1 Понятие прибора. Многообразие приборов. Общественная потребность в приборах.
1.1 Прибор как техническая система.
Любой прибор можно рассматривать в качестве системы, что позволяет анализировать основные качества прибора, выстраивая цепочки связей.
Техническая система представляет собой ограниченную область реальной действительности, взаимодействующую с окружающей средой U, выполняющую определенные функции F, и имеющую структуру S, управляемую оператором z.
рис. 1
U - окружающая среда – совокупность внешних объектов и факторов, взаимодействующих с системой.
F - функция – используемое для определенной цели свойство системы, благодаря которому необходимые для этого входные величины А, при помощи оператора z структуры S преобразуются в выходные величины Е.
S - структура – совокупность элементов и отношений между ними внутри системы.
1.1.1 Окружающая среда
В период эксплуатации прибор находится в определенных взаимодействиях с окружающей средой. Это взаимодействие характеризуется объектом окружающей среды (пространство, среда (воздух, вода и т.д.), технический объект, человек, поле (электромагнитное, гравитационное и т.д.)) и процессом взаимодействия (изготовление, контроль, испытание, хранение, транспортирование, установка, пуско-наладка, эксплуатация, обслуживание, ремонт, утилизация, переработка). Каждый прибор подвергается воздействию различных условий и объектов окружающей среды.
Взаимодействие с окружающей средой должно непременно учитываться в процессе конструирования. При этом должны быть сформулированы требования
1.1.2 Функция
Функция прибора – это объективное измеряемое свойство, которое может быть охарактеризовано параметрами системы. Количество потенциально выполняемых функций соответствует количеству используемых физических свойств прибора.
Если прибор или деталь выполняет несколько функций, необходимо учитывать действующие между ними отношения.
Следует различать общую и частную функции системы. Общая функция охватывает множество всех входных и выходных величин, которое характеризует рассматриваемое изделие (прибор, узел или деталь) как одно целое. Частные функции могут быть классифицированы следующим образом:
- главные и вспомогательные — в зависимости от их значения в выполнении задачи;
- основные (превышение, пропускание, накопление и т. п.) и элементарные – в зависимости от типа изменений функции в процессе ее выполнения в приборе.
Классификация с учетом условий выполнения функций позволяет выделить в приборе функционально ограниченные подсистемы. Одна или несколько частных функций могут быть сформулированы в зависимости от применения прибора. При классификации функций на основные и элементарные необходим ответ на вопрос, до какого уровня рассматриваемая структура позволяет выделять из общих функций частные? Наименование элементарных функций присваивается функциям самого низшего уровня. Однако во многих случаях целесообразно ограничиться более высоким уровнем.
При анализе и синтезе необходимо учитывать, что элементаризация функции и структуры прибора приводит к различным результатам. Структуры, приведенные в табл. 1 в качестве примеров, с точки зрения их функции элементарны на выбранных уровнях абстракции, хотя они еще могут быть разбиты на отдельные детали. И напротив, бывают случаи, когда отдельная деталь не является функционально элементарной. Так, крепежные пружины электрического измерительного механизма (рис. 2) выполняют несколько функций. Это явление называется интеграцией функций. В приборостроении оно используется для упрощения конструкции и миниатюризации приборов; недостатком интеграции является то, что выполнение одних функций может оказывать влияние на качество выполнения других. Этот недостаток может быть устранен разделением функций.