Операционный подход

Основой операционного подхода является иерархическая модель, в которой отражается соподчиненность функций при формировании ГПФ (рис. 9.3).

Выполнение любой функции влечет за собой появление нежелательных эффектов (НЭ) – за все надо платить. Поэтому анализ функций целесообразно проводить с помощью модели в виде граф-дерева, которое получила название диаграммы Исикавы – Сибирякова. На этой диаграмме отражают как выполняемые функции, так и возможные НЭ, которые они влекут за собой (рис. 9.5).

Рис. 9.5 Анализ функций с помощью диаграммы Исикавы–Сибирякова

Эта модель способствует концентрации внимания на поиске нежелательных эффектов (НЭ), раскрытию соответствующих им социально-технических противоречий и, тем самым, позволяет наметить ряд задач, которые необходимо решать.

Естественно, что НЭ появляются тогда, когда намечены ФПД и технические решения компонентов, которые выполняют эти функции. Нежелательные эффекты не очевидны, они не сразу видны, а эта модель способствует тому, чтобы акцентировать внимание на их поиск.

Если при разработке нового ТО имеется прототип, то эта модель (рис. 9.5) позволяет систематизировано подойти к его анализу в функциональном аспекте. Она способствует тому, что разработчик отвлекается от конкретики прототипа, используя его лишь как стимул. В его рассуждениях категории функциональных компонентов заменяются категориями мышления на уровне функций. Это позволяет легче преодолеть вектор психологической инерции, обусловленный наличием прототипа.

Функциональный анализ нужно начинать с построения иерархической модели связи функций (рис. 9.5). Затем в технической системе выделить функциональные компоненты и провести анализ выполняемых ими функций.

Поскольку целью создания ТО является выполнение ГПФ, то функциональные компоненты нужно выделять по отношению их к ГПФ.

При проведении функционально-структурного анализа и поиска возможных направлений совершенствования ТО можно воспользоваться следующими рекомендациями.

1. Представить себе и сформулировать идеальное техническое решение для технического объекта в целом и его компонентов.

2. В соответствии с принципом соответствия функции и структуры провести оценку уровня выполнения функций для выделенных функциональных компонентов на качественном уровне: недостаточный, адекватный, избыточный.

Адекватный, – если изменение (увеличение или уменьшение) параметра, характеризующего эту функцию, приводит только к ухудшению выполняемой функции.

Недостаточный, – если увеличение существенного свойства, характеризующего эту функцию, приводит к улучшению выполняемой функции.

Избыточный, – если уменьшение параметра, характеризующего эту функцию, приводит к улучшению выполняемой функции.

Анализ технических объектов показывает, что функциональная избыточность весьма часто встречается в технических объектах. Для исключения этого нужно представить, что произойдет, если этого компонента не будет, т. е. упразднить его?

Воспользоваться оператором РВС (см. стр. 113) – увеличить или уменьшить выполняемую функцию (прием – количественные изменения). Проанализировать, как это отразится на выполнении ближайшей вышестоящей функции.

Если это приводит к ухудшению выполнения функции, то можно предположить, что функция выполняется адекватно.

При этом возможно неадекватное воздействие рассматриваемого функционального компонента на другие компоненты. Кроме того, адекватность в одном отношении может приводить к избыточности или недостаточности в другом отношении, при других режимах работы устройства. Например, в случае, показанном в примере 7.4 (см. рис. 7.7).

3. Для каждой функции постараться найти нежелательные эффекты. Проанализировать, не связаны ли нежелательные эффекты, факторы расплаты именно с избыточностью выполняемых функций.

4. Рассмотреть возможность структурной перестройки рассматриваемой технической системы, возможности перераспределения функций между компонентами.

Оценить, сколько функций выполняет каждый компонент? Можно ли часть из них упразднить или передать другим компонентам? Продумать каким?

Можно ли объединить несколько функций, выполняемых смежными компонентами, в одном компоненте?

Объединение нескольких функций в одном компоненте соответствует направлению универсализации, а разделение функций – специализации, которые были рассмотрены как приемы повышения степени идеальности технических объектов разделе 7.1.2.

Попытаться упразднить какую-либо функцию. Это приведет к тому, что упразднятся и нежелательные эффекты, которые связаны с выполнением этой функции.

Причем, чем ближе упраздняемая функция к ГПФ, т. е. выше ее ранг и она расположена правее на диаграмме Исикавы – Сибирякова (см. рис. 9.5), тем выше эффективность удаления этой функции, так как вместе с ней упраздняются и вспомогательные функции, расположенные левее. А вместе с ними пропадают и нежелательные эффекты, которые они порождают. Таким образом, в первую очередь целесообразно рассмотреть возможность упразднения функций более высокого ранга.

При удалении функции изменяется структура технической системы, а следовательно и ее системные свойства.

Можно попытаться передать выполнение функции в надсистему.

5. Сформулировать противоречия и наметить способ их разрешения (см. п. 8.4). Рассмотреть возможность применения другого ФПД для выполнения функции? Рассмотреть возможность полезного использования нежелательных эффектов. Прием – обратить вред в пользу.

Приведенные рекомендации основаны на приемах повышения степени идеальности ТО (см. п. 7.1) и использовании приемов изменения системных свойств технического объекта (см. рис. 6.25). Но следует отметить, что изменение системных свойств может проявиться как в положительном плане – улучшится выполнение полезных функций, могут снизиться или совсем пропасть нежелательные эффекты, так и в отрицательном, – могут появиться другие НЭ. Поэтому проведение каждого из этих мероприятий должно сопровождаться системным анализом и, в первую очередь, поиском НЭ, которые могут возникнуть от этих мероприятий.

Все предлагаемые варианты нужно оценить как на появление дополнительных положительных, так и нежелательных эффектов.

Результаты проведенного анализа целесообразно записать (например, в виде таблицы), и посмотреть, как изменится функциональная схема ТО.

Пример 9.1. Построение функциональной структуры втулки. Рассмотрим втулку, в которую устанавливается ведомая шестерня (рис. 9.6).

Рис. 9.6 Конструктивная схема работы втулки для ведомой шестерни

Чтобы понять ее функции нужно рассмотреть не только ее функциональные компоненты, но и связи втулки с надсистемой, т. е. корпусом, в который она установлена, и шестерней, которую она удерживает.

Для лучшего понимания схемы взаимосвязи функций, выполняемых компонентами рассматриваемой технической системы, в модели связи функций (рис. 9.7) отражены функциональные компоненты.

Следует отметить, что в качестве функциональных компонентов могут быть не только детали, но и узлы, а также отдельные конструктивные элементы деталей.

Рис. 9.7 Схема взаимосвязи функций втулки ведомой шестерни.

Чтобы не усложнять модель, представленную на рис. 9.7, нежелательные эффекты сведены в таблице 9.3.

Для подробного анализа функций наряду с моделью в виде графа, целесообразно разработать табличную модель, в которой отметить уровень выполнения функций и НЭ (таблица 9.2). В табличную модель можно ввести еще один раздел – мероприятия по устранению НЭ.

Таблица 9.2 Табличная модель к примеру 9.1

Наименование функции	Наименование компонента	Ранг функции	Уровень выполнения	Нежелательные эффекты
F1. Определяет положение оси X-X шестерни в пространстве и воспринимает радиальные усилия.	Цилиндрическая часть внутренняя	Осн.	Избыт. 1	Трение, неравномерный износ приводит к увеличению зазора в зубчатом соединении.
F1. Определяет положение оси X-X втулки в пространстве относительно корпуса.	Цилиндрическая часть наружная	Осн.	Адекв.	Высокая точность диаметра. Высокие требования по соосности с внутренней цилиндрической поверхностью.
F2. Определяет положение шестерни вдоль оси X-X и воспринимает осевые усилия	Фланец	Осн.	Избыт.2 Адекв.	Трение; износ приводит к увеличению зазора в зубчатом соединении.
F3. Позволяет шестерне вращаться вокруг оси.	Цилиндрическая часть внутренняя	Осн.	Адекв.	Зазор в соединении приводит к дополнительному зазору в соединении шестерен
F31. Пропускает масло к поверхности трения	Отверстие “А”	Осн. (Тр)	Н3	Действие локально, а нужно по всей поверхности трения.
F32. Пропускает масло к отверстию “А” при возможном смещении осей отверстий в корпусе “В” и втулке.	Канавка “С”	Вспом. (В1)	Адекв.	Снижается прочность втулки, увеличивается гидравлическое сопротивление.
F33. Пропускает масло к поверхности трения: фланец втулки – фланец шестерни	Канавка “Д”	Вспом. (В1)	Адекв.4	Увеличивает толщину фланца3

Примечания к таблице 9.3:

1 – Для ориентации шестерни достаточно двух поясков.

2 – Базирование по плоскости определяет 3 координаты, а нужна только одна – положение вдоль оси X–X.

3 – Можно усилить подачу масла в верхнюю часть, выполнив спиральные канавки на цилиндрической части шестерни.

4 – Можно усилить функцию, используя центробежные силы, например, выполнить спиральную канавку на торцевой части шестерни, прилегающей к втулке. Можно усилить функцию, выполнив спиральную канавку на цилиндрической части шестерни.

Следует отметить, что мероприятия 2 и 3 ориентированы на использование ресурсов надсистемы.

Иерархическая модель связи функций удобна тем, что позволяет более четко видеть взаимосвязь функций и, тем самым, хорошо представлять себе последствия возможных направлений изменения ТО с целью его совершенствования. Из этой схемы хорошо видно, что если найдется способ избавиться от одной из основных или вспомогательных функций высокого ранга, то тем самым пропадает вся цепочка функций справа от упраздненной функции.

Например, втулка, выполненная из пористого материала, позволит: не выполнять часть конструктивных элементов втулки, саму втулку установить в корпус на резьбе, тогда появится возможность регулировки зазора в шестеренчатом соединении, как при начальной сборке, так и по мере износа торцевой части шестерни или самой втулки. Можно снизить износ за счет локального упрочнения сопрягаемых поверхностей.

Таким образом, иерархическая модель ориентирует на функционально-ценностный аспект анализа, в котором используются такие категории мышления как: выполняемая функция, нежелательные эффекты, системный эффект и приемы, направленные на повышение степени идеальности ТО (объединение-разделение, упразднения функций). Все это активизирует мышление на поиск других возможных вариантов решения задачи.