1.2.3. Построение функциональной модели
Под функциональным моделированием понимают процесс построения и использования ФМ объекта, включающий: формулирование функций, их группировку, определение уровней иерархии функций, проверку правильности распределения функций, оценку их важности.
Результатом построения является абстрактная (только для анализа функций) модель объекта (рис. 1.2) – некоторая структура, чаще всего дерево функций объекта, получаемое путем формулирования и анализа качеств функций, их соподчинения и упорядочения.
ФМ метода ФСА является логической моделью, ее формирование подчиняется определенным принципам и правилам.
На верхнем, первом, уровне ФМ (см. рис.1.2) располагают общесистемные функции – главные и второстепенные, т.е. внешние для изделия. На втором уровне – внутрисистемные (внутренние) основные функции, необходимые для реализации главной. Следующий уровень отводится вспомогательным (тоже внутренним) функциям, которые обеспечивают основные. Набор этих функций может быть реализован разными решениями в зависимости от выбранной концепции.
Рис. 1.2. Функциональная модель объекта (нестрогое дерево)
Сигналом к завершению построения ФМ является невозможность дальнейшей дифференциации функций без перехода от функционального описания к предметной форме их исполнения. Часто ФМ ограничивается тремя-четырьмя уровнями иерархии.
Если ФМ представлена сетью (см. рис. 1.2), то ее можно свести к строгому дереву (рис. 1.3) введением избыточности и использовать те же схемы оценивания. Каждая функция в дереве идентифицирована по ее месту (например, F1 – главная функция 1-го уровня, f11 – функция второго уровня, принадлежащая главной функции F1, и т.д.). Структура ФМ выстраивается с учетом качества функций, их характеристик. Функции могут быть внешними и внутренними, главными и второстепенными по отношению к анализируемому объекту (например, потребительско-эксплуатационные, эстетические, эргономические, экологические). Внутренние могут быть основными и вспомогательными. избыточность (повторяемость) функций вводится для упрощения процедуры определения их значимости и для их перенумерации. Такой прием дает более простое и строгое описание ФМ и в дальнейшем – более простое правило нахождения абсолютных и относительных по значимости функций. Каждая из функций по характеру проявления может быть номинальной (удовлетворяющей заданным требованиям), действительной (фактически реализуемой), потенциальной (возможной при изменении условий существования объекта).
С точки зрения полезности функции можно характеризовать как полезные, бесполезные (излишние), вредные (отрицательно влияющие на результаты работы). Более детальная классификация функций дана в работе [1].
Рис. 1.3. Функциональная модель объекта (строгое дерево)
В зависимости от объекта содержание функций изменяется. При описании функций соблюдают следующие правила:
– формулировка функции должна содержать глагол и существительное;
– описание функции может иметь количественные и информационные составляющие.
Для функционального описания объекта и построения ФМ используют системный и морфологический анализ, а также метод морфологического ящика, учитывая при анализе не только уже присущие объекту свойства и функции, но и возможные, потенциальные (п. 1.3.2). При построении ФМ и формулировании функций часто используют «дерево целей и задач» (ДЦЗ) (рис. 1.4).
Рис. 1.4. Вид дерева целей и задач (рыбий хребет Исикавы)
При проектировании нового изделия, когда степень неопределенности технических решений высока, а изделие (объект, система) не имеет определенной структуры, исходной информацией для ФМ может служить четырехуровневый иерархический граф – ДЦЗ [1] проектирования нового изделия: I уровень – генеральная цель, II – подцели, III – задачи, IV – мероприятия. Дерево ФМ может быть также ограничено четырьмя уровнями иерархии. Начинается построение ФМ с верхнего уровня дерева целей, на который выводятся главные и второстепенные (внешние) функции объекта, сформулированные с высокой степенью абстрагирования.
На II уровне ФМ формируются функции, отражающие принципы построения объекта. Они не должны противоречить задачам ДЦЗ. На этом уровне могут возникнуть различные варианты реализации главных задач функций, которые могут быть выявлены с помощью морфологических таблиц (п. 1.3.2). Логичность и непротиворечивость построенной ФМ часто проверяют, используя методику FAST (прил. 3).
Структурная модель (СМ) объекта – это графическое (табличное или матричное) описание элементного состава объекта, дающее представление о материальном (реальном) составе объекта (совокупности элементов и связей между ними). СМ объекта любой сложности можно представить в виде иерархии: на верхнем уровне – объект как целое, на следующих уровнях – составляющие целого. По отношению к изделию говорят, что дерево получено разузлованием изделия. СМ служит основой для стоимостной оценки исследуемого объекта (рис. 1.5).
Совмещение ФМ и СМ дает функционально-структурную модель, с помощью которой можно осуществить оценку затрат на реализацию ФМ (табл. 1.1).
Т а б л и ц а 1.1