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

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.

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 1321}

S_{абс 1322}

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 1321}

S_{отн 1322}

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

R₁₃₂₁

R₁₃₂₂

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

R₁₂

R₁₃

R₁₄

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:

(+)  чем больше, тем лучше

(-)  чем меньше, тем лучше

Таблица 8- Научно-технический уровень исследуемого объекта

Наименование параметра

Направление улучшения

Варианты

НТУ

Р_оц

Р_аналог

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



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.