Творческий этап функционально стоимостного анализа методы анализа и синтеза структуры систем




Скачать 96.01 Kb.
НазваниеТворческий этап функционально стоимостного анализа методы анализа и синтеза структуры систем
Дата публикации21.09.2014
Размер96.01 Kb.
ТипПрактическая работа
literature-edu.ru > Химия > Практическая работа

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, А4


Б1, 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




Рис.1.Основные операции по Р. Коллеру и их условные обозначения

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:


  1. Какие методы используются на этапе поиска конструктивного исполнения технических средств.

  2. Перечислите процедуры реализации метода морфологического ящика и поясните их на примере о косилке.

  3. Поясните метод морфологического ящика на примере задачи о герконе.

  4. Поясните метод морфологического ящика на примере задачи о плавке металла в вакууме.

  5. Перечислите и поясните три составные части и три этапа синтеза, на которых базируется метод Р.Коллера.

  6. Назовите и поясните основную цель физико-алгоритмической методики Р.Коллера.

  7. Что понимается под постановкой задачи.

  8. Что понимается под формулировкой общей функции.

  9. К каким основным физическим и алгебраическим операциям сводится функциональное многообразие технических систем.

  10. Поясните применение метода Р.Коллера на примере задачи о химическом синтезе двух компонентов.



Рекомендуемая литература:


  1. Голибардов Е.И. и др. Техника ФСА/ Е.И. Голибардов, А.В.Кудрявцев, М.И. Синенко.-К.:Техника, 1989.-239 с.

  2. Острейковский В.А. Теория систем: Учебник для вузов по специальности «Автом. сист. обр. информ. и упр.».-М.:Высш. шк., 1997.-240 с.: ил.



Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Творческий этап функционально стоимостного анализа методы анализа и синтеза структуры систем iconРабочая программа. Алгебра и начала анализа
«Алгебра и начала анализа» авторов А. Н. Колмогоров, А. М. Абрамова др. (Программы общеобразовательных учреждений. Алгебра и начала...

Творческий этап функционально стоимостного анализа методы анализа и синтеза структуры систем icon1. Основные принципы организации экономического анализа
Осуществить комплексную оценку хозяйственной деятельности предприятия с помощью метода расстояний от эталона. Сделать выводы по результатам...

Творческий этап функционально стоимостного анализа методы анализа и синтеза структуры систем icon1 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...

Творческий этап функционально стоимостного анализа методы анализа и синтеза структуры систем iconУчебной дисциплины Коммуникативный синтаксис итальянского языка Для...
Формирование навыков анализа синтаксической структуры высказываний на итальянском языке и выявления связи между синтаксисом высказывания...

Творческий этап функционально стоимостного анализа методы анализа и синтеза структуры систем iconАнализа 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....

Творческий этап функционально стоимостного анализа методы анализа и синтеза структуры систем iconАнализа 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....

Творческий этап функционально стоимостного анализа методы анализа и синтеза структуры систем iconНациональный исследовательский университет
Целью изучения дисциплины является изучение теоретических и методологических положений анализа экономических процессов и систем на...

Творческий этап функционально стоимостного анализа методы анализа и синтеза структуры систем iconНовосибирский Государственный Университет Факультет Информационных...
Этап 1: Определение требований к системе автоматизации дистанционного образования фита на основе анализа по «Moodle»

Творческий этап функционально стоимостного анализа методы анализа и синтеза структуры систем iconНовосибирский Государственный Университет Факультет Информационных...
Этап 1: Определение требований к системе автоматизации дистанционного образования фита на основе анализа по «Прометей»

Творческий этап функционально стоимостного анализа методы анализа и синтеза структуры систем iconНовосибирский Государственный Университет Факультет Информационных...
Этап 1: Определение требований к системе автоматизации дистанционного образования фита на основе анализа по «Инфотехно»

Литература


При копировании материала укажите ссылку © 2015
контакты
literature-edu.ru
Поиск на сайте

Главная страница  Литература  Доклады  Рефераты  Курсовая работа  Лекции