Методика выполнения работы

Этап 1.Структурное описание объекта.

Выбрать объект для анализа и дать ему характеристику: назначение объекта, основные технические и эксплуатационные параметры, условия эксплуатации, основные группы потребителей.

На основании исходной информации для анализа в виде профессиональных структурных моделей (схем, чертежей, спецификаций, алгоритмов) рассмотреть принцип действия объекта, основные преобразования сигналов (или информации), осуществляемые в нем.

Выделить основные блоки объекта, а затем составные элементы блоков и узлов. При этом следует руководствоваться следующим правилом структурирования: на первом уровне иерархии расположить объект в целом, затем, задавшись вопросом «Из каких частей состоит объект?», расположить выявленные части на втором уровне иерархии. Затем, задаваясь тем же вопросом применительно к каждой части второго уровня иерархии, расположить выявленные структурные элементы на следующем уровне иерархии и т.д. Степень структурирования объекта зависит от задач анализа. Следует учитывать, что большое количество уровней в структурной модели затрудняет проведение анализа. Поэтому целесообразно остановиться на уровне иерархии, в котором располагаются детали (радиоэлементы, команды, операции). Затем на структурной модели показать связи соподчиненности элементов объекта.

Этап 2. Формулировка и классификация функций объекта.

Сформулировать главные и второстепенные функции выбранного объекта. Обратить внимание на правила формулировки функций: лаконичность формулировки, использование грамматического построения формулировки «глагол – существительное – дополнение к существительному», применение по возможности измеряемых понятий (мощность, температура, давление и т.д.). Кроме того, полнота формулировки функций должна обеспечить отражение всех действительно реализуемых им свойств, в том числе вредных и бесполезных.

Сформулировать основные и вспомогательные функции элементов объекта. Провести их классификацию, выявить основные обобщенные функции, выполняемые функциональными частями объекта и основные подчиненные функции, которые раскрывают содержание основных обобщенных функций. Выявить взаимосвязь вспомогательных функций с основными функциями.

Присвоить функциям индексы последующим правилам: общеобъектным функциям присваивается один индекс, например, Ф_1, Ф₂и т.д. Внутриобъектным функциям присваивается несколько индексов в зависимости от уровня иерархии в функциональной модели, например, Ф_11, Ф₁₂– индексы основных функций, подчиненных главной функции Ф₁, Ф₁₁₁, Ф_112, Ф₁₁₃ – индексы основных функций, подчиненных основной функции Ф₁₁,f_1131, f_{1132 –} индексы вспомогательных функций, дополняющих основную функцию Ф₁₁₃.

Этап 3. Построение функциональной модели объекта

Выявленные и сформулированные функции расположить в виде иерархической модели. На первом уровне иерархии располагаются главные и второстепенные функции объекта, на втором уровне – основные обобщенные функции, на последующих уровнях – основные подчиненные функции, на нижнем уровне иерархии располагаются вспомогательные функции. Показать на функциональной модели связи соподчиненности между функциями различных уровней.

Этап 4. Количественная оценка функций объекта

Количественная оценка функций осуществляется экспертными методами. Производится оценка относительной значимости, важности и стоимости функций. Все значения измеряются в относительных единицах. При этом следует учитывать, что совокупная относительная значимость функций одного уровня иерархии равна единице, относительная важность функции равна произведению её относительной значимости на относительную важность функции вышестоящего уровня.

Провести оценку значимости и относительной важности внешнеобъектных функций методом прямой экспертной оценки, учитывая, что величины значимости и относительной важности внешнеобъектных функций равны.

Провести оценку значимости основных функций последовательно по уровням функциональной модели сверху вниз. Оценка проводится методом прямой экспертной оценки, если число функций на одном уровне иерархии невелико, либо методом попарного сравнения функций одного уровня между собой. При этом следует учесть, что оценка относительной значимости вспомогательных функций не производится.

Провести оценку относительной важности основных функций последовательно сверху вниз по уровням иерархии функциональной модели.

Провести оценку относительной стоимости функций снизу вверх по иерархии функциональной модели. Относительная стоимость функции равна частному от деления абсолютной стоимости материального носителя, выполняющего данную функцию, на суммарную абсолютную стоимость всех функций данного уровня иерархии. При этом учитывать, что один материальный носитель может выполнять несколько как основных, так и вспомогательных функций, либо несколько материальных носителей выполняют одну функцию.

Этап 5. Построение функционально-стоимостных диаграмм объекта

Функционально-стоимостная диаграмма строится отдельно для каждого уровня иерархии функциональной модели. На диаграмме по оси Yвверх откладываются значения относительной важности функций. При этом следует учесть, что эти значения располагаются в порядке убывания их величины. По осиYвниз откладываются значения относительной стоимости для соответствующей функции. Затем выявляются несоответствия между относительной важностью и относительной стоимостью функций. По результатам выявленных несоответствий проводится анализ технического решения и даются рекомендации по его совершенствованию.

Пример выполнения функционально-стоимостного анализа

Объект анализа -- ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ Ni-Сd АККУМУЛЯТОРОВ И БАТАРЕЙ

Схема электрическая принципиальная зарядного устройства

Принцип действия устройства

В устройстве применены две микросхемы КР142ЕК12А. Первая из них (DА1) работает о режиме ограничения тока, а вторая выполняет функцию стабилизатора напряжения зарядки.

Диоды VD2—VD4 являются элементами защиты. Подстроенными резисторами R25 и R28 точно устанавливают выходные напряжения при различных по­ложениях переключателя SАЗ.

Резисторы R13—R24, R26 должны быть точными и стабильными, а их сопротивления — в пределах 120... 180 Ом. Перед установкой микросхем на плате желательно проверить их напряжение стабилизации. Ту из микросхем, напряжение стабилизации которой ближе к 1,2 В, используют в узле ограничения тока зарядки (DА1). А если оно сильно отличается от 1,2 В, сопротивления резисторов R2—R12 придется подобрать при настройке устройства.

Настраивать зарядное устройство следующим образом. Вначале переключатели SА2 и SАЗ установите в положения "350 мА" и "12" соответственно, движок подстроечного резистора R25 — в среднее положение, после чего резистором R27 выставите на выходе напряжение 16,8 В. Далее переключатель SАЗ переведите в положение "1" и резистором R25 установите на выходе устройства напряжение 1,4 В. Эти операции вза­имосвязаны, поэтому повторите их несколько раз.

Затем к выходу подключите три соединенных последовательно кремниевых диода на ток не менее 300 мА и миллиамперметр. Переключатели 5А2 и ЗАЗ установите в положения "2,5 мА" и "2" и подбором резистора R1 добейтесь выходного тока, равного 2,5 мА. Если напряжение стабилизации микросхемы DА1 1,2 В и сопротивления резисторов R2— R12 соответствуют указанным на схеме, то и при других положениях переключателей токи зарядки должны соответствовать обозначенным на схеме. В противном случае придется дополнительно подбирать резисторы R2—R12. Выходное сопротивление устройства в режиме стабилизации тока равно суммарному сопротивлению введенных резисторов R13—R24 и R25-R28.

В устройстве использован трансформатор ТПП-220, все шесть вторичных обмоток которого соединены последовательно. Перемычки удобно устанавливать так: 16-17, 18-11, 12-13, 14-19, 20-21, напряжение на диодный мост снимают с выводов 15 и 22. Напряжение сети подают на выводы 2 и 9 трансформатора, между выводами 3 и 7 необходимо также установить перемычку. Но, конечно, пригоден любой другой трансформатор, обеспечивающий на вторичной обмотке напряжение 11... 12 В при токе не менее 400 мА.

Структурная модель зарядного устройства

Формулировка и классификация функций

№ струк. эл-та	Наименование функции	Класс функции	Код функции
1	Обеспечивает зарядку Ni-Cdаккумуляторов	главная	Ф1
2	Преобразует сетевое напряжение до необходимого уровня напряжения питания	основная	Ф11
3	Преобразует переменное напряжение в постоянное	основная	Ф12
4	Убирает переменную составляющую в напряжении питания	вспомогательная	f13222,2
5	Поддерживает заданное значение напряжения и тока	основная	Ф13
6	Коммутирует питание устройства	основная	Ф111
7	Предохраняет устройство от недопустимых режимов работы	вспомогательная	f13222,3
8	Понижает уровень напряжения сети до необходимого значения напряжения	основная	Ф112
9	Поддерживает заданный уровень тока	основная	Ф131
10	Поддерживает заданный уровень напряжения	основная	Ф132
11	Защищает элементы устройства от короткого замыкания	вспомогательная	f13222,4
12	Позволяет точно устанавливать напряжение зарядки	вспомогательная	f13222,1
13	Управляет током зарядки	основная	Ф1311
14	Регулирует ток зарядки	основная	Ф1312
15	Управляет напряжением зарядки	основная	Ф1321
16	Регулирует напряжение зарядки	основная	Ф1322
17	Обеспечивает плавную регулировку тока	основная	Ф13121
18	Задает начальный уровень тока	основная	Ф13122
19	Изменяет ток зарядки	основная	Ф13123
20	Коммутирует нужный шунтирующий элемент	основная	Ф13124
21	Обеспечивает плавную регулировку напряжения	основная	Ф13221
22	Формирует необходимое опорное напряжение	основная	Ф13222
23	Изменяет коэффициент деления	основная	Ф13223

Функциональная модель зарядного устройства

Количественная оценка функций

Оценка относительной важности функций

На первом уровне функциональной модели находится одна функция Ф1. Относительная важность функции Ф1 (R1) равна относительной значимости данной функции (r1) и соответственно равна 1:

R1=r1=1

Для второго уровня функциональной модели строим матрицу попарного сравнения функций Ф11, Ф12, Ф13.

Определим относительную значимость функций по количеству предпочтений, задаваясь условием:

функция более значима (>) – 2 балла,

функция равнозначна (=) – 1 балл,

функция менее значима (<) – 0 баллов

Относительную значимость функций рассчитываем по формуле

r = , где

n_i– количество балловi-функции

Относительную важность i-функции рассчитываем по формуле

R_i=r_i*R_j, где

R_j– относительная важность целевой (вышестоящей) функции в функциональной модели

Для функций второго уровня целевой (вышестоящей) функцией является главная функция Ф1, относительная важность которой R1 = 1

Тогда относительная важность функций второго уровня функциональной модели будет равна:

R11 = r11 * R1 = 0,111 * 1 =0,111

R12 =r12 *R1 = 0,333 * 1 = 0,333

R13 = r13 * R1 = 0,556 * 1 = 0,556

	Ф11	Ф12	Ф13	ni	r	R
Ф11	х	0	0	0+1	0,111	0,111
Ф12	2	х	0	2+1	0,333	0,333
Ф13	2	2	х	4+1	0,556	0,556

∑9 ∑1

Для третьего уровня функциональной модели строим матрицу попарного сравнения функций Ф111, Ф112, Ф131, Ф132 и определяем количество предпочтений (баллов) n_iдля каждой функции. Затем рассчитываем относительную значимость каждой функцииr_iи относительную важностьR_i:

R111 = r111 * R11 = 0,063 * 0,111 = 0,007

R112 = r112 * R11 = 0,188 * 0,111 = 0,021

R131 = r131 * R13 = 0,312 * 0,556 = 0,173

R132 = r132 * R13 = 0,437 * 0,556 = 0,243

	Ф111	Ф112	Ф131	Ф132	ni	r	R
Ф111	х	0	0	0	0+1	0,063	0,007
Ф112	2	х	0	0	2+1	0,188	0,021
Ф131	2	2	х	0	4+1	0,312	0,173
Ф132	2	2	2	х	6+1	0,437	0,243

∑16 ∑1

Для четвертого уровня функциональной модели строим матрицу попарного сравнения функций Ф1311, Ф1312, Ф1321, Ф1322 и определяем количество предпочтений (баллов) n_iдля каждой функции. Затем рассчитываем относительную значимость каждой функцииr_iи относительную важностьR_i:

R1311 = r1311 * R131 = 0,1875 * 0,173 = 0,033

R1312 = r1312 * R131 = 0,0625 * 0,173 = 0,011

R1321 = r1321 *R132 = 0,4375 * 0,243 = 0,106

R1322 = r1322 * R132 = 0,3125 * 0,243 = 0,076

	Ф1311	Ф1312	Ф1321	Ф1322	ni	r	R
Ф1311	х	2	0	0	2+1	0,1875	0,033
Ф1312	0	х	0	0	0+1	0,0625	0,011
Ф1321	2	2	х	2	6+1	0,4375	0,106
Ф1322	2	2	0	х	4+1	0,3125	0,076

∑16 ∑1

Для пятого уровня функциональной модели строим матрицу попарного сравнения функций Ф13121, Ф13122, Ф13123, Ф13124, Ф13221, Ф13222, Ф13223 и определяем количество предпочтений (баллов) n_iдля каждой функции. Затем рассчитываем относительную значимость каждой функцииr_iи относительную важностьR_i:

R13121 = r13121 * R1312 = 0,062 * 0,011 = 0,00068

R13122 = r13122 * R1312 = 0,143 * 0,011 = 0,00157

R13123 = r13123 * R1312 = 0,102 * 0,011 = 0,00112

R13124 = r13124 * R1312 = 0,02 * 0,011 = 0,00022

R13221 = r13221 * R1322 = 0,184 * 0,076 = 0,01398

R13222 = r13222 * R1322 = 0,265 * 0,076 = 0,02014

R13223 = r13223 * R1322 = 0,224 * 0,076 = 0,01702

	Ф13121	Ф13122	Ф13123	Ф13124	Ф13221	Ф13222	Ф13223	ni	r	R
Ф13121	х	0	0	2	0	0	0	2+1	0,062	0,00068
Ф13122	2	х	2	2	0	0	0	6+1	0,143	0,00157
Ф13123	2	0	х	2	0	0	0	4+1	0,102	0,00112
Ф13124	0	0	0	х	0	0	0	0+1	0,02	0,00022
Ф13221	2	2	2	2	х	0	0	8+1	0,184	0,01398
Ф13222	2	2	2	2	2	х	2	12+1	0,265	0,02014
Ф13223	2	2	2	2	2	0	х	10+1	0,224	0,01702

∑49 ∑1

Оценка относительной стоимости функций

Для расчета относительной стоимости функций строится совмещенная структурно-функциональная модель зарядного устройства, по которой рассчитывается относительная стоимость функций элементов и устройства в целом:

S_{отн I} = ,где

S_{абс i}– абсолютная стоимостьi-го элемента устройства, руб.

Позиционный элемент	Абсолютная стоимость, руб.	Ф1
		Ф11		Ф12	Ф13
		Ф111	Ф112		Ф131						Ф132
					Ф1311	Ф1312					Ф1321		Ф1322
						Ф13121	Ф13122	Ф13123	Ф13124	Ф13221			Ф13222								Ф13223
													f132221		f132222		f132223		f132224
Тумблер	5	5
Предохр.	2																	2
Трансфор.	100		100
Диод. мост	20			20
Конд. 1	10															10
МС 1	25				25
Резист. 1	1						1
Блок R 1	20							20
Конд. 2	10					10
Галет. пер. 1	30								30
МС 2	25									25
Блок R 2	20													20
Диоды	15																			15
Конд. 3	10											10
Пер. рез-р	5													5
Галет. пер. 2	30																				30
Сумма	328
Sотн	∑1	0,016	0,306	0,062	0,077	0,032	0,004	0,062	0,092	0,077		0,032		0,062		0,032		0,007		0,047	0,092

Относительная стоимость целевых функций определяется как сумма относительных стоимостей нижестоящих функций в функциональной модели:

S_отн Ф1312=S_отнФ13121+S_отнФ13122+S_отнФ13123+S_отнФ13124= 0,032 + 0,004 + 0,062 + 0,092 = 0,19

S_отн Ф1322=S_отн Ф13221+S_отн f132221+S_отн f132222+S_отн f132223+S_отн f132224+S_отн Ф13223=

= 0,032 + 0,062 + 0,032 + 0,007 + 0,047 + 0,092 = 0,272

S_отн Ф131=S_отн Ф1311+S_отн Ф1312= 0,077 + 0,19 = 0,267

S_отн Ф132=S_отн Ф1321+S_отн Ф1322= 0,077 + 0,272 = 0,349

S_отн Ф13=S_отн Ф131+S_отн Ф132= 0,267 + 0,349 = 0,616

S_отн Ф11=S_отн Ф111+S_отн Ф112= 0,016 + 0,306 = 0,322

S_отн Ф1=S_отн Ф11+S_отн Ф12+S_отн Ф13 = 0,322 + 0,062 + 0,616 = 1,0

Построение функционально-стоимостных диаграмм

Функционально-стоимостные диаграммы строятся для каждого уровня функциональной модели отдельно. По оси ординат откладывают значения относительной важности функций (R), при этом функции располагают по принципу убывания значенияR. Далее по оси ординат откладывают соответствующие значения относительной стоимости функций (S_отн), располагая функции в порядке, определенном в первой диаграмме. Затем проводится сравнение соответствия изменения относительной важности и относительной стоимости функций.