1048

Вопросы для самоконтроля

1.С какой целью строится структурная модель ТС?

2.Что необходимо для построения компонентной модели?

3.Какие связи учитываются при построении структурной модели, какие еще виды связей существуют?

4.Что отражает модель внешних взаимодействий?

5.Что дает знание внешних взаимодействий и связей между компонентами ТС?

2.3.3.Функциональная модель ТС

Каждая ТС имеет определенное назначение. Например, авто­ мобиль предназначен для перевозки пассажиров и грузов. По су­ ти, это цель, которую человек достигает, используя автомобиль за счет совокупности действий составляющих его компонентов.

На этапе построения функциональной модели ТС необходи­ мо представить ТС как совокупность выполняемых ее компонен­ тами функций.

Для этого необходимо правильно определить функцию каж­ дого компонента, входящего в ее состав.

Термины и понятия

Функция объекта - действие объекта, его проявление по от­ ношению к другим объектам. Обычно такое действие приводит к каким-либо изменениям параметров другого объекта (положение в пространстве, форму и другие свойства). Объект, оказывающий действие, называют носителем функций, а объект, на который оказывается действие, - объектом функции.

Например, воздушный шар поднимает корзину с исследовате­ лем. Шар - носитель функции (поднимать), а корзина с исследова­ телем - объект функции. Авторучка, оставляющая след на бумаге, является носителем функции, а бумага - объектом функции.

В описании функции объекта присутствуют три компонента: носитель функции (НФ), функция (Ф - название действия) и объ­ ект функции (ОФ) (рис. 2.23).

Функция

Рмс. 2.25. Представление функции в виде взаимодействующих компонентов

Правила описания функции

Очень часто при попытке описать функцию компонента воз­ никают затруднения. Например, функция ножа - разрезать хлеб, функция атомной электростанции - давать электрический ток в электросеть. А как будет звучать название функции велосипеда или колеса? Чтобы правильно и точно сформулировать название функции, необходимо соблюдать определенные-правила при ее описании.

Рассмотрим на примере описания главной функции авторучки принцип описания функции любого объекта или его компонента.

Для того чтобы правильно записать название функции объек­ та, поступают следующим образом (рис. 2.24): называют дейст­ вие (функции), оказываемое объектом, и записывают вместе с на­ званием компонента - объектом функции (нож - разрезать хлеб).

Правила формулирования функции

1.Название функции записывается в именительном падеже настоящего времени. Формулировка должна быть краткой, т.е со­ стоять из двух слов - действие и название объекта, на которое это действие направлено. Иногда в формулировку функции до­ пускается вводить прилагательное, характеризующее особен­ ность объекта функции.

2.В качестве объекта функции называют компонент ТС, на ко­ торый оказывается действие, а не его параметр. При этом допуска­ ется называть компонент некоторым абстрактным именем, харак­ теризующим вид, к которому его можно отнести. Например, функ­ ция авторучки может быть записана следующим образом: «остав­ лять след на подстилающей поверхности», где «подстилающая по­ верхность» - видовое понятие, к которому относится и бумага.

3.При формулировке функции компонента необходимо оп­ ределить из двух взаимодействующих объектов тот, который ока­

зывает действие - носитель функции, и тот, на который это дей­ ствие направлено. Затем следует назвать действие и соединить их между собой, как это показано на рис. 2.24.

4. Вид действия (функции) должен быть таким, чтобы его можно было охарактеризовать какой-либо известной физической величиной (сила, ток, напряжение и т.п.). Для авторучки, напри­ мер, это ширина линии (следа), выраженная в миллиметрах.

Взаимодействующие компоненты

Рис. 2.24. Способ формирования описания (названия) функции компонента, оказывающего действие

Рассмотрим процесс формулирования названия главной функции ТС «Рабочий цилиндр сцепления».

Шаг 1. Компоненты системы: Рабочий цилиндр сцепления и вилка сцепления.

Шаг 2. Рабочий цилиндр - носитель функции.

Шаг 3. Узел включения механизма сцепления - объекта функции.

Шаг 4. Действие - изменять положение.

Таким образом, функция ТС «Рабочий цилиндр сцепления» - изменять положение узла включения механизма сцепления

Построение функциональной модели ТС

Функциональная модель ТС внешне не отличается от компо­ нентной или структурной моделей (вместо названий компонентов в ней записываются названия их функций).

На рис. 2.25 показан фрагмент структурной модели ТС (а) и функциональной (б). Различие между ними в изображениях свя­ зей и надписей в прямоугольниках.

Рис. 2.25. Фрагмент структурной (а) и функциональной (б) моделей ТС

Процедура описания функций компонентов ТС, состоящей из большого количества компонентов, начинается с создания таблицы.

Первый столбец содержит порядковый номер функции, во

второй заносятся названия компонентов, функции которых опре­ деляются, а в четвертый - компоненты, на которые направлено действие компонента, записанного во втором столбце. После это­

го в средний столбец записывают действие, которое выполняет компонент, записанный во втором столбце, на компонент, запи­ санный в четвертом столбце.

Пары взаимодействующих компонентов выбираются в соот­ ветствии с описание связей и взаимодействий между компонен­ тами, описанных на структурной модели ТС (см. рис. 2.25).

Например, между днищем поршня (рис. 2.25,а) указана связь с упором штока, причем направление «энергетического» давле­ ния, потока идет от днища к упору штока. Тогда во второй стол­ бец впишем компонент «днище поршня», а в четвертый «упор

штока». В третьем столбце запишем действие «давить». Таким образом, функция компонента «днище поршня» будет звучать так: давить на упор штока.

Полный список функций компонентов ТС получают, занося в таблицу (таблица 9) остальные взаимодействующие компоненты.

Таблица 9

Описание функций ТС «Рабочий цилиндр сцепления»

В завершение проведенного анализа строится функциональ­ ная модель (рис. 2.26). Как это было описано выше, в качестве образца используют компонентную модель, только вместо назва­ ний компонентов записывают названия их функций (см. табл. 9).

Охарактеризуем коротко каждую подгруппу [1].

Внешние функции характеризуют взаимодействия ТС с внешней средой.

Внутренние функции описывают взаимодействия между компонентами ТС.

Главные функции определяют достижение ТС назначения. Второстепенные функции не влияют на работоспособность,

отражают побочные цели создания ТС (эргономика, эстетика). Основные функции - действия узловых компонентов, обес­

печивающих выполнение главной функции.

Вспомогательные функции - действия элементов и их ком­ понентов, обеспечивающие выполнение основных функций.

Полезные функции отражают функционально, необходимые потребительские свойства, обеспечивают выполнение главной функции ТС.

Бесполезные (нейтральные) функции не оказывают влия­ ния на выполнение главной функции, но и не мешают ее выпол­ нению.

Вредные функции оказывают отрицательное действие на работоспособность объекта, ухудшают его потребительские свойства, удорожают его.

Ошибки, допускаемые при формулировании функций

Характерная ошибка формулирования функции компонента заключается в том, что в качестве объекта функции называют па­ раметр самой функции. Например, неправильно функцию гири для взвешивания груза описывать как «давить с силой». Сила - это параметрическая категория, значение которой может быть выражено в каких-либо единицах (ньютон, килограмм, грамм и т.п.). На параметр давить нельзя. Правильный ответ - давить на чашку весов.

Например, требуется назвать функцию ДВС (двигатель внут­ реннего сгорания) автомобиля.

Рассмотрим на примере описания функции ДВС автомобиля и другие ошибки, которые иногда встречаются при определении его функции. Встречаются такие формулировки: передвигать автомо­ биль, вращать колеса, преобразовывать поступательное движение поршней во вращательное движение коленчатого вала и т.п.

Проведем анализ этих определений.

•Передвигать автомобиль - автомобиль перемещает не дви­ гатель, а совокупность узлов, в которую входит и трансмиссия, и ходовая часть. Функция двигателя только одна из многих, на­ правленных на это перемещение. Здесь совокупность функций присваивается двигателю, а это неверно.

•Вращать колеса - колеса автомобиля получают вращаю­ щий момент от трансмиссии, но не от двигателя, поэтому такое название также ошибочно. Между двигателем и колесами еще много узлов и агрегатов - отсутствует описание непосредствен­ ного действия двигателя.

•Преобразование поступательного движения поршней во вращательное движение коленчатого вала - внутренняя функция двигателя, которая никак не объясняет его взаимодействие с дру­ гими ТС автомобиля. Скорее эта формулировка объясняет способ как получается главная функция ДВС.

Необходимо помнить, что главная функция любой ТС внешняя. Используя схему (см. рис. 2.24) взаимодействий между ком­

понентами, сформулируем правильное название функции ДВС.

•ДВС как компонент является носителем функции.

•Действие, которое он выполняет последним, - вращение.

•Ближайший объект, на который это действие направлено, - узел сцепления автомобиля.

Таким образом, функция ДВС автомобиля записывается сле­ дующим образом: вращать узел сцепления.

Выводы

Функциональная модель нужна для расчета функциональной значимости элементов в ТС. Для ее построения необходимо опи­ сать табличным способом функции компонентов, используя для этого описание потоков на структурной модели ТС.

После этого создается схема, внешне похожая на компонент­ ную. Вместо названий компонентов в их позиции записывают на­ звания функций этих компонентов.

Главный результат построения функциональной модели - выявление ранга функций - положение на иерархической лест­ нице функциональной модели.

Вопросы для самопроверки

1. В чем различие между назначением ТС и ее главной функ­ цией?

2.Сформулируйте определение термина «функция».

3.В чем различие между носителем и объектом функции?

4.Сформулируйте правила описания функции.

5.Приведите примеры 3-х распространенных ошибок при формулировании названия функции.

6.В чем суть табличного способа описания функции?

7.Опишите последовательность построения функциональной модели.

8.Назовите 4 основные группы функций и дайте их описание.

2.3.4. Функционально-стоимостная модель технической системы

Диализ функциональной значимости компонентов ТС произ­ водится на основе данных, полученных на стадии анализа функ­ ций компонентов и их параметров. При этом каждому значению уровня и ранга функции присваивается число, соответствующее его рангу на функциональной схеме и уровню выполнения функ­ ции. Они перемножаются между собой, и это дает требуемую ве­ личину функциональной значимости компонента.

Поскольку элементы состоят из компонентов, функциональ­ ная значимость которых определяется по отдельности, общая функциональная значимость элемента получается суммировани­ ем функциональной значимости составляющих его компонентов.

На рис. 2.28 показан принцип определения функциональной значимости элемента ТС.

В результате несложных расчетов получают величину функ­ циональной значимости всех элементов ТС, выраженную в бал­ лах. Далее это значение нормируется: рассчитывается процентное значение значимости элемента для технической системы, а полу­ ченные в результате расчетов данные используются при построе­ нии ее функционально-стоимостной модели (гистограммы).

Рассмотрим подробнее методику определения уровня функ­ ции и ее ранга.