Глава 1

ВАЖНЕЙШИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ФСА *)

ПРИНЦИПЫ ФСА

Функциональный принцип. Любое устройство (машина, прибор, аппарат и т. д.) понимается и совершенствуется не в конкретной реальной форме, а как комплекс функций, которые оно выполняет или должно выполнять.

Системный принцип. Любой объект необходимо представлять в трёх аспектах: как нечто целое (систему С), как часть более общей системы (надсистемы) и как совокупность более мелких частей (элементов, подсистем ПС₁, ПС₂, ПС₃ и т. д.). При этом в надсистеме следует принять во внимание и все её составные части (системы С, C, C и т. д.). Т. е. каждому объекту сопоставляется такой условный рисунок.

Надсистема

С

С

C

C

C⁽ⁿ⁾

ПС₁₁

ПС₂

ПС₃

ПС_N

ПС₃

Рис 1.1.

Если рассматриваемый объект изменяется со временем, то целесообразно представить этот объект, надсистему (в которую он входит) и его подсистемы не только в настоящем, но и в прошлом и будущем.

Стоимостный принцип. При разработке новой технической системы и при совершенствовании уже имеющейся необходимо обеспечить минимум затрат на производство и эксплуатацию системы, приходящихся на единицу её полезности.

______________

*) Глава написана на основе трудов кафедры новой техники ИПК МЭТП СССР, которые не опубликованы.

ПОНЯТИЕ ФУНКЦИИ. ПРАВИЛА ФОРМУЛИРОВАНИЯ ФУНКЦИИ.

Любое изделие (в т. ч. машина, аппарат, прибор и т. п.) имеет потребительную стоимость.

Потребительная стоимость – это способность изделия удовлетворять ту или иную потребность человека, быть полезностью, благом.

Вне отношения к потребностям людей потребительной стоимости не существует.

Для потребителя не важна природа изделия как такового. Его прежде всего интересуют те действия, та работа, которые при помощи изделия могут быть выполнены, т. е. функциональные возможности, изделия.

Функция – это проявление изделием его свойств, а также действия, производимые с помощью изделия.

При формулировании функции необходимо придерживаться двух правил.

1. Формулировка должна состоять по возможности из двух слов: переходного глагола и существительного. (Переходным называется глагол, который требует после себя существительное в винительном падеже.) Примеры: функция провода – проводить ток; функции контакта – проводить ток, крепить провод. При невозможности сформулировать функцию в виде двух слов используют языковые конструкции, эквивалентные такой формулировке.

2. Формулировка функции должна быть абстрактной, т. е. она не должна быть жёстко зависимой от того или иного варианта реализации функции. Так, вместо «разрезать», «распиливать», «разрубать», «раскалывать», «разламывать» и т. д. надо говорить «разъединять», «разделять».

ФУНКЦИЯ ИЗДЕЛИЯ И ЕГО КОНСТРУКЦИЯ. СУЩНОСТЬ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО ПОДХОДА

Функция изделия и его конструкция взаимосвязаны и обусловливают друг друга. Функция определяет сущность, основной смысл существования изделия. Конструкция же представляет собой материальный объект, реализующий эту сущность. В известном смысле функция и конструкция мыслятся как содержание и форма. Определяющим, первичным в системе функция–конструкция является функция, а определяемым, вторичным–конструкция. Методологический подход, основанный на использовании изложенного принципа о первичности функции и вторичности конструкции, о необходимости выведения конструкции из условий оптимальной реализации функции изделия, образует т. н. функциональный подход.

В ФСА такой подход противопоставляется традиционному предметному подходу, при котором анализ и совершенствование изделия сводятся к анализу и совершенствованию элементов его конструкции, а функции, выполняемые изделием, либо не рассматриваются, либо рассматриваются косвенно, неявно, во всяком случае, принцип, при котором конструкция выводится из функции как обязательность, как система не реализуется.

ИЕРАРХИЯ ФУНКЦИЙ *)

Функции изделия, которые определяют связь между изделием в целом и потребителем (или системой более высокого порядка) называются внешними.

Внешние функции подразделяют на главную (главные) и второстепенные.

Главная функция изделия определяет его назначение, сущность, смысл существования, т. е. определяет основную цель изготовляемого изделия, его основную потребительную стоимость.

Второстепенные функции не влияют на работоспособность изделия. Они отражают побочные цели (побочные потребительные стоимости). Это, как правило, эстетические, экологические, эргономические, технологические функции.

Функции, совокупное выполнение которых реализует внешнюю функцию, называются внутренними.

Различают основные и вспомогательные внутренние функции.

Основные функции – это функции, которые определяют работоспособность изделия.

Вспомогательные функции способствуют реализации основных. Это, как правило, соединительные, фиксирующие, изолирующие, направляющие функции, а также функции, обеспечивающие долговечность, надёжность, точность.

Совокупность основных функций (номенклатура и количество) определяется принятым с целью реализации внешней функции принципом действия.

Совокупность вспомогательных функций определяется условиями реализации основных функций и зависит от принятого конструктивного исполнения изделия.

Основные и вспомогательные функции являются полезными в том смысле, что невыполнение хотя бы одной основной или одной вспомогательной функции приводит к потере работоспособности изделия. Однако между основными и вспомогательными функциями есть принципиальное различие, состоящее в том, что необходимость во вспомогательных функциях возникает только при фактической реализации соответствующих основных функций.

Реализация каждой основной функции как функции полезной сопровождается побочными, как правило, вредными функциями. Поэтому по степени полезности различают функции полезные и вредные. Первые обеспечивают рабооспособность изделия, вторые – уменьшают её и вдобавок увеличивают затраты.

____________________

*) См. схему на стр. 127.

Вредные функции принципиально неустранимы, поэтому речь может идти только об экономически обоснованном уменьшении их вредного действия.

Используют также понятия «бесполезные», «избыточные», «излишние» функции. Это функции, которые не изменяют работоспособности изделия, но приводят к увеличению затрат. Бесполезные функции могут также выражаться в виде избыточного ресурса.

Материальный носитель функции – это отдельный конструктивный элемент (или их совокупность), реализующий функцию.

ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ КАК ПРОЦЕСС ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ, ВЕЩЕСТВА, ИНФОРМАЦИИ

Все технческие системы могут рассматриваться как устройства, основным свойством которых является наличие в них организованных потоков энергии, вещества, информации. Считается, что в реальном мире существует только 3 вида «продуктов»: энергия, вещество, информация. Это означает, что работа, функционирование любого устройства (машины, прибора, аппарата и т. п.) есть не что иное, как преобразование энергии, вещества, информации. В этом свете любая основная внутренняя функция может быть сведена к совокупности действий с энергией, веществом, информацией.

Действие с «продуктом» - это процесс, в результате которого некоторый исходный «продукт», образующий вход, преобразуется в конечный, образующий выход. В результате преобразования, вообще говоря, изменяются характеристики энергии, вещества, информации.

Действию с «продуктом» можно сопоставить такой условный рисунок.

ПРОЦЕССОР

ВХОД ВЫХОД

«ПРОДУКТА» «ПРОДУКТА»

Рис 1.2.

(Входов и выходов «продукта» может быть и несколько).

Если «продукт» на выходе имеет такие же качественные и количественные показатели, что и на входе, то производится хранение «продукта». Если при этом область локализации «продукта» на выходе не совпадает с областью локализации «продукта» на входе, то выполняется передача «продукта».

Если при преобразовании изменяется качество «продукта», то имеет место качественное преобразование. Если же изменяется количественная характеристика «продукта» (или несколько количественных характеристик), преобразование является количественным.

МОДЕЛИ, РАССМАТРИВАЕМЫЕ В ФСА.

Структурно-элементная модель технической системы (ТС). Это абстрактный (условный) рисунок, показывающий взаимосвязь (соподчинённость) элементов ТС. Эта модель изображается в виде схем, матриц, графов и т. д. Модель отражает иерархию элементов (система, подсистема, узел, деталь, элемент детали, материал).

Функциональная модель ТС. Это абстрактный (условный) рисунок, показывающий взаимосвязь (соподчинённость) выполняемых ТС функций. Эта модель изображается в виде схем, матриц, графов и т. д.. Функциональная модель строится для того, чтобы выделить все функции ТС, с учётом того, что реализовать их выполнение можно многими путями. (См. стр. 128, 130 – 132.)

Функционально-структурная модель. Это таблица, показывающая взаимосвязь функций ТС и элементов её конструкции. (См. стр. 129.)

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАТРАТ НА ФУНКЦИИ.

Функциональный принцип связан с представлением об изделии при помощи его функциональной модели и с положением о том, что конструкция изделия должна быть получена из условий оптимальной реализации его функций. Оценка такой оптимальности может быть проведена только в терминах затрат. Поэтому анализ функций должен быть дополнен анализом затрат, связанных с изготовлением и эксплуатацией изделий.

Анализ затрат базируется на том, что затраты, связаннае с созданием и использованием любого устройства, состоят из минимума, абсолютно необходимого для его изготовления и эксплуатации, и дополнительных, функционально неоправданных, излишних издержек, которые не имеют прямого отношения к назначению объекта и связаны с несовершенством конструкции, технологических процессов, применяемых материалов и методов организации производства и труда. Цель стоимостного анализа – недопущение излишних затрат в разрабатываемом устройстве, а в модернизируемом устройстве – выявление излишних затрат и нахождение путей их ликвидации и сокращения.

В ФСА предполагается, что затраты на функции определяются всеми видами затрат, связанных с материальным носителем функции: на его разработку, изготовление, эксплуатацию и т. д. Используются понятия «производственные затраты» и «эксплуатационные затраты» на функции. Это затраты, связанные соответственно с изготовлением носителя функции и применением этого носителя в сфере потребления. Используется понятие «совокупные затраты жизненного цикла». Это производственные и эксплуатационные затраты в течение нормативного срока окупаемости.

В ФСА любое устройство рассматривается как организованное множество функций. Каждой внешней функции соответствует своя совокупность внутренних. Поэтому плата за внешнюю функцию может рассматриваться как плата за совокупность внутренних функций. Поскольку внутренние функции есть основные, вспомогательные и вредные, то

З = + + ,

где

З_i – затраты на i-ю основную функцию,

З_in – затраты на n-ю вспомогательную функцию, связанную с i-й основной функцией,

З_ik - затраты на k-ю вредную функцию, связанную с i-й основной функцией.

Основная цель ФСА формулируется как оптимизация соотношения между полезностью и совокупными затратами жизненного цикла. Математически эта цель может быть выражена соотношением:

min , (1)

где безразмерное число П – полезность.

Область поиска оптимального варианта на основе минимизации функции З/П ограничена условиями соблюдения различных требований (потребителя, технологических, механической жёсткости, надёжности и т. д.). Эти условия представляют при помощи системы нелинейных ограничений-неравенств

_J  L_J , j=1,2,3… . (2)

Изделие, удовлетворяющее условиям (1), (2), называется оптимальным и характеризуется минимально возможными затратами жизненного цикла З_min, которые определяются как функцонально необходимые затраты.

Важнейшим положением системного принципа является положение о том, что оптимизация подсистемы должна быть подчинена условиям оптимальности системы, в которую входит данная подсистема. При этом в оптимальной системе подсистемы получаются, как правило, неоптимальными. И наоборот: система, состоящая из одних оптимальных подсистем, как правило, неоптимальна.