Основная функция технической системы, представляемая согласно формуле (1.3), как правило, декомпозируется на ряд вспомогательных. Такая декомпозиция, в общем случае, производится многократно, формируя многоуровневую иерархическую структуру вспомогательных функций. Эти функции могут дополнять друг друга, обеспечивая совместно выполнение вышестоящей функции, либо служить взаимоисключающими альтернативами, из которых делается единственный выбор. Декомпозиция завершается установлением типовых конструктивных решений(ТКР), обеспечивающих выполнение каждой функции низшего уровня. В целом структура инженерных знаний на концептуальном уровне проектирования представляет собой И/ИЛИ граф. Такой концептуальный граф формируется из функциональных компонент(ФК), каждая из которых состоит из: 1) описания функции согласно формулы (1), 2) списка свойств с ограничениями и 3) набора поддерживающих функций или ТКР, объединенных структурой И/ИЛИ графа. Связи между верхними и нижними уровнями концептуального графа реализуют отношения "цель-средство".
Каждый из функциональных элементов концептуального графа (КГ) может быть преобразован в конструктивный элемент различными способами с использованием различных ТКР, представленных в морфологической таблице 1.5.
Таблица 1.5 Морфологическая таблица технических решений ТО «Чайник»
| F1 | F2 | F3 | F4 | F5 | F6 | F7 | ТО |
| Наливание жидкости в емкость | Выливание жидкости из емкости | Перенос жидкости в емкости | Включение нагревателя | Повышениетемпературы жидкости | Выключениенагревателя | Отображение уровня жидкости в емкости | |
| отверстие с крышкой | носик | ручка с шарнирным соединением | Чайник обыкновенный | ||||
| отверстие с крышкой | носик | ручка с жестким соединением | Чайник-кофейник | ||||
| носик | носик | ручка с жестким соединением | Чайник без крышки | ||||
| отверстие с крышкой | носик | ручка с шарнирным соединением | шнур с вилкой | нагреватель резистивный | шнур с вилкой | Электрочайник со шнуром | |
| отверстие с крышкой | носик | ручка с жестким соединением | шнур с вилкой | нагреватель резистивный | шнур с вилкой | Электрокофейник со шнуром | |
| отверстие с крышкой | носик | корпус с ручкой | основание со шнуром и вилкой | нагреватель резистивный | автомат выключения | поплавковый индикатор | Бесшнуровой электрочайник |
Для расчета значений свойств функциональных компонент после выбора конкретной структуры изделия из ТКР помимо трех описанных выше составляющих ФК должна быть расчетная база знаний. Принципы ее построения будут описаны ниже.
Результатом проектно-конструкторской деятельности является соответствующая документация, состав и форма представления которой определяются стандартами. Объекты, изготовляемые предприятиями машиностроения, называют изделиями. Конструкторская документация состоит из графических и текстовых документов, которые в отдельности или в совокупности определяют состав и устройство изделия и содержат необходимые данные для его разработки или изготовления, контроля, приемки, эксплуатации и ремонта. К графическим конструкторским документам относятся чертежи и схемы. Существуют следующие виды графических документов:
чертеж детали, содержащий изображение детали и другие данные, необходимые для ее изготовления и контроля,
сборочный чертеж, содержащий изображение сборочной единицы, данные, необходимые для ее сборки (изготовления) и контроля,
чертеж общего вида, определяющий конструкцию изделия, взаимодействие его основных составных частей и поясняющий принцип работы изделия,
теоретический чертеж, определяющий геометрическую форму (обводы) изделия и координаты расположения составных частей,
габаритный чертеж, содержащий упрощенное контурное изображение изделия с габаритными, установочными и присоединительными размерами,
монтажный чертеж, содержащий упрощенное контурное изображение изделия, а также данные, необходимые для его установки на месте присоединения,
электромонтажный чертеж, содержащий данные, необходимые для выполнения электромонтажа изделия,
упаковочный чертеж, содержащий данные, необходимые для упаковывания изделия,
ремонтный чертеж, содержащий необходимые данные по ремонту изделия и определяющий ремонтируемые места,
схема, на которой показаны в виде условных изображений или обозначений составные части изделия и связи между ними.
К обязательным конструкторским документам из числа графических относят чертеж детали, сборочный чертеж и чертеж общего вида. Обязательными текстовыми документами являются: спецификация, ведомости технического предложения (ПТ), эскизного (ЭП) и технического (ТП) проектов, пояснительная записка.
Проектная и конструкторская документация представляет собой главные средства связи между действиями в сфере проектирования (информатики) и действиями в сфере изготовления (материального производства).
Проектировщики и конструкторы, разрабатывая проекты, трудятся в сфере абстракций. Результаты их труда передаются технологам, проектирующим процессы изготовления изделий, которые реализуются в материальной сфере. Для осуществления этих процессов необходимы средства общения между инженерами. Этими средствами служат различные документы (коммуникаты): технические задания, содержащие описание потребности в изделии с определенными характеристиками, проектная документация, содержащая запись изделия как системы (схемы), а также конструктивного вида (чертежи общего вида, теоретические чертежи), упомянутые выше рабочие чертежи, отражающие запись конструкции.
Наука проектирования и конструирования охватывает теорию записи (прежде всего записи конструкции), что в свою очередь связано с проблемой кодов - основой языка техники [4].
Под записью конструкции до сих пор понимали чертеж, выполненный в соответствии с ЕСКД. Однако, чертеж представляет собой лишь один из возможных способов такой записи. В связи с использованием САПР в проектно-конструкторском процессе возникают проблемы разработки новых языков записи проектно-конструкторских данных.
Эти проблемы разбиваются на два больших класса:
1. внутримашинного представления проектно-конструкторских данных,
2. внешнего отображения этих данных.
Проблемы второго класса решаются методами машинной геометрии и графики. Внешнее отображение может производиться как в виде традиционных чертежей, соответствующих стандартам, так и в виде записи конструкции фотографического типа, которая во многих случаях более доходчива, чем технический чертеж, и могла бы в перспективе заменить чертежи общих видов и сборочные [4]. В последнем случае необходимо располагать программно-техническими средствами объемной машинной графики.
2. Виды геометрических моделей
Для решения задач комплексной автоматизации машиностроительных производств необходимо построить информационные модели изделий. Машиностроительное изделие как материальный предмет должен быть описан в двух аспектах:
- как геометрический объект;
- как реальное физическое тело.
Геометрическая модель необходима для задания идеальной формы, которой должно было бы соответствовать изделие, а модель физического тела должна дать характеристику материала, из которого изготовляется изделие, и допустимые отклонения реальных изделий от идеальной формы.
Геометрические модели создаются с помощью программных средств геометрического моделирования, а модели физического тела с помощью средств создания и ведения баз данных.
Геометрическая модель, как разновидность модели математической, охватывает определенный класс абстрактных геометрических объектов и отношений между ними. Математическое отношение - это правило, связывающее абстрактные объекты. Они описываются с помощью математических операций, связывающих один (унарная операция), два (бинарная операция) или более объектов, называемых операндами, с другим объектом или множеством объектов (результатом операции).
Геометрические модели создаются, как правило, в правой прямоугольной системе координат. Эти же системы координат используются в качестве локальных при задании и параметризации геометрических объектов.
В табл.2.1 приведена классификация базовых геометрических объектов. По размерности параметрических моделей, необходимых для представления геометрических объектов, они делятся на нульмерные, одномерные, двумерные и трехмерные. Нульмерные и одномерные классы геометрических объектов могут моделироваться как в двух координатах(2D) на плоскости, так и в трех координатах(3D) в пространстве. Двумерные и трехмерные объекты могут моделироваться только в пространстве.
Существует значительное количество систем компьютерного геометрического моделирования, наиболее известными из которых являются Auto- CAD, ANVILL, EUCLID, EMS и др. Из числа отечественных систем этого класса наиболее мощной является система СПРУТ, предназначенная для автоматизации конструирования и подготовки управляющих программ для станков с ЧПУ.