СИСТЕМА И СПОСОБ ПОДДЕРЖКИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ
SYSTEM AND METHOD OF SUPPORTING PRODUCT DESIGN

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к системе и способу поддержки проектирования изделий для высокотехнологичного изделия, такого как система ракетного двигателя.
Уровень техники
Например, для проектирования высокотехнологичного изделия, такого как система ракетного двигателя, нужна высокая надежность, и для этого результат оценки надежности должен подаваться по обратной связи в проект, а проект должен включать в себя индекс надежности и методику надежного изучения его соответствия. Основополагающие технологии, необходимые для этого, включают в себя технологию управлению систематическим риском, технологию имитационного моделирования, L & L, подробный FMEA (анализ характера и последствий отказов), испытания различных элементов, систематические базы данных для данных испытаний системы и данных характеристик материалов и технологию испытаний проверки на надежность.
Каждая стадия проектирования необходима для достижения упомянутых ниже задач. Стадии концептуального проектирования и базового проектирования необходимы для выполнения систематических анализов системы, досконального определения риска и выделения методики проектирования с тем, чтобы должным образом задавать требуемые спецификации для компонентов. Фазы, следующие за подробным проектированием, необходимы для выполнения подробного FMEA, чтобы точно рассматривать все чертежи и информацию спецификаций, и подавать обратно его результаты к спецификациям подсистем и компонентов. Стадия испытания при разработке требуется для проверки оцененных результатов, доказательства надежности и исключения идентифицированных рисков видов отказов.
В традиционных способах проектирования применяется одноточечное проектирование, и поэтому, они не способны отвечать требованиям к высоконадежному проекту.
Патентный документ 1: японская нерассмотренная публикация заявки на патент №2000-331035.
Патентный документ 2: японская нерассмотренная публикация заявки на патент №H08-166876.
Патентный документ 3: японская нерассмотренная публикация заявки на патент №2006-31488.
Патентный документ 4: японская нерассмотренная публикация заявки на патент №H02-150972.
Патентный документ 5: японская нерассмотренная публикация заявки на патент №2006-11729.
Патентный документ 6: японская нерассмотренная публикация заявки на патент №H10-149384.
Раскрытие изобретения
Настоящее изобретение было сделано с учетом традиционных технических проблем, и задача его состоит в том, чтобы обеспечить систему и способ поддержки проектирования изделий, допускающий проектирование и разработку за короткое время высокотехнологичного изделия, которому необходима высоконадежная конструкция.
В аспекте настоящего изобретения обеспечивается система поддержки проектирования изделий, имеющая устройство ввода для операции ввода данных, устройство вывода для отображения данных и распечатывания, устройство хранения данных, имеющее блок хранения программ для хранения библиотеки программ и блок запоминания данных для хранения данных, и основную часть вычислительной машины для извлечения введенных данных с помощью устройства ввода и хранящихся данных в устройстве хранения данных, активации надлежащей программы из библиотеки программ, хранимой в устройстве хранения данных, и исполнения программы. Система включает в себя блок установки/регистрации параметров для приема конструктивных параметров объекта проектирования, вводимых с помощью устройства ввода, и регистрации конструктивных параметров в устройстве хранения данных, блок создания ортогональной таблицы для исполнения программы создания ортогональной таблицы с использованием конструктивных параметров, зарегистрированных в устройстве хранения данных, создания ортогональной таблицы, имеющей L строк, чье количество соответствует количеству параметров, и регистрации ортогональной таблицы в устройстве хранения данных, блок операций с размерами для запуска и исполнения программы определения размеров из устройства хранения данных с использованием данных L-строчной ортогональной таблицы, определения размеров каждой части объекта проектирования относительно конструктивных точек L строк ортогональной таблицы с тем, чтобы добиваться искомых конструктивных значений, и регистрации размеров в блоке запоминания данных, блок исполнения моделирования для запуска программы моделирования для объекта проектирования из устройства хранения данных, исполнения множество раз для каждого из L наборов конструкторских решений, полученных блоком операций с размерами, операции по виртуальному созданию прототипа путем регулирования размеров каждой части, зарегистрированных в блоке хранения данных в пределах допусков, и регистрации результатов моделирования в блоке хранения данных, блок операций с оценочными индексами для считывания конструктивных параметров, размеров деталей и результатов моделирования из блока хранения данных, запуска и исполнения программы операций с оценочными индексами для объекта проектирования, вычисления оценочных индексов, соответствующих заданным конструктивным параметрам, и регистрации оценочных индексов в блоке хранения информации, блок операций с моделью поверхности отклика для запуска программы операций с поверхностью отклика из устройства хранения данных, обработки средних и отклонений L наборов оценочных индексов, полученных блоком исполнения моделирования, формирования поверхности отклика и модели поверхности отклика и регистрации модели поверхности отклика в устройстве хранения данных, блок создания диаграммы факторных воздействий для считывания L-строчной ортогональной таблицы и оценочных индексов из устройства хранения данных, исполнения программы создания диаграммы факторных воздействий из устройства хранения данных, создания диаграммы факторных воздействий конструктивных параметров для каждого оценочного индекса, отображения и вывода диаграмм факторных воздействий и регистрации их в устройстве хранения данных, блок вычисления группы конструкторских решений для исполнения программы поиска конструкторского решения, хранимой в устройстве хранения данных, в отношении ввода операции, которая указывает конструктивные параметры чувствительные для оценочных индексов, подготовки произвольных сочетаний конструктивных параметров, применения сочетаний конструктивных параметров к модели поверхности отклика, зарегистрированной в устройстве хранения данных, тщательного поиска множества конструкторских решений путем сочетания произвольным образом всех конструктивных параметров, которые могут достигать искомых конструктивных значений, и регистрации конструкторских решений в устройстве хранения данных, блок фильтрации для приема рабочего ввода, который задает произвольное количество предельных значений оценочных индексов, запускает и исполняет программу фильтрации из устройства хранения данных, выделяет группу конструкторских решений-кандидатов максимального правдоподобия, которое достигают заданные предельные значения оценочных индексов, из группы конструкторских решений, полученных блоком вычисления группы конструкторских решений, и регистрации группы конструкторских решений-кандидатов максимального правдоподобия в устройстве хранения данных, и блок выбора группы конструкторских решений максимального правдоподобия для приема команды выбора группы конструкторских решений максимального правдоподобия, которая указывает один или многочисленные виды оценочных индексов относительно группы конструкторских решений-кандидатов максимального правдоподобия, отфильтрованной блоком фильтрации, выбора группы конструкторских решений максимального правдоподобия, которая удовлетворяет заданным оценочным индексам, из группы конструкторских решений-кандидатов максимального правдоподобия и регистрации группы конструкторских решений максимального правдоподобия в устройстве хранения данных.
Система поддержки проектирования изделий, упомянутая выше, может иметь блок поиска рекомендуемого конструкторского решения, который принимает ввод, задающий конструктивные параметры для рекомендуемого конструкторского решения, исполняет программу моделирования и программу операций с оценочными индексами с использованием указанных конструктивных параметров для вычисления оценочного индекса для рекомендуемого конструкторского решения, отображает вычисленный результат на устройстве вывода и регистрирует его в устройстве хранения данных.
Также, система поддержки проектирования изделий, упомянутая выше, может иметь блок регистрации уровней полноты параметров для отображения на устройстве вывода экрана установок для установки пользовательских уровней полноты о множестве параметров программы определения размеров и программы моделирования, приема пользовательских уровней полноты, установленных и введенных на экране установок, и регистрации их в базе данных рисков, хранимой в устройстве хранения данных, блок регистрации уровней влияния параметров для отображения на устройстве вывода экрана установок для установки уровней влияния неопределенности во множестве параметров программы определения размеров и программы моделирования на конструкторские решения объекта проектирования, приема уровней влияния на конструкторские решения объекта проектирования, установленных и введенных на экране установок, и регистрации их в базе данных рисков, хранимой в устройстве хранения данных, блок операций с уровнями рисков для вычисления уровней риска конструкторских решений объекта проектирования с использованием пользовательского уровня полноты и уровня влияния каждого параметра и блок управления базой данных рисков для создания списка названий множества параметров, установленных и зарегистрированных пользовательских уровней полноты и уровней влияния на конструкторские решения объекта проектирования и вычисленных уровней рисков и вывода и отображения списка на устройстве вывода.
Кроме того, блок управления базой данных рисков системы поддержки проектирования изделий, упомянутой выше, может создавать список переходов уровней рисков, который соотносит названия множества параметров, установленные и зарегистрированные пользовательские уровни полноты и уровни влияния на конструкторские решения объекта проектирования и вычисленные уровни рисков с датами и временами ввода и вычисления и выводит и отображает список.
По другому аспекту, настоящее изобретение обеспечивает способ поддержки проектирования изделий, включающий в себя этап регистрации параметров по приему введенных конструктивных параметров объекта проектирования и регистрации их в устройстве хранения данных, этап создания ортогональной таблицы по использованию конструктивных параметров, зарегистрированных на этапе регистрации параметров в устройстве хранения данных, по исполнению программы создания ортогональной таблицы и созданию ортогональной таблицы, имеющей L строк, соответствующих количеству параметров, этап операций с размерами по запуску и исполнению программы определения размеров из устройства хранения данных с использованием данных L-строчной ортогональной таблицы, определению размеров каждой части объекта проектирования относительно конструктивных точек L строк ортогональной таблицы с тем, чтобы добиваться искомых конструктивных значений, и регистрации размеров в устройстве хранения данных, этап моделирования по запуску программы моделирования для объекта проектирования из устройства хранения данных, исполнению множество раз для каждого из L наборов конструкторских решений, полученных на этапе операций с размерами, операции по виртуальному созданию прототипа путем регулирования размеров каждой части, зарегистрированных в блоке хранения данных, в пределах допусков, и регистрации результатов моделирования в устройстве хранения данных, этап операций с оценочными индексами по считыванию конструктивных параметров, размеров частей и результатов моделирования из устройства хранения данных, запуску и исполнению программы операций с оценочными индексами для объекта проектирования, вычислению оценочных индексов, соответствующих заданным конструктивным параметрам, и регистрации оценочных индексов в устройстве хранения данных, этап операций с моделью поверхности отклика по запуску программы операций с поверхностью отклика из устройства хранения данных, обработке средних и отклонений L наборов оценочных индексов, полученных на этапе моделирования, формированию поверхности отклика и модели поверхности отклика и регистрации модели поверхности отклика в устройстве хранения данных, этап создания диаграммы факторных воздействий по считыванию L-строчной ортогональной таблицы и оценочных индексов, вычисленных на этапе операций с оценочными индексами, из устройства хранения данных, исполнению программы создания диаграммы факторных воздействий из устройства хранения данных, созданию диаграммы факторных воздействий конструктивных параметров для каждого оценочного индекса, и регистрации диаграмм факторных воздействий в устройстве хранения данных, этап вычисления группы конструкторских решений по приему оперативного ввода, который указывает конструктивные параметры, чувствительные для оценочных индексов, исполнению программы поиска конструкторских решений, хранимой в устройстве хранения данных, подготовке произвольных сочетаний конструктивных параметров, применению сочетаний конструктивных параметров к модели поверхности отклика, зарегистрированной в устройстве хранения данных, тщательного поиска многих конструкторских решений путем сочетания произвольным образом всех конструктивных параметров, которыми могут достигаться целевые конструктивные значения, и регистрации конструкторских решений в устройстве хранения данных, этап фильтрации по запуску и исполнению программы фильтрации из устройства хранения данных на этапе вычисления группы конструкторских решений, приему оперативного ввода, который указывает произвольное количество предельных значений оценочных индексов, выделению группы конструкторских решений-кандидатов максимального правдоподобия, которые достигают указанных предельных значений оценочных индексов, из группы конструкторских решений, полученных на этапе вычисления группы конструкторских решений, и регистрации группы конструкторских решений-кандидатов максимального правдоподобия в устройстве хранения данных, и этап выбора группы конструкторских решений максимального правдоподобия по приему команды выбора группы конструкторских решений максимального правдоподобия, которая задает один или многочисленные виды оценочных индексов относительно группы конструкторских решений-кандидатов максимального правдоподобия, отфильтрованной на этапе фильтрации, выбору группы конструкторских решений максимального правдоподобия, которые удовлетворяют заданным оценочным индексам, из группы конструкторских решений-кандидатов максимального правдоподобия и регистрации группы конструкторских решений максимального правдоподобия в устройстве хранения данных.
Способ поддержки проектирования изделий, упомянутый выше, может включать себя этап поиска рекомендуемого конструкторского решения по приему ввода для указания конструктивных параметров рекомендуемого конструкторского решения, исполнению программы моделирования и программы операций с оценочными индексами с использованием заданных конструктивных параметров для вычисления оценочного индекса для рекомендуемого конструкторского решения, регистрации вычисленного результата в устройстве хранения данных и выводу вычисленного результата к устройству вывода.
Также, способ поддержки проектирования изделий, упомянутый выше, может включать в себя этап регистрации уровней полноты параметров по отображению на устройстве вывода экрана установок для установки пользовательских уровней полноты о множестве параметров программы определения размеров и программы моделирования, приему пользовательских уровней полноты, установленных и введенных на экране установок, и регистрации их в базе данных рисков, хранимой в устройстве хранения данных, этап регистрации уровней влияния параметров по отображению на устройстве вывода экрана установок для установки уровней влияния неопределенности во множестве параметров программы определения размеров и программы моделирования на конструкторские решения объекта проектирования, приему уровней влияния на конструкторские решения объекта проектирования, установленных и введенных на экране установок, и регистрации их в базе данных рисков, хранимой в устройстве хранения данных, этап вычисления рисков по вычислению уровней рисков конструкторских решений объекта проектирования с использованием пользовательского уровня полноты и уровня влияния каждого параметра, и этап управления рисками по созданию списка названий множества параметров, установленных и зарегистрированных пользовательских уровней полноты и уровней влияния на конструкторские решения объекта проектирования, и вычисленных уровней рисков и выводу и отображению списка на устройстве вывода.
Кроме того, этап управления рисками способа поддержки проектирования изделий, упомянутого выше, может включать в себя создание списка переходов уровней рисков, который соотносит названия множества параметров, установленные и зарегистрированные пользовательские уровни полноты и уровни влияния на конструкторские решения объекта проектирования и вычисленные уровни рисков с датами и временами ввода и вычисления и вывод и отображение списка.
Система и способ поддержки проектирования изделий по настоящему изобретению обеспечивают поддержку в работе по проектированию изделий таким образом, чтобы проектировать и разрабатывать за короткий период времени высокотехнологичное изделие, для которого необходима конструктивная надежность.
Помимо этого система и способ поддержи проектирования изделий по настоящему изобретению обеспечивают поддержку в работе по проектированию изделий путем постепенной корректировки различных параметром программы определения размеров и программы моделирования на протяжении стадий проектирования изделия для сведения к минимуму факторов риска на заключительной стадии проектирования.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - блок-схема конфигурации аппаратных средств системы поддержки проектирования изделий согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.2 - блок-схема функциональной конфигурации системы поддержки проектирования изделий согласно первому варианту осуществления.
Фиг.3A - первая половина блок-схемы способа поддержки проектирования изделий, достигаемого системой поддержки проектирования изделий согласно первому варианту осуществления.
Фиг.3B - вторая половина блок-схемы способа поддержки проектирования изделий, достигаемого системой поддержки проектирования изделий согласно первому варианту осуществления.
Фиг.4 - блок-схема функциональной конфигурации системы поддержки проектирования изделий согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.5 - пояснительное изображение экрана регистрации рисков, обеспечиваемого системой поддержки проектирования изделий согласно второму варианту осуществления.
Фиг.6 - пояснительное изображение экрана установок плана снижения рисков, обеспечиваемого системой поддержки проектирования изделий согласно второму варианту осуществления.
Фиг.7A - таблица соответствия балла и рейтинга уровня полноты явления среди установленных уровней полноты параметров, относящихся к системе поддержки проектирования изделий согласно второму варианту осуществления.
Фиг.7B - таблица соответствия балла и рейтинга уровня полноты условия окружающей среды среди установленных уровней полноты параметров, относящихся к системе поддержки проектирования изделий согласно второму варианту осуществления.
Фиг.7C - таблица соответствия балла и рейтинга уровня полноты проверки среди установленных уровней полноты параметров, относящихся к системе поддержки проектирования изделий согласно второму варианту осуществления.
Фиг.8 - таблица соответствия баллов и точек уровня полноты технологии, относящейся к системе поддержки проектирования изделий согласно второму варианту осуществления.
Фиг.9A - часть таблицы управлениями рисками, выведенная из системы поддержки проектирования изделий согласно второму варианту осуществления.
Фиг.9B - другая часть таблицы управлениями рисками, выведенная из системы поддержки проектирования изделий согласно второму варианту осуществления.
Фиг.10 - объемная модель, основанная на конструкторском решении максимального правдоподобия объекта проектирования, обеспеченного системой поддержки проектирования изделий согласно примеру 1 настоящего изобретения.
Фиг.11 - стационарная вычислительная система объекта проектирования согласно системе поддержки проектирования изделий по примеру 1.
Фиг.12 - пояснительное изображение экрана установок параметров, обеспечиваемого системой поддержки проектирования изделий согласно примеру 1.
Фиг.13 - 27-строчная (L=27) таблица, созданная системой поддержки проектирования изделий согласно примеру 1.
Фиг.14 - пояснительное изображение списка оценочных индексов, выведенных из системы поддержки проектирования изделий согласно примеру 1.
Фиг.15 - список групп функций поверхности отклика, созданный системой поддержки проектирования изделий согласно примеру 1.
Фиг.16 - схема системы, основанная на модели поверхности отклика, обеспеченной системой поддержки проектирования изделий согласно примеру 1.
Фиг.17 иллюстрирует диаграммы факторных воздействий влияния установленных параметров на оценочные индексы, обеспеченные системой поддержки проектирования изделий согласно примеру 1.
Фиг.18 - трехмерная диаграмма распределения в целом пространстве оценочных индексов, иллюстрирующая 10000 конструкторских решений, созданных путем изменения всех конструктивных параметров в пределах установленных диапазонов относительно модели поверхности отклика, обеспеченной системой поддержки проектирования изделий согласно примеру 1.
Фиг.19 - график в форме радара наилучших данных оценочных индексов, полученных из 10000 конструкторских решений, созданных путем изменения всех конструктивных параметров в пределах установленных диапазонов относительно модели поверхности отклика, обеспеченной системой поддержки проектирования изделий согласно примеру 1.
Фиг.20 - пояснительное изображение, иллюстрирующее прогресс фильтрации, проводимой системой поддержки проектирования изделий согласно примеру 1.
Фиг.21 - таблица спецификаций рекомендуемого конструкторского решения, обеспеченного системой поддержки проектирования изделий согласно примеру 1.
Наилучший вариант осуществления изобретения
[]
Варианты осуществления настоящего изобретения будут объяснены подробно со ссылкой на чертежи.
(Первый вариант осуществления)
Фиг.1 иллюстрирует систему поддержки проектирования изделий, используемую для способа поддержки проектирования изделий согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. Система поддержки проектирования изделий по этому варианту осуществления реализована путем установки программного обеспечения, которым выполняется способ поддержки проектирования изделий варианта осуществления в вычислительной системе общего назначения и исполнения этих программ. Далее в этой заявке система объяснена как исключительная система.
Система поддержки проектирования изделия для выполнения способа поддержки проектирования изделий варианта осуществления включает в себя блок 1 хранения программ для хранения библиотек исключительных программ для общего проектирования объекта проектирования, который может быть высокотехнологичным изделием, программ для проектирования многих частей и программ моделирования для операции моделирования объекта проектирования с вводимыми параметрами, блок 2 запоминания данных для хранения различных видов данных, такие как многие виды вводных параметров, оценочных индексов и результатов моделирования, устройство 3 ввода данных, являющееся HMI (интерфейсом "человек-машина"), таким как клавиатура и (манипулятор типа "мышь"), устройство 4 вывода данных, такое как дисплей и печатающее устройство, и вычислительную машину 5 для считывания надлежащей программы из блока 1 хранения программ, ее исполнения и выполнения различных операций. Вычислительная машина 5 может быть соединена с другими вычислительными системами посредством сети, чтобы передавать и принимать данные к и от других вычислительных систем.
Фиг.2 иллюстрирует функциональную конфигурацию системы поддержки проектирования изделия согласно варианту осуществления. Система поддержки проектирования изделий включает в себя блок 11 установки/регистрации параметров для выполнения различных оперативных процессов, которые будут объяснены позже, блок 12 создания ортогональной таблицы, блок 13 операций с размерами, блок 14 исполнения моделирования, блок 15 операций с оценочными индексами, блок 16 операций с моделью поверхности отклика, блок 17 создания диаграмм факторных воздействий, блок 18 вычисления группы конструкторских решений, блок 19 фильтрации, блок 20 выбора группы конструкторских решений максимального правдоподобия и блок 21 поиска рекомендуемого конструкторского решения.
Блок 11 установки/регистрации параметров принимает конструктивные параметры для объекта проектирования, вводимые пользователем или инженером-конструктором с помощью устройства 3 ввода и устройства 4 вывода, и регистрирует конструктивные параметры в блоке 2 запоминания данных.
Блок 12 создания ортогональной таблицы исполняет программу создания ортогональной таблицы, хранимую в блоке 1 хранения программ, с использованием конструктивных параметров, зарегистрированных в блоке 2 запоминания данных, создает ортогональную таблицу, имеющую L строк, количество которых зависит от количества параметров, и регистрирует ортогональную таблицу в блоке 2 запоминания данных. Функция создания ортогональной таблицы будет объяснена позже.
Блок 13 операций с размерами применяет данные L-строчной ортогональной таблицы, запускает и исполняет программу определения размеров из блока 1 хранения программ, определяет размеры каждой части объекта проектирования таким образом, чтобы добиваться целевых конструктивных значений для точек проектирования L строк ортогональной таблицы, и регистрирует размеры в блоке 2 запоминания данных.
Блок 14 исполнения моделирования запускает программу моделирования для объекта проектирования из блока 1 хранения программ, исполняет множество раз для каждого из L наборов моделей, обеспеченных блоком 13 операций с размерами, операцию создания виртуального прототипа путем регулирования размеров каждой части, зарегистрированных в блоке 2 запоминания данных, в пределах допусков и регистрирует результаты моделирования в блоке 2 запоминания данных.
Блок 15 операций с оценочными индексами считывает конструктивные параметры, размеры частей и результаты моделирования из блока 2 запоминания данных, исполняет программу операций с оценочными индексами для объекта проектирования из блока 1 хранения программ, вычисляет оценочные индексы, соответствующие установленным конструктивным параметрам, и регистрирует оценочные индексы в блоке 2 запоминания данных.
Блок 16 операций с моделью поверхности отклика запускает программу операций с поверхностью отклика из блока 1 хранения программ, обрабатывает средние и отклонения L наборов оценочных индексов, обеспеченных блоком 14 исполнения моделирования, формирует поверхность отклика и модель поверхности отклика и регистрирует их в блоке 2 запоминания данных.
Блок 17 создания диаграмм факторных воздействий считывает L-строчную ортогональную таблицу и оценочные индексы из блока 2 запоминания данных, исполняет программу формирования диаграмм факторных воздействий, хранимую в блоке 1 хранения программ, создает диаграмму факторных воздействий конструктивных параметров для каждого оценочного индекса, отображает и выводит диаграмму факторных воздействий и регистрирует ее в блоке 2 запоминания данных.
Блок 18 вычисления группы конструкторских решений исполняет программу поиска конструкторских решений, хранимую в блоке 1 хранения программ, относительно ввода операции, вводимого пользователем, который изучает отображаемую, выводимую и распечатываемую диаграмму факторных воздействий конструктивных параметров для каждого оценочного индекса и указывает конструктивные параметры, чувствительные к каждому оценочному индексу, подготавливает произвольные сочетания конструктивных параметров, применяет эти сочетания к модели поверхности отклика, зарегистрированной в блоке 2 запоминания данных, тщательно ищет многочисленные конструкторские решения посредством произвольного сочетания всех конструктивных параметров, которые могут достичь целевые конструктивные значения, и регистрирует конструкторские решения в блоке 2 запоминания данных.
Блок 19 фильтрации запускает и исполняет программу фильтрации из блока 1 хранения программ, принимает ввод, указывающий предельные значения оценочных индексов, относящихся к, например, долговечности системы, рабочей стабильности, производительности системы и прочности, выделяет группу конструкторских решений-кандидатов максимального правдоподобия, которые могут достичь указанные предельные значения оценочных индексов, из группы конструкторских решений, обеспеченных блоком 18 вычисления группы конструкторских решений, и регистрирует группу решений-кандидатов в блоке 2 запоминания данных.
Блок 20 выбора группы конструкторских решений максимального правдоподобия принимает команду выбора группы конструкторских решений максимального правдоподобия, которая вводится пользователем, чтобы указывать один или множество видов оценочных индексов, таких как долговечность системы, рабочая устойчивость и производительность системы, относительно группы конструкторских решений-кандидатов максимального правдоподобия, отфильтрованных блоком 19 фильтрации, выбирает группу конструкторских решений максимального правдоподобия, которые удовлетворяют указанным оценочным индексам, из группы конструкторских решений-кандидатов максимального правдоподобия, и регистрирует группу конструкторских решений максимального правдоподобия в блоке 2 запоминания данных.
Блок 21 поиска рекомендуемого конструкторского решения использует конструктивные параметры, указанные пользователем, который обращается к группе конструкторских решений максимального правдоподобия, выбранных блоком 20 выбора группы конструкторских решений максимального правдоподобия, и указывает с помощью устройства 3 ввода конструктивные параметры для конструкторского решения, которое может быть рекомендовано клиенту, исполняет программу моделирования и программу операций с оценочными индексами с использованием указанных конструктивных параметров, вычисляет оценочный индекс для рекомендуемого конструкторского решения, отображает его на дисплее устройства 4 вывода, регистрирует его в блоке 2 запоминания данных и в зависимости от запроса пользователя распечатывает его на печатающем устройстве устройства 4 вывода.
Со ссылкой на блок-схемы способа на фиг.3A и 3B будет объяснен способ поддержки проектирования изделий, выполняемый системой поддержки проектирования изделий, имеющей упомянутую выше конфигурацию.
Этап S1 - это этап регистрации параметров по приему конструктивных параметров для объекта проектирования, вводимых пользователем или инженером-конструктором с помощью устройства 3 ввода и устройства 4 вывода, и регистрации конструктивных параметров в блоке 2 запоминания данных.
Этап S2 - это этап создания ортогональной таблицы по исполнению программы создания ортогональной таблицы, хранимой в блоке 1 хранения программ, с использованием конструктивных параметров, зарегистрированных на этапе S1 в блоке 2 запоминания данных, и созданию ортогональной таблицы, имеющей L строк, соответствующих количеству параметров. Например, если параметров 13, то создается ортогональная таблица, имеющая L=27 строк. Если количество параметров увеличивается, то соответственно создается ортогональная таблица более высокого порядка. Задача ортогональной таблицы состоит в том, чтобы равномерно выбрать конструктивные параметры из огромного количества сочетаний конструктивных параметров и найти влияние каждого конструктивного параметра за малое количество попыток. Ортогональная таблица, имеющая L=27 строк, способна содержать в себе 27 видов различных сочетаний конструктивных параметров.
Этап S3 - это этап операций с размерам по применению данных L-строчной ортогональной таблицы, полученной на этапе S2, запуску и исполнению программы определения размеров из блока 1 хранения программ, определению размеров каждой части объекта проектирования относительно точек проектирования L строк ортогональной таблицы с тем, чтобы добиваться целевых конструктивных значений, и регистрации размеров в устройстве 2 хранения данных.
Этап S4 - это этап моделирования по запуску программы моделирования для объекта проектирования из блока 1 хранения программ, исполнению множество раз для каждого из L наборов конструкторских решений L-строчной ортогональной таблицы, полученных на этапе S3, операции по созданию виртуального прототипа путем регулирования размеров каждой части, зарегистрированных в блоке 2 запоминания данных, в пределах допусков, и регистрации результатов моделирования в блоке 2 запоминания данных.
Этап S5 - этап операций с оценочными индексами по считыванию конструктивных параметров из блока 2 запоминания данных, исполнению программы операций с оценочными индексами для объекта проектирования из блока 1 хранения программ, вычислению оценочных индексов, соответствующих набору конструктивных параметров, и регистрации оценочных индексов в блоке 2 запоминания данных.
Этап S6 - этап операций с моделью поверхности отклика по запуску программы операций с поверхностью отклика из блока 1 хранения программ, обработки средних и отклонений L наборов оценочных индексов, полученных на этапе S5, формированию поверхности отклика и модели поверхности отклика, и регистрации их в блоке 2 запоминания данных.
Этап S7 - этап создания диаграммы факторных воздействий по считыванию L-строчной ортогональной таблицы, полученной на этапе S2, и оценочных индексов, вычисленных на этапе S5, исполнению программы создания диаграммы факторных воздействий, хранимой в блоке 1 хранения программ, созданию диаграммы факторных воздействий конструктивных параметров для каждого оценочного индекса, и регистрации ее в блоке 2 запоминания данных.
Этап S8 - этап вычисления группы конструкторских решений по исполнению программы поиска конструкторских решений, хранимой в блоке 1 хранения программ, для конструктивных параметров, которые указаны пользователем, который изучает диаграмму факторных воздействий конструктивных параметров для каждого оценочного индекса, созданную на этапе S7, и указывает конструктивные параметры чувствительные к оценочным индексам, подготовке произвольных сочетаний конструктивных параметров, применению этих сочетаний к модели поверхности отклика, зарегистрированной в блоке 2 запоминания данных, тщательному поиску многих конструкторских решений путем сочетания произвольным образом всех конструктивных параметров, которые могут достичь целевые конструктивные значения, и регистрации конструкторских решений в блоке 2 запоминания данных.
Этап S9 - этап фильтрации по запуску и исполнению программы фильтрации из блока 1 хранения программ, приему ввода, указывающего предельные значения оценочных индексов, относящихся к, например, долговечности системы, рабочей устойчивости, производительности системы и прочности, выделению группы конструкторских решений-кандидатов максимального правдоподобия, которые могут достичь указанные предельные значения оценочных индексов, из группы конструкторских решений, полученных на этапе S8, и регистрации ее в блоке 2 запоминания данных.
Этап S10 - это этап выбора группы конструкторских решений максимального правдоподобия по приему команды на выбор группы конструкторских решений максимального правдоподобия, которая вводится пользователем, чтобы указывать один или множество видов оценочных индексов касательно группы конструкторских решений-кандидатов максимального правдоподобия, отфильтрованной на этапе S9, выбору группы конструкторских решений максимального правдоподобия, которые удовлетворяют указанным оценочным индексам, из группы конструкторских решений-кандидатов максимального правдоподобия, и регистрации группы конструкторских решений максимального правдоподобия в блоке 2 запоминания данных.
Этап S11 - этап поиска рекомендуемого конструкторского решения по использованию конструктивных параметров, которые указаны пользователем, который обращается к группе конструкторских решений максимального правдоподобия, выбранной на этапе S10, и указывает конструктивные параметры для конструкторского решения, которое может быть рекомендовано клиенту, исполнению программы моделирования и программы операций с оценочными индексами с использованием указанных конструктивных параметров, вычислению оценочного индекса для рекомендуемого конструкторского решения, отображению его на дисплее устройства 4 вывода, регистрации его в блоке 2 запоминания данных и выводу его на печатающее устройство устройства 4 вывода, в зависимости от запроса от пользователя.
Как упомянуто выше, система поддержки проектирования изделий согласно этому варианту осуществления и способ поддержки проектирования изделий, выполняемый ей, обеспечивают проектирование высокотехнологичного изделия, для которого нужны сложные высокие технологии, позволяя пользователю указывать конструктивные параметры и выбирать оценочные индексы и конструктивные параметры на каждой стадии проектирования, подготавливая группу конструкторских решений максимального правдоподобия, которые удовлетворяют данным оценочным индексам, с использованием введенных конструктивных параметров, и обеспечивая окончательное рекомендуемое конструкторское решение. Например, при проектировании данного объекта проектирования наилучшая производительность объекта будет достижима в некотором случае путем принесения в жертву долговечности, устойчивости и прочности объекта. В таком случае вариант осуществления может предложить клиенту хорошо сбалансированное конструкторское решение, которое достигает вторая наилучшая производительность и с превосходной долговечностью, устойчивостью и надежностью.
Второй вариант осуществления
()
Будут объяснены система поддержки проектирования изделий и способ поддержки проектирования изделий согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения. Система поддержки проектирования изделий и способ поддержки проектирования изделий, выполняемый системой, согласно этому варианту осуществления отличаются тем, что при подготовке программы определения размеров изделий или программы моделирования изделий, например, они позволяют пользователю регистрировать индексы рисков в соответствии с пользовательским показателем достоверности для каждого параметра, установленного пользователем, и отображать и распечатывать список названий и уровни рисков для параметров с установленным уровнем риска, тем самым обеспечивая пользователя уровнями рисков и переходом снижения риска программы определения размеров и программы моделирования на каждой стадии проектирования изделия, как например, начальной стадии проектирования, стадии опытного производства подмодели и стадии опытного производства полной модели.
Вычислительная система, проиллюстрированная на фиг.1, как первый вариант осуществления, обеспечивает конфигурацию аппаратных средств системы поддержки проектирования изделий согласно варианту осуществления. Функциональная конфигурация системы поддержки проектирования изделий проиллюстрирована на фиг.4 и включает в себя, в дополнение к элементам первого варианта осуществления, блок 22 регистрации индексов рисков, имеющий функцию отображения на дисплее экрана регистрации рисков, проиллюстрированного на фиг.5, для каждого параметра относительно модели вычисления, как, например, программы определения размеров и программы моделирования, позволяя пользователю или инженеру устанавливать и вводить уровень безопасности или уровень уверенности для установленного параметра, например «уровень полноты явления», «уровень полноты окружающей среды» и «уровень полноты проверки», и регистрируя введенные данные в базе данных рисков в устройстве 2 хранения данных, и функцию обеспечения пользователя возможностью ввода с помощью экрана регистрации рисков степени влияния каждого параметра с установленным уровнем риска на окончательную систему, и регистрации введенных данных в базе данных рисков. Блок 22 регистрации индексов рисков служит в качестве блока регистрации уровней полноты параметров и блока регистрации уровней влияния параметров, оговоренных в формуле изобретения.
Система поддержки проектирования изделий этого варианта осуществления также включает в себя блок 23 операций с уровнями рисков, который работает с расчетной формулой: «уровень полноты явления» Х «уровень полноты состояния окружающей среды» Х «уровень полноты проверки» касательно рейтингов и баллов «уровня полноты явления», вводимых с помощью блока 22 регистрации индексов рисков и проиллюстрированных на фиг.7A, «уровня полноты состояния окружающей среды», проиллюстрированного на фиг.7B, и «уровня полноты проверки», проиллюстрированного на фиг.7C, вычисляет «уровень технической полноты» в соответствии с таблицей преобразования, проиллюстрированного на фиг.8, отображает результаты работы в соответствующих местах экрана регистрации рисков, регистрирует их в базе данных рисков в блоке 2 запоминания данных, работает с уровнем рисков, используя зарегистрированные параметры, уровень технической полноты и уровень влияния, отображает уровень риска в разделе дисплея для уровней рисков экрана регистрации рисков и регистрирует уровень риска в базе данных рисков.
Система поддержки проектирования изделий по этому варианту осуществления дополнительно включает в себя блок 24 управления базой данных рисков, который создает список названий различных параметров, установленных и зарегистрированных пользовательских уровней полноты и уровней влияния на конструкторские решения объекта проектирования и вычисленных уровней рисков, зарегистрированных в базе данных рисков, и отображает список на дисплее устройства 4 вывода. Кроме того, блок 24 управления базой данных рисков делает список переходов уровней рисков, проиллюстрированный на фиг.9A и 9B, который содержит в себе названия различных параметров, установленные и зарегистрированные пользовательские уровни полноты и уровни влияния на конструкторские решения объекта проектирования, вычисленные уровни рисков и дату и время ввода и вычисления, отображает список на дисплее устройства 4 вывода, и, если пользователь дает команду, распечатывает список с помощью печатающего приспособления устройства 4 вывода.
Способ поддержки проектирования изделий, выполняемый системой поддержки проектирования изделий согласно этому варианту осуществления, проводит управление рисками посредством упомянутых ниже процедур.
(1) Подготовка модели
Модель вычисления регистрируют в программе моделирования. Различные параметры устанавливают и регистрируют с помощью блока 11 установки/регистрации параметров.
(2) Установка относящихся к риску индексов для внутренних параметров модели вычисления.
Экран регистрации рисков, проиллюстрированный на фиг.5, отображен на дисплее устройства 4 вывода. Для каждой модели вычисления устанавливают внутренние параметры, а для выбранных внутренних параметров устанавливают упомянутые выше индексы рисков. Индексы рисков - это те, которые отражают пользовательские уровни уверенности или уровни безопасности относительно предполагаемых значений для различных параметров, установленных для модели вычисления. «Уровень (полноты) влияния» устанавливают, чтобы показывать, что произойдет, если предполагаемые значения примут возможные наихудшие значения. Эти операции выполняют с помощью блока 22 регистрации индексов риска.
Этот вариант осуществления определяет, что уровень технической полноты = «уровень полноты явления» Х «уровень полноты состояния окружающей среды» Х «уровень проверки». Относящиеся к риску индексы «уровня полноты явления», проиллюстрированные на фиг.7A, «уровня полноты состояния окружающей среды», проиллюстрированные на фиг.7B, и «уровня полноты проверки», проиллюстрированные на фиг.7C, вводятся как баллы, соответствующие ранжированию. Затем вычисляют точки «уровня технической полноты» для баллов в соответствии с вышеупомянутой дефинициальной формулой и таблицей на фиг.8.
(3) Анализ уровней влияния
Влияние условий взаимодействия и изменений внутренних параметров на выходные данные, характеристики, производительность и т.п. системы изучается согласно результату исполнения программы моделирования и вводится в качестве точки уровня влияния. Это также устанавливают с помощью блока 22 регистрации индексов рисков.
После того, как находят точку (2) уровня технической полноты и точку уровня влияния, получают, как результат этого, риск. Используя экран регистрации рисков, проиллюстрированный на фиг.5, инженер вводит названия и относящиеся к риску индексы всех возможных необходимых параметров. Блок 23 операций с уровнями рисков работает с уровнями рисков для всех из введенных параметров, отражает их в соответствующих разделах экрана регистрации рисков, отображаемого на дисплее, и регистрирует их в базе данных рисков.
Относящиеся к риску индексы, установленные и зарегистрированные для соответственных параметров, по запросу пользователя могут отображаться на дисплее в той мере, что и список рисков, проиллюстрированный в качестве примера на фиг.9A и 9B. Эта функция выполняется блоком 24 управления базой данных рисков.
(4) Корректировочная операция
Пределы аннулирования выходных данных, характеристик и производительности системы изучаются пользователем посредством намеренного указания и корректировки связанных параметров и исполнения программы моделирования.
(5) Изучение выигрышей и потерь
Выигрыши и потери, обусловленные корректировочной операцией, оцениваются. (Например, разъясняется решение Парето.)
Если корректировочная операция действенна, «уровень влияния» понижается.
(6) Выделение недопустимого риска
Событие, в котором корректировочная операция сильно влияет на выигрыши и потери, выходные данные, характеристики, производительность и т.п. системы, идентифицируется для каждого параметра и регистрируется как запись управления рисками с планом контрмер. Например, в списке рисков на фиг.9A и 9B различные параметры, которые были установлены в соответствии с документами во время концептуального проектирования программы моделирования, корректируют при исполнении испытаний элементов, чтобы увеличивать уровни уверенности и снижать результирующие риски. В испытаниях уменьшенных компонентов для дополнительного снижения рисков строго корректируют различные параметры моделей вычисления. Фиг.6 иллюстрирует план снижения рисков для конкретных параметров.
Корректировка параметров выполняется блоком 11 установки/корректировки параметров и блоком 14 исполнения моделирования для исполнения программы моделирования. Другие необходимые рабочие процессы выполняются подобно первому варианту осуществления.
Таким образом, система и способ поддержки проектирования изделий этого варианта осуществления получают конструкторское решение, чей риск снижен в допустимом диапазоне на стадии проектирования изделия и в соответствии с которым могут создать модель прототипа объекта проектирования. Даже перед созданием модели прототипа возможно изучить снижение риска с помощью виртуальной модели прототипа и получить конструкторское решение максимального правдоподобия объекта проектирования, в том числе информацию о рисках различных параметров, присущих решению.
Пример
Для ракетного двигателя, проиллюстрированного на фиг.10, сделана конструкция для устойчивой работы, которая занимает 98% времени сгорания ракеты. А именно, выполнен проект точек стабильной работы.
Вычисление точек стабильной работы может быть сделано путем учета отдельно части, относящейся к функциям инициализации, такой как зажигание, и, следовательно, может быть достигнуто одиночной систематической диаграммой, проиллюстрированной на фиг.11, посредством выделения необходимых элементов.
Систематическая диаграмма на фиг.11 используется в качестве систематической диаграммы объекта проектирования и конструктивных параметров частей, которые должны быть установлены, а их диапазоны введены. Фиг.12 - список, иллюстрирующий установленные конструктивные параметры и их диапазоны.
Для получения 27 видов разных сочетаний конструктивных параметров применяется L-27 ортогональная таблица с использованием группы конструктивных параметров по фиг.12. Фиг.13 иллюстрирует L-27 ортогональную таблицу.
Для 27 конструктивных точек исполняют программу определения размеров для определения размеров репрезентативных точек, чтобы генерировать тягу в 10 тонн. Программа моделирования используется для выполнения много раз операции создания виртуального прототипа с использованием размеров, подготовленных путем добавления фактических допусков к определенным размерам.
Фиг.14 иллюстрирует группу оценочных индексов, полученных посредством исполнения программы операций с оценочными индексами на каждый результат создания виртуального прототипа.
Средние значения и отклонения 27 наборов оценочных индексов, полученных с помощью вышеупомянутого моделирования, обрабатываются для формирования модели поверхности отклика. Эта модель аппроксимации, полученная посредством интерполирования 27 наборов средних значений и отклонений, применима для ускорения вычислений, которые должны выполняться следующими. L-27 ортогональная таблица позволяет интерполировать статистические величины и величины состояния в пределах диапазонов конструктивных параметров по фиг.12. Уровень влияния каждого значения определяется согласно количеству прототипов 100×9=900 блоков данных. На этой стадии система выражена с помощью простой суммы квадратичных функций. Фиг.15 иллюстрирует часть таблицы коэффициентов всех коэффициентов уровней влияния (группа функций поверхности отклика). Фиг.16 иллюстрирует модель поверхности отклика. С помощью замены конструктивных параметров на то же мгновенно получают среднее значение и отклонение физических величин оценочного индекса.
Для каждого оценочного индекса на основе модели поверхности отклика, чтобы показывать изменение, вызываемое изменением конструктивного параметра, готовят диаграмму факторных воздействий, проиллюстрированную на фиг.17. Диаграмму факторных воздействий используют для изучения конструктивного параметра и определения параметра, для которого существует возможность быть случайно выбранным, несмотря на то, что он не чувствителен. Среди изначально выбранных 11 конструктивных параметров два конструктивных параметра имеют маленькое влияние на систему двигателя или имеют определенные направления влияния, и поэтому зафиксированы на этой стадии. Остающиеся 9 конструктивных параметров изменяют, чтобы найти решения максимального правдоподобия.
Для этого модель поверхности отклика дает возможность произвольному сочетанию конструктивных параметров мгновенно обеспечивать средние и отклонения оценочных индексов и величин состояния. 9 конструктивных параметров полностью меняют, чтобы сформировать виртуально 10000 моделей. Фиг.18 иллюстрирует их. Каждая точка на этом трехмерном графике показывает конструкторское решение ракетного двигателя, имеющего тягу 10 тонн. (10 000) конструкторских решений классифицируют по четырем оценочным индексам, включающим в себя долговечность, производительность, устойчивость и прочность, и получают из них наилучшие данные. Фиг.19 показывает наилучшие данные.
После этого выполняют фильтрацию для получения конструкторского решения, намеченного конструктором. То есть, как проиллюстрировано на фиг.20, из числа 10000 конструкторских решений по фиг.20 (a), выполняют фильтрацию с условиями сверхкритического сгорания (гармоническая устойчивость) + малого риска ремонта насоса, как проиллюстрировано на фиг.20 (b), далее выполняют фильтрацию с условием температуры форсунки 250К или выше (гармоническая устойчивость), как проиллюстрировано на фиг.20 (c), затем выполняют фильтрацию с условиями долговечности, низкочастотной устойчивости и отношения SN (сигнал-шум), как проиллюстрировано на фиг.20 (d), и заключительную фильтрацию выполняют с условием гарантии допустимого предела регулировки сопла, как проиллюстрировано на фиг.20 (e). Наконец, получают набор (27 блоков) хорошо сбалансированных конструкторских решений максимального правдоподобия.
Относительно группы конструкторских решений максимального правдоподобия изучают оригинальные конструктивные параметры, чтобы определять сочетание конструктивных параметров для рекомендуемого конструкторского решения. В отношении этого исполняют программу определения размеров и программу операций с оценочными индексами для поправки размеров. Внешний вид двигателя по рекомендуемому конструкторскому решению, спроектированному в соответствии с вышеупомянутыми оперативными точками, проиллюстрирован на фиг.10. Спецификации рекомендуемого конструкторского решения частично проиллюстрированы на фиг.21.
Примеры оценок результата проектирования точек устойчивой работы приведены ниже.
Для камеры сгорания гарантирована долговечность около 30 периодов с 4-периодным запасом благодаря подробным моделям.
Средняя ISPeng (удельная тяга системы двигателя) составляет 354,7 секунд, и 350 секунд будет гарантировано для 3σ 150 сек (величина смещенная вниз на 3σ, причем σ - это отклонение распределения вероятности объекта). Если температура газа ГГ (температура высокотемпературного газа, генерируемого газогенератором) должна быть снижена, то сокращение производительности составит около -1 сек/10K.
Поскольку модели стабильности подробны, основная камера сгорания и ГГ (газогенератор) хорошо сбалансированы. Считается, что значения O=22% PC и F=17% PC являются подходящими. Потеря давления регенеративного охлаждения мала, и ее влияние не передается насосу. Наоборот, F установлено равным 22% PC, так что от потери давления на инжекторе защищает буфер. Это позволяет увеличивать давление LNG (сжиженного природного газа), подаваемого к ГГ, и, следовательно, может быть гарантирован регулировочный запас при состоянии F=17% Pg.
Спроектировано, что Pc равно 5,2 МПа. Статистика по созданию виртуального прототипа показывает падение до 5,17 МПа. Считается, что допуски соответственных частей не ведут себя одинаково в положительном и отрицательном направлениях. Разница в 0,03 МПа - это количество, которое должно быть восстановлено соплом. Имеет место отклонение σ=0,0379 МПа и поэтому регулировка до 5,2 МПа обеспечит критическое давление сгорания LOX (жидкого кислорода) 5,0 МПа даже в случае падения на 3σ.
Считается, что тяга будет меняться на ±2,8 кН при 3σ около среднего значения 97,3 Н. Это поглощаемо путем регулировки Pc на ±0,15 МПа. Это может быть поглощено с помощью регулировки сопротивления.
Индекс, относящийся к рабочему состоянию насоса предполагает, что он подобен работе с существующим изделием такого же класса. В связи с этим размер спирального кожуха должен быть сохранен.
Если слив LNG необходим для охлаждения форсунки, следует заметить, что ISPeng снижается примерно на 1 сек для каждого обслуживания 0,1 кг/сек.
Результат проектирования этого примера, основанный на системе этого варианта осуществления, может не сильно отличаться от результата традиционного проектирования. Однако, проверено, что вариант осуществления может обеспечивать конструктора чувством безопасности за результат проектирования, потому что вариант осуществления вводит надежность в результат проектирования.