Творческий этап функционально стоимостного анализа методы анализа и синтеза структуры систем
|
Скачать 96.01 Kb.
|
|
http://antibotan.com/ - Всеукраїнський студентський архів Практическая работа № 4 ТВОРЧЕСКИЙ ЭТАП ФУНКЦИОНАЛЬНО - СТОИМОСТНОГО АНАЛИЗА МЕТОДЫ АНАЛИЗА И СИНТЕЗА СТРУКТУРЫ СИСТЕМ На втором этапе решения проблемы — этапе поиска вариантов конструктивного исполнения технического средства (при поиске конфигураций) — широкое распространение получили метод морфологического ящика и метод конструирования Р. Коллера. I. Метод морфологического ящика разработан швейцарским астрономом Ф. Цвикки. Основная цель метода состоит в построении всех возможных вариантов реализации исследуемого объекта, как правило, для определения возможных границ его изменения. Метод реализуется пятью процедурами. 1. Дается точная формулировка проблемы, подлежащей решению. На этом этапе очень важно дать общее описание исследуемого объекта. 2. Формируются (выявляются) важные характеристики (свойства, функции) объекта, совокупность которых обеспечивает существование и функционирование объекта, решение проблемы. 3. Раскрываются возможные варианты реализации каждой характеристики (свойства, функции). 4. Совокупность полученных вариантов сводится в морфологическую матрицу (морфологический ящик). 5. Выбираются решения из морфологического ящика, определяются их функциональная ценность и возможность технического совмещения в единой системе. Указанный порядок реализации процедур метода рассмотрим на следующих примерах. Задача о косилке. 1. Косилка — сельскохозяйственная машина для скашивания трав и других растений. 2. Косилка характеризуется типом (вариантом) резания, видом рабочего органа, способом агрегатирования, расположением режущего аппарата относительно транспортного средства, способом подачи энергии на рабочие органы и источники энергии, составом дополнительных операций со скошенной массой. 3. Характеристики (варианты): «А» Тип резания А1 Движение рабочих органов перпендикулярно направлению движения косилки в целом. А2 Круговое движение рабочих органов. A3 Движение по фронту. А4 Без движущихся рабочих органов (неподвижны относительно косилки). «Б» Вид рабочего органа Б1 Твердый; Б2 Жидкий; БЗ Газообразный. «В» Способ агрегатирования В1 Прицепная; В2 Навесная; ВЗ Самоходная. «Г» Расположение режущего аппарата относительно транспортного средства Г1 Фронтальное; Г2 Боковое; ГЗ Заднее; Г4 Нижнее. «Д» Источник энергии Д1 Собственный двигатель; Д2 От энергетической установки транспортирующего средства; ДЗ От колес. «Е» Способ подачи энергии на рабочие органы Е1 Механическая трансмиссия; Е2 Жидкостная (гидросистема); ЕЗ Пневмосистема; Е4 Электрическая система. «Ж» Дополнительные операции со скошенной массой Ж1 Измельчение; Ж2 Плющение; ЖЗ Внесение консервирующих и прочих добавок; Ж4 Формирование тюков. 4. Полученная информация позволяет создать морфологический ящик А1, А2, A3, А4Б1, Б2, БЗ В1, В2, ВЗ Г1, Г2, ГЗ, Г4 Д1, Д2, ДЗ Е1, Е2, ЕЗ, Е4 Ж1, Ж2, ЖЗ, Ж4 Общее количество вариантов = 4 • 3 • 3 • 4 • 3 • 4 • 4 = 6912. Следует отметить, что не все из данных вариантов реализуемы. Так, например, параметр ВЗ не может быть объединено параметром Д2. Однако и при учете таких сочетаний в морфологическом ящике останется порядка 5000 вариантов. 5. Составляя словесные портреты косилки из отдельных составляющих, подбираем наиболее функциональные варианты решений подсистем. Затем словесные портреты передаются конструкторам и дизайнерам для изображения в графическом виде. Задача о герконе. «Геркон, герметический контакт — герметизированное устройство с консольно выполненными пружинами, запаянными в стеклянную трубку и контактирующими под действием магнитного поля». Данное определение взято из Политехнического словаря, тем не менее, следует усомниться в абсолютной справедливости трактовки и подвергнуть анализу каждый из структурных элементов. Так, например, неясно, почему пружины должны выполняться только консольно, почему они должны запаиваться обязательно в стеклянную трубку и почему контакт должен инициироваться обязательно под действием магнитного поля. Приведенное определение описывает не весь возможный массив герметизированных контактов, а конкретную конструкцию. Реализуя переход ПКД — ПКП, обобщение этого определения позволяет сформулировать такое определение: геркон—система контактов, помещенных в герметичную оболочку, взаимодействие между которыми обеспечивается с помощью поля, проникающего через оболочку. В этом случае можно будет выделить основные оси (составляющие). Важной характеристикой является вид поля. Такими полями могут быть магнитное (Al), электростатическое (А2), тепловое (A3), световое (А4) и пр. Выбор материала оболочки в данном случае является подчиненным по отношению к выбранному полю и в морфологический ящик не включается. Важно также определить характер закрепления контактов внутри геркона. Оно может быть консольным (Б1), защемленным в двух точках (БЗ), многих точках (БЗ) и по всей поверхности (Б4). Подвижность контактов дает третью ось: оба контакта в контактной паре подвижны (В1), один контакт в паре неподвижен (В2), оба контакта неподвижны, контакт с помощью изменения свойств среды (ВЗ). Вид ввода и герметизации контактов носит непринципиальный для данного рассмотрения характер. Более важно указать на отсутствие (Г1) в герконе усиливающих (Г2) или преобразующих поле (ГЗ) элементов. Общий вид морфологического ящика: Al, А2, A3, А4 Б1, Б2, БЗ, Б4 В1, В2, ВЗ, П, Г2, ГЗ. Общее количество вариантов == 4 • 4 • 3 • 3 = 144. Данный в первоначальном определении геркон описывается сочетанием Al, Б1, В1, Г1. В то же время в данной матрице скрыты такие «экзотические» варианты, как геркон с полностью неподвижными электродами, обратимо меняющими свои размеры при воздействии теплового поля (A3, Б4, В1, Г1), или геркон, в котором один из электродов неподвижен, а второй защемлен в двух точках и действует по типу хлопающей мембраны (с фиксацией контакта) при воздействии электростатического поля (А2, Б2, В2, Г1). Задача о плавке металла в вакууме. Процесс плавки и получения металла в вакууме характеризуется такими основными параметрами: видом сырья (шихта Al, жидкий металл, полученный в печи открытой плавки А2, расходуемые заготовки A3); видом ввода материалов в вакуум (непрерывный ввод Б1, периодический ввод Б2); способом плавки (вакуумная индукционная плавка В1, вакуумная дуговая плавка В2, плавка в вакуумной электронно-лучевой печи ВЗ); способом рафинирования металла после плавки (рафинирование металла на холодном поле при электронно-лучевом обогреве Г1, рафинирование металла при индукционном обогреве Г2); способом разливки и кристаллизации (разливка и кристаллизация металла в вакууме Д1). Морфологический ящик для процессов получения металла в вакууме будет иметь вид: Al, A2, A3 Б1, Б2 В1, В2, ВЗ Г1, Г2 Д1 и содержит в себе 36 вариантов, в том числе плавление твердой шихть в вакуумной индукционной печи, являющейся составной частью рафинированного агрегата, с последующей разливкой и кристаллизацией в вакууме (Al, Б2, В1, Г2, Д1); плавление расходуемой заготовки вакуумно-дуговым процессом с последующим рафинированием металла на холодном поде при электронно-лучевом обогреве; разливкой и кристаллизацией в вакууме (A3, Б2, В2, Г1, Д1) и др. Метод морфологического ящика находит применение на стадии реализации направления решения проблемы в то время, когда конкретное техническое средство еще не выбрано окончательно и идет процесс формирования его структуры. Метод также используется при прогнозировании развития технических систем, применяется в работе экспертов, определяющих новизну технических решений. II. Метод конструирования Р. Коллера базируется на трех составных частях, каждая из которых представляет самостоятельный интерес: 1. Последовательность конструирования изделий. 2. Структура основных операций и элементарных функций. 3. Фонд физических эффектов. В наиболее общем виде процесс конструирования может быть разделен на три этапа синтеза (рис. ГЗО): функциональный, качественный, количественный. Данную последовательность называют также физико-алгоритмической методикой конструирования. Следует иметь в виду, что для каждого из приведенных этапов разработаны правила и методики его выполнения. В процессе описания этапов Р. Коллер указывает их комплексность, понимая под ней полноту рекомендаций (или полноту алгоритмизации). Основная цель физико-алгоритмической методики — поиск как можно большего числа решений поставленной задачи с целью выбора оптимального в конкретных условиях. Для этого необходимо полное абстрагирование от реальной конструкции анализируемого изделия; внимание концентрируется на функции, которую это изделие должно выполнять. Все технические системы Коллер делит на три класса: машины, осуществляющие преобразование энергии; аппараты, осуществляющие преобразование веществ; приборы, осуществляющие преобразование информации. Процесс исследования разделяется на отдельные этапы. Постановка задачи, включает описание цели, условий и ограничений первым шагом на пути от постановки задачи к конкретному решению является формулировка общей функции системы, подлежащей разработке. Под формулировкой общей функции понимается установление свойств и состояний входных и выходных величин в соответствии с заданной целью и с учетом ограничивающих условий. Входные и выходные параметры системы представляют собой функцию цели, которую необходимо достичь. Получив представление о связях, причина — следствие системы на уровне функций, их заменяют раздельным сочетанием определенных подфункций и только после этого занимаются поиском путей реализации отдельных подфункций. Важной особенностью метода Р. Коллера является последующее расчленение выделенной структуры подфункций на отдельные элементарные" физические функции (неделимые элементы в функционально-физическом анализе технических систем). Каждая элементарная функция характеризуется кроме выполняемой операции еще и преобразуемой величиной. Если же отвлечься от параметра на входе и параметра на выходе, то остается чистая операция (подобно математической) или, по определению Р. Коллера, основная операция. Таким образом, все функциональное многообразие технических систем сводится к основным операциям. Каждая операция имеет два значения: прямое и обратное (рис. 1). В дополнение к основным физическим операциям Р. Коллер использует известные алгебраические (сложение, вычитание, умножение, деление, возведение в степень, извлечение корня, отыскание логарифма, интегрирование, дифференцирование) и логические («и», «или», «не») операции. В общем случае для реализации требуемой функции можно предложить несколько комбинаций элементарных функций (операций). После разработки структуры элементарных функций осуществляется фаза конструирования, включающая выбор физических эффектов и их носителей, реализующих отдельные основные
операции. Этот выбор производится с помощью разработанного Р. Коллером указателя физических эффектов и явлений, представляющего собой систематизированный подбор физических эффектов для отдельных основных операций. Такой специализированный информационный справочник является хорошим вспомогательным средством для реализации определенных элементарных функций. Таким образом, предложенная Р. Коллером последовательность операций позволяет перейти от постановки задачи к принципиальному решению методически (с помощью правил). Пример. Рассмотрим процесс проектирования системы, обеспечивающей химический синтез вещества из двух компонентов в условиях повышенной температуры и избытка одного из компонентов. После синтеза необходимо отделить избыток компонента от полученного продукта. Выход продукта должен регулироваться количественно и качественно (прерываться). Эмпирически найденная последовательность операций приведена на рис. 2, а. На рис. 2, б, в, г, д приведены некоторые возможные варианты компоновок. Каждый из приведенных вариантов имеет свои преимущества и недостатки. Так, в варианте «б» уменьшено количество запорных задвижек; в «в» нагреваются не оба компонента сразу, а только компонент А, что может позволить повысить стабильность операции; в «г» запорные органы установлены на входе в аппарат, что повышает его ремонтопригодность, а в варианте «д» осуществляется регулирование непосредственно перед входом в реактор, что делает систему потенциально более удобной при работе в контуре автоматического регулирования. Достоинства и недостатки этих и других возможных вариантов должны определяться проектировщиками с учетом реальных обстоятельств. Использование основных операций Р. Коллера для процессов синтеза функциональных схем при проведении ФСА на стадиях НИР и ОКР потенциально очень перспективно, так как повышает упорядоченность поисковой работы при проектировании новых ТС [18]. Рис. 2. Варианты аппаратурного обеспечения процесса синтеза А+Вt=С+А: А, В – входные компоненты; t – температура; Сt, Аt – выходные компоненты На основании изученного материала, дайте ответы на следующие вопросы:
Рекомендуемая литература:
|
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 |
Рабочая программа. Алгебра и начала анализа «Алгебра и начала анализа» авторов А. Н. Колмогоров, А. М. Абрамова др. (Программы общеобразовательных учреждений. Алгебра и начала... |
|
1. Основные принципы организации экономического анализа Осуществить комплексную оценку хозяйственной деятельности предприятия с помощью метода расстояний от эталона. Сделать выводы по результатам... |
 |
1 Состояние проблемы поиска и анализа текстов на естественном языке 5 Концепция объектно-ориентированного представления семантических знаний и методики анализа, поиска и пополнения базы знаний физических... |
|
Учебной дисциплины Коммуникативный синтаксис итальянского языка Для... Формирование навыков анализа синтаксической структуры высказываний на итальянском языке и выявления связи между синтаксисом высказывания... |
|
Анализа на 2013-2014 уч год. Класс Планирование составлено на основе: Программы. Математика. 5 – 6 классы. Алгебра. 7 – 9 классы. Алгебра и начала анализа. 10- 11 классы./авт.... |
|
Анализа на 2013-2014 уч год. Класс Планирование составлено на основе: Программы. Математика. 5 – 6 классы. Алгебра. 7 – 9 классы. Алгебра и начала анализа. 10- 11 классы./авт.... |
|
Национальный исследовательский университет Целью изучения дисциплины является изучение теоретических и методологических положений анализа экономических процессов и систем на... |
|
Новосибирский Государственный Университет Факультет Информационных... Этап 1: Определение требований к системе автоматизации дистанционного образования фита на основе анализа по «Moodle» |
|
Новосибирский Государственный Университет Факультет Информационных... Этап 1: Определение требований к системе автоматизации дистанционного образования фита на основе анализа по «Прометей» |
|
Новосибирский Государственный Университет Факультет Информационных... Этап 1: Определение требований к системе автоматизации дистанционного образования фита на основе анализа по «Инфотехно» |