Этап 2. Информационно-подготовительный этап

Состоит из ряда последовательных операций, включающих в себя:

1. Установление целей и задач проектирования.

2. Сбор, систематизация и анализ информации по объекту ФСА. Для выбора объекта собирают информацию, включающую в себя: трудоемкость и продолжительность этапов НИР, стоимость научного и экспериментального оборудования, затраты на НИР по этапам и др. По изделиям или их элементам, в которых используются результаты НИР, определяют затраты на изготовление и эксплуатацию. Для выбранного объекта подготавливают необходимую техническую и экономическую информацию.

3. Уточнение задач ФСА. Для достижения общей цели ФСА необходимо конкретизировать перечень задач, которые можно представить в виде иерархической структуры – «дерева целей». Например, для ФСА процесса проведения НИР могут быть установлены следующие уровни иерархии: снижение стоимости экспериментальных исследований, совершенствование стенда для эксперимента, планировании эксперимента; для ФСА результата НИР – снижение себестоимости изделия, снижение материалоемкости, совершенствование работы и конструкции элементов изделия. На этом этапе необходимо выявление технико-экономических противоречий, определение ограничений, формирование ожидаемого конечного результата, расчет лимитных цен.

4. Построение структурной модели объекта ФСА. Структурной моделью НИР является схема организации исследования, определяющая взаимосвязь его основных частей: теоретической проработки, расчетов, изготовления опытных образцов, макетов, стендов, экспериментирования, испытания, моделирования и т. д. (рис. 2.2).

Рисунок 2.2. Структурная модель НИР

где И – анализ информации; ТИ – теоретические исследования; Р – расчеты циклов, схем, элементов и др.; Пр – проектирование и изготовление макетов, испытательных стендов и др.; Э – проведение экспериментов; МИ – метод исследования; ОР – обработка результатов экспериментов; РР – разработка рекомендаций.

Структурную модель изделия строят путем его деления на структурные элементы: агрегаты, блоки, сборочные единицы, детали по уровням иерархии. На первый уровень выносят изделие в целом, на второй (подсистема первого уровня) – его агрегаты, на третий (подсистема второго уровня) – сборочные единицы или блоки, на четвертый (подсистема третьего уровня) – детали (рис. 2.3).

Рисунок 2.3. Структурная модель изделия – объекта ФСА

где А i, А ij, А ijk и т.д. – элементы иерархии подсистем, входящих в систему объекта ФСА.

Этап 3. Аналитический этап, включающий в себя:

3.1. Функциональный анализ и построение функциональной модели объекта. Функция характеризует действие, пополняемое анализируемым объектом или его элементом, или состояние объекта. Функциональный анализ включает в себя: формулировку функций (формулирование общеобъектных функций (главных и второстепенных), выбор принципа реализации главной функции, формирование основных внутриобъектных функций), классификацию функций, выявление функциональных связей в объекте, построение функциональной модели (ФМ). Функция формулируется глаголом и существительным ( «Сжимать газ») и может характеризоваться количественно ( «сжимать газ до 10 кг/см²» ).

При построении ФМ исследователь для выявления функции низшего порядка ставит вопрос: как можно выполнить функцию более высокого порядка. Обычно функции низшего уровня выполняются простейшими элементами изделия – деталями, однако так детализировать ФМ не всегда целесообразно. Для НИР достаточно ограничиться функциями, выполняемыми отдельными составляющими структурной модели НИР: расчетами, изготовлением стендов, экспериментом и т.д. Для изделия – объекта НИР – при выборе его принципиальной схемы или разработки его концепции ограничиваются функциями, выполняемыми на верхних уровнях: агрегатами, блоками, узлами. Если объектом НИР является элемент изделия, то может потребоваться и полная ФМ вплоть до функций низшего уровня, выполняемых деталями. На рисунке 2.4 приведен общий вид ФМ. Экспертным путем устанавливается значимость функций, при этом сумма коэффициентов, определяющих значимость всех функций, должна быть равна 1,0.

Начинать построение ФМ целесообразно с низких уровней, выявляя функциональные связи между деталями, сборочными единицами, агрегатами, составляющими объект ФСА.

Рисунок 2.4. Общий вид функциональной модели

3.2. Привязка функций к материальным носителям, определение затрат на их выполнение, установление предельно допустимых затрат по функциям.

При проведении НИР материальными носителями, выполняющими функции, отраженные в ФМ, являются: разработчики и исследователи, испытательные стенды, научное оборудование, испытания, производство макетов и опытных образцов и т.д. Если объектом ФСА является изделие, реализующее результаты НИР, то материальные носители – элементы изделия: агрегаты, блоки, узлы, модули, сборочные единицы, детали, соответствующие структурной модели изделия.

Каждую функцию ФМ необходимо привязать к материальному носителю. Это можно сделать или на ФМ, дополнив ее связями функций с наименованиями носителей, или в специальной таблице, где знаком «+» обозначена связь функции с носителем.

Затраты на выполнение функции, или функциональные затраты, определяются на основе данных по стоимости материальных носителей функций (для изделия – себестоимость его элементов, для процесса НИР – затраты по отдельным составляющим НИР). Стоимость материального носителя распределяется между функциями, в выполнении которых он участвует, экспертным путем.

Порядок определения функциональных затрат показан в таблице 2.2, где А,B,C,E…M – значения стоимости S_D для материальных носителей D₁ , D₂ , D₃, …, D_n соответственно; а₁, а₃, ... ; b₂ ; c₂, …, c_{m ;} e₁ ; m₂, … , m_m – удельные функций F в стоимости материальных носителей, определяющих в долях единицы экспертным путем (для D₁ а₁+а₃ = 1,0 и т.д.).

Таблица 2.2. Распределение стоимости объекта ФСА по выполняемым функциям

F	Материальные носители
D1	D2	D3	D4	…	Dn	SF
F1		-	-		…	-	SF1
F2	-			-	…		SF2
F3		-	-	-	…		SF3
…	…	…	…	…	…	…	…
Fm	-	-		-	…		SFm
Fn	А	B	C	E	…	M

Стоимость носителя D₁ распределится между выполняемыми им функциями F₁ и F₃ следующим образом:

А = а₁ * А + а₃ * А.

Затраты на выполнение функций можно рассчитывать по формулам:

S_F1 = a₁A + e₁E;

S_F2 = b₂B + c₂C + … + m₂M;

S_F3 = a₃A + … + m₃M;

……………………………

S_Fm = c_mC + … + m_mM.

Этап 4. Творческий этап включает поиск идей и решений по реализации основных функций; их сравнительная экспертная оценка; формулирование вспомогательных внутриобъектных функций; поиск идей по их реализации; определение состава вариантов для материальных носителей функций, синтез технических решений.

Творческий этап состоит из двух последовательных этапов:

4.1. Выявление функций и материальных носителей, для которых необходимо снижение затрат. Проводят комплексный анализ структурной модели, ФМ и функциональных затрат с целью снижения затрат.

При анализе ФМ, в первую очередь, стремятся выявить так называемые ненужные или лишние функции, без которых можно обойтись, не снижая качества НИР и ее результатов. При проведении ФСА процесса проведения НИР это могут быть элементы расчетов, управления, обеспечения, испытаний, согласований и др.; для изделий – функции, выполняемые носителями, без которых вполне можно обойтись. Если удается выявить такие функции и выполняющие их носители, то их устранение позволит снизить затраты. Далее необходимо выявить функции, выполнение которых связано с повышенными затратами труда, материалов, энергии и т.д. и проанализировать возможности снижения затрат.

При анализе каждая функция объекта оценивается тремя основными критериями: значением функции, стоимостью и степенью невыполнения функциональных свойств. Значение функции определяется обычно экспертным путём или по значимости времени и действия реализации функции. Стоимость функции определяется по затратам на изготовление и эксплуатацию элемента, обеспечивающего данную функцию.

Степень невыполнения функциональных свойств может быть оценена с помощью общепринятых показателей надёжности: вероятности безотказной работы, вероятности появления отказов или параметра потока отказов. Эти показатели для анализа надёжности были разработаны для систем автоматики, а затем стали применяться для всех технических устройств.

Цель функционального анализа (помимо оценки эффективности объекта) - определить критическую функцию элементов объекта как источник резервов для дальнейшего возможного повышения эффективности. Под критической функцией понимается та функция, которая по своим параметрам функциональности и затратоемкости отличается от требуемого уровня.

Самый распространенный метод определения критических функций -метод построения диаграмм оценки функций. Сущность этого метода - сравнительный анализ графического изображения результатов оценки функций и затрат на их исполнение. Предметом сравнения отдельных функций являются здесь все три их оценки, а именно: показатель значения функции, величина степени выполнения (невыполнения) функции, величина затрат на функцию. Для этого выполняются следующие шаги:

Шаг 1. Составляется диаграмма-график оценки функций; показатели значения функций отражаются в верхней части графика Vi (рис. 2.5). Величины степени невыполнения каждой функции ( Ф_п ) откладываются в соответствующих колонках, отражающих значения функций, откладывая их от верхней границы.

Затраты на исполнение отдельных функций элементов анализируемого объекта (Cij) в форме колонок указываются в нижней части графика оценки функций против колонок, выражающих значения соответствующих функций объекта.

Шаг 2. Определяем критическую функцию с точки зрения затрат. Путем сравнения показателя значения функции Vi с затратами на их обеспечение Cij определяем критическую функцию. Это не обязательно самая затратоемкая функция в комплексе. Эго та функция, затраты на которую не должны быть чрезмерно велики по сравнению с показателем ее значения.

Шаг 3. Определяем критическую функцию с потребительской точки зрения. Это та функция, которая наиболее удалена от уровня оптимума, т.е. имеет максимальную степень невыполнения функции.

4.2. Поиск и разработка вариантов решений, направленных на снижение затрат. При проведении НИР это могут быть затраты на создание макетов и испытательных стендов, на проведение экспериментов и испытаний, на обработку результатов экспериментов в схемах и конструкциях изделий, с неоправданно жесткими требованиями к прочности, надежности, долговечности, эстетике и др.

Особенностью ФСА является создание рабочей временной группы для его проведения. Создать такую группу при разработке дипломного проекта вряд ли возможно, однако дипломник должен решить следующие организационные вопросы: определить количество участников, зависящие от сложности решаемых задач; определить состав группы исходя из объекта ФСА и решаемых задач имеющейся информации; составить план работы группы; выбрать метод решения поставленных задач.

Рис. 2.5. Диаграмма оценки функции

где F_ij – значение функций; Ф_п – степень невыполнения функций; С_ij – затраты на функции

Для разработки вариантов используют изложенные в литературе различные методы поиска научно-технических решений: мозгового штурма, морфологического анализа и др. Рекомендуется выбрать один из методов и использовать в работе, отразив его применение в пояснительной записке.

Этап 5. Исследовательский этап включает укрупненную оценку вариантов по комплексу критериев, для чего необходимо выбрать критерии оценки, провести качественную оценку степени выполнения функций по вариантам. Затем производится укрупненная оценка производственных и эксплуатационных затрат на функции по вариантам, определе­ние соотношений полученных значений затрат по функциям с предельно допустимыми, комплексная технико-экономическая оценка вариантов и выяснение условий их внедрения.

Для этой цели применяют методы технико-экономического анализа, технико-экономической оценки вариантов, методику определения сравнительной экономической эффективности. На этом этапе анализируют соответствие вариантов выполнению главной, основных и других необходимых функций техническим требованиям, предъявляемым к изделиям. Затем по вариантам дают технико-экономическую оценку и, выбрав лучший вариант, определяют его экономическую эффективность в сравнении с исходным состоянием объекта ФСА.

Основная цель ФСА - максимизация соотношения между потребительской стоимостью и затратами на ее обеспечение.

Показатели потребительской стоимости Р₁ определяется по формуле: Р₁ = F₁ / C₁→max,

где F₁ - уровень или степень выполнения функции (степень полез­ности);

С₁ - величина затрат, необходимых для реа­лизации этой функции.

Установлено пять вариантов эффективности, достигаемой ФСА:

1) рост полезности при увеличении затрат F₁>F₀, C₁>C₀, при этом рост F₁ больше роста C₁;

2) рост полезности при неизменных затратах: F₁>F₀, C₁=C₀;

3) рост полезности при снижении затрат: F₁>F₀, C₁=C₀;

4) полезность не меняется при снижении затрат: F₁=F₀, C₁<C₀;

5) полезность снижается до общественно необходимого предела при более быстром снижении затрат: F₁<F₀, C₁<C₀, при этом F₁ снижается меньше снижения C₁.

Для реализации функционально-стоимостного подхода к объекту анализа, по Л.Д. Майлзу - основателю ФСА, необходимо ответить на следующие вопросы:

1. Что «это» такое?

2. Что «оно» делает?

3. Сколько «это» стоит?

4. Сколько «это» должно стоить?

5. Что другое может сделать «это» более экономичным?

6. Сколько «это» будет стоить?

Эти вопросы в изложении отечественной методики ФСА формулируются следующим образом:

1. Что представляет собой объект, функции которого мы хотим осуществить с наименьшими затратами?

2. Какую точно функцию он выполняет?

3. Каковы фактические затраты на реализацию этой функции?

4. Каковы максимально допустимые затраты на реализацию этой функции?

5. Какое другое изделие может более экономично осуществить эти функции?

6. Сколько «это» будет стоить?

Для получения ответов на эти вопросы при проведении ФСА выполняются три процедуры:

1. Определение функций объекта анализа при абстрагировании его как такового (1-2-й вопросы).

2. Оценка функций в денежных: выражениях или стоимостная оценка функций (3-4-й вопросы).

3. Поиск альтернативных вариантов осуществления функций и выбор оптимального варианта со всех точек зрения его реализации (5-6-й вопросы).

Этап 6. Рекомендательный этап - выбор варианта для последующей отработки: обсуждение и окончательный выбор варианта проведения НИР или конструкции изделия, оформление рекомендаций по дальнейшей функционально-стоимостной обработке варианта.

При разработке этих предложений в первую очередь рассматривает­ся критические функции, а затем все остальные в порядке убывания критичности. Причем если рассматривается конкретное изделие (узел, деталь), находящееся в эксплуатации, в качестве критической берется его функция с максимальной степенью невыполнения. Если проек­тируется новое изделие на оснований анализа аналогов, то в качестве критической берется функция путем сравнения показателя ее значения и затрат на обеспечение.