ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ИЗУЧЕНИЮ КУРСА

ВВЕДЕНИЕ

 

Современная государственная политика России ориентирована на развитие наукоемких отраслей промышленности, прежде всего - связанных с производством продукции инновационных технологий. В этих условиях возрастает роль научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ (НИОКР), направленных на разработку и освоение производства высокотехнологичной промышленной продукции. Неотъемлемой частью любой НИОКР является разработка различной технической документации (ТД), отвечающей определенным критериям качества. Базовыми документами, определяющими такие критерии, служат государственные стандарты (ГОСТы).

Порядок разработки и постановки на производство промышленной продукции регулируется комплексом стандартов ГОСТ 15 «Система разработки и постановки продукции на производство» (СРПП). Согласно ГОСТ Р 15.001–94 «СРПП. Основные положения» и ГОСТ Р 15.201–2000 «СРПП. Продукция производственно-техничес-кого назначения. Порядок разработки и постановки продукции на производство» промышленной продукцией называют народнохозяйственную продукцию, изготовляемую для удовлетворения потребностей народного хозяйства, и продукцию производственно-технического назначения, предназначенную для использования в качестве средств промышленного и сельскохозяйственного производства.

Промышленная продукция, в отличие от других видов продукции:

– разрабатывается на основе технического задания (ТЗ) и выполненного в соответствии с ним проекта;

– изготавливается по разработанной в ходе проектирования ТД;

– подвергается испытаниям на соответствие основным заявляемым характеристикам;

– принимается по результатам испытаний независимым органом.

Жизненный цикл промышленной продукции определен ГОСТ Р 15.001–94 «СРПП. Основные положения». В общем случае жизненный цикл промышленной продукции включает следующие стадии:

– исследования - разработка технического задания (ТЗ) на проведение научно-исследовательских работ (НИР) и выполнение НИР в соответствии с ГОСТ 15.101–98 «СРПП. Порядок выполнения научно-исследовательских работ».

Разработка ТЗ на выполнение опытно-конструкторской работы производится в соответствии с ГОСТ Р 15.201–2000 «СРПП. Продукция производственно-технического назначения. Порядок разработки и постановки продукции на производство».

– опытно-конструкторская работа, выполняемая в соответствии с тем же стандартом и включающая:

= выполнение эскизного, технического и рабочего проектирования по созданию рабочей конструкторской документации (РКД) на опытный образец;

= изготовление опытных образцов;

= испытания опытных образцов (предварительные и приемочные) в соответствии с ГОСТ 15.309–98 «СРПП. Испытания и приемка выпускаемой продукции. Основные положения»;

= корректировку РКД по результатам испытаний;

= приемку результатов ОКР в соответствии с ГОСТ 15.309–98 «СРПП. Испытания и приемка выпускаемой продукции. Основные положения».

– постановка на производство в соответствии с ГОСТ Р 15.201–2000 «СРПП. Продукция производственно-технического назначения. Порядок разработки и постановки продукции на производство», включающая:

= подготовку производства;

= освоение производства;

= изготовление установочной серии;

= квалификационные испытания (периодические и типовые) в соответствии с ГОСТ 15.309–98 «СРПП. Испытания и приемка выпускаемой продукции. Основные положения»;

= единичное (повторяющееся, серийное, массовое) производство.

– передача в эксплуатацию (поставка).

– эксплуатация (применение, хранение).

– ремонт в соответствии с ГОСТ 15.601–98 «СРПП. Техническое обслуживание и ремонт техники».

– снятие с производства и утилизация.

 

Жизненный цикл народнохозяйственной продукции отличается от жизненного цикла продукции производственно-технического назначения тем, что в целях защиты здоровья и прав потребителей при определении в ТЗ характеристик народнохозяйственной продукции и при проведении ее испытаний выдвигаются дополнительные требования по обеспечению безопасности для жизни и здоровья населения, а также по охране окружающей среды. Отдельные стадии жизненного цикла для конкретных видов продукции могут отсутствовать или быть объединены друг с другом. На любой стадии разработки промышленной продукции создается и/или используется та или иная техническая документация. Поскольку техническая документация является составной частью разрабатываемого изделия и одним из видов промышленной продукции предприятия, ее жизненный цикл повторяет цикл самой продукции. Определение термина «техническая документация» дано в Рекомендациях по стандартизации Р 50–605–80–93 «СРПП. Термины и определения». Техническая документация – это совокупность документов, необходимая и достаточная для непосредственного использования на каждой стадии жизненного цикла продукции. К технической документации на промышленную продукцию относятся следующие документы:

· технические задания;

· конструкторская документация (КД) на изделия приборостроения и машиностроения (ИПМ) или рабочая документация (РД) на автоматизированные системы (АС):

· собственно КД на ИПМ или РД на АС;

· эксплуатационная документация (ЭД);

· ремонтная документация (РМД);

· программная документация (ПД);

· технологическая документация (ТЛД).

 

Техническое регулирование в сфере разработки

и оборота технической документации

 

Виды ТД и требования к конструкторской, эксплуатационной, ремонтной, программной и технологической документации на ИПМ и АС определены следующими комплексами стандартов:

· ЕСКД - Единая система конструкторской документации

(ГОСТ 2.xxx);

· ЕСПД - Единая система программной документации

(ГОСТ 19.xxx);

· ЕСТД - Единая система технологической документации

(ГОСТ 3.xxx);

· КСАС - Комплекс стандартов на автоматизированные системы (ГОСТ 34.xxx).

Помимо упомянутых ГОСТов при разработке ТД должны учитываться требования следующих систем стандартов:

· ГСС - Государственная система стандартизации (ГОСТ 1.xxx);

· ГСИ - Государственная система обеспечения единства измерений (ГОСТ 8.xxx);

· ЕСЗКС - Единая система защиты от коррозии и старения

(ГОСТ 9.xxx).

 

Требований приведенных выше стандартов вполне достаточно для подавляющего большинства видов ТД. В то же время при разработке эксплуатационной документации (ЭД) следует учитывать целевую аудиторию пользователей, для которых ЭД разрабатывается, и сообразно этому выдерживать нужный стиль изложения этих документов.

Техническая документация в соответствии с ГОСТ 2.111–68 «ЕСКД. Нормоконтроль» и ГОСТ 3.1116–79 «ЕСТД. Нормоконтроль» подлежит обязательной проверке службой нормативного контроля (нормоконтроля) предприятия-разработчика.

Нормоконтролю подлежит конструкторская, технологическая (и программная) документация независимо от подчиненности и служебных функций подразделений, выпустивших указанную документацию. Проведение нормоконтроля направлено на:

– соблюдение в разрабатываемых изделиях норм и требований, установленных в государственных, отраслевых, республиканских стандартах и стандартах предприятий;

– правильность выполнения конструкторских документов в соответствии с требованиями стандартов;

– достижение в разрабатываемых изделиях высокого уровня стандартизации и унификации на основе широкого использования ранее спроектированных, освоенных в производстве и стандартизованных изделий, типовых конструкторских решений и исполнений;

– рациональное использование установленных ограничительных номенклатур стандартизованных изделий, конструктивных норм (резьб, диаметров, шлицевых соединений, модулей зубчатых колес, допусков и посадок, конусностей и других элементов деталей машин), марок материалов, профилей и размеров проката и т.п.

Правила учета, хранения, оборота, внесения изменений и уничтожения ТД определены соответствующими стандартами ЕСКД, ЕСПД и ЕСТД.

 

Для процесса проектирования в принципе нельзя указать строго определенную последовательность операций и невозможно полностью оптимизировать.

Однако, проектирование поддается приблизительной алгоритмизации, позволяющей свести к минимуму роль субъективных факторов.

В общей модели проектирования можно выделить ряд основных шагов, которые могут встречаться один или несколько раз.

1 – постановка задачи

2 – анализ проблемы, уточнение задачи, оценка реализуемости

3 – разработка технического задания на проектирование

4 – подбор возможных принципиальных решений (структура, технические средства)

5 – грубый расчет одного или нескольких вариантов, предварительная оценка по техническим, технологическим и экономическим аспектам, выбор оптимального варианта (инженерный анализ или структурная оптимизация)

6 – точный расчет и оптимизация выбранного варианта, оценка по всем аспектам (инженерный анализ и параметрическая оптимизация)

7 – составление рабочей и конструкторской документации

Можно выделить основные документальные составляющие процесса проеткирования:

Техническое задание (ТЗ) – содержит основные требования к продукции и определяет этапы проектирования

Техническое предложение – содержит обоснование принимаемых принципиальных решений

Эскизный проект – содержит принципиальные решения основных узлов и дает общее представление об устройстве и принципах работы

Технический проект – содержит окончательное решение и дает полное представление об устройстве изделия

Рабочая и конструкторская документация – комплект конструкторских документации, достаточной для изготовления изделия

Необходимым условием проектирования является рациональная преемственность проектируемой и ранее созданной систем

 

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ИЗУЧЕНИЮ КУРСА

1. Цель и задачи дисциплины

Цель преподавания дисциплины

Основная цель преподавания курса «Проектирование систем электропривода» состоит в освоении студентами специальности 140604.65 общей методологии проектирования, процедур и приемов, повышающих эффективность решения проектных и изобретательских задач.

 

Задачи дисциплины

В соответствии с поставленной целью курса в процессе обучения решаются задачи, обеспечивающие формирование теоретических знаний и практических навыков по следующим темам:

– сущность инженерного проектирования;

– основные принципы системного проектирования электропривода;

– формирование технического задания на разрабатываемую продукцию;

– основы инженерного анализа альтернативных вариантов электропривода;

– выбор принципиальных решений при построении системы электропривода;

– документальное оформление результатов проектирования;

– основы построения САПР.

В ходе достижения поставленной цели решаются следующие частные задачи: упорядочение полученных ранее знаний; ликвидация пробелов в знаниях по специальности; подготовка к дипломному проектированию.

 

Связь с другими учебными дисциплинами

Дисциплина “Проектирование систем электропривода” базируется на знаниях, полученных при изучении курсов “Электрические машины”, “Преобразовательная техника”, “Теория автоматического управления”, “Теория электропривода”, “Элементы автоматизированного электропривода”, “Системы управления электроприводами”.

Полученные при изучения курса знания могут быть использованы в практической деятельности, связанной с проектированием не только электроприводов, но и другого электрооборудования, промышленной и бытовой техники.

Программа курса

Введение

Цели и задачи курса. Сущность инженерного проектирования как решения многокритериальной задачи оптимизации. Место проектирования в процессе удовлетворения общественных потребностей. Философско-методологические аспекты проектирования

Основные принципы системного проектирования электроприводов

Характеристика процесса проектирования. Модель (общий алгоритм) процесса проектирования. Этапы и стадии выполнения проектных работ. Основные признаки процесса проектирования. Основные составляющие преемственности в проектировании: унификация, нормализация и стандартизация.

Формирование технического задания на разрабатываемую продукцию

Состав технического задания (ТЗ). Технические требования ТЗ: требования к составу эл. привода, к питающей сети, к функциям и алгоритму работы. Пример: эл. привод мощного водяного насоса. Требования к основным техническим показателям эл. привода: статические и динамические показатели качества, связь между ними; требования к аппаратно-программному обеспечению; требования к надежности. Требования по устойчивости эл. привода к внешним воздействиям во время эксплуатации, транспортировки и хранения: климатические факторы, механические факторы. Требования безопасности. Требования к конструкции: степень защиты, способы монтажа и охлаждения, степень вибрации и уровень шума.

Основы инженерного анализа альтернативных вариантов электропривода

Отбор возможных принципиальных решений (патентно-информационный поиск). Оценка и сравнение вариантов решения по совокупности критериев оптимальности. Оптимизация соотношения между качеством и затратами (функционально-стоимостной анализ). Многокритериальная оптимизация электропривода с использованием нормативной шкалы желательности Харрингтона. Принципы построения автомата-настройщика системы электропривода по обобщенному критерию оптимальности.

Выбор принципиальных решений при построении систем электропривода

Классификационный анализ видов привода. Классификация электродвигательных устройств и сравнительная количественная оценка серийных электродвигателей. Отечественные и зарубежные электродвигатели подач станков. Классификационный анализ и выбор основных систем регулируемого электропривода постоянного и переменного тока. Классификационный анализ и выбор систем регулирования координат эл. привода: с управлением по выходной координате, по вектору состояния и каскадным управлением (подчиненным регулированием).

Документальное оформление результатов проектирования

Разработка технической документации для изготовления, испытаний и эксплуатации эл. приводов. Виды проектно-конструкторской документации.

Выявление требований к регулируемому электроприводу. Статические показатели. Динамические показатели

Требования к основным техническим показателям электропривода. Классификация электроприводов по диапазону регулирования, статической точности и быстродействию. Требования к электроприводам станков и промышленных роботов. Требования к электроприводам технологических агрегатов непрерывного действия по производству ленточных материалов. Выявление требований к динамическим показателям электропривода на основе информации о частотных и временных характеристиках доминирующих возмущений. Временные и частотные показатели. Связь между частотными и временными показателями. Связь между статическими и динамическими показателями.

Выбор силовой части электропривода (инженерный анализ и определение рационального варианта)

Выбор силовой части электропривода из условий соответствия его механических характеристик характеристикам рабочей машины. Отбор возможных вариантов в классе систем постоянного и переменного тока. Выбор типа и параметров электродвигательного устройства.

Параметрическая оптимизация СУЭП при выбранной структуре электропривода

Общая схема оптимизации. Параметрическая оптимизация систем управления электроприводом (детерминированный и стохастический подходы). Настройка контуров тока и скорости. Параметрическая оптимизация СУЭП с учетом влияния возмущений.

 

На практических занятиях по дисциплине рассматриваются следующие темы:

– методы синтеза оптимальных регуляторов технологических параметров;

– учет электромагнитной совместимости при проектировании систем электроприводов;

– знакомство по справочной литературе с классификацией современных электроприводов отечественного и зарубежного производства;

– изучение по учебно-методическим материалам требований к аппаратно-программному обеспечению децентрализованной системы управления электроприводом технологического агрегата.

 

 

Контрольное задание

Одним из важнейших этапов проектирования является создание технического задания на разрабатываемую продукцию.

Техническое задание – это документ, в котором на естественном языке описывается словесная модель проектируемой системы

Техническое задание (ТЗ) является основным документом, определяющим требования и порядок создания (развития, модернизации) автоматизированной системы, в соответствии с которым проводится ее разработка и приемка при вводе в действие.

ТЗ разрабатывают на систему в целом, предназначенную для работы самостоятельно или в составе другой системы.

Дополнительно могут быть разработаны ТЗ на подсистемы, комплектующие средства технического обеспечения и программно-технические комплексы, программные средства в соответствии со стандартами ЕСПД; информационные изделия.

Включаемые в ТЗ требования должны соответствовать современному уровню развития науки и техники и не уступать аналогичным требованиям, предъявляемым к лучшим современным отечественным и зарубежным аналогам.

Задаваемые в ТЗ требования не должны ограничивать разработчика системы в поиске и реализации наиболее эффективных технических, технико-экономических и других решений.

Конкретное содержание ТЗ определяет заказчик и разработчик, а при инициативной разработке – разработчик

 

Задание:

В соответствии с выданным заданием на курсовое проектирование по дисциплине «Автоматизация типовых технологических процессов и промышленных установок» разработать техническое задание на проектирование системы электропривода технологического агрегата, используя материалы по курсу «АТТП и ПУ», настоящие методические указания и комплект ГОСТов, находящихся в кабинете проектирования кафедры ЭП и АПУ в составе учебно-методического комплекса дисциплины «Проектирование систем электропривода».

 

Методические указания