Реферат: Функционально-стоимостной анализ устройства поиска скрытой проводки

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 R_n функции Ф_n 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 Ф_nm важность R_nm = R_n ×r_nm .

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 r_nmk 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
		Ф111	Ф112	Ф1211	Ф1212	Ф1213	Ф1214	Ф1215	Ф1221	Ф1222	Ф1223	Ф1224	Ф1311	Ф1312	Ф1313	f1321	f1322	Ф141	f142
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.	S_абс ₁₂₁₁		S_абс ₁₂₁₂	S_абс ₁₂₁₃	S_абс ₁₂₁₄	S_абс ₁₂₁₅	S_абс ₁₂₂₁	S_абс ₁₂₂₂	S_абс ₁₂₂₃	S_абс ₁₂₂₄	S_абс ₁₃₁₁	S_абс ₁₃₁₂	S_абс ₁₃₁₃	S_абс ₁₃₂ ₁	S_абс 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
	S_отн ₁₂₁₁		S_отн ₁₂₁₂	S_отн ₁₂₁₃	S_отн ₁₂₁₄	S_отн ₁₂₁₅	S_отн ₁₂₂₁	S_отн ₁₂₂₂	S_отн ₁₂₂₃	S_отн ₁₂₂₄	S_отн ₁₃₁₁	S_отн ₁₃₁₂	S_отн ₁₃₁₃	S_отн ₁₃₂ ₁	S_отн 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
	S_отн111	S_отн112	S_отн ₁₂₁						S_отн ₁₂₂			S_отн ₁₃₁				S_отн ₁₃₂		S_отн141	S_отн142
	0,052	0,009	0,0948						0,2242			0,311				0,1664		0,079	0,024
	S_отн11			S_отн12									S_отн13				S_отн14
	0,061			0,319									0,4774				0,104
	S_отн1 +S_отн1
	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
Наименование параметра	Направление улучшения	Р_оц	Р_аналог			НТУ
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/

Е. А. Кузьмина, А.М. Кузьмин. Журнал "Методы менеджмента качества", N 8, 2002.