Функциональное моделирование

Со временем метод функционального анализа, предложенный Л. Майлсом, перестал в полной мере соответствовать все возрастающим требованиям. Разработка функциональных моделей, отображающих связи функций в исследуемом объекте, и их совершенствование стали необходимым условием развития методологии ФСА, в результате которой были созданы два основных типа моделей: иерархические и FAST-диаграммы, построенные по методике системного анализа функций [38].

Потребности выявляются при анализе внешних функциональных связей объекта ФСА через установление степени функциональной сбалансированности между возможностями объекта ФСА и действительными (фактическими) функциональными требованиями к нему потребителей в условиях их взаимодействия с окружающей средой. Обязательной составной частью анализа является выявление и оценка степени функциональной сбалансированности при взаимодействии объекта в области физиологической и технической совместимости при эксплуатации, ремонте, обслуживании, хранении, транспортировании, упаковке и т. д. Этот анализ осуществляется путем сопоставления функциональной модели (ФМ) продукции, отражающей ее функциональные возможности, с моделью действительной потребности.

Функциональная модель – это выраженная в абстрактной форме сущность продукции, описанная с помощью основных функций (которые непосредственно реализуют назначение этой продукции – ее главную функцию) и функций, способствующих выполнению основных функций, т. е. косвенно реализующих ее назначение (ту же главную функцию). ФМ объекта строится на основе данных функционального анализа.

Функциональное моделирование как одна из главных процедур ФСА включает в себя следующие стадии:

- выявление и формулирование (логическое описание) функций объекта и его составных частей,

- группировка и определение иерархии функций,

- проверка правильности распределения функций,

- описание и графическое представление функциональных связей и функций в виде ФМ,

- оценка значимости и относительной важности функций.

Первая стадия была рассмотрена в разделе «Функциональный анализ».

Существует около десяти вариантов построения ФМ. Наибольшее распространение получили графические ФМ, то есть функциональные схемы и диаграммы. Самым простым считается вариант построения функциональной схемы в виде связного графа, относящегося к графам дерева с несколькими иерархическими уровнями (рис. 2.9).

В этом варианте на первом уровне располагаются общеобъектные (главная и второстепенные) функции, на втором – основные внутриобъектные функции, на третьем вспомогательные внутриобъектные функции. При построении ФМ первоначально формулируются функции, относящиеся к объекту в целом, исходя из технического задания и совокупности требований потребителей, предъявляемых к объекту.

ФМ можно представить в виде функционально-структурной схемы (ФСС), в которой помимо внутриобъектных функций указываются выполняющие их структурные элементы. Такая схема позволяет наглядно представить функциональное строение объекта, взаимосвязи между его функциями и проводить активный поиск более эффективных решений по реализации требуемых функций. В качестве примера на рис. 2.10 приведена схема обобщенной ФСС трансформатора для подогрева кабеля в двух вариантах: исходном и окончательном. В процессе анализа и совершенствования исходной ФСС была проведена проверка обеспеченности выполнения функций данного трансформатора, которая показала, что функция F6 по усилению перемещения обеспечена только частично, поэтому в схему необходимо внести специальный носитель для этой функции. При дальнейшем исследовании технических возможностей совмещения нескольких функций рассматриваемого трансформатора в одном функциональном блоке решено совместить функции F31 и F41 в одном устройстве ФБ3. Одновременно с этим часть функций устройства ФБ5 передано устройству ФБ4. Существует несколько разновидностей методики FAST, отличающихся набором и содержанием вопросов, а также правилами построения диаграммы.

Для построения ФМ применяется также методика FAST, которая основана на использовании определенных тестовых вопросов для облегчения формулирования функций.

Наибольшее распространение получил вариант методики, базирующийся на использовании трех вопросов: «Как?», «Почему?», «Когда?» (рис. 2.11). В более полной форме эти вопросы выглядят следующим образом: «Как осуществляется данная функция?», «Почему (зачем) осуществляется эта функ-

ция? ”, «Когда осуществляется эта функция?». Отвечая на второй вопрос, формулируют или проверяют расположение функций, находящихся на более высоком уровне по отношению к исследуемой в настоящий момент функции и располагающихся на диаграмме левее. Ответ на второй вопрос в конечном итоге способствует формулированию главной функции.

Третий вопрос позволяет правильно расположить на диаграмме FAST (рис. 2.11) функции, осуществляемые одновременно с другими, место которых на диаграмме уже определено. Можно отметить, что функции верхнего уровня иерархии должны отражать цель, а нижестоящие, в свою очередь, характеризуют средства ее достижения. Рамки исследуемой проблемы обозначаются пунктирными вертикальными линиями в левой и правой части диаграммы. Вводится понятие критического пути, который обозначается горизонтальными линиями между вертикальными пунктирными линиями и включает в себя наиболее важные внутриобъектные функции, в том числе главную функцию.

В публикациях, посвященных методике FAST, большое внимание уделяется вопросам унификации графических символов и обозначений, используемых при построении диаграммы. Четыре основные направления в диаграмме FAST показаны на рис. 2.12. При построении диаграммы соблюдаются два основных правила:

- направления «Как?» и «Почему?» всегда совпадают с линией критического пути. В направлении «Когда?» располагаются либо независимые (вспомогательные) функции (показаны вверху рисунка), либо действия (показаны внизу рисунка),

- вопросы всегда следует задавать в направлении «выхода» из прямоугольника с формулировкой рассматриваемой функции, при этом функции, являющиеся ответами на три основных вопроса, помещаются в прямоугольниках А, Б, В, Г (рис. 2.13).

Популярность методики FAST объясняется отчасти тем, что пока она является одной из возможностей формализации процедуры построения ФМ. Поэтому многие работы по автоматизации ФСА в части формирования ФМ, созданные по принципу человеко-машинного диалога, применяют методику FASТ или ее разновидности

Помимо графического существуют и другие способы представления ФМ, основанные на иных принципах, среди которых наибольшее распространение получили различные матрицы. В табл. 2.15 приведена матрица взаимосвязи элементов объекта и их функций на примере аппарата местного освещения АМО 4.

Для построения матрицы взаимосвязи функций и их материальных носителей на горизонтальной оси размещают элементы одного иерархического уровня, а на вертикальной оси – функции этих элементов. Функциональная модель включает в себя главную функцию объекта (F1), комплекс дополнительных функций (F2, F3), а также функции, обеспечивающие выполнение главной – основные (F21, F22, F23, F24) и вспомогательные (F251, F252, F253). Последние защищают объект от воздействия окружающей среды (как и окружающую среду от воздействия объекта), а также при его хранении, транспортировке и т.д. На пересечении столбцов и строк в табл. 2.15 занесены уровни выполнения функций.

С помощью матрицы можно выявит неочевидные (скрытые) функции элементов объекта, как полезные, так и вредные. Через анализы матрицы по строкам устанавливается факт участия включенных в матрицу элементов объекта в выполнении конкретной функции. Анализ матрицы по столбцам позволяет установить факт участия конкретного элемента в выполнении отраженных в матрице функций.

Для достижения требуемых потребительских свойств объекта минимальным числом его элементов функциональная модель преобразуется в функционально-идеальную модель.

Уменьшить количество элементов объекта можно процедурой функционально-идеального моделирования (свертывания) в следующих случаях:

- отсутствует объект его функции,

- функцию выполняет сам объект функции,

- функцию выполняют другие элементы системы или надсистемы.

Приведем пример. Техническая система (объект) – очки. Исключаемый элемент - дужки. Функция дужек – «удерживать линзы (перед глазами)». Формулировки свертывания: дужки можно исключить, если:

Таблица 2.15