Критерии и показатели проектируемой системы

Проектируемая система описывается некоторым числом критериев. Эти критерии можно разделить на две больших группы: функциональные и нефункциональные.

К функциональным критериям относятся показатели, описывающие систему с точки зрения функционирования, такие как масса, рабочая область, скорость перемещения и ускорение (звеньев, захватного устройства и т.д.), точность и т.д.

К нефункциональным критериям относятся следующие показатели:

- надежность – время безотказной работы с момента внедрения в процесс до профилактики или серьезного осмотра, может описываться такими вероятностными критериями, как: время безотказной работы, время наработки на один отказ, время жизни вообще и до ремонта, вероятность безотказной работы на интервале времени;

- эргономический – удобство работы с точки зрения человека-оператора;

- эстетический – форма, цвет и т.д.;

- стандартизация, унификация – наличие стандартных и нестандартных компонентов (нужно стремиться к тому, чтобы использовать стандартные элементы, поскольку разработка и использование нестандартных элементов дорого и не всегда эффективно, поэтому если нет крайней нужды разрабатывать новый вариант крепежа или разрабатывать и изготавливать новый процессор, то лучше взять стандартный);

- патентные показатели – нет смысла изобретать велосипед, но на использование какой-то патентной разработки необходимо согласие автора;

- экономические (себестоимость, окупаемость и пр.).

При разработке роботов различного назначения перед проектировщиками возникают следующие основные задачи: определение целей и критериев эффективности; выбор структуры; распределение задач и их этапов по уровням и узлам системы; выбор технических средств и оптимальных алгоритмов функционирования вычислительных средств в системе; разработка информационного обеспечения и требуемой достоверности при переработке информации; определение требований и надежности технических средств; оптимальное построение системы оперативного и технического обслуживания.

Процесс проектирования состоит из следующих основных этапов:

1) Обоснование необходимости разработки и поиск аналогов. Роботы и мехатронные системы существуют достаточно длительное время и на данный момент на ранке представлено их большое разнообразие. Проектирование и разработка нового устройства – это всегда длительный и дорогостоящий процесс, поэтому прежде чем приступить к процессу проектирования необходимо проанализировать состояние рынка в данной области. Если на рынке существует устройство, удовлетворяющее поставленным требованиям или если это устройство можно доработать, то лучше его купить и использовать для решения поставленной задачи.

2.

Несмотря на необходимость знать, какие системы существуют на рынке, их характеристики и стоимость, иногда в рекламных проспектах содержится не полная информация и бывает, что покупное изделие было переоценено и не подходит для решения задачи, поэтому нужно быть аккуратным при покупке изделия стороннего производителя.

Если ни одно устройство, представленное на рынке, не подходит, то необходимо провести научно-исследовательскую работу, целью которой является выяснения возможности создания и типа конструкции разрабатываемой системы.

2) Составление технического задания (ТЗ). ТЗ устанавливает цели, основные характеристики, параметры и требования, предъявляемые к разрабатываемой системе.

3) Обоснование возможности создания и выбор типа конструкции. Целью данного этапа является определение параметров, типа конструкции и т.д., чтобы разрабатываемая система удовлетворяла требованиям ТЗ. Необходимо провести массу исследований: механики, кинематики, характеристики прочности и т.д..

Пример: необходимо создать робот, который должен перемещать габаритные грузы (40-50 кг) в автоматическом режиме на большие расстояния (несколько десятков метров). Необходимо обосновать, что такой робот можно сделать и как его можно сделать. Использование манипуляционной конструкции, скорее всего, является тупиковым решением, поскольку такая конструкция в данном случае не рациональна, дорога, а, возможно, не реализуема. Поэтому в данном случае лучше использовать альтернативный вариант – мобильный транспортный робот. Это довольно тривиальный пример, но довольно характерный.

4) Эскизное проектирование. Целью данного этапа является разработка обобщенной модели, представление информации об основных проектных решениях, определение исходных данных для выбора вычислительного оборудования. Этот этап связан с моделированием, о чем речь пойдет далее.

5) Разработка технического проекта (ТП). На стадии разработки ТП проводится дополнительное обследование разрабатываемой системы – детальный ее анализ по отдельным задачам. На основании проводимого анализа рассматривают возможность применения экономико-математических методов, средств обработки и передачи информации, предлагаются укрупненные варианты построения системы, выделяют вопросы, для решения которых требуется научно-исследовательская проработка.

6) Разработка рабочего проекта. Рабочий проект должен содержать исчерпывающие данные проектных решений, на основании которых можно полностью изготовить, смонтировать, наладить, испытать и эксплуатировать систему в соответствии с параметрами и требованиями, заложенными в ТЗ и ТП.

Таким образом, мы имеем дело с так называемым нисходящим проектированием, когда процесс проектирования идет от макропроекта к детальному описанию отдельных частей разрабатываемой системы. Такой подход позволяет на ранних стадиях оценить возможности разрабатываемой системы, выявить и устранить недостатки, что значительно сокращает денежные и трудозатраты при проектировании и изготовлении робототехнической системы.

В настоящее время существует большое множество различных робототехнических систем, отличающихся конструкцией, назначением, типом исполнительных элементов и т.д. Робототехнические системы можно разделить на два основных класса: манипуляционные и мобильные. В связи с этим, рассмотрим классификацию роботов в общем, не вдаваясь в подробности, поскольку подробная классификация будет дана в соответствующих разделах, посвященных этим типам роботам.

Поиск по сайту: