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

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.

Блок-схема устройства поиска скрытой проводки

Рисунок 2

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).

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 Ч 10 В 10% K53-14- 100 мкФ Ч 10 В 10% K53-14- 10 мкФ Ч 10 В 10% K53-14- 1 мкФ Ч 10 В 10% K53-14- 4,7 мкФ Ч 10 В 10% K53-14- 0,1 мкФ Ч 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						right: 0in;">
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 1321	Sабс 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
			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 1321	Sотн 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
	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	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
		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
				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

Т.С. Усынина, А.В.Шульмин «Организация и планирование производства»: практикум.- Йошкар-Ола: МарГТУ, 2007.-115 с.

Функционально-стоимостной анализ. Практическое применение/ Роберт С. Каплан, Робин Купер. Вильямс: 2008. 352 c.

Функционально- стоимостной анализ (ФСА). Краткая информация для руководителей производственных предприятий/ Шарипов Р.Х. - ОО "ТРИЗ-Самара": Самара, 2004.

Функционально-стоимостный анализ - теория и практика проведения. Обзор/ Бухман И.В. ЛатНИИНТИ: Рига, 1982.

Функционально-стоимостный анализ. Концепции и перспективы/

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