Российская Экономическая Академия им. Г. В. Плеханова
Расчетно-аналитическая работа по курсу методы поиска и
принятия инновационно технических решений.
КАФЕДРА МЕХАНИКИ
Функционально-физический анализ фотоаппарата «Зенит»
Выполнил студент гр.№723
Фролов Александр Александрович
факультет ИЭИ.
Научный руководитель
Колоколов В. А.
Москва 2001
Функционально-физический анализ фотоаппарата
Описание функции предназначения.
F = {D,G,H }
D - экспонирование ;
G - светочувствительный материал ;
H - с определенными условиями .
Описание физической операции.
Q = {A, E, C}
А - свет ;
С - экспонированный светочувствительный материал ;
Е - сбор и накопление.
3.Разбиваем фотоаппарат на функциональные элементы.
Е1 – объектив;
Е2 – затвор;
Е3 – диафрагма;
Е4 – лентоперематывающий механизм;
Е5 – корпус;
Е6 – система фокусировки;
Е7 – система управления;
Е8 – экспозиционное устройство.
4.Выделяем объекты окружающей среды.
V1 – светочувствительный материал (фотопленка);
V2 – свет;
V3 – объект окружающей среды;
V4 – человек.
5.Описываем функции выделенных элементов.
П/н |
Наименование ФЭ. |
Обозначение ФЭ. |
Обозначение функции |
Описание функции |
1 |
Объектив |
Е1 |
F1 |
Создает оптическое
изображение объекта на фотопленке. |
2 |
Затвор |
Е2 |
F2 |
Обеспечивает необхо-
димое время экспони- рования. |
3 |
Диафрагма |
Е3 |
F3 |
Регулирует количество света. |
4 | Лентоперема-тывающий
механизм |
Е4 |
F4 |
Перематывает фото-
пленку на нужную позицию. |
5 | Корпус | Е5 | F5 | Защищает и объединяет
все элементы фотоап-парата. |
6 | Система фокусировки | Е6 | F6 | Фокусирует свет на фотопленку. |
7 | Система управления | Е7 | F7 | Управляет затвором и
диафрагмой. |
8 | Экспозицион-ное устройство
|
Е8 | F8 | Регулирует время проникновения света. |
6.Строим конструктивную функциональную структуру, которая описывает функциональную взаимосвязь между элементами.
7.Выделяем основные и вспомогательные потоки.
Свет
Механическая энергия
Информация
8.Проводим описание физических операций выделенных элементов.
Физическая операция – это общее описание функционирования каждого элемента.
Q = {A, E, C }
№ | Наименование ФЭ и О.о.с. |
А |
С |
Е |
Физический закон или эффект |
№ источ ника |
№ прием ника |
1 | Фотопленка V1 | свет | кадр | сбор и накопле ние |
потемнение | 6 |
|
2 | Свет V2 | ||||||
3 | Объект V3 | свет |
свет | излуче- ние |
отражение | 2 | 5 |
4 | Человек V4 | инфор мация |
мех. энерг. |
12 | 11 | ||
5 | Объектив Е1 | свет |
свет | проводи мость |
преломление | 3 | 7 |
6 | Затвор Е2 | мех.эн. свет. |
свет | проводи мость |
7 | 1 | |
7 | Диафрагма Е3 | свет |
свет | проводи мость |
5 | 6 | |
8 | Лентоперемат. механизм Е4 |
мех.эн. |
мех.эн. | воздействие | 4 | 1 | |
9 | Корпус Е5 | мех.эн. |
мех.эн. | проведе ние. |
объединение | 4 | |
10 | Система фоку-сировки Е6 | мех.эн. свет |
мех.эн. | сбор. | фокусирует свет | 4 5 |
5 |
11 | Система управ ления Е7 |
мех.эн. | мех.эн. | вохдействие |
4 | 6,7 | |
12 | Экспозицион. устройство Е8 |
свет | инфор мация |
преобра зование |
5 | 4 |
9.Строим потоковую функциональную структуру, которая описывает физическую взаимосвязь.
10.Проводим описание физического принципа действия.
Описание физического принципа действия производится на основе ПФС и поэтому ПФС и физический принцип действия могут быть совмещены.
Принцип историзма.
Принцип историзма в ФФА – это история возникновения потребности и различные способы реализации этой потребности раньше, сегодня, а также возможны способы реализации потребности в будущем.
Использование принципа историзма сводится к иерархической матрице удовлетворения потребности.
Иерархическая матрица удовлетворения потребности.
Потребность:
получение изображения объекта окружающей среды.
Эту потребность определяют следующие физические операции:
- Рисование.
- Фотографирование.
Технические решения:
- уголь, карандаш, ручка, краски
- камера обскура, механический фотоаппарат, электронный фотоаппарат, фотоаппарат с автоматической настройкой,
цифровой фотоаппарат.
Иерархическая матрица удовлетворения потребности.
Наличие закономерностей развития.
Закономерность стадийного развития
В процессе развития человек передает свои функции техническому объекту.
Основные функции человека:
- Технологическая (Т)
- Энергетическая (Э)
- Управленческая (У)
- Планирующая (П)
0 | 1 | 2 | 3 | 4 | |
Человек | ТЭУП | ЭУП | УП | П | - |
Фотоаппарат
|
- | Т | ТЭ | ТЭУ | ТЭУП |
Я считаю, что фотоаппарат «Зенит» находится на 1 стадии развития, потому что человек управляет фотоаппаратом, воздействует на него (механическая энергия) и планирует его действия.
Аппроксимация значений разрешающей способности
объективов.
Годы | Разрешающая способность |
1749 | 10 |
1862 | 18 |
1870 | 20 |
1880 | 22 |
1891 | 30 |
1895 | 45 |
1900 | 58 |
1906 | 70 |
1912 | 85 |
1918 | 96 |
1933 | 104 |
1940 | 110 |
1969 | 117 |
1982 | 119 |
1995 | 120 |
Графический вид:
Метод ранжирования.
Недостатки фотоаппарата:
1.Громоздкий
2.Нет автоматической системы перемотки
3.Нет автоматической настройки
4.Нет встроенной вспышки
5.Тяжелый.
- | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | Кол. повт. | Ранг |
1 | - | 2 | 3 | 4 | 5 | 0 | 5 |
2 | 2 | - | 3 | 2 | 2 | 3 | 2 |
3 | 3 | 3 | - | 3 | 3 | 4 | 1 |
4 | 4 | 2 | 3 | - | 4 | 2 | 3 |
5 | 5 | 2 | 3 | 4 | - | 1 | 4 |
Как видно из таблицы 1 ранг получил 3 недостаток – нет
автоматической настройки.
Метод гирлянд ассоциаций.
Алгоритм
1.Формулировка проблемной ситуа- ции. Установл
ение объекта исследования (наименование).Опре-
деление синонимов объекта. |
Пример Проблема – необходимо усовершен ствовать фотоаппарат. Объект – фотоаппарат. Синонимы – фотокамера, камера. |
2.Произвольный выбор случайных объектов. Получение гирлянды случайных объектов. | Случайные объекты – игрушка, часы, сумка, подставка. |
3.Составление комбинаций из элементов гирлянды синонимов и гирлянды случайных объектов. |
Фотоаппарат с часовым механизмом, сумка для камеры, фотоаппарат с подставкой, игрушечный фотоаппарат. |
4.Составление перечня признаков случайных объектов. |
Часы: механические, квадратные, электронные, пластмассовые, ручные, настенные, деревянные, золотые, круглые. Подставка: металлическая, деревян ная, высокая, пластмассовая. Игрушка: мягкая, резиновая, деревянная, пластиковая, цветная. Сумка: кожаная, матерчатая, объемная, маленькая, дамская. |
5.Генерирование идеи путем поочередного присоединения к объекту и его синонимам признаков случайных объектов. | Механический фотоаппарат, квадратная камера, электронный фотоаппарат, пластиковый фотоаппарат, маленькая фотокамера, цветной фотоаппарат, дамский фотоаппарат, кожаная камера. |
6.Из признаков случайных объектов генерируются гирлянды ассоциации. | Электроника-техника-компьютер-программа. Механика-шестеренка-механизм-машина-авария-дорога. Пластик-окно-погода- дождь-вода. Рисунок-портрет-стена-бетон-дом. |
Кожа-стиль-куртка-фигура-модель-диета-вес. Квадрат-кубик-игра-дети-огород-жара-солнце-батарея. |
|
7.Генерирование новых идей. К элементам гирлянды синонимов постепенно нужно присоединить элементы гирлянд ассоциаций. | Электронный фотоаппарат, фотоаппарат с программным управлением, фотоаппарат для подводной съемки, игрушечный фотоаппарат, стильный фотоаппарат, легкий фотоаппарат, фотоаппарат с солнечными батареями, кожаный фотоаппарат. |
8.Оценка и выбор рациональных вариантов идей. Идеи разбивают на 3 группы: 1 – рациональные идеи; 2 – идеи сомнительной полезности; 3 – нерациональные идеи. |
Рациональные идеи:
фотоаппарат для подводной съемки Идеи сомнительной полезности:
игрушечный фотоаппарат, стильный фотоаппарат. Нерациональные идеи:
|
Матричный метод принятия решений.
Х
– альтернативные решения;
К – критерии;
В – вес критерия Вj = 1
А – оценки 1<Aij <10
Критерии |
Масса |
Дизайн |
Удобство управлен. |
АijBj |
Вес критер. Альтернат. |
0,3 |
0,2 |
0,5 |
|
Пластиковый фотоаппарат | 2,7 9 |
1,4 7 |
3 6 |
7,1 |
Фотоаппарат с программным управлением | 2,4 8 |
1,4 7 |
4,5 9 |
8,3 |
Стильный фотоаппарат | 2,4 8 |
1,8 9 |
3,5 7 |
7,7 |
Электронный фотоаппарат | 2,4 8 |
1,4 7 |
4 8 |
7,8 |
Как видно из таблицы, максимальное значение АijBj = 8,3
следовательно, фотоаппарат с программным управлением можно считать
самым лучшим.
Морфологический метод.
1.Стадия анализа
.
Разбиваем объект на морфологические признаки.
Объект – фотоаппарат.
Фотоаппарат состоит из:
- корпуса;
- объектива;
- затвора;
- диафрагмы;
- системы управления.
2.Рассматриваем различные варианты реализации морфологических признаков.
Корпус (материал): пластмасса, металл.
Объектив: пластик, съемный, несъемный.
Затвор: в виде шторок, секционный.
Диафрагма: пластик.
Система управления: автоматическая, неавтоматическая.
Матрица
1 | 2 | 3 | |
1.Корпус | Пластмасса | Металл | |
2.Объектив | Пластик | Съемный | Несъемный |
3.Затвор | В виде шторок | Секционный | |
4.Диафрагма | Пластик | ||
5.Сист.управлен. | Автоматическая | Неавтоматическая |
3.Стадия синтеза.
Здесь мы комбинируем решения из различных вариантов реализации.
Рассматриваем все возможные комбинации.
Техническое решение 1 (ТР 1): Фотоаппарат с пластмассовым корпусом,
пластиковым объективом, затвором в виде шторок, пластиковой диафрагмой, и с неавтоматической системой управления.
ТР 2: Фотоаппарат с металлическим корпусом, съемным объективом, секционным затвором, пластиковой диафрагмой, и автоматической системой управления.
ТР 3: Фотоаппарат с пластиковым корпусом, несъемным объективом, секционным затвором, пластиковой диафрагмой, и автоматической системой управления.
Метод расстановки приоритетов.
Альтернативные решения:
Х1 – Фотоаппарат с программным управлением;
Х2 _ Пластиковый облегченный фотоаппарат;
Х3 – Электронный фотоаппарат.
Критерии:
К1 – удобство управления;
К2 – Масса;
К3 – Дизайн.
1.Для каждого критерия поочередно проводим сравнение альтернативных решений.
К1X1 > X2 K2X1 < X2
X1 > X3 X1 = X3
X2 > X3 X2 > X3
K3 X1 < X2
X1 < X3
X2 = X3
2. Строим квадратичную матрицу.
Альт Альт |
Х1 |
Х2 |
Х3 |
по строке |
Рi1 |
Рi1 |
Х1 | 1 | 1,5 | 1,5 | 4 | 11,5 | 0,46 |
Х2 | 0,5 | 1 | 0,5 | 2 | 5,5 | 0,22 |
Х3 | 0,5 | 1,5 | 1 | 3 | 8 | 0,32 |
25 | 1 |
Р11= 1*4+1,5*2+1.5*3 = 11,5
Р21= 0,5*4+1*2+0,5*3 = 5,5
Р31= 0,5*4+1,5*2+1*3 = 8
Альт Альт |
Х1 |
Х2 |
Х3 |
по строке |
Рi2 |
Рi2 |
Х1 | 1 | 0,5 | 1 | 2,5 | 7 | 0,274 |
Х2 | 1,5 | 1 | 1,5 | 4 | 11,5 | 0,452 |
Х3 | 1 | 0,5 | 1 | 2,5 | 7 | 0,274 |
25,5 | 1 |
Р12= 1*2,5+0,5*4+1*2,5 = 7
Р22= 1,5*2,.5+1*4+1,5*2,5 = 11,5
Р32= 1*2,5+0,5*4+1*2,5 = 7
Альт Альт |
Х1 |
Х2 |
Х3 |
по строке |
Рi3 |
Рi3 |
Х1 | 1 | 0,5 | 0,5 | 2 | 5,5 | 0,216 |
Х2 | 1,5 | 1 | 1 | 3,5 | 10 | 0,392 |
Х3 | 1,5 | 1 | 1 | 3,5 | 10 | 0,392 |
25,5 | 1 |
Р13= 1*2+0,5*3,5+0,5*3,5 = 5,5
Р23= 1,5*2+1*3,5+1*3,5 = 10
Р33= 1,5*2+1*3,5+1*3,5 = 10
3.Определяем значимость критериев.
К1 > K2
K1 > K3
K2 > K3
Крит Крит |
К1 |
К2 |
К3 |
по строке |
Bj |
Bj |
К1 | 1 | 1,5 | 1,5 | 4 | 11,5 | 0,46 |
К2 | 0,5 | 1 | 1,5 | 3 | 8 | 0,32 |
К3 | 0,5 | 0,5 | 1 | 2 | 5,5 | 0,22 |
25 | 1 |
В1 = 1*4+1,5*3+1,5*2 = 11,5
В2 = 0,5*4+1*3+1,5*2 = 8
В3 = 0,5*4+0,5*3+1*2 = 5,5
4. Для каждого альтернативного решения вычисляем комплексный
приоритет.
Рi комп = Рij* Bj
P1 комп = 0,46*0,46+0,274*0,32+0,216*0,22 = 0,3468
P2 комп = 0,22*0,46+0,452*0,32+0,392*0,22 = 0,33208
P3 комп = 0,32*0,46+0,274*0,32+0,392*0,22 = 0,32112
5. Проводим сравнение комплексных приоритетов.
Максимальное значение = 0,3468 имеет P1 комп . Следовательно альтернативное решение Х1 – Фотоаппарат с программнымуправлением – это самое лучшее решение.