5.4. Функционально-стоимостной анализ (фса)

В соответствии с заданием консультанта по организационно-экономической части ВКР данный раздел дипломники выполняют с различной степенью проработки следующих вопросов:

- выявление и описание функций;

- построение функциональной модели;

- определение значимости функций;

- выбор способа реализации функций;

- построение структурной модели;

- определение затрат по каждой функции;

- построение совмещенной схемы;

- построение функционально-стоимостной диаграммы и ее анализ [30, 37, 62].

ФСА – это метод системного исследования объекта (изделия, процесса, структуры), направленный на повышение эффективности использования материальных, трудовых и других ресурсов. Основан на выявлении, описании и анализе функций (функциональный анализ), выполняемых отдельными элементами объекта (изделия, процесса, организационной структуры и т.д.), с последующим анализом затрат на реализующие данные функции элементы (структурный анализ); выявлении излишних, неоправданных и бесполезных функций, при одновременном усилении надежности реализации основных и полезных функций; сокращении числа используемых элементов и обеспечении минимально возможных затрат на реализацию функций.

Отличительная особенность ФСА – его универсальный характер. Метод может быть использован для оценки любых объектов, по которым имеются затраты.

Функциональный подход предполагает рассмотрение объекта не в его конкретной форме, а как комплекс функций, которые он выполняет или должен выполнять. При этом каждая функция может анализироваться с позиции возможных способов реализации. Оценка вариантов производится по критерию, который учитывает степень выполнения и значимость функций, а также размер затрат, связанных с их реализацией.

ФСА включает в себя следующую последовательность этапов:

1. подготовительный;

2. информационный;

3. аналитический;

4. творческий;

5. исследовательский;

6. рекомендательный.

Подготовительный этап заключается в выборе объекта исследования и задач ФСА. Например, объектами ФСА могут быть технические системы и их составные части, информационные системы, организационные системы и т.д. В качестве объекта ФСА в дипломном проектировании выступает проектируемое инженерное решение. Например, объектом ФСА в организационно-экономической части ВКР в сфере программного обеспечения может быть программа, ВКР исследовательского профиля – объект исследования; в ВКР конструкторского профиля – устройство, установка и т.п.

Информационный этап связан с подготовкой, сбором и систематизацией информации об объекте ФСА.

Аналитический этап включает в себя:

1. выявление и описание функций;

2. построение функциональной модели;

3. оценку значимости функций.

Функция – это деятельность, обязанность, работа, назначение, роль, внешнее проявление свойств объекта. Выявить функцию означает определить действия, обнаружить результат этих действий. Описание функции должно отвечать на следующие вопросы:

- какую потребность может удовлетворить исследуемый объект?

- с помощью какой физической (для технических объектов) или информационной (для не технических объектов) операции происходит реализация потребности.

При формулировании функций необходимо выполнять следующие правила. Формулировка функций должна быть точной и выражаться лаконично двумя словами – глаголом и существительным. При формулировании функций необходимо использовать существительные, которыми обозначают понятия, имеющие физическую размерность. Функция должна быть сформулирована абстрактно без указания на конкретную реализацию.

По роли в удовлетворении потребностей, обеспечении работоспособности объектов и установлении степени их относительной полезности функции делятся на главную, основные, вспомогательные.

Главная функция характеризует назначение объекта.

Основная функ­ция – это функция, предназначенная для обеспечения выполнения главной функции. Без совокупности основных функций не может быть осуществлена главная функция. Выявление основных функций и установление связей и взаимосвязей между ними является одной из важнейших процедур как при анализе реальных объектов, так и при создании принципиально новых.

Вспомогательная функция – это функция, способствующая осуществлению одной или не­скольких основных функций либо обусловленная этими функциями, их взаимодействием между собой. Вспомогательные функции при­спосабливают средства реализации главной и основных функций к потребителю и условиям эксплуатации. Они делают средства реализации главной и основных функций удобными для потребителя, повышают эффективность проявления этих функций и взаимосвязей между ними.

Классификация функций осуществляется в следующей последовательности:

- формулируется главная функция объекта;

- определяются функции, предназначенные для обеспечения главной функции;

- выявляются функции следующего уровня, необходимые для осуществления функций более высокого уровня.

Например, при проектировании системы автоматического управления главной функцией является автоматизация управления. В качестве основных можно выделить две функции, одна из которых имеет в свою очередь две вспомогательные функции. Таким образом, получается следующая классификация функций:

F₀ – автоматизировать управление техническим объектом;

F₁ – синтезировать алгоритм программы управления;

F₂ – реализовать программу управления, которая состоит из подфункций:

F₂₁ – запрограммировать алгоритм;

F₂₂ – реализовать программу управления на компьютере.

На основе полученной классификации функций строится функциональная модель.

Функциональная модель как комплекс взаимосвязанных функций представляет собой схему соподчиненности функций различного иерархического уровня (рис. 9). Индексация функций производится с учетом их принадлежности к соответствующему иерархическому уровню.

Значимость функций может быть определена как экспертным путем, так и методом расстановки приоритетов.

Рис. 9. Функциональная модель

При использовании метода расстановки приоритетов строится матрица парных сравнений в виде таблицы, в которой все основные и вспомогательные функции перечислены в виде строк и столбов. В табл. 5 приведен пример построения таблицы для основных функций.

Таблица 5

Значимость основных функций

Аab	F1	…	Fi		УВЗf Fi , %
F1	1
…		1
Fi			1

На пересечении а-й строки и b-го столбца проставляется оценка предпочтительности F_a над F_b. Если F_a > F_b, то оценка 1,5. Если F_a < F_b, то оценка 0,5. Если F_a = F_b, то оценка 1. Оценка предпочтительности должна быть обоснована.

На творческом этапе осуществляется поиск идей и вариантов решений реализации функций. Для этого выполняются следующие работы:

1. определение различных вариантов реализации функций;

2. выбор критериев оценки вариантов реализации;

3. оценка значимости критериев;

4. оценка вариантов реализации;

5. выбор варианта реализации функции.

Определение вариантов реализации функций основывается на результатах исследований, проведенных в основной части дипломного проекта и может заключаться в реализации функции на базе различных микросхем, применении различных материалов, схем конструкции, в выборе разных вариантов языка программирования или аппаратных средств данной программы и т.д. Чем больше функционально взаимосвязанных вариантов удается получить, тем больше возможность реализовать эффективные решения, отвечающие современному уровню развития науки и техники.

Поиск решений может быть информационным и эвристическим. Методы эвристического поиска разнообразны: метод аналогии, метод инверсии, метод эмпатии, метод идеализации, правило двадцати четырех, правило двадцати пяти, правило двадцати шести, мозговой штурм, конференция идей, метод ассоциаций, синектика, метод контрольных вопросов, метод коллективного блокнота, метод поэлементной отработки объекта, метод морфологического анализа, метод матриц открытий, теория решения изобретательских задач, стратегия семикратного поиска, теория конструирования Р. Коллера, метод функционального изобретательства, стратегия системного поиска резервов. Дипломники сами выбирают, какой метод будет ими использоваться для поиска вариантов реализации каждой функции.

Критерии оценки вариантов реализации выбираются из технического задания на разработку или с помощью экспертов.

Их количество и состав могут быть самыми различными. При разработке устройства, прибора, установки и т. п. в качестве критериев могут выступать погрешность, температурный диапазон, габариты, напряжение питания и т.п. При оценке вариантов реализации функций при проектировании системы автоматического управления критериями могут быть следующие показатели: устойчивость системы; занимаемый объем машинных ресурсов; быстродействие; точность отработки входного сигнала в системе; емкость памяти.

Выбор критериев можно произвести, оценив их значимость с помощью метода экспертных оценок. Оценка производится по 5-балльной шкале. Эксперты оценивают степень важности критерия для потребителя (табл. 6).

Таблица 6

Оценка значимости критериев

Эксперты

Оценка i-го критерия j-м экспертом Bij

Значимость эксперта, Зэj

Руководитель ВКР

1

2

…

…

…

...

i

Дипломник

……

……

……

Значимость критерия Знi

Значимость критерия вычисляется по формуле:

Все предлагаемые решения по вариантам реализации функций заносятся в таблицу, где производится оценка варианта реализации по выбранным критериям (табл. 7, 8).

Таблица 7

Оценка вариантов реализации функций на базе различных микросхем

Функция	Варианты реализации		Оценки варианта реализации по i-му критерию, Bi k							Оценка варианта реализации, kf
	№	Описание	1	2	.	.	.	.	i
F1	1	Реализация блока с использованием микросхемы КР1830ВЕ51
	2	Реализация блока с использованием микросхемы КР580ВМ86

Таблица 8

Оценка вариантов реализации функций при проектировании системы автоматического управления

Функция	Варианты реализации		Оценки варианта реализации по i-му критерию, Bi k					Оценка варианта реализации, kf
	№	Описание	1	2	3	4	5
F1	1	Метод поэтапного детализирования
	2	Объектная алгоритмизация
F21	1	Использовать графический пакет MatLab 6.0
	2	Использовать другое средство
F22	1	ЭВМ (Pentium-IV)
	2	ЭВМ (Pentium-III)

При выполнении ОЭЧ ВКР должно быть приведено обоснование оценки каждого варианта реализации функции по каждому выбранному критерию.

Общая оценка варианта реализации функции производится по формуле:

,

где В_iк - оценка k-го варианта реализации по i-му показателю.

Из рассматриваемых вариантов реализации наилучшим считается тот, у которого значение Q_kf максимальное.

Исследовательский этап включает в себя:

- выбор варианта реализации объекта ФСА;

- построение структурной модели;

- построение совмещенной модели;

- определение затрат по каждой функции;

- построение функционально-стоимостной диаграммы.

Вариант реализации объекта ФСА формируется из наилучших вариантов реализации каждой функции. В случае, если нельзя выбрать все способы реализации с максимальным Q_kf вследствие несовместимости вариантов реализации функций между собой, выбор осуществляется с помощью дополнительных критериев.

По выбранному варианту реализации строится структурная модель объекта исследования, характеризующая взаимосвязь ее элементов – материальных носителей функций.

Совмещенная модель представляет собой функциональную модель, достроенную структурной моделью (рис. 10).

Следующая задача – это определение затрат по каждой функции функциональной модели.

Расчет затрат производится на основании совмещенной модели. Если элемент (материальный носитель функции) участвует в реализации нескольких функций, то относительную величину затрат можно установить с помощью экспертных оценок или воспользоваться методом «АВС».

Затраты на реализацию функций можно определять по себестоимости изготовления, по стоимости материальных затрат, комплектующих, по трудоемкости.

Рис. 10. Совмещенная структурно-функциональная модель

Расчет затрат по выбранному варианту реализации сводится в табл. 9.

Таблица 9

Затраты на реализацию каждой функции

Функция	Состав элементов (материальных носителей)	Стоимость (трудоемкость) элемента	Доля участия	Затраты на реализацию функции	Удельный вес затрат, УВСf , %
f11	Э1		0,3
f12	Э1		0,7
	Э2		1,0
f13	Э4		1,0
	Э51		1,0
…
и т.д.

Функционально-стоимостная диаграмма строится на основании выполненных выше расчетов и позволяет сопоставить значимость каждой функции с удельным весом затрат на ее осуществление. Примеры построения функционально-стоимостной диаграммы приведены на рис. 11 и 12.

Рассчитывается среднее отклонение удельного веса значимости и стоимости функции:

.

Рис. 11. Функционально-стоимостная диаграмма

для основных функций

Рис. 12. Функционально-стоимостная диаграмма

для вспомогательных функций

На рекомендательном этапе выявляются диспропорции по тем функциям, у которых удельный вес затрат выше удельного веса значимости функции. Метод установления пропорций между значимостью функций и затратами на их осуществление исходит из того, что функции, играющие незначительную роль в полезном применении устройства должны характеризоваться и меньшими затратами.

Дипломник обосновывает диспропорции по тем функциям, у которых удельный вес затрат выше удельного веса значимости функции и выше, чем среднее отклонение, и как можно устранить или почему нельзя устранить диспропорции.

Пример выполнения ФСА представлен в прил. 6.