Иерархия описания технических объектов

Общепризнанный иерархический метод построения описания технических объектов и примеры его реализации. Описания, имеющие иерархическую соподчиненность, их свойства. Потребность объекта, техническая функция, функциональная структура, техническое решение.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Размещено на

Волгоградский Государственный Технический Университет

Факультет подготовки инженерных кадров

Контрольная работа

по курсу «Концептуальное проектирование систем»

Тема: «Иерархия описания технических объектов»

Волгоград

2009

Введение

При разработке любого нового устройства перед инженером встают задачи выбора пути осуществления разработки. В случае со сравнительно несложным устройством, разрабатываемым единственным специалистом, его структура и принцип действия может быть представлена без документирования. Если же устройство достаточно сложно или разработку ведет команда разработчиков, возникает задача составления четкого описания устройства и его узлов.

В своей работе я рассмотрю общепризнанный иерархический метод построения такого описания и приведу примеры его реализации.

Иерархия описания технических объектов

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

· каждое последующее описание является более детальным и более полно характеризует ТО по сравнению с предыдущим;

· каждое последующее описание включает в себя предыдущее.

Такие свойства имеют следующие описания: потребность, или функция ТО; техническая функция (ТФ); функциональная структура (ФС); физический принцип действия (ФПД); техническое решение (ТР); проект. Иерархия этих описаний показана на рис. 1. Рассмотрим подробнее эти понятия.

Рисунок 1 Иерархия описаний ТО

технический объект описание иерархический

Потребность

Это общепринятое и краткое описание на естественном языке назначения ТО 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?»

Если рассматривать более детально описание потребности, то оно должно включать следующую информацию:

· необходимое действие (наименование действия);

· объект (предмет обработки), на которое направлено это действие;

· особые условия и ограничения.

Описание потребности формализованно можно представить в виде трех компонент:

Р = {D, G, Н), (1)

где D -- указание действия, производимого рассматриваемым ТО 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. В табл.1 приведены примеры покомпонентного описания потребности.

Таблица 1 Примеры описания потребностей

Наименование ТО	D	G	H
Светильник Электроплитка Мельница Грузовой автомобиль Путепровод Термометр	Освещение (освещает) Нагревание (нагревает) размалывание (размалывает) перевозка (перевозит) обеспечение движения (обеспечивает движение) измерение (измеряет)	помещение (помещение) емкость с жидкостью зерна (зерно) грузы (грузы) автомобили температура среды (температура среды)	- - на муку по дороге через препятствие -

Наряду с понятием потребности в инженерной практике также широко используется понятие функции ТО. Описания потребности и функции ТО тождественно совпадают. Различие между потребностью и функцией состоит в том, что понятие потребности всегда связано с человеком или автоматом (коллективом людей, автоматов), поставившим задачу реализации потребности и выполняющим проектирование соответствующего ТО и его изготовление.

Понятие функции всегда связано с ТО, реализующим эту потребность. В связи с этим интересно отметить, что человек часто выступает в двух качествах: как субъект, формулирующий потребность, и как элемент ТО, реализующий эту потребность. Мы будем отличать эти понятия только тем, что в описании потребности действия будем пользоваться отглагольным существительным, а функции -- глаголом. В табл.1 в скобках указаны описания функции.

Техническая функция (ТФ)

Описание ТФ содержит следующую информацию:

· потребность, которую может удовлетворить ТО;

· физическая операция (физическое превращение, преобразование), с помощью которой реализуются потребности.

Таким образом, описание ТФ состоит из двух частей: F - (P, Q), (2)

где Р -- удовлетворяемая потребность, описываемая по формуле (1); Q -- физическая операция.

Таблица 2 Примеры описания физических операций

Наименование ТО	Ат	Е	Ст
Светильник	Электрический ток	Преобразование	Световой поток
Электроплитка	Электрический ток	Преобразование	Теплота
Мельница	Зерно + механическая энергия	Соединение	Мука
Грузовой автомобиль	Топливо	Преобразование	Движение груза
Путепровод	Масса транспорта (воспринимает проезжая часть)	Передача	Масса транс порта (воспринимают устои моста)
Электрический термометр	Температура среды	Преобразование и сравнение	Электрический ток

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

Q = (Ат, Е, Ст), или Q = (Aт->E->Cт), (3)

где Ат, Ст -- соответственно входной или выходной поток (фактор) вещества, энергии или сигналов; Е -- наименование операции Коллера по превращению Ат в Ст. Это описание отвечает на вопросы «что» (Ат), «как» (Е), «во что» (Ст) преобразуется с помощью описываемого ТО. Число входов Ат, действий Е и выходов Ст в общем случае произвольное. Иначе говоря, под физической операцией будем подразумевать физическое преобразование заданного входного потока, или фактора, в выходной поток (фактор). В табл.2 приведены примеры описания ФО для ТО, указанных в табл.1.

Функциональная структура (ФС)

Подавляющее большинство ТО состоит из нескольких элементов (агрегатов, блоков, узлов) и могут быть естественным образом разделены на части. Каждый элемент как самостоятельный ТО выполняет определенную функцию и реализует определенную физическую операцию (ФО), т. е. между элементами имеют место два вида связей и соответственно два вида их структурной организации.

Во-первых, элементы имеют определенные функциональные связи друг с другом, которые образуют конструктивную функциональную структуру. Конструктивная ФС представляет собой ориентированный граф, вершинами которого являются наименования элементов, а ребрами -- функции элементов.

Кроме функциональных связей, между элементами ТО имеются еще потоковые связи, т. е. элементы, реализуя определенные физические операции, образуют поток преобразуемых или превращаемых веществ, энергии, сигналов или других факторов. Например, в прокатном стане на входе такого потока имеются заготовки сечением 200x200 мм, а на выходе -- стальная лента толщиной 1 мм, шириной 2 м; в гидроэлектростанции на входе -- поток воды с напором 20 м и расходом 150 м3/с, а на выходе -- электрический ток напряжением 380 В и частотой 50 Гц.

Такие потоки определенным образом объединяют и связывают элементы ТО и соответственно их ФО. В сложных ТО часто присутствуют несколько взаимосвязанных потоков.

Взаимосвязанный набор ФО, реализующих один определенный поток преобразований вещества, энергии или сигналов, либо несколько взаимосвязанных потоков будем называть потоковой функциональной структ...