Основы функционального анализа технических систем

Описание функций технической системы. Функции технической системы описывают в словесной форме с указанием выполняемого технической системой действия, объекта (объектов) ее воздействия и при необходимо­сти условий и ограничений, при которых выполняется действие системы. При описании функции технической системы, прежде всего, учитывают класс технических объектов, к которому относится рассматриваемая техническая система (обрабатывающая машина, машина-двигатель, транс­портирующая машина и т. д.). В целом описание функции стре­мятся сформулировать конкретно, включая при необходимости требования, которым должна удовлетворять техническая система.

Несущие элементы обеспечивают определенную форму технических систем, определенное расположение или движение элементов в пространстве. К этим элементам относятся балки, каркасы, рамы, корпуса, станины и т. п.

Наиболее распространенным классом задач инженерного творчества являются задачи, в которых требуется улучшить из­вестный технический объект (устройство, процесс, вещество) путем введения в него определенных изменений. Такой объект называют прототипом для разрабатываемой улучшенной моде­ли. С целью получения достаточно полного представления об устройстве прототипа как технической системы осуществляют его функциональный анализ. Функциональный анализ техниче­ских систем позволяет получить достаточно полное представ­ление об устройстве технической системы с функциональной точки зрения. В ходе анализа стремятся установить, каков состав элементов техниче­ской системы, какие технические функции выполняют выде­ленные элементы системы, как они функционально связаны между собой. Ответы на эти вопросы в значительной степени облегчают в дальнейшем поиск наиболее эффективного нового технического решения при усовершенствовании рассматривае­мой технической системы.

Методика функционального анализа Классификация элементов технических систем

Исходные – это элементы, непосредственно взаимодейст­вующие с объектами, на которые направлено действие технической системы. К ним относятся рабочие органы машин, датчики приборов, регистри­рующие состояние технической системы, например, ковш экскаватора, лопа­сти гребного винта, шлифовальный круг станка и т. д. Во многих системах функции исходных элементов частично или полностью совпадают с функцией самой технической системы.

Движители обеспечивают преобразование энергии дви­гателя или другого источника энергии в работу по преодолению сопротивления движению технической системы или обрабаты­ваемых тел (твердых, жидких, пастообразных и др.). Это дви­жители различных транспортных средств (колеса, гусеницы, гребные винты и т. д.), шнеки, ленты транспортеров, толкатели.

Двигатели обеспечивают получение необходимой мощ­ности в результате преобразования заданного вида энергии в механическую энергию. К ним относятся паровые машины и турбины, двигатели внутреннего сгорания, электродвигате­ли, инерционные и пружинные механизмы и др.

Выявление объектов окружающей среды. В качестве объектов окружающей среды могут быть элементы надсистемы технической системы (для двигателя автомобиля – сцепление и рама или кузов, для монитора компьютера – системный блок и т.д.), предметы живой и неживой природы (люди, животные, расте­ния, вода, камни) и т.д. При определении объектов окру­жающей среды, с которыми взаимодействует конкретная техническая система, исходят из того, что взаимодействие технической системы с окружающей средой представляет собой взаимный об­мен потоками вещества, энергии или информации. Источники и приемники, с которыми техническая система не­посредственно обменивается входными и выходными потока­ми, и составляют объекты окружающей среды технической системы.

В основу функционального анализа положен принцип выделения и рассмотрения структур с двухуровневой иерархи­ей, согласно которой любую техническую систему можно раз­делить на элементы, каждый из которых имеет не менее одной определенной функции по обеспечению работы технической системы или других ее элементов. При этом рассматриваемая система представляет собой верхний уровень, а выделенные функциональные эле­менты – нижний. В случае более детального анализа каждый из выделенных элементов нижнего уровня рассматривается как самостоятельная система, которая также может быть раз­делена на несколько функциональных элементов и т. д.