| Министерство образования и науки Российской Федерации
Марийский государственный технический университет
Кафедра ЭиОП
Расчетно-графическая работа по дисциплине
«Менеджмент в радиотехнике»
Функционально-стоимостной анализ устройства поиска скрытой проводки
Выполнил: студент гр РТ-51
Павлов А.В.
Проверил: Усынина Т. С.
Йошкар-Ола
2010
Функционально-стоимостной анализ устройства поиска скрытой проводки
1. Назначение и принцип действия устройства
Устройство предназначено для поиска проложенных под землей или в кабельных каналах бетонных и кирпичных зданий электрических проводов и кабелей, находящихся под напряжением.
В устройстве можно выделить 4 основных узла: антенна (параллельный колебательный контур), усилительный каскад, выходной каскад и узел питания.
Принцип действия устройства основан на том, что при попадании катушки индуктивности колебательного контура в переменное магнитное поле проводника, по которому течет переменный электрический ток, в ней наводится ЭДС, пропорциональная величине этого поля. В колебательном контуре возникают вынужденные колебания с частотой равной частоте изменения магнитного поля, наводящего ЭДС в катушке. Сигнал с колебательного контура усиливается в усилительном каскаде, собранном на транзисторе VT1 до уровня, необходимого для корректной работы операционного усилителя. Выходной каскад собран на операционном усилителе DA1 и предназначен для усиления сигнала до уровня, необходимого для работы выходного каскада. Выходной каскад можно условно разделить на визуальный и звуковой. Визуальный выходной каскад служит для выпрямления сигнала операционного усилителя и измерения тока этого сигнала с помощью амперметра. Звуковой выходной узел предназначен для возможности прослушать сигнал звуковой частоты при наличии сигнала на входе устройства.
2. Блок-схема устройства поиска скрытой проводки
Рисунок 2
3. Структурная модель устройства поиска скрытой проводки
Опишем состав блоков, входящих в устройство:
колебательный контур – WA1, C1;
усилительный каскад – C2, C3, C4 C5, R1, R2, R3, R4, VT1;
выходной каскад – C6, C7, C8, C9, C10, R5, R6, R7, R8, R9, DA1, VD1, VD2, PA1, BF1, X1;
узел питания – R10, HL1, GB1.
В соответствии с блок схемой построим структурную модель устройства (рисунок 3).
4. Функциональная модель устройства поиска скрытой проводки
Определим функции всех структурных элементов (таблица 1).
Таблица 1
| №
|
Формулировка функции
|
Класс
функ-
ции
|
Код
функ-
ции
|
| 1
|
Обнаружить электромагнитное поле вокруг скрытого проводника
Обеспечить удобство и безопасность при поиске скрытой проводки
|
главная
второст.
|
Ф1
Ф2
|
| 2
|
Преобразовать электромагнитное поле скрытого проводника в электрический сигнал
|
основная
|
Ф11
|
| 3
|
Усилить слабый сигнал колебательного контура
|
основная
|
Ф12
|
| 4
|
Преобразовать сигнал для визуального и слухового восприятия оператором
|
основная
|
Ф13
|
| 5
|
Обеспечить устройство электрической энергией, необходимой для его функционирования
|
основная
|
Ф14
|
| 6
|
Запасти энергию магнитного поля скрытого проводника
|
основная
|
Ф111
|
| 7
|
Запасти энергию электрического поля скрытого проводника
|
основная
|
Ф112
|
| 8
|
Усилить сигнал до уровня, необходимого для работы ОУ
Согласовать выходное сопротивление колебательного контура с входным сопротивлением ОУ
|
основная
вспомог.
|
Ф121
f121,1
|
| 9
|
Усилить сигнал до уровня, необходимого для работы индикаторных элементов
|
основная
|
Ф123
|
| 10
|
Преобразовать сигнал для визуального обнаружения оператором
|
основная
|
Ф131
|
| 11
|
Преобразовать сигнал для звукового обнаружения оператором
|
вспомог.
|
f132
|
| 12
|
Обеспечить устройство электрической энергией, необходимой для его функционирования
|
основная
|
Ф141
|
| 13
|
Подключить к устройству источник постоянного тока
|
вспомог.
|
f142
|
| 14
|
Сигнализировать о подключении источника постоянного тока
|
вспомог.
|
f141,1
|
| 15
|
Увеличить амплитуду сигнала колебательного контура
|
основная
|
Ф1211
|
| 16
|
Предотвратить протекание постоянного тока в последующие цепи и из них
|
основная
|
Ф1212
|
| 17
|
Обеспечить поступление части выходного напряжения активного элемента на его вход
|
основная
|
Ф1213
|
| 18
|
Создать путь прохождения сигнала в обход высокоомным сопротивлениям
|
основная
|
Ф1214
|
| 19
|
Установить рабочую точку активного элемента
|
основная
|
Ф1215
|
| 20
|
Задать режим работы ОУ
Согласовать входное сопротивление ОУ с выходным сопротивлением предыдущего каскада
|
основная
вспомог.
|
Ф1221
f1221,4
|
Продолжение таблицы 1
| 21
|
Увеличить амплитуду сигнала предварительного усилителя
|
основная
|
Ф1222
|
| 22
|
Обеспечить поступление части выходного напряжения активного элемента на его вход
|
основная
|
Ф1223
|
| 23
|
Подавить переходные напряжения, возникающие в ОУ
|
основная
|
Ф1224
|
| 24
|
Предотвратить протекание постоянного тока в последующие цепи и из них
|
основная
|
Ф1311
|
| 25
|
Преобразовать переменное напряжение сигнала в постоянное
Ограничить уровень сигнала, подаваемого на индикаторный элемент
|
основная
вспомог.
|
Ф1312
f1312,1
|
| 26
|
Визуально отобразить наличие тока в цепи амперметра
|
основная
|
Ф1313
|
| 27
|
Обеспечить возможность удобного подключения громкоговорителей
|
вспомог.
|
f1321
|
| 28
|
Сигнализировать с помощью звукового сигнала об обнаружении скрытой проводки
|
вспомог.
|
f1322
|
| 29
|
Ограничить ток, протекающий в цепи индикатора включения питания
|
вспомог.
|
f141,1
|
| 30
|
Сигнализировать визуально о включении батареи в цепь устройства
|
вспомог.
|
f141,1
|
| 31
|
Согласовать выходное сопротивление предварительного усилителя с входным сопротивлением ОУ
|
основная
|
Ф1221,1
|
| 32
|
Установить рабочую точку активного элемента оконечного усилителя
|
основная
|
Ф1221,2
|
| 33
|
Обеспечить режим работы активного элемента по постоянному току
|
основная
|
Ф1221,3
|
| 34
|
Преобразовать часть электрической энергии сигнала в тепловую в цепи подавления переходных напряжений
|
основная
|
Ф1224,1
|
| 35
|
Запасти энергию электрического поля сигнала в цепи подавления переходных напряжений
|
основная
|
Ф1224,2
|
| 36
|
Ограничить ток, протекающий в цепи амперметра
|
основная
|
Ф1312,2
|
| 37
|
Преобразовать переменное напряжение сигнала в постоянное
|
основная
|
Ф1312,3
|
| 38
|
Ограничить ток, протекающий через индикаторный элемент
|
основная
|
Ф1312,4
|
По данной таблице построим функциональную модель (рисунок 4).
5 Количественная оценка функций
Метод экспертной оценки
Относительная важность Rn
функции Фn
в объекте в целом определяется как произведение относительной значимости этой функции на данном уровне иерархии на значение относительной важности вышестоящей функции. Зададим относительную важность функций Ф1, Ф2:
R1 = 0,6
R2 = 0,4
здесь стоит сказать, что второстепенная функция Ф2 имеет столь высокое значение относительной важности в связи с тем, что искомая проводка может находиться под высоким напряжением, поэтому вопросам безопасности должно быть уделено особое внимание.
Для последующих функций Фnm
важность Rnm
= Rn
×rnm
.
r11
= 0,25 R11 = 0,6·0,25 = 0,15
r12
= 0,25 R12 = 0,25·0,6 + 0,25·0,4 = 0,25
r13
= 0,3 R13 = 0,3·0,6 + 0,3·0,4 = 0,3
r14
= 0,3 R14 = 0,3·0,6 + 0,3·0,4 = 0,3
Метод попарного сравнения
Для определения значений rnmk
воспользуемся методом попарного сравнения. Результаты представлены в таблице 2.
Определим важность функций:
Таблица 3
| Функция
|
Важность функции
|
Функция
|
Важность функции
|
| Ф111
|
0,01
|
Ф1223
|
0,008
|
| Ф112
|
0,01
|
Ф1224
|
0,004
|
| Ф121
|
0,011
|
Ф1311
|
0,006
|
| Ф123
|
0,01
|
Ф1312
|
0,016
|
| Ф131
|
0,013
|
Ф1313
|
0,0187
|
| f132
|
0,001
|
f1321
|
0,0013
|
| Ф141
|
0,017
|
f1322
|
0,0013
|
| f142
|
0,001
|
Ф1221,1
|
0,0085
|
| Ф1211
|
0,0116
|
Ф1221,2
|
0,01
|
| Ф1212
|
0,007
|
Ф1221,3
|
0,01
|
| Ф1213
|
0,01
|
Ф1224,1
|
0,0034
|
| Ф1214
|
0,009
|
Ф1224,2
|
0,0028
|
| Ф1215
|
0,01
|
Ф1312,2
|
0,0075
|
| Ф1221
|
0,0088
|
Ф1312,3
|
0,01
|
| Ф1222
|
0,012
|
Ф1312,4
|
0,014
|
6 Оценка стоимости функций
Составим перечень элементов, входящих в схему.
Таблица 4
| Поз.
|
Наименование
|
Кол.
|
Стоимость
|
| C1
C2,С10
C3
C4,С9,С11
C5,С6,С8
С7
|
Конденсаторы
K53-14- 0.01 мкФ × 10 В ±10%
K53-14- 100 мкФ × 10 В ±10%
K53-14- 10 мкФ × 10 В ±10%
K53-14- 1 мкФ × 10 В ±10%
K53-14- 4,7 мкФ × 10 В ±10%
K53-14- 0,1 мкФ × 10 В ±10%
|
1
2
1
3
3
1
|
4.5
20
1.6
4.8
4.8
1.6
|
| L1
|
Катушка индуктивности
КИГ-0,2-27 мкГн
|
1
|
26
|
| DA1
|
Операционный усилитель
К174УН14
|
1
|
100
|
| R1
R2
R3,R5
R4
R6
R7
R8
|
Резисторы
C1- 4- 240 кОм ±10%
C1- 4- 510 Ом ±10%
C1- 4- 1,5 кОм ±10%
C1- 4- 4,7 кОм ±10%
C1- 4- 10 кОм ±10%
C1- 4- 12 Ом ±10%
C1- 4- 1 Ом ±10%
|
1
1
2
1
1
1
1
|
1
1.2
2.8
1.4
1.4
1
1.2
|
| R9
R10
|
C1- 4- 47 кОм ±10%
C1- 4- 1,2 кОм ±10%
|
1
1
|
1.2
1.2
|
| VT1
|
Транзистор
КТ3102Б
|
1
|
30
|
| VD1, VD2
HL1
|
Диоды
КД512Б
АЛ307БМ
|
2
1
|
14.60
15
|
| GB1
|
Источник постоянного напряжения
GP 1604G
|
1
|
50
|
| BF1
|
Наушники
1524
|
1
|
28
|
| PA1
|
Миллиамперметр
М 4228 10-0-10И.84
|
1
|
130
|
| BF1
|
Батарея
GP 1604G
|
1
|
55
|
| SA1
|
Переключатель
П2Т-3
|
1
|
31
|
| X1
|
Разъем
EY-501N
|
1
|
18
|
Определим стоимость функций в абсолютном выражении (в рублях) (таблица 5). Для этого построим совмещенную структурную модель.
Таблица 5
| Эле-
мен-
ты
|
Абсо-
лютная
cтои-
мость,
руб.
|
Ф1
|
| Ф11
|
Ф12
|
Ф13
|
Ф14
|
| Ф111
|
Ф112
|
Ф121
|
Ф122
|
Ф131
|
f132
|
Ф141
|
f142
|
| Ф1211
|
Ф1212
|
Ф1213
|
Ф1214
|
Ф1215
|
Ф1221
|
Ф1222
|
Ф1223
|
Ф1224
|
Ф1311
|
Ф1312
|
Ф1313
|
f1321
|
f1322
|
| L1
|
26
|
26
|
| C1
|
4.5
|
4.5
|
| VT1
|
30
|
30
|
| C4, C5
|
1.2+
1.2
|
2.4
|
| R1
|
1
|
1
|
| C2, C3
|
10+
1.6
|
11.6
|
| R2, R3
|
1.2+
1.4
|
2.6
|
| R4, R5, C6, C7
|
1.4+
1.4+
1.2+
1.6
|
5.8
|
| DA1
|
100
|
100
|
| R6, R7, C8
|
1+
1.2+
1.6
|
3.8
|
| R8, C9
|
1.2+
1.6
|
2.8
|
| C10
|
10
|
10
|
| R9, VD1, VD2
|
1.2+
7.3+
7.3
|
15.8
|
| PA1
|
130
|
130
|
| X1
|
18
|
40
%
18
|
| BF1
|
28
|
40
%
28
|
| R10, GB1, HL1
|
1.2+
55+
15
|
33+6.48
|
| SA1
|
31
|
40%
31
|
| Σ
|
498.1
|
26
|
4.5
|
30
|
2.4
|
1
|
11.6
|
2.6
|
5.8
|
100
|
3.8
|
2.8
|
10
|
15.8
|
130
|
7.2
|
11.2
|
39.68
|
12.4
|
Далее определим относительную стоимость функций для каждого уровня иерархии по формуле:
Таблица 6 - Относительная стоимость функций
|
, руб.
|
Sабс
1211
|
Sабс
1212
|
Sабс
1213
|
Sабс
1214
|
Sабс
1215
|
Sабс
1221
|
Sабс
1222
|
Sабс
1223
|
Sабс
1224
|
Sабс
1311
|
Sабс
1312
|
Sабс
1313
|
Sабс
132
1
|
Sабс
132
2
|
| 498,1
|
30
|
2,4
|
1
|
11,6
|
2,6
|
5,8
|
100
|
3,8
|
2,8
|
10
|
15,8
|
130
|
72
|
11,2
|
| Sотн
1211
|
Sотн
1212
|
Sотн
1213
|
Sотн
1214
|
Sотн
1215
|
Sотн
1221
|
Sотн
1222
|
Sотн
1223
|
Sотн
1224
|
Sотн
1311
|
Sотн
1312
|
Sотн
1313
|
Sотн
132
1
|
Sотн
132
2
|
| 0,06
|
0,0048
|
0,002
|
0,023
|
0,005
|
0,011
|
0,2
|
0,0076
|
0,0056
|
0,02
|
0,031
|
0,26
|
0,144
|
0,0224
|
| Sотн111
|
Sотн112
|
Sотн
121
|
Sотн
122
|
Sотн
131
|
Sотн
132
|
Sотн141
|
Sотн142
|
| 0,052
|
0,009
|
0,0948
|
0,2242
|
0,311
|
0,1664
|
0,079
|
0,024
|
| Sотн11
|
Sотн12
|
Sотн13
|
Sотн14
|
| 0,061
|
0,319
|
0,4774
|
0,104
|
| Sотн1
+Sотн1
|
| 0,761+0,074
|
7. Построение функционально-стоимостных диаграмм
В результате сравним относительную важность выявленных функций с относительной стоимостью их реализации. Сравнение осуществим путем построения функционально-стоимостных диаграмм для каждого уровня иерархии.
Таблица 7 – Относительная важность функций
| R1211
|
R1212
|
R1213
|
R1214
|
R1215
|
R1221
|
R1222
|
R1223
|
R1224
|
R1311
|
R1312
|
R1313
|
R132
1
|
R132
2
|
| 0,0116
|
0,007
|
0,01
|
0,009
|
0,01
|
0,0088
|
0,012
|
0,008
|
0,004
|
0,006
|
0,016
|
0,0187
|
0,0013
|
0,0013
|
| R111
|
R112
|
R121
|
R122
|
R131
|
R132
|
R141
|
R142
|
| 0,01
|
0,01
|
0,0476
|
0,0328
|
0,0407
|
0,0026
|
0,017
|
0,001
|
| R11
|
R1
2
|
R1
3
|
R1
4
|
| 0,02
|
0,0804
|
0,0433
|
0,018
|
| R1
+ R2
|
| 0,6+0,4
|
Рисунок 5 – Функционально-стоимостная диаграмма
для функций первого уровня
Рисунок 6 – Функционально-стоимостная диаграмма
для функций второго уровня
Рисунок 7 – Функционально-стоимостная диаграмма
для функций третьего уровня
Рисунок 8 – Функционально-стоимостная диаграмма
для функций четвертого уровня
По полученным диаграммам можно судить о соответствии стоимости отдельной функции и ее важности. Наиболее ярко выражено несоответствие следующих функций и их важностей: Ф1222, Ф1313 и f1321. То есть конкретно для операционного усилителя, миллиамперметра и электронного ключа это несоответствие является результатом их относительно высокой стоимости.
8 Научно-технический уровень исследуемого объекта
Научно-технический уровень – комплексная оценка качества объекта с лучшими отечественными и зарубежными аналогами.
Производить оценку будем путем сравнения исследуемой схемы и аналога по техническим и эксплуатационным характеристикам.
В качестве аналога будем использовать идеальную модель, то есть идеализированный объект, обладающий лучшими из достижимых параметров.
Формулы для оценки представлены ниже:
(+)
Þ чем больше, тем лучше
(-)
Þ чем меньше, тем лучше
Таблица 8- Научно-технический уровень исследуемого объекта
| Наименование параметра
|
Направление улучшения
|
Варианты
|
|
|
НТУ
|
| Роц
|
Раналог
|
| 1) Допустимое напряжение искомого проводника, В
|
+
|
500
|
1000
|
0,35
|
0,5
|
0,175
|
| 2) Напряжение питания устройства, В
|
-
|
9
|
4,5
|
0,2
|
0,5
|
0,1
|
| 3) Количество частот, на которые настроено устройство
|
+
|
1
|
2
|
0,15
|
0, 5
|
0,075
|
| 4) Температура окружающего воздуха, °С
min
max
|
+
+
|
-20
+45
|
-35
+50
|
0,05
0,05
|
0,67
0,88
|
0,034
0,044
|
| 5) Атмосферное давление, кПа
min
max
|
-
+
|
86
106
|
80
110
|
0,05
0,05
|
0,93
0,96
|
0,047
0,048
|
| 6) Относительная влажность при 25°С, не более, %
|
+
|
80
|
90
|
0,1
|
0,89
|
0,089
|
| å
|
1
|
0,612
|
Исходя из результатов расчета научно-технического уровня видно, что по рассматриваемым параметрам исследуемое устройство уступает аналогу (в данном случае идеальная модель) более чем в два раза. Данное различие можно объяснить тем, что схема данного исследуемого устройства была спроектирована для штучного кустарного производства.
Список литературы
1 Т.С. Усынина, А.В.Шульмин «Организация и планирование производства»: практикум.- Йошкар-Ола: МарГТУ, 2007.-115 с.
2 Функционально-стоимостной анализ. Практическое применение/ Роберт С. Каплан, Робин Купер. Вильямс: 2008. 352 c.
3 Функционально- стоимостной анализ (ФСА). Краткая информация для руководителей производственных предприятий/ Шарипов Р.Х. - ОО "ТРИЗ-Самара": Самара, 2004.
4 Функционально-стоимостный анализ - теория и практика проведения. Обзор/ Бухман И.В. ЛатНИИНТИ: Рига, 1982.
5 Функционально-стоимостный анализ. Концепции и перспективы/
|