Життєвий цикл продукту

ІSО 14001-2015 «acquisition of raw materials, design, production, transportation/ delivery,

use, end-of-life treatment and final disposal» - придбання сировини, проектування,

виготовлення, транспортування, використання та кінцева утилізація

ГОСТ 2.103-2013. “Жизненный цикл изделия, как правило, состоит из следующих стадий:

маркетинг-научные исследования, проектирование (разработка), изготовление, контроль

(приемка), эксплуатация, ремонт, утилизация”.

Завдання, які виконуються при розробці, виробництві та сервісі виробів. взяті разом,

називаються життєвим циклом продукту (product life cycle).

.

В закордонних джерелах виділяють два головні процеси життєвого циклу продукту:

розробляння (design) та виробництво (production).

Процес розробляння починається з аналізу запитів споживачів або замовників і

закінчується повним описом продукту, зазвичай виконаним в формі проектної документації.

Для формулювання технічного завдання проводяться первинні операції по

розроблянню, як то визначення необхідності розробки за аналізом інформації споживачів та

замовників, існуючих аналогів, збір інформації про можливі принципи функціювання виробу,

попередні розрахунки для підтвердження можливості досягнення потрібних характеристик

виробу.

Операцією підпроцесу синтезу є розробка концептуального проекту. При цьому

проводиться порівняльний аналіз можливих варіантів виробу. В якості критеріїв оцінки

обирається незначна кількість головних параметрів (сталі часу, порогові похибки, порогові

дальності, енергоспоживання). Розрахунки та розробляння конструкцій проводиться на

спрощених моделях. Типовим є математичні операції розв’язання рівнянь та проведення

спектральних перетворень. Аналітична модель адаптується шляхом редукування

розмірностей. Редукція розмірностей, має на увазі заміну листа матеріалу на еквівалентну

площину або реальної форми на матеріальну ідеальну точку, не взяття до уваги таких тонких

явищ, як дифракція чи дисперсія.Результати надаються в текстовому та графічному

вигляді схем, ескізів, компоновочних креслень, графіків, таблиць результатів. Метою є

оцінка ефективності варіантів та визначення доцільності подальшої розробки.

В разі обрання варіанту проводиться удосконалення аналітичної моделі виробу та

розробляння на базі уточненої моделі для визначення оптимальних параметрів (аналіз).

В рамках концептуального проекту проводяться найрізноманітніші розрахунки. В

залежності від принципу дії та складу виробу проводяться механічні, електричні, оптичні,

теплові, акустичні, гідравлічні та інші види розрахунків. Типові приклади конструктивного

аналізу: аналіз напружень, що дозволяє перевірити міцність конструкції, кінематичний аналіз,

який показує, що проектований пристрій буде здійснювати очікувані рухи.

Після завершення концептуального проектування проводять оцінки проекту. Для цієї

мети можуть виготовлятися прототипи. Якщо оцінка проекту на підставі прототипу показує,

що проект не відповідає вимогам, описаний вище процес розробки повторюється знову.

Якщо ж результат оцінки концептуального проекту виявляється задовільним,

починається розробляння проектної документації у вигляді креслень, специфікацій і т.д.

Процес виробництва починається з планування на грунті отриманої проектної

документації, а закінчується готовим продуктом.

Першою операцією планування є планування процесів. Завдання полягає в тому, щоб

перетворити заготовку в деталь, яка зображена на техничному кресленику. Одночасно

обирається обладнання, на якому будуть проводитися заплановані технологічні операції

вироблення деталі потрібної форми з заготовки. В результаті підготування виробництва

також складаються план випуску, списки матеріалів і розробляються програми для

обладнання. На цьому ж етапі обробляються інші специфічні вимоги, зокрема розглядаються

конструкції затискачів і кріплень.

Після завершення планування починається випуск готового продукту і його перевірка

на відповідність вимогам. Деталі, які успішно проходять контроль якості, збираються разом,

проходять тестування функціональності, упаковуються, маркуються і відвантажуються

замовникам.

ДСТУ 2960-94, підготовлення виробництва та саме виробництво. Підготовлення

виробництва охоплює науково-дослідне, проектно - конструкторське, технологічне та

організаційно-матеріальне підготовлення:

Науково-дослідне підготовлення - частина підготовлення виробництва, що полягає у

проведенні прикладних досліджень, пов'язаних з удосконаленням продукції.

Проектно-конструкторське підготовлення - частина підготовлення виробництва, що

передбачає проектування нової продукції та модернізацію виготовлюваної

Технологічне підготовлення - сукупність заходів, яка охоплює проектування

технологічних процесів виробництва, вибір та розміщення устаткування, визначення

технологічного оснащення, розроблення методів технічного контролю, нормування

матеріально-технічних витрат.

Організаційно-матеріальне підготовлення - проектування організаційних рішень, які

відбивають взаємодію матеріальних, трудових та керівних елементів виробництва

промислового об'єкта, що гарантує високоефективний та безпечний хід виробничих процесів

у різні періоди життя виробничої системи.

ДСТУ 2.001-2006 документи можуть бути виготовлені в паперовому або електронному

вигляді.

ГОСТ 2.102-2013 електронний вигляд - 2D кресленики чи 3D електронні моделі.

Термінологія інженерних інформаційних технологій

Термінологія інженерних інформаційних технологій не може вважатися оформленою,

різні джерела дають суперчливі тлумачення. Нормативні англомовні джерела відсутні.

Наприклад, загальновживаний в Європі термін «informatics» не використовується в США, де

вживають термін «computer science». В англійській мові немає однозначного аналогу терміну

«проектування». Для опису процесу використовуються терміни «design, engineering», тому

склалася ситуація, коли лінгвістично та практично значення термінів не завжди збігаються.

Визначення геометрії конструкції (деталі механізму, архітектурного об’єкту,

електронної схеми і т.п.) є головним, оскільки геометрія визначає всі наступні етапи

життєвого циклу продукту. Для цієї цілі використовуються системи розробки технічних

креслеників (CADD, CADr - computer-aided drawing and drafting) та геометричного

моделювання (CAGD - computer-aided geometric design або GMS - geometric modeling

system). Саме ці системи називаються CAD (Computer Aided Design) - системами. Саме так

позиціонують свої продукти виробники програмного забезпечення.

За галузями застосування в CAD виділяють

MCAD (mechanical computer-aided design) — АСП механічних конструкцій. Це АСП

машинобудування, приладобудування, автомобілебудування, суднобудування, авіакосмічної

промисловості і т.д. Вони призначені для автоматизації двомірного або тримірного

геометричного проектування, розробки графічної конструкторської документації.

AEC CAD (architecture, engineering and construction computer-aided design) або CAAD

(computer-aided architectural design) — АСП в галузі архітектури та будівництва.

CAE (Computer Aided Engineering) - це технологія, що полягає у використанні

комп'ютерних систем для автоматизації інженерних розрахунків, аналізу геометрії,

моделювання, вивчення поведінки продукту для удосконалення та оптимізації його

конструкції.

Системи САЕ використовуються автономно або в складі CAD систем. Першою

системою CAD, яка мала інтегровану САЕ вважають I-DEAS, 1970- ті.

Класичні САЕ вирішують завдання стресового аналізу з використанням аналізу

кінцевих елементів (FEA finite element analysis), аналізу теплового та рідкого потоку з

використанням динаміки обчислювальної рідини (CFD computed fluid dynamic), кінематичного

та динамічного аналізу (MBD multibody dynamics, RBD rigid body dynamics ), моделювання

процесу для таких операцій, як лиття, формування та формування прес-форм.

До спеціалізованих CAE відносять

EDA (electronic design automation) або ECAD (electronic computer-aided design) — АСП

електроних пристроїв, радіоелектронних засобів, інтегральних схем, друкованих плат і т. п.

LDA (lens design automation) або ОCAD (optic computer-aided design) — АСП

розрахунків оптичних систем.

Методи САЕ систем

Інженерні розрахункові комп’ютерні системи з одного боку є системами автоматизації

у вигляді ECAD, LDS (OCAD), CAE, з іншого боку є комп’ютерними математичними

системами.

Моделювання взаємодії електромагнітних полів з фізичними об'єктами та середовищем

зазвичай передбачає використання обчислень системи диференційних рівнянь Максвелла і

використовується для розрахунків оптичних, отично-волоконних, радіотехнічних систем.

Finite-element method - FEAM

Метод кінцевих елементів (FEM), аналізо кінцевих елементів (FEA). З його допомогою

розраховуються напруги, деформації, теплообмін, розподіл магнітного поля, потоки рідин та

інші задачі з неперервними середовищами. Аналітичне рішення цих завдань зазвичай

вимагає вирішення крайових задач для диференціальних рівнянь в частинних похідних.

Метод кінцевих елементів переводить задачу в дискретну з системою алгебраїчних рівнянь.

Метод дає приблизні значення невідомих при дискретному числі точок в домені. Щоб

вирішити проблему, він розділяє велику область на менші, простіші, які називаються

кінцевими елементами.

З точки зору методу кожен компонент системи розглядається як тіло з зосередженою масою.

Спочатку метод застосовувався головним чином в технічній будівельній механіці. З

зростанням потужності комп’ютерів метод почали застосовувати для більшого кола систем.

Першим екземпляром виробу САЕ вважають систему Nastran, 1970-ті [germ].

Multibody dynamics, MBD

Для багатоцільових систем важливим є вивчення динамічної поведінки

взаємопов'язаних жорстких або гнучких тіл, кожне з яких може зазнавати великих

переміщень і обертання (multibody dynamics, MBD),.

Для моделювання динамічної поведінки взаємопов'язаних тіл використовуються теорії

Ньютона (вільна частка), Ейлера (тверди тіла, реакційні сили між тілами), Лагранжа.

Computational fluid dynamics (CFD)

Обчислювальна динаміка рідини (CFD) є галуззю механіки рідини, яка використовує

чисельний аналіз та структури даних для вирішення та аналізу проблем, пов'язаних з

потоками рідини. CFD використовується для виконання розрахунків, необхідних для імітації

взаємодії рідин та газів з поверхнями, визначеними граничними умовами.

Фундаментальною основою майже всіх задач CFD є рівняння Нав’є-Стокса, які

визначають однофазні (газові або рідкі, але не обидва) потоки рідини.

Мультифізічне моделювання (MultiPhysics Modeling) містить термомеханічну

(теплове / структурне), рідинно-структурну взаємодія (потік / структурний), потік текучого

середовища з теплопередачей (потік / тепловий потік) і рідинне структурна взаємодія з

теплопередачею (потік / теплова / структурна).

Наприклад, система, в якій потік рідини змінює температуру, зміни в теплопередачі

викликають структурну деформацію. Деформація змінює характер потоку, який впливає на

температуру, і коло взаємопов'язаних фізичних відповідей триває.

В автомобільному бензобаку, коливання рідини всередині бака викликає гідродинамічні

впливу, які деформують бак. При розроблянні необхідно розуміти, яким чином він буде

реагувати на різні режими водіння і різний обсяг заповнення. Даний розрахунок починається

з аналізу гідродинамічних перехідних процесів для знаходження швидкостей і тисків у рідині,

які виникають в результаті переміщення автомобіля та температурних умов. Тиск і швидкість

потім прикладаються до моделі структурного аналізу, яка створюється для визначення

напружено-деформованого стану вироби.

Автоматизація виробництва забезпечується CAM (computer-aided manufacturing) -

засобами технологічного готування виробництва. Основними підсистемами САМ є система

автоматизированої розробки технологічних процесів (computer-aided process planning —

САРР), система розробки программ обладнання з чисельним управлінням (NC software),

система автоматизації контролю та перевірки ( Computer Numerical Control, CNC).

Нещодавно для всього спектру інформаційних інженерних технологій окрім терміну

PLM (product lifecycle managent) почали застосовувати термін комп’ютерно орієнтовані

технології (CАx, computer-aided technologies).

Окремі україномовні терміни відсутні. Всі системи CAD/CAE ДСТУ 2226-94 визначає

як автоматизовану систему проектування (automated design system, ADS), CAM/CAPP -

система автоматизована технологічного готування виробництва (АС ТГВАС).

Комерційні CAD, CAE

CADD

AutoCAD Autodesk autodesk.com

Kомпас график АСКОН http://askon.ru

ZWCAD ZWsoft zwsoft.ru

BricsCAD Bricsys bricsys.com

IntelliCAD IntelliCAD Technology Consortium (ITC) intellicad.org

GMS

Solidworks,

Catia

Dassault Systèmes 3ds.com

Creo PTC ptc.com

Inventor Autodesk autodesk.com

SolidEdge, NX Siemens PLM Software plm.automation.siemens.com

Kомпас 3D АСКОН http://askon.ru

TFLEX Топ Системы tflex.ru

CAE

Siemens PLM Software plm.automation.siemens.com

NASTRAN (NX), FEMAP(SE), LMS Amesim (890$)

Autodesk autodesk.com Autodesk CFD (Multiphysics)(I) NASTRAN

Dassault Systèmes 3ds.com

Solidworks Simulation Suite (COSMOS works flow )

MidasNFX midasnfx.com Midas NFX Midas NFX

MSC Software Corporation mscsoftware.com

ADAMS, SIMXPERT, PATRAN, APEX

ANSYS, Inc. ansys.com

Workbench(FEM) Fluent CFX (CFD) AutoDyn (MBD) AIM(Multiphysics)

COMSOL

Multiphysics.

COMSOL Group comsol.com

EDA

Altium DesignerAltium Designer former Protel – P-CAD.Altium Limited Altium.com

Altium Designer Custom Board Front-End Design — ПЛІС, схемотехнічне проектування та

моделювання;

Altium Designer Custom Board Implementation — проектування плат з ядром C3D.

Multisim (Electronics Workbench) National Instruments ni.com

OCAD

Lens Design

OpticStudio (ZEMAX) LensMechanics Zemax LLC zemax.com

Ray Tracer

SPEOS NX SW CV optis optis-world.com

«Лінгвістичне» трактування

За вебстерівським словником інженерія (engineering)

- the activities or function of an engineer,

- застосування науки та математики, завдяки яким властивості матерії та джерела енергії в

природі стають корисними людям («the application of science and mathematics by which the

properties of matter and the sources of energy in nature are made useful to people»),

- проектування та виготовлення складних виробів або нових продуктів за допомогою

наукових методів («the design and manufacture of complex products»).

За Вікіпедією інженерія (engineering)

- це застосування математики, науки, економіки, соціальних та практичних знань, для

винаходження, проектування, виробництва, підтримки, дослідження та вдосконалення

машин, приладів, систем, компонентів, матеріалів, процесів («the application of mathematics,

science, economics, and social and practical knowledge to invent, innovate, design, build, maintain,

research, and improve structures, machines, tools, systems, components, materials, processes,

solutions, and organizations»).

Ресурс Вікіпедія стверджує, що автоматизована інженерія «CAE (computer aided engineering)

визначається, як найбільш загальне поняття, яке включає в себе будь-яке використання

комп’ютерних інженерних технологій разом з CAD і CAM». Тобто, стверджує, що

автоматизація всіх етапів життєвого циклу продукту виконується САЕ системи.

Примітка. При цьому ресурс посилається на «Oxford dictionary of computing»[8] та

«Aeronautical engineer's data book» [9]. Перевірка показує, що подібних стверджень в цих

джерелах немає.

Ресурс «Free on-line dictionary of computing» (http://foldoc.org/computer+aided+engineering)

стверджує, що «CAE – це застосування програмного забезпечення на всіх етапах інженерної

праці. Є подібним до CAD, але додатково може застосовуватися на стадіях концептуального

та аналітичного проектування. CAD є частиною CAE для застосування на етапах креслення».

Таким чином, будь яка програма, що використовується в інженерних дослідженні,

проектуванні, виробництві відноситься до систем автоматизації інженерії – computer aided

engineering, CAE.

За вебстерівським словником [7] проектування, розробка (design)

-створення, виконання, конструювання («to create, fashion, execute, or construct»),

- розробка кресленика, ескізу, схеми («to make a drawing, pattern, sketch, to draw the plans»).

- опис функціонування, розробки, налаштування («an underlying scheme that governs

functioning, developing, or unfolding»),

- розміщення елементів, деталей в виробі («the arrangement of elements or details in a product»),

- процес створення: формування або складання частин (будівлі, машини, книги) для вжитку

чи отримання визначеного ефекту («the way something has been made : the way the parts of

something (such as a building, machine, book, etc.) are formed and arranged for a particular use,

effect, etc.»),

- процес опису зовнішнього вигляду, функціонування, виробництва (« the process of planning

how something will look, happen, be made, etc. : the process of designing something»).

- кресленик, який показує як створити об’єкт («a drawing of something that is being planned or

created»)

- творчий процес естетичної чи функціональної розробки («the creative art of executing

aesthetic or functional designs», «decide upon the look and functioning of (a building, garment, or

other object), typically by making a detailed drawing of it.»)

За Вікіпедією проектування, розробка (design)

- створення опису побудови об’єкту, системи («the creation of a plan or convention for the

construction of an object, system»).

Відповідно, вікіпедія автоматизоване проектування (computer aided design, CAD) визначає як

технологію використання комп'ютерних систем для полегшення створення, зміни, аналізу і

оптимізації проектів («the use of computer systems (or workstations) to aid in the creation,

modification, analysis, or optimization of a design»).

Таким чином, будь яка програма, що працює з комп'ютерною графікою, так само як і будь-яка

програма, що використовується в інженерних розрахунках, відноситься до систем

автоматизованого проектування (CAD).