Формулирование функций

Функцию технического объекта можно рассматривать, с одной стороны, как его предназначение и, с другой стороны, как некоторое его действие, которое он совершает, и которое определяет его полезность, его потребительные свойства.

Например, функция ножа – резать твердый материал. Он может выполнять эту функцию, если обладает определенными свойствами, например, он острый и по своим размерам соответствует обрабатываемому объекту.

Функционирование технических объектов весьма часто заключается в выполнении некоторых операций по преобразованию веществ и полей для обнаружения, измерения или изменения других каких-либо объектов.

Например: электродвигатель – преобразует электрическую энергию в механическое движение; кронштейн – передает нагрузку от некоторого компонента на несущую часть конструкции, смазка снижает силу трения в подвижном соединении деталей, тензодатчик – преобразует деформацию конструкции в электрический сигнал.

Как уже отмечалось, при формулировании функций можно ставить две цели в зависимости от того, какую задачу предполагают решать.

1. Сформулировать задание для создания нового ТО.

Это подготовительный этап для определения возможных физических операций (см. рис. 5.1) и синтеза возможных вариантов физических принципов действия (ФПД) проектируемого ТО.

2. Провести функциональный анализ уже разработанного ТО, чтобы выявить его недостатки и улучшить его.

В обоих случаях, для того, чтобы определить функцию технического объекта, нужно ответить на вопрос «Какую операцию он выполняет или должен выполнять?».

Поэтому в формулировке функции нужно указать производимое действие, объект, на который направлено это действие и обстоятельства, при которых это действие происходит (или должно выполняться).

< Действие > <Объект функции > < Обстоятельства>

< Действие > – глагол в неопределенной форме, прямого действия;

< Объект функции > – предмет, на который направлено действие;

<Обстоятельства> – пространственно-временная и вещественно-полевая характеристика условий, в которых должно выполняться действие.

Например, измерять температуру твердого тела в диапазоне от –50 до + 50⁰ С. Защитить от вибрации радиоэлектронный блок в диапазоне частот от 20 до 1000 Гц и перегрузке, изменяющейся по линейному закону от 5 до 20g.

Формулировка функции – это задание для разработки объекта. Поэтому важно чтобы это задание, с одной стороны, было настолько конкретным, чтобы было понятно в каком направлении искать решение и какие средства (ресурсы) для этого можно привлечь. С другой стороны, важно, чтобы эта формулировка не сужала область поиска и не создавала ВПИ. Поэтому в формулировке функции не должно быть даже намека на возможный принцип действия создаваемого устройства и, тем более на возможное техническое или конструкторско-технологическое решение.

Действиеможно сформулировать двумя способами: либо применить глагол, либо использовать отглагольное существительное (Таблица 9.1).

При использовании глагольной формы действие должно выражаться глаголом прямого действия, который конкретизирует задачу. Глаголы непрямого действия, например, улучшить, исключить, добиться, обеспечить, предотвратить и т. д. не дают, как правило, четкости в формулировке задачи. Поэтому их употреблять не рекомендуется.

Таблица 9.1 Две формы описания функции технического устройства

Техническое устройство	Глагольная форма – действие	Форма с использованием отглагольного существительного – предназначение
Датчик	Измеряет положение объекта	Измерение положения объекта
Трансформатор	Понижает напряжение переменного электрического тока	Понижение напряжения переменного электрического тока
Сердечник	Проводит магнитный поток	Проведение магнитного потока

Форма с использованием отглагольного существительного описывает предназначение объекта, и в ряде случаев оказывается более естественной.

Объект функции может выражаться либо конкретным понятием, обозначающим материальный объект, например, некоторое вещество, которое нужно изменить или обнаружить: формовать деталь, перемешивать раствор, фиксировать механизм в заданном положении (защелка), обнаруживать наличие окиси углерода в некоторой среде и т. д. Либо абстрактным понятием, обозначающим некоторые простые свойства вещества, поля или процессов, в которых нужно что-то обнаружить, измерить или изменить, преобразовать.

Например, измерять температуру среды, перекрывать поток жидкости, регулировать расход газа и т. д.

Процесс проверки герметичности – определить места (полевая характеристика) и величину утечки среды (параметр).

Свойство должно быть простым и характеризоваться одним параметром.

В формулировке функции нельзя использовать наименования свойств, которые характеризуются несколькими простыми, например, повысить надежность, экономичность, качество. Надежность – это комплексный показатель, который характеризуется частными показателями: долговечностью, безотказностью, ремонтопригодностью и сохраняемостью.

Поэтому в формулировке: повысить надежность… непонятно, о чем идет речь.

Понятие экономичность очень широкое, его нужно раскрыть, например, экономическая эффективность, топливная эффективность.

Весьма часто объект должен выполнять не одну, а несколько функций. И если хотя бы одну из них он не выполняет, то пропадает полезность этого объекта.

Несколько функций могут быть связанными или находиться в отношении подчинения.

В формулировке главной полезной функции нужно указывать все необходимые связанные функции. Например, Обратный клапан – пропускать рабочую среду в одном направлении и не пропускать в другом. Подъемный кран – поднимать и перемещать груз. Кондукторная втулка – определять положение инструмента (сверла) относительно установочных баз приспособления и направлять его движение в процессе обработки.

Если ТО должен выполнять несколько функций, то необходимо проверить не находятся ли они в отношении подчинения. Подчиненная функция отражает дополнительное требование. Это не означает, что оно менее важно. Без выполнения этой функции могут пропасть потребительные свойства ТО. Просто подчиненная функция может быть выполнена только после того, как выполнена подчиняющая.

Например, рама велосипеда – удерживать детали и сборочные единицы в заданном взаимном положении (Ф₁), и сохранять это положение при воздействии на него нагрузок, т. е. обеспечивать жесткость конструкции (Ф₂). Функция Ф₂ является подчиненной по отношению к Ф₁. Ф₂ – это дополнительное требование.

В случае подчинения функций нужно давать формулировку только подчиняющей функции. Подчиненная функция будет относиться к вспомогательной функции.

Станочное приспособление: определяет положение заготовки на станке (Ф₁), удерживает заготовку в заданном положении (Ф₂) и воспринимает силы резания (Ф₃). Это связанные функции. А требование иметь высокую жесткость, т. е. не деформироваться в процессе обработки (это приводит появлению дополнительной погрешности), – это подчиненная функция. Ее можно выполнить, если выполняются первые три функции.

Опыт показывает, что даже людям, имеющим навыки в проведении функционального анализа, не всегда сразу удается четко сформулировать функции исследуемых объектов.

Поэтому, рекомендуется сначала сформулировать функцию в том виде как она естественно получается из условия решаемой задачей. Затем подобрать синонимы и выбрать наиболее емкий термин, т. е., обобщить понятия, которые участвуют в формулировке, как в отношении действия, так и в отношении объекта.

Например, Мясорубка – резать мясо.

Такая конкретная формулировка ориентирует на использование именно этого принципа действия – резать. Более общая формулировка: измельчать продукт способствует поиску и других принципов действия.

А формулировка обрабатывать продукт настолько общая, что уже непонятно о каком действии идет речь. Это может быть: очищать, перемешивать, удалять и т. д.

Формулирование функций – это модель задачи, и как всякая модель, она должна быть прагматичной, обладать эвристической силой. Поэтому нужно найти такие формулировки, которые способствуют продвижению вперед при решении задачи.

Если имеется прототип или спроектирован черновой набросок технического объекта, то проведение функционального анализа для его улучшения имеет некоторые особенности.

Первым этапом этой задачи является выделение функциональных компонентов, для которых формулируются выполняемые ими функции.

Для выделенных функциональных компонентов типовыми ошибками в формулировании функции является либо сужение функции, либо ее расширение.

Чтобы убедиться в правильности сформулированной функции необходимо.

1. Выявить рабочий орган ТС. Именно он непосредственно участвует в выполнении ГПФ. Все остальные функциональные компоненты участвуют в выполнении ГПФ опосредованно, – через РО. Для этого необходимо посмотреть, к какому компоненту ТС подводится энергия и управляющий сигнал.

Если ТО выполняет несколько функций, то у него может быть несколько рабочих органов. Например, грузовой автомобиль – перемещать груз, предусматривает наличие двух функций: размещения груза (кузов) и перемещения (движитель).

2. Проверить может ли ТО сам выполнить сформулированную функцию.

3. Проверить не являются ли несколько выделенных функций в отношении подчинения. Для этого нужно проанализировать, не выполняет ли рассматриваемый ТО какие-либо другие функции. И если выполняет, – то, являются ли все выполняемые им функции независимыми или связаны между собой.

4. Проверить не произошло ли сужение функции или ее расширение.

Для этого целесообразно описать зачем (для чего) выполняется эта функция. И проверить соответствует ли функция предъявляемым требованиям.

Здесь необходимо отметить, что объектом функции всегда является некоторый компонент ближайшей НС или свойство, характеризующие надсистему.

Например. Электрическая лампа: излучать свет, РО – нить накаливания.

Светильник: освещать предметы, ТО – светильник, ПЭ – нить накаливания, РО – отражатель, рассеиватель.

Функция лампы излучать свет. Можно сказать: преобразовывать электрическую энергию в световую. Но эта вторая формулировка уже ориентирует на использование электрической энергии. Т. е. эта формулировка исключает из рассмотрения другие ФПД получения света.

Например, в формулировке функции кондукторной втулки: определять положение инструмента относительно заготовки, произошло расширение ее функции. Эту функцию выполняет приспособление в целом.

ГПФ технического объекта в целом или его компонента – это выполнение требований первой вышестоящей системы. Поэтому формулирование функций ТО и его компонентов целесообразно осуществлять одновременно с анализом связей между функциями, выполняемыми его компонентами.