona sobie cele badawcze i praktyczne. Celami badawczymi są : analiza struktur procesów projektowych , badanie działania systemów projektujących oraz wysuwanie i weryfikacja hipotez związanych z projektowaniem. Cele praktyczne obejmują ustalenie najlepszych procedur , struktur i warunków działania procesu projektowania. Ze względu na stopień uogólnień wyróżniamy metodologię ogólną i metodologie szczegółowe.

Metodologia ogólna zajmuje się badaniem metod i systemów wspólnych dla wszystkich rodzajów działań projektowych , metodologie szczegółowe natomiast dotyczą pewnych klas lub rodzajów procesów projektowych. Wyróżniamy tutaj na przykład: metodologię projektowania inżynierskiego , metodologię projektowania organizacyjnego.

W procesie projektowania wyróżnić można trzy podstawowe składniki :

1. zbiór niesprzecznych zasad podstawowych , które stanowi podstawę procesu ,

2. metody projektowania służące do wykonania poszczególnych elementów projektu,

3. metody oceny rozwiązań , za pomocą których dokonujemy wyboru optymalnego rozwiązania.

Schemat procesu projektowania z wyszczególnieniem tych składników podano na rys.4.1.

Należy przy tym zwrócić uwagę na istotną rolę procesu modelowania , który występuje zarówno przy ustalaniu modelu konstrukcji (systemu) , jak również oddziaływań na nią. Widoczna na tym rysunku pętla sprzężenia zwrotnego nadaje procesowi projektowania charakter iteracyjny.

Rys. 4.1 Schemat procesu projektowania.

Związane jest to z tradycyjnym sposobem projektowania opartym na analizie konstrukcji , który nie pozwala na jednoetapowy wybór projektu spełniający wszystkie wymogi.

Nowoczesne metody optymalnego projektowania , które przedstawione są w rozdziale drugim , umożliwiają odejście od iteracyjnego postępowania i wówczas pętla sprzężenia zwrotnego nie jest już potrzebna (rys. 4.2). Otrzymany w ten sposób projekt jest najlepszym projektem w ramach przyjętych kryteriów. Także w tym przypadku analiza konstrukcji (systemu) jest związana odpowiednio przyjętym modelem , poddanym działaniu adekwatnie modelowym obciążeniom.

Rys. 4.2 Schemat procesu projektowania optymalnego.

2.Podstawowe zasady projektowania inżynierskiego.

Zbiór podstawowych zasad projektowania składa się z pewnych twierdzeń wynikających z dotychczasowych doświadczeń. Powinien on być wewnętrznie niesprzeczny , aby można było , stosując reguły logiki , tworzyć dalsze zasady pochodne. Z tego określenia wynika , że może istnieć wiele takich zbiorów , które stanowią podstawę różnych filozofii lub szkół projektowania .

Zbiór podstawowych zasad projektowania dzielimy na dwa podzbiory :

1. podzbiór zasad rzeczowych ;

2. podzbiór zasad normatywnych.

2.1 Zasady rzeczowe projektowania.

Zasady rzeczowe projektowania zawierają treść , których istnienie zostało stwierdzone, a więc muszą być uwzględnione w procesie projektowania. Należą do nich

:

1. Wykonalność fizyczna stwierdzająca , że podmiotem projektowania może być tylko taki obiekt , który będzie można wykonać ;

2. Struktura procesu projektowania , w której wyróżniamy dwa kierunki wzajemnych powiązań poszczególnych działań operacyjnych :

• kierunek pionowy , charakteryzujący się przechodzeniem od pewnej koncepcji do konkretnego wyniku ;

• kierunek poziomy , związany ze strukturą iteracyjną oraz podziałem na poszczególne czynności w procesie projektowania.

3. Podział na podproblemy. Jeżeli wprowadzimy pojęcie systemu , który możemy uważać za pewien uporządkowany wewnętrzny zbiór elementów tworzących całość , ze względu na pewien cel. Należy przy tym zwrócić uwagę , że taki podział nie jest jednoznaczny. Tak więc pewna część obiektu może być zaliczona do odmiennych podsystemów przy zastosowaniu podziału systemu względem dwóch różnych celów. Oczywiście realizacja poszczególnych podsystemów jest potrzebna do wykonania obiektu - sytemu.

4. Zwiększenie pewności wykonania projektu. W czasie procesu projektowania dążymy do stanu niepewności realizacji wstępnej idei do stanu zwiększenia się pewności sukcesu lub do przekonania o niemożności jego osiągnięcia. Jeżeli przy założonych warunkach i ograniczeniach projektu okazuje się niemożliwy do wykonania lub wysoce nieefektywny , to należy zmienić wstępny zamysł , założenia i ograniczenia oraz powtórzyć kolejne etapy procesu projektowania.

5. Dominująca rola systemu. Jeżeli podzielimy system na podsystemy , to prawidłowe rozwiązanie poszczególnych podsystemów nie gwarantuje tego samego stopnia jakości rozwiązania sytemu. Inaczej mówiąc , należy większą uwagę przywiązać do poprawności i jakości projektu sytemu niż do rozwiązań podsystemów.

6. Komunikatywność. Ponieważ projekt jest zbiorem informacji dotyczący budowy obiektu (sytemu) i sposobów jego wykonania , więc można stwierdzić , że musi być on wyrażony w pewnych ściśle ustalonych sposobach porozumiewania się. W związku z tym do wad projektu , zmniejszających jego komunikatywność , zaliczamy :

• niepełną informację , Która utrudnia realizację projektu lub prowadzi do kosztownych w naprawie błędów ;

• nadmiar informacji , który z kolej zwiększa koszt dokumentacji oraz może także prowadzić do dezinformacji wykonawcy ;

• nieprzestrzeganie jednolitego kodu polegający na opisie niezgody z przyjętymi definicjami , używaniu nowych , niezdefiniowanych oznaczeń lub błędnym zastosowaniu poprawnych definicji.

2.2. Zasady normatywne projektowania.

Zasady normatywne projektowania to zasady , których należy przestrzegać lub dążyć do ich osiągnięcia w procesie projektowania , należą do nich :

1. Zasada zaspokojenia potrzeby. W procesie projektowania należy dążyć do takiego rozwiązania projektowanego systemu (obiektu) , aby zaspokajał istniejące potrzeby w najwyższym stopniu w ramach aktualnego stopnia rozwoju cywilizacji. Należy przy tym mieć na uwadze także zmienność hierarchii potrzeb w czasie.

2. Zasada wartości użytkowej. Projektowany system (obiekt) powinien mieć wartość użytkową większą lub co najmniej równą kosztom wytworzenia. Ocena wartości użytkowej wymaga wprowadzenia pewnych kryteriów , które mogą być związane z funkcjonalnością , kosztami użytkowania a także kosztami wycofania wyrobu z użytku. Są to , jak widać , względy , które trudno ze sobą porównywać i stąd wynika subiektywność ustalania wartości użytkowej. Koszty wytworzenia można obliczyć w pieniądzach , jednostkach pracy lub energii i to zarówno w rachunku bieżącym , jak i ciągnionym (suma kosztów od wydobycia surowców do wytworzenia wyrobu). Jeżeli wartość użytkowa wyrobu (obiektu) jest niższa od jego kosztów wytworzenia , to w gospodarce rynkowej nie znajduje on akceptacji.

3. Zasada wykonalności finansowej. Suma nakładów związanych z projektowaniem , wytwarzaniem i dystrybucją wyrobu powinna się mieścić w ramach możliwości finansowych zleceniodawcy.

4. Zasada minimalnego zaangażowania finansowego. Zaangażowanie finansowe na każdym etapie projektowania nie powinno przewyższać kosztów uzyskania rozwiązania alternatywnego. Zasada ta odnosi się nie tylko do projektu całego systemu , ale także do projektów podsystemów , które powinny być podzielone na etapy , tak aby można było podjąć decyzję kontynuowania , przerwania lub ewentualnie powtórzenia pewnego etapu zgodnie z omawianą zasada. Zastosowanie tej zasady umożliwia wykonanie projektu optymalnego pod względem finansowym.

5. Zasada optymalności. Wybór koncepcji projektowej oraz wybór sposobu jej realizacji powinien być optymalny , tzn. taki , przyjęte kryteria zostały osiągnięte w możliwie najwyższym stopniu. Do najważniejszych kryteriów oceny projektów należą :koszty realizacji obiektu , czas wykonania oraz jego jakość. Niestety , jednoczesne osiągnięcie minimalnego kosztu wykonania obiektu oraz maksymalnie wysokiej jakości w ciągu minimalnego czasu realizacji jest niemożliwe. Inna jest zwykle ocena wagi poszczególnych kryteriów przez strony biorące udział w projektowaniu , realizacji i eksploatacji obiektu , stąd wynika konieczność ustalenia kompromisowej oceny projektu.

6. Zasada jedności funkcji , formy i konstrukcji. Zasad ta wyraża konieczność harmonijnego łączenia tych czynników. Zwykle dochodzi tutaj do rozwiązań kompromisowych , ponieważ często nie można pogodzić maksymalnego stopnia funkcjonalności i formy z wymogami konstrukcyjnymi.

7. Zasada równomiernego zużycia. Poszczególne części wchodzące w skład danego wyrobu powinny mieć ten sam okres żywotności.

8. Zasada bezpieczeństwa i niezawodności. Zasada ta wymaga , aby system funkcjonował w sposób niezawodny i bezpieczny dla ludzi oraz znajdujące się w nim urządzenia. Niezawodne funkcjonowanie oznacza spełnianie funkcji , dla których obiekt (system) został zaprojektowany. Bezpieczeństwo sytemu mierzymy prawdopodobieństwem , że nie ulegnie ona zniszczeniu w założonym okresie żywotności.

9. Zasada elastyczności i uniwersalności. Zasada elastyczności mówi , że wyrób powinien mieć możliwość dostosowania go do zmienionych przyszłych wymagań. Zasada uniwersalności wymaga , aby wyrób nadawał się do różnych celów.

3.Klasyfikacja zadań projektowych.

Przy klasyfikacji zadań projektowych istotne są następujące ich cechy :

1. Zadanie może być proste lub złożone. Proste jest wówczas , gdy może je rozwiązać

jeden specjalista , ponieważ w projektowanym urządzeniu zachodzą jednorodne

zjawiska(np. mechaniczne czy elektryczne) , a urządzenie nie zawiera wielu różnych

elementów (np. mniej niż 100) . Przykład : aparat telefoniczny, prosta zabawka . pług ,

mebel.

2. Zadanie może być klasyczne lub nowe. Klasyczne jest wtedy , gdy podobne zadania

były już wcześniej z powodzeniem rozwiązywane i istnieje odpowiednie doświadczenie. Odmianą tego podziału jest rozróżnienie , czy koncepcja (idea) zadania jest znana (np. urządzenia do pracy na Marsie). Nie zawsze jednak możemy to ustalić przed rozpoczęciem prac projektowych.

3. Zadanie może polegać na znalezieniu nowej konstrukcji lub ulepszeniu istniejącej. Często chodzi tylko o niewielkie modyfikacje już istniejącego urządzenia. Jest to istotne ze względu na organizacje prac projektowych.

4. Zadanie może być zdefiniowane dobrze lub zdefiniowane niewystarczająco (np. „popraw istniejąca konstrukcję „ ). Zadanie zdefiniowane dobrze może być opisane ilościowo (tzn. wymagania są podane liczbowo) lub nie opisane.

5. Celem projektowania jest wytwór , który ma służyć jednemu znanemu odbiorcy i jednemu użytkownikowi (np. domek jednorodzinny) lub użytkownikowi anonimowemu (np. samochód w produkcji seryjnej). W pierwszym przypadku mamy do czynienia z wytwarzaniem jednostkowym , czasem seryjnym (np. osiedle jednakowych domków lub kasa sklepowa dla sieci sklepów konkretnego przedsiębiorstwa handlowego). W drugim przypadku wytwór jest wprowadzany na rynek i tam konkuruje z innymi wytworami ; użytkownik ani warunki użytkowania nie są jednoznacznie rozpoznane.

6. Obiekt może być wytwarzany jednostkowo , seryjnie lub masowo przez znanego lub nieznanego producenta.

4.Cechy konstrukcyjne , właściwości konstrukcyjne i zmienne stanu obiektu.

Zmienne jakimi operuje projektant lub konstruktor , można podzielić na trzy zbiory:

cech konstrukcyjnych , właściwości konstrukcyjnych i zmiennych stanu obiektu.

Cechy konstrukcyjne są minimalnym zbiorem zmiennych , których własności (dokładniej , w kategoriach opisu losowego: rozkłady wartości) jednoznacznie określają konstrukcję.

Są to:

• cechy geometryczne , tzn. wymiary i ich dokładność , parametry kształtu i położenia , parametry geometrii powierzchni ;

• cechy materiałowe , tzn. rodzaje i gatunki materiałów lub półproduktów , elementów i podzespołów gotowych ;

• nastawy początkowe , tzn. parametry ustalone w czasie montażu , wzorcowania lub justowania.

Zbiór wartości cech konstrukcyjnych jest informacją wystarczającą do fizycznej realizacji obiektu. Zapisem cech konstrukcyjnych jest dokumentacja konstrukcyjna (część rysunkowa i część opisowa , np. instrukcja montażu).

Właściwości konstrukcyjne są minimalnym zbiorem określających interesujące nas relacje obiektu do jego otoczenia. Relacje te opisuje ilościowa charakterystyka wszystkich wejść i wyjść energetycznych , masowych i informacyjnych obiektu. Właściwości konstrukcyjne ujmują charakterystyki instalacyjne , użytkowe , remontowe , konserwacyjne itd.; niektóre z pośród nich są nazywane osiągami obiektu.

Zmienne stanu obiektu są zmiennymi , które charakteryzują stany , procesy lub zjawiska.

---