Пример выполнения фса предлагаемого инженерного решения

1. Оцениваются экспертным методом показатели качества (табл. 37).

Например, для З_Н1: .

Таблица 37

Оценка показателей качества

Эксперты	Оценка i-го показателя j-м экспертом, Bij								Значимость эксперта, ЗЭj
Семенов С.С.	5	4	5	3	3	5	4	29	5
Евгеньев Е.Е.	5	5	4	3	3	4	4	28	4.8
Значимость показателей качества Знi	0.175	0.159	0.158	0.105	0.105	0.158	0.14

Обоснование оценок каждого показателя.

Диапазон измерений – 5, так как увеличение диапазона измерения ограничено в большей степени габаритным показателем, чем показателем точности, к значению которого предъявляются большие требования. Поэтому требуемый диапазон измерения легко реализуется путем изменения длины звукопровода. Погрешность измерений – 5, так как применение более быстродействующих элементов и другого принципа построения первичного датчика позволят увеличить данный показатель качества.

Быстродействие – 4, применение быстродействующих элементов не вызовет сильного изменения этого показателя, так как он в большей степени определяется быстродействием первичного датчика, которое в свою очередь определяется скоростью распространения ультразвуковых волн.

Диапазон рабочих температур – 3, этот показатель характеризуется материалами и элементами применяемыми в устройстве, применение других, с лучшими температурными характеристиками, либо невозможно из-за отсутствия таковых и из-за увеличения материальных затрат.

Габариты – 3, этот показатель напрямую связан для данного типа первичных датчиков с первым показателем качества, так как невозможно уменьшить габариты без уменьшения диапазона измерений.

Напряжение питания – 4, для достижения хороших точностных показателей необходимо применение микросхем выбор которых в основном обуславливается требованиями к температурному диапазону и к точности измерения, поэтому будет затруднительно реализовать питание всей схемы от одного источника питания. При появлении таких микросхем это станет возможным.

Количество измеряемых уровней – 4, увеличение количества измеряемых уровней, во-первых, не является столь необходимым, во-вторых, это ведет к усложнению схемы пропорционально числу измеряемых уровней.

2. Выделяются и описываются функции и строится функциональная схема (рис. 20). Определяется значимость функций (табл. 38).

Главная функция разрабатываемого устройства – измерение уровня. Основные функции:

F1 – управление, синхронизация и вычисление результатов;

F2 – усиление и формирование сигнала записи;

F3 – первичное измерение уровня;

F4 – прием, усиление и формирование опорных импульсов;

F5 – прием, усиление и формирование измерительных импульсов;

F6 – генерирование счетных импульсов;

F7 – подсчет счетных импульсов;

F8 – фиксация кодов;

F9 – запоминание кодов;

F10 – вывод результатов в порт;

F11 – вывод результатов на индикатор.

Рис. 20. Функциональная схема

Таблица 38

Значимость функций

Аaв	F1	F2	F3	F4	F5	F6	F7	F8	F9	F10	F11		УВЗН,%
F1	1	1.5	0.5	1.5	1.5	1.5	1.5	1.5	1.5	1.5	1.5	15	12.4
F2	0.5	1	0.5	0.5	0.5	1.5	1.5	1.5	1.5	1.5	1.5	12	9.9
F3	1.5	1.5	1	1.5	1.5	1.5	1.5	1.5	1.5	1.5	1.5	16	13.2
F4	0.5	1.5	0.5	1	0.5	0.5	1.5	1.5	1.5	1.5	1.5	13	10.7
F5	0.5	1.5	0.5	1.5	1	1.5	1.5	1.5	1.5	1.5	1.5	14	11.6
F6	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	1	1.5	0.5	1.5	1.5	1.5	10	8.3
F7	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	1	0.5	0.5	1.5	1.5	8	6.6
F8	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	1.5	1.5	1	1.5	1.5	1.5	11	9.1
F9	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	1.5	0.5	1	1.5	1.5	9	7.4
F10	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	1	0.5	6	5.0
F11	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	1.5	1	7	5.8

Обоснование расстановки оценок значимости функции F5.

F5 – это функция приема, усиления и формирования измерительных импульсов. Она менее значима, чем функция управления, синхронизации и обработки результатов F1, так как последняя не участвуя непосредственно в процессе измерения, может повысить точность за счет статистической обработки. F2 менее значима, чем F5, так как участвует только в процессе усиления и формирования импульса записи. F3 более значима. Она выполняет первичное измерение уровня, то есть преобразование положения поплавков во временной интервал, обуславливая наличие большинства погрешностей. F4 выполняет ту же роль, что и F5, но для опорных импульсов, поэтому она проще и менее значима. Функция F6 менее значима, так как вносит наименьшие погрешности и выполняет роль образцовой меры. Ее реализация достаточно проста. F7 также менее значима, чем F5. Она использует выходные данные F6. F8 и F9 – функции фиксации и сохранения кодов, они выполняют промежуточную роль между измерением и обработкой, поэтому менее значимы. Функции F10 и F11 не участвуют ни в процессе измерения, ни в процессе обработки. Они предназначены для передачи информации в порт и на индикаторы.

3. Выбирается вариант реализации каждой функции (табл. 39).

Пример расчета для первого варианта F1.

Q_kf (F1)=5 0.175+4 0.159+5 0.158+4 0.105+4 0.105+5 0.158+4*0.14=4,468

Таблица 39

Оценка вариантов реализации по каждой функции

Функция	Варианты реализации		Оценки вариантов реализации по i-му показателю качества, Bi k							Значимость варианта реализации, Qkf.
	№	Описание	1	2	3	4	5	6	7
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
F1	1	Реализация блока с использованием микросхемы КР1830ВЕ51	5	4	5	4	4	5	4	4.468*
	2	Реализация блока с использованием микросхемы КР580ВМ86	4	4	3	4	4	4	4	3.826
F2	1	На ОУ	4	5	4	4	5	4	4	4.421*
	2	На транзисторах	4	3	4	3	3	5	4	3.927
F3	1	С использованием датчика типа МЛЗ	4	5	4	4	2	4	4	3.931*
	2	С использованием эхолокационного датчика на пьезоизлучателе	5	3	3	3	5	3	3	3.549
F4	1	На ОУ	4	5	4	5	4	4	5	4.386*

Окончание табл. 39

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
	2	На дискретных элементах	4	3	5	3	3	5	3	3.7.87
F5	1	На ОУ	4	5	3	5	4	4	5	4.228*
	2	На дискретных элементах	2	2	5	3	3	5	3	3.282
F6	1	На логических элементах	4	4	4	4	5	5	4	4.241*
	2	На дискретных элементах	3	3	3	3	3	3	5	3.437
F7	1	Полностью на счетчиках	5	5	5	4	3	4	4	4.508*
	2	Частично используя КР1830ВЕ51	4	3	3	4	5	4	5	3.634
F8	1	На регистрах	4	4	5	4	3	4	4	3.997*
	2	Сразу в ОЗУ	5	5	3	4	5	4	5	4.402
F9	1	ОЗУ статическое	4	4	3	4	4	4	4	3.826*
	2	ОЗУ динамическое	4	4	5	4	4	4	4	4.142
F10	1	На ключе КР590КН4	4	4	4	4	5	4	4	4.089*
	2	На транзисторах	4	4	4	4	3	4	4	3.879
F11	1	На светодиодных индикаторах	4	4	5	5	3	5	4	4.294*
	2	На ЖКИ	4	4	4	2	4	4	4	3.774

* – обозначены те варианты реализации, которые выбраны.

Обоснование выбора варианта по функции F3.

Первичное измерение уровня может быть выполнено либо на датчике типа магнитострикционной линии задержки, либо на эхолокационном ультразвуковом пьезоизлучателе. В графе диапазон измерения проставляем для первого варианта 4 для второго 5. Это объясняется тем, что МЛЗ для больших диапазонов реализуется простым наращиванием звукопровода, но это сложнее чем для второго варианта, для которого достаточно увеличить мощность излучаемого импульса. В графе погрешность измерения 5 и 3 соответственно. Погрешность измерения в МЛЗ обусловлена только параметрами схемы и датчика, когда у второго варианта на точность влияет и состояние среды. Для графы быстродействия 5 и 3, так как скорость распространения в твердых телах выше, чем в жидких и газообразных. В графе диапазона температур 4 и 3. Температура по ходу излучения ультразвуковой волны может меняться, следовательно, характеристика будет отличаться от линейной, что снизит точность. Габариты МЛЗ невозможно уменьшить, не уменьшая диапазон измерений, поэтому оцениваем на 2. Габариты во втором варианте не связаны с диапазоном измерения, поэтому оцениваем на 5. Напряжение питания для датчика МЛЗ не требует передачи больших мощностей, и схема выполняется на стандартных напряжениях питания, для второго варианта необходим подвод большей мощности, что потребует увеличения напряжения питания, соответственно для первого и второго вариантов 4 и 3. Реализация двух измеряемых уровней требует для первого варианта добавления второго поплавка и схемы анализа измерительных импульсов, для второго варианта необходимо увеличение числа первичных преобразователей при заданной точности, соответственно 4 и 3.

4. Строится совмещенная схема (рис. 21).

Измерение уровня

Рис. 21. Совмещенная схема

5. Определяется стоимость реализации выбранных вариантов реализации функций (табл. 40) и строится функционально-стоимостная диаграмма (рис. 22).

Таблица 40

Стоимость реализации выбранных вариантов реализации функций

Функция	Материальные носители	Количество, шт.	Цена, руб.	Стоимость, руб.	Удельный вес стоимости, УВС,%
1	2	3	4	5	6
F1	КР1830ВЕ51	1	550	942	3.2
	……..
	Кнопка	1	30
F2	КР574УД3А	1	33	2092	7.2
	……..
	Кабель, м	10	200
F3	Датчик	1	20000	20000	68.8
F4	КР140УД26	1	250	2519	8.7
	………
	Конденсатор	2	2
F5	КР140УД26	1	250	2778	9.6
	……..

Окончание табл. 40

1	2	3	4	5	6
	Резистор подстр.	2	20
F6	КР1533ЛА3	0.5	1000	155	0.53
	……
	Кварц	1	100
F7	КР1533ИЕ13	4	15	61	0.2
	Резиcтор	1	1
F8	КР555ИР23	1	15	30	0.11
F9	КР537РУ10А	2	80	160	0.55
F10	КР590КН4	0.5	130	67	0.23
	Резитор	2	1
F11	КР514ИД4	4	10	256	0.88
	АЛС324	4	54
			Итого	29060	100%

Рис. 22. ФСД – функционально-стоимостная диаграмма

6. Выводы по ФСД

Из функционально-стоимостной диаграммы видно, в основном удельный вес значимости всех функций больше удельного веса стоимости, что говорит о правильном выборе вариантов реализации конкретной функции. Выявленное противоречие для функции F3 объясняется тем, что при высоких затратах и габаритах данная реализация наиболее приемлема для выполнения требований точности измерений, хорошей линейности выходной характеристики, простоты регулировки и возможности одновременно измерять уровни двухфазных сред.

ПРИЛОЖЕНИЕ 7