Розробка функціональної структури

ФС можна розробляти двома основними способами.

В першому випадку при заданих зовнішній функції ТО та моделі його функціонування (відомому принципу дії) визначається елементний склад ТО та внутрішні функції елементів, що забезпечують реалізацію його призначення.

Другий спосіб оснований на використанні ПС або КС. В результаті абстрагування від конструктивних та принципових якісних та кількісних параметрів (параметрів, що характеризують елементи ТО, зображені на ПС і КС) поступово переходять до ФС.

Розглянемо більш детально методику першого способу.

Для побудови ФС необхідно зрозуміти і уточнити таке:

- які функції виконує кожен елемент ТО і як елементи функціонально пов’язані між собою;

- які перетворення реалізуються за допомогою кожного елемента і як дані перетворення пов’язані між собою;

- які фізико-технічні ефекти лежать в основі функціонування кожного елемента і як вони між собою пов’язані.

Після з’ясування даних питань з’являється чітке уявлення про будову ТО, що удосконалюється з функціональної та фізичної точок зору. Побудова ФС основана на законі відповідності між функцією та структурою ТО. Даний закон формулюється таким чином: в правильно спроектованому технічному об’єкті кожен елемент виконує задану внутрішню функцію, узгоджену із зовнішньою функцією об’єкта. При вилученні будь–якого з елементів зі складу технічного об’єкта останній або взагалі не буде функціонувати або суттєво погіршить показники своєї роботи. Таким чином, в правильно спроектованому технічному об’єкті зайвих елементів немає.

Методика побудови ФС містить такі основні етапи: розділення ТО на елементи, визначення головних елементів, виявлення множин людей, технічних систем, а також об’єктів та умов навколишнього середовища, які впливають на елементи ТО, визначення характеру даних впливів, опис функцій елементів, побудова ФС.

Перший етап виконується згідно із ієрархічним принципом, коли зі складу ТО виділяються елементи все більш низького рівня складності, для яких підбираються короткі найменування із застосуванням по можливості стандартної термінології. Далі виділені елементи зображуються у вигляді вершин ієрархічного дерева на відповідних рівнях. Для полегшення даної роботи можна використовувати ПС та КС прототипів розроблюваного ТО, що допоможе установити його елементний склад.

Якщо, наприклад, проектується токарно-револьверний верстат ми беремо за основу конструкції верстатів аналогічного типу і виділяємо як елементи вищого рівня складності (перший ієрархічний рівень) станину, коробки швидкостей та подач, револьверну головку, супорт, патрон. На другому рівні будуть розташовуватись складові елементи станини, коробки швидкостей (вали, зубчасті колеса, муфти) і т.д.

Процес аналізу продовжується до отримання неподільних елементів – об’єктів з мінімальним числом функцій (але не меншим одної), при діленні яких утворюються елементи, що взагалі не виконують ніякої функції або їх функція аналогічна функції поділеного елемента. Неподільними елементами, наприклад, в кульковому підшипнику будуть кульки, в гідросистемі верстата – робоча рідина, в автомобілі – важіль перемикання швидкостей коробки передач.

На другому етапі визначаються множини SЛ, S ТС, НС щовключають елементи пов’язані потоками матерії, енергії або інформації з елементами розроблюваного ТО.

Третій етап пов’язаний із визначенням головних елементів технічного об’єкта – елементів, що безпосередньо взаємодіють із об’єктом впливу і виконують функцію, яка збігається із зовнішньою функцією технічного об’єкта. Наприклад, головним елементом кулькового підшипника є кульки. На цьому ж етапі всім елементам ТО, а також елементам множин SЛ, S Тс і НС присвоюються позначення. Головний елемент (елементи) позначається як е₀ (е₀₁, е₀₂,...).

На четвертому етапі визначаються та описуються функції елементів ТО. В описах, які повинні бути короткими, чіткими і зрозумілими, застосовується стандартна термінологія, в дужках вказуються позначення згадуваних елементів. Кожна функція отримує позначення. Функція головного елемента (елементів) позначається ф₀ (ф₀₁, ф₀₂,...). Результати виконання четвертого етапу подаються у таблиці аналізу функцій. Приклад такої таблиці для ТО „кульковий підшипник” наводиться нижче.

 

Таблиця 5.2

Аналіз функцій ТО „кульковий підшипник”.

Зовнішня функція ТО (Ф) – зменшення моменту

обертання між втулкою та валом

Елемент		Функція
Позначення	Найменування	Позначення	Опис
е0	Кульки	ф0	Зменшення моменту обертання між втулкою (ез.б.1) і валом (ез.б.2)
е1	Зовнішнє кільце	ф1	Забезпечення відносного обертального руху втулки (ез.б.1) і кульок (е0)
е2	Внутрішнє кільце	ф2	Забезпечення відносного обертального руху вала (ез.б.2) і кульок (е0)
е3	Сепаратор	ф3	Забезпечення рівних відстаней між кульками (е0)

На п’ятому етапі виконується побудова ФС, для чого спочатку зображуються її вершини. На першому зверху рівні розташовується вершина з найменуванням розроблюваного ТО, на другому рівні - вершини SЛ, S Тс і НС, пов’язані із елементами ТО, на третьому, четвертому і при необхідності на наступних нижніх рівнях (у випадку аналізу складного ТО) – вершини його складових неподільних елементів. Вершини зображуються у вигляді прямокутників або овалів зі вписаними в них найменуваннями та позначеннями елементів ТО. Далі будуються направлені ребра графа. Ребра виходять з вершин елементів, функції яких вони описують і закінчуються у вершинах елементів, роботу яких вони забезпечують. З кожної вершини виходить стільки ребер, скільки функцій виконує елемент. Позначення елементів, у вершинах яких закінчуються ребра вказуються у описах відповідних функцій в дужках (див. табл. 5.2). Розрізняють два основні типи ребер. Ребра першого типу виходять з одної вершині і закінчуються в іншій одній вершині. Ребра другого типу починаються в одній вершині, далі розділюються на декілька (за числом залежних елементів) векторів, що закінчуються у відповідних вершинах. Всім ребрам присвоюються позначення, аналогічні позначенням зображуваних ними функцій. Вершини графа рекомендується розташовувати таким чином, щоб забезпечити мінімальне число перехрещень ребер. Вершини функціонально пов’язаних елементів необхідно зображувати поруч. На рис. 5.3 подана ФС кулькового підшипника, описаного в табл. 5.2.

 

5.3.2. Принципові схеми технічних об’єктів

На принциповій схемі стандартними символами (позначеннями) зображуються елементи технічного об’єкта, впливи між ними (з уточненням типу впливу), а також пояснюється принцип дії об’єкта в цілому та окремих елементів зокрема. ПС розробляється для одного з етапів стану експлуатації ТО.

На рис. 5.4 наведений приклад принципової пневматичної схеми –схеми дросельного регулювання швидкості поршня пневмоциліндра.

При перемиканні пневморозподільника 7 в ліву позицію за схемою робоче тіло – стиснене повітря - надходить через регульований дросель 2 в поршневу порожнину 3 пневмоциліндра, а з штокової порожнини 4 через зворотний клапан 6 витісняється у атмосферу. Якщо пневморозподільник знаходиться у правій позиції стиснене повітря подається через регульований дросель 5 в порожнину 4, а з поршневої порожнини 3 через зворотний клапан 1 витісняється в атмосферу. Таким чином, функцією пневморозподільника 7 є керування повітряними потоками, функцією регульованих дроселів – зміна витрат повітря, що надходять до порожнин пневмоциліндра, зворотні клапани 1 і 6 пропускають стиснене повітря лише в одному напрямку і, нарешті, сам пневмоциліндр служить для приведення в зворотно-поступальний рух виконавчої ланки робочої машини (на схемі не показана).

 

Принципові елементи

Принципові елементи являють собою окремі елементи або, найчастіше, - підсистеми (сукупності неподільних елементів – агрегати, апарати, вузли) реального технічного об’єкта, стандартизовані зображення яких можуть пояснювати принцип дії елемента, але не містять конструктивних ознак. Таке представлення спрощує розуміння принципу дії та функцій ТО, прискорює аналіз різних варіантів його моделей.

ПС досить широко використовуються в різних галузях техніки. Зокрема, в гідро- і пневмосхемах принциповими елементами  є  насоси,  комп-

ресори, розподільники, фільтри, запобіжні клапани, дроселі, регулятори витрат, трубопроводи; в електросхемах це - електродвигуни, магнітні пускачі, резистори, реостати, конденсатори, реле часу, котушки індуктивності.