Иерархия описания технических объектов

Каждый технический объект может быть представлен описаниями, имеющими иерархическую соподчиненность. Описания характеризуются двумя свойствами:

- каждое последующее описание является более детальным и более полно характеризует технический объект по сравнению с предыдущим;

- каждое последующее описание включает в себя предыдущее.

Такие свойства имеют следующие описания:

- потребность, или функция технического объекта;

- техническая функция (ТФ);

- функциональная структура (ФС);

- физический принцип действия (ФПД);

- техническое решение (ТР);

- проект.

Рассмотрим подробнее эти понятия.

§3.Описание потребности

Это общепринятое и краткое описание на естественном языке назначения технического объекта или цели его создания (существования).

При описании потребности отвечают на вопрос: «Что (какой результат) желательно иметь (получить) и каким особым условиям и ограничениям при этом нужно удовлетворить?»

Описание потребности должно включать следующую информацию:

- необходимое действие (наименование действия);

- объект (предмет обработки), на который направлено это действие;

- особые условия и ограничения.

Описание потребности P можно представить в виде трех компонент:

.

D — указание действия, производимого рассматриваемым техническим объектом и приводящего к желаемому результату, т. е. к удовлетворению (реализации) интересующей потребности.

G — указание объекта, или предмета обработки, на который направлено действие D.

Н — указание особых условий и ограничений, при которых выполняется действие D.

Таблица.

Примеры описания потребности

Наименование технического   объекта	Действие (функция) D	Объект G	Особые условия и ограничения H
Светильник	освещение (освещает)	помещение	–
Электроплитка	нагревание (нагревает)	емкость с жидкостью	–
Термометр	измерение (измеряет)	температура окружающей среды	–
Грузовой автомобиль	перевозка (перевозит)	грузы	по дороге
Мельница	размалывание (размалывает)	зерно	на муку

§4. Техническая функция (ТФ)

Описание технической функции F содержит следующую информацию:

- потребность, которую может удовлетворить технический объект;

- физическая операция (физическое превращение, преобразование), с помощью которой реализуются потребность.

Таким образом, описание технической функции состоит из двух частей:

Р — удовлетворяемая потребность, описываемая по формуле ;

Q — физическая операция.

Описание физической операции (ФО) можно представить состоящим из трех компонент:

или

и – соответственно входной и выходной потоки вещества, энергии, информационных сигналов или других факторов;

Е — наименование операции Коллера по превращению , в .

Это описание отвечает на вопросы «что» «как» Е, «во что» преобразуется с помощью описываемого технического объекта.

Число входов , действий Е и выходов в общем случае произвольное.

Под физической операцией будем подразумевать физическое преобразование заданного входного потока в выходной поток.

Описание входного и выходного потоков (или факторов) должно содержать следующую информацию:

а) наименование потоков вещества, энергии или сигналов либо другого фактора;

б) качественную характеристику потока (фактора), существенно влияющую на техническое решение ТО (например, для потока «электрический ток» качественная характеристика может обозначать «переменный», для потока «электромагнитное излучение» — «видимый свет»);

в) основную физическую величину (величины), характеризующую поток (фактор), ее стандартное обозначение, единицу измерения;

г) количественную характеристику потока (фактора) — значение физических величин, оказывающих существенное влияние на техническое решение ТО. При необходимости указывают диапазоны изменения и .

Компонента Е в описании физической операции (ФО) должна обозначать действие, производимое над входным потоком (факто-ром), которое превращает в . Р. Коллер предложил сначала 12 пар операций Е, а затем добавил еще две операции, которые, по его мнению, позволяют описывать физическую операцию любого технического объекта или его элемента.

Таблица

Список операций Коллера

№ п/п	Наименование прямой операции	Наименование обратной операции
	Излучение	Поглощение
	Проводимость	Изолирование
	Сбор	Рассеяние
	Проведение	Непроведение
	Преобразование	Обратное преобразование
	Увеличение	Уменьшение
	Изменение направления	Изменение направления
	Выравнивание	Колебания
	Связь	Прерывание
	Соединение	Разъединение
	Объединение	Разделение
	Накопление	Выдача
	Отображение	Обратное отображение
	Фиксирование	Расфиксирование

В операциях 10, 11 может участвовать и более двух компонент.

В некоторых случаях невозможно однозначно указать наиболее подходящую операцию Коллера. В этих случаях не следует затруднять себя выбором и обоснованием единственно правильной операции Е, а нужно брать ту, которая по интуитивным соображениям кажется более верной. При этом ошибочный выбор наименования Е не будет иметь роковых последствий.

Некоторые технические объекты могут одновременно реализо-вывать более одной операции Коллера или даже более одной физической операции.

Рассмотрим несколько примеров описания физических операций

Таблица

Описание потребностей.

Наименование ТО		Е
Электроплитка	Электрический ток	Преобразование	Теплота
Светильник	Электрический ток	Преобразование	Световой поток
Грузовой автомобиль	Топливо	Преобразование	Движение груза
Электрический термометр	Температура среды	Преобразование и сравнение	Электрический ток
Мельница	Зерно + механическая энергия	Соединение	Мука

§5. Конструктивная функциональная структура (КФС)

Подавляющее большинство технических объектов состоит из нескольких элементов (агрегатов, блоков, узлов) и их можно естественным образом разделить на части. Каждый элемент как самостоятельный технический объект выполняет определенную функцию и реализует определенную физическую операцию, т. е. между элементами имеют место два вида связей и соответственно два вида их структурной организации.

В первую очередь необходимо понять и уточнить следующее:

- какие функции выполняет каждый элемент технического объекта;

- как элементы функционально связаны между собой;

- какие физические операции (преобразования) выполняет каждый элемент и как они взаимосвязаны между собой;

- на основе каких физико-технических эффектов работает каждый элемент технического объекта и как они взаимосвязаны между собой.

При выяснении этих вопросов появляется четкое и цельное представление об устройстве технического объекта с функциональной и физической точек зрения. Без такого представления затруднительно заниматься поиском наиболее эффективного нового технического решения.

Элементы ТО имеют определенные функциональные связи друг с другом, которые образуют конструктивную функциональную структуру. Конструктивная функциональная структура представляет собой ориентированный граф, вершинами которого являются наименования элементов, а ребрами — функции элементов.

Алгоритм построения КФС.

А) Разделение технического объекта на элементы. Любой технический объект можно разделить на несколько элементов, каждый из которых имеет вполне определенную функцию (или функции) по обеспечению работы технического объекта или его элементов. При этом рассматриваемый технический объект представляет собой верхний уровень, а выделенные функциональные элементы — нижний.

Необходимо выделить главные элементы. К главным элементам будем относить рабочие органы и другие элементы, которые непосредственно взаимодействуют с предметом обработки G и другими объектами окружающей среды. При выделении главных элементов и соответствующих им объектов окружающей среды рекомендуется иметь в виду следующее:

- функция главных элементов, как правило, совпадает с функцией технического объекта или в решающей мере зависит от функции ТО;

- объекты окружающей среды для главных элементов, как правило, совпадают с объектами, на которые направлено действие технического объекта.

Главным элементам присваивают обозначение Е₀ (если их несколько, то Е₀₁, Е₀₂,…). Остальным элементам присваивают обозначения Е₁,Е₂,…

Б) Выделение объектов окружающей среды (ОС), с которыми рассматриваемый технический объект находится в функциональном или вынужденном взаимодействии и которые существенно влияют на конструкцию технического объекта. В первую очередь к окружающей среде относятся объекты, воспринимающие действие технического объекта (компонента Gв формуле потребности). К объектам окружающей среды также могут относиться подводимая энергия, управляющие сигналы, объекты, на которые действуют отработанные вещества, неблагоприятные излучения и другие воздействия, оказывающие существенное влияние на конструкцию технического объекта.

Объекты окружающей среды, с которыми взаимодействует технический объект и его элементы, обозначают через V₁, V₂,...

В) Описание функций элементов технического объекта.При описании функций элементов целесообразно в скобках дублировать обозначения элементов технического объекта и объектов окружающей среды, которые участвуют в описании функции.

Сами функции обозначают Ф₀, Ф₁, Ф₂,…

Результаты разделения технического объекта на элементы и описания функций элементов целесообразно оформлять в одной таблице.

Рассмотрим пример таблицы анализа функций элементов технического объекта на примере бытовой электрической плитки.

Таблица