Материал: Основы организации радиотехнического производства. Попов В.И., Преображенский Б.Г

имеющие размерность (передать сигнал с частотой 2 МГц, обеспечить поворот на 120° и т. п.), что дает возможность оценить функцию количественно; формулировка функции должна быть достаточно абстрактной, что позволяет предполагать различные варианты решений; например, «соединять две детали с помощью резьбового соединения» — неудачная формулировка функции, так как исключает из анализа другие способы соединения.

Эффективное проведение ФСА требует разработки классификаторов функций: для конструктивно-подобных групп, изделий; для технологии применительно к видам, сложности и характеру производства. Такие классификаторы должны стать неотъемлемым элементом автоматизированных систем проектирования, важным элементом банков данных. Фрагмент подобного классификатора представлен в табл. 3.2.

ФСА предусматривает классификацию функций по нескольким признакам. По отношению к внешней среде функции делятся на внешние и внутренние. Первые отражают условия эксплуатации изделия (эксплуатационные затраты), вторые - конструктивно-технологические связи внутри изделия (производственные затраты).

В свою очередь, внешние функции по степени удовлетворения заданной потребности делятся на главные, определяющие целевое назначение изделия, и второстепенные, не характеризующие работоспособность изделия, но обеспечивающие удобство пользования и конъюнктурность (эстетические, эргономические, экологические функции).

Внутренние функции в зависимости от их роли в достижении заданных параметров изделия могут быть основными и вспомогательными. К основным относятся такие функции, которые обеспечивают работоспособность изделия в соответствии с его назначением. Изъятие любой из них качественно преобразует изделие. Примерами основных функций могут быть: прием, ввод, передача, преобразование, хранение и выдача информации; регулирование, обеспечение энергией и т. п. Вспомогательные функции лишь способствуют реализации основных, например: соединительные, фиксирующие, направляющие, крепежные и т. п.

Для классификации функций на основные и вспомогательные требуются

31

определенные навыки, так как одна и та же функция в одном устройстве может быть основной, в другом — вспомогательной. Определение (формулировка) и последующая классификация функций осуществляются в строгом порядке — сначала формулируются функции изделия в целом, а затем функции его составляющих, для чего необходимо иметь либо схему изделия, либо спецификацию. Совокупность всех сформулированных функций и их взаимосвязи составляют функциональную структуру изделия. Для ее отражения могут быть использованы ориентированные графы или матрицы.

Граф функций или «дерево функций» строится по следующей схеме: на первом (верхнем) уровне располагаются внешние функции, на втором — основные функции изделия в целом, на третьем — вспомогательные. На последующих уровнях в том же порядке располагаются функции структурных элементов изделия — сборочных единиц и деталей. Каждая функция может обеспечиваться одним или несколькими структурными элементами, в связи с чем необходимо установить все связи элементов «дерева функций» с элементами сборочного состава изделия, т. е. ответить на вопрос: какие элементы изделия реализуют каждую из выявленных функций?

Построение полного «дерева функций» целесообразно осуществлять при ФСА относительно простых изделий, содержащих 10—15 деталей. Для сложных изделий графы строятся по отдельным узлам и блокам, которые затем «сшиваются» в «общее дерево».

Матричный способ построения функциональной структуры изделия заклю-

32

чается в следующем: в первом столбце матрицы указываются все структурные элементы (ai) изделия (табл. 3.3), а в первой строке — все функции (fj). Взаимосвязь элементов и функций фиксируется на пересечении соответствующих столбцов и строк1. Такой способ дает возможность наглядно отобразить взаимосвязь элементов и функций, а также оценить, как это показано в табл. 3.3, затраты на их реализацию.

Сравнительная оценка функций. С помощью стоимостной оценки функций в процессе ФСА решаются две задачи: анализ исходной конструкции с целью выявления причин повышенных затрат и элементов там, где они сосредоточены; сравнение альтернативных вариантов технических решений с целью определения наиболее эффективного варианта.

Если изделие находится на стадии производства или эксплуатации и появилась необходимость снизить затраты, выбор критериев оценки вариантов новых технических решений по данному изделию с помощью ФСА достаточно прост. На этих стадиях изделия достаточно «информированы», и сравнение вариантов может проводиться на базе общепринятой методики определения экономической эффективности новой техники. Все критерии оценки (показатели эффективности вариантов) можно условно разделить на две группы: стоимостные и качественные. В первой группе для целей ФСА достаточно использовать два показателя: удельные приведенные затраты (Sfj + EнK) на реализацию той или иной функции и расходы по эксплуатации изделия в целом (И + ЕнК). Первый показатель характеризует стоимость, второй — потребительную стоимость. Sfj — себестоимость функции, которая определяется в следующем порядке; 1) определяется стоимость Si каждого конструктивного элемента аi; из матрицы в табл. 3.3 в Si достаточно включить лишь затраты на материалы и заработную плату; 2) с помощью экспертизы устанавливаются значимости pj функций fj для каждого элемента аi (в табл. 3.3 значимости стоят в числителе дроби); 3) определяются стоимости Sj каждой функции

ционные затраты) включают только сопоставимые по вариантам затраты на эксплуатацию изделия в целом. В состав К (единовременные капитальные вложения) необходимо включать затраты, связанные с технической подготовкой производства по реализации новых функций.

Для новых изделий на стадии конструирования порядок определения стоимости функций и оценка вариантов остаются теми же. Однако приведенные затраты в сфере производства и эксплуатации целесообразно выражать относительными величинами, а затраты по функциям для различных вариантов конструкций или

1 В числителе указывается значимость данной функции в долях единицы, а в знаменат еле – затраты (в руб.) на реализацию этой функции или затраты на конструктивный элемент, обеспечивающий выполнение этой функции.

33

схемных решений определять экспертным путем через коэффициенты приведения. Вторая группа показателей сравнительной оценки — это показатели качества (ГОСТ 22851—77 и ГОСТ 15467—79). Главным из них для целей ФСА следует

считать обобщающий показатель

Iк = a1I1 + a2I2 + … + amIm, (3.32)

где a1, a2, … , am — коэффициенты значимости отдельных частных показателей I1, I2, … , Im, приведенных к единому измерителю.

Другие показатели этой группы выбираются исходя из целевой функции изделия, специфики его производства и эксплуатации. Например, при сравнении вариантов технической реализации функций РЭА может быть использован совокупный показатель качества:

торая исполняется в микроминиатюрном варианте.

Наиболее обобщенная и достаточно объективная оценка вариантов технических решений может быть дана при использовании показателей обеих групп. В этом случае для такой оценки следует брать отношения:

результатом ФСА является не только наиболее экономичная конструкция, но и технически более совершенная. Последнее обеспечивается новыми, нестандартными техническими идеями.

Успешному решению конструкторских задач способствуют современные методы генерирования новых идей и творческого поиска, наиболее распространенными из которых являются методы: аналогии, ассоциаций, эмпатии, фантазии, инверсии, морфологического анализа, «мозговой атаки», алгоритма решения изобретательских задач (АРИЗ).

Метод аналогии позволяет находить решения в смежных, а порой далеких от рассматриваемой проблемы областях знаний, явлениях природы, в растительном и животном мире, в литературе. Открытия и изобретения происходят, как правило, на стыке различных наук (биомеханики, биоэлектроники), что обеспечивает методу высокую эффективность.

Метод ассоциаций предусматривает связь представлений, в силу которых одни из них, появившись в сознании, вызывают другие.

Метод эмпатии связан с умением конструктора «войти в образ», представить себя процессом или устройством и, анализируя собственные «ощущения», находить правильные технические решения.

34

Метод фантазии основан на том, что придумываются, казалось бы, нереальные вещи, сверхъестественные решения. Между тем именно в них и может быть заложено рациональное зерно, оригинальное решение.

Метод инверсии предусматривает прямо противоположный традиционному взгляд на проблему и ее решение, она как бы «выворачивается наизнанку»

Морфологический анализ используется как метод, расширяющий область поиска вариантов технических решений и выполняется в следующем порядке: 1) определяются функции fi, которые изделие (блок, узел, деталь) должно выполнять; 2) устанавливаются ограничения, при которых изделие должно функционировать (габариты, масса, внешние условия и т. д.); 3) в соответствии с ограничениями определяются все возможно приемлемые варианты Rij реализации каждой функции; 4) строится морфологическая карта по типу табл. 6.4; 5) устанавливается традиционное сочетание вариантов реализации функций (в нашем примере — R13, R21, R32, R42); 6) рассматриваются все возможные случаи сочетания вариантов реализации функции (в нашем случае их число будет равно 5×3×2×3 = 90) и отбрасываются заведомо несовместимые; 7) оставшиеся функции анализируются по уровням новизны и сложности, возможностям изготовления, стоимости производства и эксплуатации и параметрам патентоспособности; 8) наиболее выгодный вариант принимается для конструктивной проработки.

Недостаток метода состоит в том, что для выявления функций и вариантов их реализации требуются глубокие знания проблемы, которую сам метод не раскрывает; преимущество — в огромном расширении области поиска конструктивных решений.

Метод «мозговой атаки» представляет собой способ коллективного генерирования идей на совещании экспертов. Метод включает в себя реализацию этапов: формирование группы экспертов (10— 15 человек) и группы анализа (2—4 человека): формулировка цели исследования, перечня ограничений, указания об организационном, финансовом и материально-техническом обеспечении; генерация идей без какой-либо критики; систематизация идей группой анализа; оценка идей на реализуемость; выделение практически приемлемых идей.

Порядок проведения ФСА. ФСА осуществляется в пять последовательно выполняемых этапов. На первом этапе осуществляется выбор объекта анализа и сбор информации о нем (программа выпуска, отзывы потребителей, сведения о функционировании аналогичных или схожих изделий, сведения о трудоемкости, стоимости и эксплуатационных затратах по аналогам и пр.). Второй этап связан с анализом, классификацией и оценкой функций изделия по принципам, изложенным выше. Третий этап — поиск возможных конструктивных решений с помощью современных методов генерирования идей. Здесь выявляются альтернативные варианты выполнения функций, при этом анализируется возможность: устранения ненужных функций, а вместе с ними и устранения ненужных деталей или их элементов; совмещения вспомогательных и основных функций; целесообразность ис-

35