ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНО-СТОИМОСТНОГО АНАЛИЗА
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
Москва МП Информ-ФСА 1991
СОДЕРЖАНИЕ
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
2. ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
3. МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОВЕДЕНИЯ ФСА
УДК 658.011.47 (083,13) РГАСНТИ 45.01.75
Основные положения методики проведения функционально-стоимостного анализа: Методические рекомендации. — М.: Информ— ФСА, 1991. —40 с.
Настоящие методические рекомендации (MP) устанавливают основные принципы и положения методики проведения функционально-стоимостного анализа (ФСА) как метода поиска и реализации наиболее целесообразных технико-экономических решений.
В MP в целом сохранены ранее действовавшие методические положения ФСА, терминология, содержание работ на этапах. Корректировка отдельных принципов, терминов и определений, а также введение новых видов анализа, правил и рекомендаций обусловлены необходимостью совершенствования методики с учетом накопленного опыта в области теории и практики проведения ФСА. Использование MP рассчитано' на повышение эффективности '.. проведения ФСА за счет включения в, методические положения дополнительных" видов анализа, большей алгоритмичности (четкая последовательность рекомендаций с опорой последующих шагов на предыдущие); инструментальности (наличие четких правил, реализуемость рекомендаций); моделирования объекта анализа на основе специальных правил, построения компонентных, структурных, ^ функциональных и функционально-идеальных моделей, органического сочетания функционального подхода и современных методов технического творчества. Большинство положений MP проиллюстрировано многочисленными примерами из разных областей техники. В приложении приводится пример ФСА аппарата АМО-4, раскрывающий практическую применимость документа.
Данные MP являются составной частью системы методического обеспечения работ по ФСА, включающей в себя также другие документы нормативно-рекомендательного характера, отражающие • типовую специфику проведения анализа конкретных наиболее_ употребительных Объектов ФСА (изделия, технологические процессы, системы организаций и управления) и стадий их жизненного цикла (проектирование, производство, эксплуатация и др.). МР предназначены' для специалистов различных отраслей народного хозяйства. При разработке и постановке продукции на производство применение ФСА рекомендовано ГОСТ 15.001—88.
Разработчики MP: В. М. Герасимов, В. С. Калиш, канд. экон. наук; М. Г. Карпунин, канд. экон. наук; А. М-. Кузьмин, канд. техн. наук; С. С. Литвин.
Рецензенты: X.' Р. Паркшеян, канд. экон. наук; В. В. Сысун, канд. техн. наук.
Отзывы и замечания направлять по адресу: 105856 ГСП, Москва Е-37, МП
Информ—ФСА
Телефоны для справок: 487-86-71, 487-31-32
Отсканировано и распознано - В. Г. Абашкин, ООО "Алгоритм", май, 2006
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. Основная цель проведения ФСА состоит в обеспечении потребительских свойств объекта при минимизации затрат на их проявление.
1.2. Результатом проведения ФСА должно быть снижение за трат на единицу полезного эффекта, достигаемое путем:
повышения потребительских свойств объекта при одновременном сокращении затрат;
повышения потребительских свойств объекта при сохранении или экономически оправданном увеличении затрат;
сокращения затрат при сохранении или обоснованном снижении функциональных параметров объекта до необходимого уровня.
1.3. Частными целями проведения ФСА могут быть:
повышение конкурентоспособности продукции;
повышение качества объекта в целом или его составных частей;.
снижение затрат на производство; снижение материалоемкости, фондоемкости, трудоемкости', энергоемкости; повышение производительности труда; замена дефицитных (в том числе импортных) материалов и комплектующих изделий; увеличение объема выпуска продукции' без дополнительных капитальных вложений и др.;
ликвидация «узких мест» в производстве;
снижение эксплуатационных и транспортных расходов;
повышение экологичности производства;
предупреждение, сокращение и устранение брака;
разработка новых или совершенствование существующих конструкций, технологических процессов, систем организации труда и управления производством;
прогнозирование развития объектов;
решение других конкретных задач, направленных на повышение организационно-технического уровня и эффективности функционирования анализируемых систем.
1.4. Работы по ФСА рекомендуется включать составной частью в процесс управления научной и хозяйственной деятельностью пред приятия в интересах повышения его жизнеспособности в условиях действия рыночных регуляторов производства.
2. ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
2.1. ФСА — метод технико-экономического исследования систем, направленный на оптимизацию соотношения между их потребительскими свойствами и затратами на проявление этих свойств.
2.2. Техническая система —совокупность материальных элементов (компонентов), предназначенная для удовлетворения какой- либо потребности человека (общества) или технической системы более высокого иерархического уровня, обладающая хотя бы од ним свойством, выходящим за сумму свойств составляющих ее элементов (компонентов).
Основные .принципы и положения ФСА, разработанные для технических систем, практически полностью применимы для систем организации и управления производственными, научно-техническими и хозяйственными процессами. С учетом этого в данных МР термином «техническая, система» (ТС) обозначаются как изделия и технологические процессы, так и системы организации труда, производства и управления.
2.3. Объект ФСА — подвергаемая анализу ТС или ее элементы.
2.3.1. Подсистема — система, входящая в состав анализируемой ТС.
2.3.2. Надсистема—система, включающая анализируемую ТС.
2.4. Потребительское свойство — способность ТС удовлетворять какую-либо потребность человека (общества) «ли другой ТС.
2.5. Затраты на обеспечение и проявление потребительских свойств — совокупные приведенные расходы на техническую систему на всех стадиях ее жизненного цикла.
2.6. Стоимостный анализ — определение затрат на выполнение функций и их сопоставление со значимостью анализируемых функций.
2.7. Компоненты — составные части ТС (для изделий — это сборочные единицы, детали и т. д.; для технологических процессов — технологические операции, переходы, оборудование, оснастка и др.).
2.8. Структура-— характеристика взаимосвязей компонентов ТС.
2.9. Свойство — одна из характеристик фактического или предполагаемого состояния ТС. Свойства могут быть физические, химические, геометрические и др.
2.10. Параметр — квалиметрическая характеристика свойства. Примеры свойств и соответствующих им параметров приведены в табл. 1.
Таблица 1 Свойства и параметры
|
Свойство |
Параметр |
|
Электропроводность |
Электрическое сопротивление |
|
Инерция |
Масса |
|
Проницаемость |
Коэффициенты отражения, преломления и поглощения |
|
Геометрическая форма тела |
Размер, радиус кривизны |
2.11. Функциональный показатель — характеристика потребительских свойств, выраженная в параметрической форме (мощность, плотность тока, скорость, грузоподъемность, давление, освещенность и др.).
2.12. Функция — проявление свойств материального объекта, заключающееся в его действии (воздействия или взаимодействии) на изменение состояния других материальных объектов
2.13. Носитель функции — материальный объект, реализующий рассматриваемую функцию.
2.14. Объект функции — материальный объект, на который направлено действие рассматриваемой функции.
2.15. Полезная функция — функция, обусловливающая потребительские свойства объекта.
2.16. Вредная функция — функция, отрицательно влияющая на потребительские свойства объекта.
2.17. Нейтральная функция —функция, не влияющая на изменение потребительских свойств объекта.
2.18. Главная функция — полезная функция, отражающая на значение объекта (цель его создания).
2.19. Дополнительная функция — полезная функция, обеспечивающая совместно с главной функцией проявление потребительских свойств объекта.
2.20. Основная функция — функция, обеспечивающая выполнение главной.
2.21. Вспомогательная функция первого ранга — функция, обеспечивающая выполнение основной.
Вспомогательная функция второго ранга — функция, обеспечивающая выполнение вспомогательной функции первого ранга. Вспомогательные функции третьего и других более низких рангов — функции, подчиненные по отношению к функциям предыдущего ранга.
2.22. Ранг функции — значимость функции, определяющая ее место в иерархии функций, обеспечивающих выполнение главной функции.
2.23. Уровень выполнения функции — качество ее реализации, характеризующееся значением параметров носителя функции.
2.23.1. Требуемые параметры — параметры, соответствующие реальным условиям функционирования объекта.
2.23.2. Фактические параметры — параметры, присущие анализируемому объекту (существующему или проектируемому).
2.23.3. Адекватный уровень выполнения функции — соответствие фактических параметров требуемым.
2.23.4. Избыточный уровень выполнения функции — превышение фактических параметров над требуемыми.
2.23.5. Недостаточный уровень выполнения функции — превышение требуемых параметров над фактическими.
2.24. Модель объекта ФСА — условное представление объекта в графической или словесной (вербальной) форме, отражающее его существенные характеристики.
2.24.1. Компонентная модель — модель, отражающая состав объекта и иерархию (соподчиненность) его элементов.
2.24.2. Структурная модель — модель, отражающая взаимосвязи между элементами объекта.
2.24.3. Функциональная модель — модель, отражающая комплекс функций объекта анализа и его элементов.
2.24.4. Функционально-идеальная модель — функциональная модель, отражающая комплекс функций объекта, реализуемых минимальным числом материальных элементов.
2.25. Нежелательный эффект — недостаток объекта, выявленный в процессе анализа.
2.26. Техническое противоречие — недопустимое ухудшение в анализируемом объекте одного из параметров при улучшении другого.
3. МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОВЕДЕНИЯ ФСА
3.1. Резервы совершенствования объектов ФСА.
3.1.1. ФСА является методом выявления резервов и разработки решений по совершенствованию объекта. Резервы совершенствования объекта — повышения его функциональных показателей или снижения затрат — обусловливаются следующими наиболее типичными факторами:
несоответствие фактических функциональных показателей объекта реальным условиям его эксплуатации;
неэффективное использование научно-технической информации; недооценка существующих организационно-экономических факторов; несогласованность работы специалистов разных подразделений; психологическая инерция (консерватизм) специалистов; низкая профессиональная квалификация специалистов и др.
3.1.2. Возможно многократное проведение ФСА одного и того же объекта. Резервы в нем образуются постоянно в результате научно-технических достижений: открытий, изобретений, создания новых материалов, технологий, методов организации и управления.
3.2. Функциональный анализ.
3.2.1. Функциональный анализ предполагает рассмотрение объекта как комплекса выполняемых им функций, а не как материально-вещественных структур.
Пример. Электрическая лампа накаливания рассматривается как носитель функции «излучать свет», а не в качестве совокупности конструктивных элементов (колба, цоколь, нить накаливания и др.).
3.2.2. Функциональный анализ исходит из предпосылки, что выполнению полезных функций в анализируемом объекте всегда сопутствуют вредные и нейтральные функции.
Пример. Нож мясорубки при работе одновременно выполняет несколько функций: полезную — измельчать продукт, вредную — сминать продукт, нейтральную — нагревать продукт.
3.2.3. Формулирование функций проводится по определенным правилам.
3.2.3.1. Функции формулируются для конкретного объекта применительно к конкретным условиям работы.
Пример. Электрическая лампа накаливания в настольном светильнике кроме полезной функции «излучать свет» выполняет также вредную функцию «излучать тепло». При использовании этой же лампы в инкубаторе функция излучать тепло» является полез ной, а «излучать свет» — нейтральной.
3.2.3.2. Формулировка функций не должна содержать указаний на конкретное материальное воплощение объекта (для технических систем — на конкретное конструкторско-технологическое исполнение).
Пример. Функцию мясорубки следует обозначить словосочетанием не «резать мясо», а «измельчать продукт», поскольку глагол «резать» указывает на конкретную технологическую операцию, а глагол «измельчать» допускает многовариантность выполнения этого действия. Понятие «продукт» в данном случае является более обобщенным, чем понятие «мясо».
3.2.3.3. Согласно определению функции (п. 2.12) ее объектом должен быть материальный объект: вещество или поле. При анализе информационных систем в качестве материального объекта рассматривается также информация.
Объектами функции не должны выбираться свойства и параметры исследуемой системы.
Пример. Функция рамы велосипеда — «удерживать детали», а не «придать устойчивость» или «обеспечить жесткость».
3.2.3.4. Согласно определению функции (п. 2.12) ее проявление состоит в действии. С учетом этого при формулировании функции необходимо выбирать глагол, отражающей это действие. Не рекомендуется использовать для формулировки функций глаголы, не обозначающие прямое действие (обеспечить, улучшить, добиться, предотвратить, исключить и др.).
Пример (см. п. 3.2.3.3).
3.2.3.5. Согласно определению функции (п. 2.12) она должна содержать характеристику действия относительно объекта функции. Критерием наличия функции является изменение хотя бы одного параметра объекта функции.
Пример. Функция, электрокипятильника — «нагревать жид кость». Изменяемый параметр жидкости — температура.
3.2.3.6. В завершенном виде формулировка функции должна включать обозначения действия функции (п. 3.2.3.4) глаголом в неопределенной форме и объекта функции (п. 3.2.3.5) существительным в винительном падеже.
Примеры: электрический провод — «проводить ток»; автомобиль — «перемещать груз».
3.2.3.7. При необходимости в определении функции могут быть включены дополнения (обстоятельства), которые характеризуют место, время, направленность функции и т. д. Эти дополнения рекомендуется, приводить в скобках.
Примеры:
нитка — «соединять пуговицу (с тканью)»;
зубная щетка — «удалять грязь (с зубов)»;
шнек мясорубки — «вводить продукт (в решетку)»;
синхронный двигатель F1—«вращать механизм (в рабочем ре жиме)»; F2 — «вращать механизм (при пуске)».
Выполнение двигателем одной и той же функций в разные периоды работы механизма обеспечивается разными обмотками — пусковой и рабочей.
3.2.3.8. При формулировании глагольной части функции рекомендуется не употреблять частицу «не», т. е. функция должна отражать позитивное действие.
Пример. Для гидроплотины неточной будет формулировка «не пропускать воду», более точной — «задерживать воду».
3.2.3.9. Формулирование полезной функции объекта целесообразно проводить в определенной последовательности:
1) предложить первоначальную формулировку функции объекта, которая представляется правильной;
2) проверить возможность самостоятельного выполнения объек том сформулированной функции (критерием подтверждения такой возможности является наличие в объекте хотя бы одного элемента, участвующего в выполнении функции);
3) дать уточненную формулировку функции, используя вопросы: «зачем выполняется эта функция?» (если элемент по п. 2 вы явлен);
«каким образом выполняется эта функция?» (если такой элемент не выявлен).
Если предварительная формулировка окажется неточной, процедуры по п. 2 и 3 повторяются до нахождения уточненной формулировки, которая отразит наличие в анализируемом объекте хотя бы одного элемента, выполняющего эту функцию.
Пример 1. Для случая, когда процедура формулирования функций начинается с подсистемы (нити накаливания электрической лампы):
1) F1 — «проводить ток»;
2) нить накаливания может сама проводить ток;
3) зачем проводить ток?
Уточненная формулировка функции F2 — «преобразовать ток (в тепло)»;
2) нить сама может это сделать;
3) зачем?
F3 — «преобразовать тепло (в свет)»;
2) нить сама может это сделать;
3) зачем?
F4 — «излучать свет»;
2) нить сама может это сделать;
3) зачем?
F5 — «освещать помещение».
В нити накаливания отсутствует элемент, выполняющий эту функцию. Вывод: уточненная формулировка функции нити накаливания: F4 — «излучать свет».
Пример 2. Для случая, когда процедура формулирования функции начинается с надсистемы (ледокола, проводящего караван судов):
1) F1—«доставлять груз»;
2) ледокол не может сам выполнить эту функцию, ее выполняют суда;
3) каким образом доставлять груз? F2 — «перемещать суда (сквозь лед)»;
2) ледокол не может сам выполнить эту функцию;
3) каким образом перемещать суда? F3 — «удалять лед (перед судами)»;
2) ледокол сам может выполнить эту функцию.
Вывод: уточненная формулировка функции ледокола: F3 — «удалять лед (перед судами)».
3.2.3.10. Если при формулировании функции установлено, что одно и то же действие направлено на разные объекты, то следует сформулировать ряд однотипных функций для каждого из этих объектов. Подобная ситуация типична для функций соединения, защиты разных элементов и т. п.
Пример. Предварительно сформулированная функция рамы велосипеда — «удерживать детали» при последующем анализе представляется в виде ряда функций: «удерживать (заднее) колесо», «удерживать руль», «удерживать седло», «удерживать насос» и т. д.
3.2.3.11. Объектами дополнительных функций являются либо элементы надсистемы, либо сама ТС в целом.
Пример. Главная функция очков — «фокусировать свет».
Дополнительные функции:
F1—«задерживать (посторонние) предметы (от попадания в глаз)». Под посторонними предметами подразумеваются пыль, снег, капли влаги и др.;
F2 — «удерживать очки (перед глазами)».
3.2.4. Ранжирование функций.
3.2.4.1. Ранжирование функций целесообразно производить лишь относительно главной (Г) функции объекта с соблюдением следующих условий:
1) функции, объекты которых совпадают с объектом главной функции, получают ранг основных (О);
2) функции, объектами которых являются носители основных функций, считаются вспомогательными функциями первого ранга (ВI);
3) функции, объектами которых определены носители функций ВI, относятся к вспомогательным функциям второго ранга (ВII).
Последующее ранжирование функций осуществляется по такому же принципу.
Пример. В табл. 2 приведено ранжирование функций компонентов ручной мясорубки.
Таблица 2 Ранжирование функций ручной мясорубки
|
Носитель функции |
Функция |
Ранг функции |
|
Мясорубка ручная |
Измельчать продукт |
Г |
|
Нож |
Тоже |
О |
|
Шнек |
Вращать нож |
ВI |
|
Ручка |
Тоже |
ВII |
|
Винт |
Крепить ручку (к шнеку) |
ВIII |
3.2.4.2. Если объекты функций совпадают, то более точное ран жирование рекомендуется производить по сопоставлению содержания действия (глагольной части каждой такой функции). В этом случае ранг функции определяется по степени важности соответствующего действия относительно его конечного функционального назначения. Пример. Главная функция мясорубки — «измельчать продукт». Функции элементов мясорубки: шнека с корпусом — F1— «принимать продукт (для переработки)»; F2 — «перемещать продукт (к режущей паре)», F3 — «сжимать продукт», F4 — «вводить продукт (в решетку)»; ножа с решеткой — FU—«измельчать продукт».
Все названные функции ранжируются как основные, так как объектом каждой из них является «продукт» — объект главной функции. Поскольку функции от F1 к F5 образуют последовательные действия с одним объектом (причинно-следственную цепочку), постольку ранг каждой из них определяется местом соответствующего действия в этой цепочке (самый низкий OV у F1, самый высокий ОI у F5).
3.2.4.3. Если совпадают и объекты, и действия функций, то более точное ранжирование функций производится с учетом дополнений в формулировках функций (см. п. 3.2.3.7).
Пример. В синхронном электрогенераторе с асинхронным пуском функции элементов: пусковой обмотки F1 — «создавать (магнитный) поток (при пуске)», рабочей обмотки F2 — «создавать (магнитный) поток (в рабочем режиме)». Объекты и действия этих функций совпадают, однако у F2 ранг выше, исходя из большей значимости рабочего режима для выполнения главной функции электрогенератора.
3.2.4.4. Ранжирование дополнительных (Д) функций проводить не рекомендуется. В процессе анализа достаточно определить их относительную значимость, отражающую вклад соответствующей функции в обеспечение потребительских свойств объекта. Относи тельная значимость дополнительных функций определяется экспертным путем.
В примере к п. 3.2.3.11 по заключению экспертов функций F2 является более значимой, чем F1.
3.2.4.5. Ранжировать вредные (Вр) функции также не рекомендуется. При определении относительной значимости вредных функций оценивается степень их негативного влияния на потребительские свойства объекта. Эта оценка осуществляется также экспертным путем.
Пример. Из двух вредных функций аппарата местного освещения:
F1—«выделять тепло» и F2 — «создавать радиопомехи» к раз ряду более вредных эксперты относят функцию F2.
3.2.5. Определение уровня выполнения функции.
Уровень выполнения рекомендуется определять для полезных функций. Он находится следующим образом:
1) на основе анализа свойств объекта функции, проявляющихся в его взаимодействии с носителем функции, определяется состав параметров, необходимых для характеристики, выполняемой функции. При этом измеряемым свойствам соответствуют количественные параметры, не измеряемым — качественные: наличие, отсутствие какого-либо свойства или его достаточность (эстетические, эргономические свойства и т. д.). Пример. Функция зубной щетки — «удалять «грязь» (с зубов)». Параметры, характеризующие свойства «грязи»: размер удаляемых частиц, время для их удаления, количество удаляемых частиц (степень очистки) и др.;
2) устанавливаются фактические (реальные) параметры;
3) определяются требуемые параметры;
4) уровень выполнения функции выводится из сравнения фактических и требуемых параметров.
Рекомендуется следующая индексация уровней выполнения функции: адекватный — А;
избыточный — И;
недостаточный — Н.
Пример. Объект — электровыключатель аппарата местного освещения. Функция — «коммутировать ток». Параметры: коммутируемый ток, А; износостойкость, циклы; быстродействие, с. Данные о расчете, уровня выполнения этой функции приведены в табл. 3.
Таблица 3 Определение уровня выполнения функции «коммутировать ток»
|
Параметры |
Уровень выполнения функции |
||
|
наименование и размерность |
фактическое значение |
требуемое значение |
|
|
Ток, А |
1,5 |
1 |
И |
|
Износостойкость, циклы |
20000 |
30000 |
Н |
|
Быстродействие, с |
0,05 |
0,05 |
А |
3.2.6. Построение матрицы взаимосвязей функций и их носите лей.
3.2.6.1. Для построения матрицы на горизонтальной оси размещают элементы одного иерархического уровня, а на вертикальной — главные функции этих элементов, а также дополнительные, вредные и нейтральные функции объекта в целом.
На пересечении колонок и строк отмечают участие каждого элемента в выполнении каждой функции. При этом для полезных функций в матрице фиксируется уровень их выполнения.
3.2.6.2. Использование матрицы позволяет выявить неочевидные (скрытые) функции элементов объекта как полезные, так и вредные.
Через анализ матрицы по строкам устанавливается факт участия включенных в матрицу элементов объекта в выполнении конкретной функции.
Через анализ матрицы по колонкам устанавливается факт участия конкретного элемента в выполнении отраженных в матрице функций. С помощью матрицы рекомендуется также выявлять однородные или подобные функции, имеющие одинаковую или близкую по содержанию действия глагольную часть. Например: «проводить ток», «подводить ток», «отводить ток».
Результаты такого анализа могут быть использованы как для экспертной оценки функциональной значимости отдельных элементов, так и для нахождения элементов, подлежащих исключению при функционально-идеальном моделировании (свертывании) анализируемого объекта. 3.3. Стоимостный анализ (анализ затрат). Стоимостный анализ предусматривает:
3.3.1. Установление соответствия между затратами и функциональными показателями объекта.
3.3.2. Выявление зон сосредоточения затрат, в том числе по частным экономическим критериям: материалоемкости, трудоемкости, фондоемкости и т. д.
Пример. В электрокипятильнике основной зоной сосредоточения затрат является трубка ТЭН, на которую приходится 75% общих затрат.
3.3.3. Определение совокупных затрат на функционирование объекта на всех стадиях его жизненного цикла.
3.3.4. Выбор решений, реализующих комплекс функций объекта с наименьшими затратами.
3.4. Системный подход.
3.4.1. Системный подход предусматривает всестороннее исследование объекта с использованием компонентного, структурного, функционального, параметрического и генетического видов анализа.
3.4.2. Компонентный анализ рассматривает объект как систему, включающую в себя составные элементы (подсистемы) и входящую, в свою очередь, в систему (системы) более высокого ранга (надсистемы). Компонентный анализ выполняется на основе по строения компонентной модели объекта.
3.4.3. Структурный анализ определяет взаимодействия (связи) между компонентами объекта. Для выполнения структурного анализа строят структурную модель объекта.
3.4.4. Функциональный анализ, являющийся основополагающим в методе ФСА, рассмотрен в п. 3.2.
3.4.5. Параметрический анализ устанавливает качественные пределы развития объекта — физические, экономические, экологические и др. Для этого выявляют и обостряют ключевые технические противоречия, препятствующие дальнейшему развитию объекта в целом. Затем ставятся задачи по устранению этих противоречий за счет новых решений.
При проведении параметрического анализа используются данные об уровне выполнения главной и дополнительных функций объекта (п. 3.2.5). Пример. Для ТС, реализующих функцию «передавать тепло», необходимы материалы, обладающие достаточной теплопровод ностью. Ключевое техническое противоречие здесь состоит в том, что использование материалов с повышенной теплопроводностью (медь, серебро) несколько улучшает теплопередачу, но зато резко увеличивает затраты на систему. Обострение данного противоречия указывает на физический предел развития таких систем, за которым невозможно улучшение теплопередачи при любых за тратах.
Для преодоления противоречия требуется решить задачу: как резко повысить теплопередачу без существенного увеличения за трат? Решением этой задачи явилось создание системы теплопередачи с другим принципом действия — тепловой трубы, способной передавать тепловой поток на 3 - 4 порядка выше по сравнению с самыми лучшими теплопроводящими материалами.
3.4.6. Генетический анализ.
3.4.6.1. Генетический анализ исследует объект на его соответствие законам развития ТС, выявленным в рамках теории решения изобретательских задач (ТРИЗ) (см. Применение методов технического творчества при проведении ФСА: Методические рекомендации. М.: Информэлектро, 1990).
3.4.6.2. В процессе генетического анализа изучаются также история развития (генезис) исследуемого объекта: характер изменений его конструкции, технологии изготовления, серийности выпуска, используемых материалов, социальных факторов и др. Делаются выводы о положительных и отрицательных последствиях таких изменений, что позволяет сформулировать задачи и предложения по совершенствованию объекта.
Пример. При штамповке пластин магнитопровода трансформатора пробиваются отверстия под стяжные шпильки. Ранее мате риалом для пластин служила тонколистовая горячекатаная сталь. Пробивка отверстий в ней не ухудшала ее электромагнитных свойств. В настоящее время для магнитопровода используется холоднокатаная сталь с улучшенными электромагнитными характеристиками. При этом технология изготовления пластин осталась неизменной, хотя электромагнитные свойства холоднокатаной стали при пробивке отверстий ухудшаются. Таким образом, генетический анализ позволил сформулировать задачу: как производить соединение пластин магнитопровода без ухудшения их электромагнитных свойств.
3.4.6.3. При проведении генетического анализа объект ФСА рассматривается не только на какой-то конкретной стадии жизненного цикла, но и на всех других стадиях (предыдущих и последующих). Пример. Если объект подвергается ФСА на стадии серийного производства, то рекомендуется проводить анализ технико-экономических требований к объекту как с учетом подготовки его производства, так и с учетом реальных условий его эксплуатации, особенностей ремонта, сбыта, транспортирования, хранения,утилизации.
3.4.7. Анализ материальных потоков предназначен для исследования потоков вещества, энергии и информации, протекающих в объекте, путем моделирования этих потоков. 3.5. Выявление нежелательных эффектов (НЭ).
3.5.1. Целью аналитических процедур ФСА (п. 3.2—3.4) является выявление в объекте и его надсистеме НЭ, которые преобразуются в задачи по совершенствованию объекта.
3.5.2. Функциональный анализ (п. 3.2) позволяет выявить следующие типовые НЭ:
1) наличие функций низкого ранга.
Пример. Для ручной мясорубки НЭ — наличие функций ранга ВIII, в" (см. п. 3.2.4.1, табл. 2);
2) малое количество полезных функций у одного элемента.
Пример. Клеммник низкого напряжения аппарата местного освещения выполняет только одну полезную функцию — «соединять трансформатор (с потребителем)»;
3) наличие вредных функций.
Пример. Аппарат местного освещения выполняет наряду с полезными также и вредные функции — «выделять тепло», «создавать радиопомехи»;
4) недостаточный или избыточный уровень выполнения функции. Пример. Для электровыключателя аппарата местного освещения уровень выполнения функции «коммутировать ток» по пара метру «величина тока» — избыточный, а по параметру «износостойкость»— недостаточный (см. п. 3.2.5, табл. 3);
5) дублирование (полное или частичное) выполнения функции несколькими элементами (одинаковыми, однородными, различными).
Дублирование функций во времени может быть параллельным либо последовательным.
Пример 1. В аппарате местного освещения функцию «защищать трансформатор» выполняют разные элементы — кожух и магнитопровод самого трансформатора (частично).
Пример 2. В мясорубке функцию «калибровать продукт» выполняют однородные элементы — три решетки с разными размерами отверстий.
Пример З. В электрических цепях при очень больших токах функцию «коммутировать ток» выполняют несколько одинаковых автоматических выключателей, установленных параллельно;
6) несогласованность уровней выполнения функций разных элементов объекта в целом.
Пример. В коллекторных электрических машинах срок службы электрических щеток на порядок ниже, чем машины в целом.
3.5.3. Стоимостный анализ (п. 3.3) предоставляет возможность выявить следующие типовые НЭ:
1) несоответствие затрат на элемент его функциональной значимости. Пример. Функциональная значимость трубки ТЭН электрокипятильника, определенная экспертным путем, составляет 30%. В то же время на трубку приходится 75% общих затрат;
2) применение дефицитных (в том числе импортных) материалов, комплектующих изделий, оборудования и т. д.;
3) высокая трудоемкость, использование труда высокой квалификации, дефицитных профессий;
4) несогласованность размера затрат на каждом отдельно взятом этапе жизненного цикла объекта со степенью влияния этого этапа на сумму совокупных затрат за весь жизненный цикл объекта.
Пример. Щебенчато-гудронные автомобильные дороги отличаются низкими капитальными затратами на строительство, но требуют частого ремонта и предъявляют повышенные требования к автомобилям. Суммарные затраты на строительство и эксплуатацию таких дорог существенно выше, чем для трасс с дорогим асфальтобетонным покрытием.
3.5.4. Параметрический анализ (п. 3.4.5) позволяет выявить НЭ, вытекающие из качественных пределов развития объекта.
3.5.5. Генетический анализ (п. 3.4,6) предполагает выявление таких типовых НЭ, как:
1) несоответствие между реально существующим и потенциально возможным с точки зрения законов развития ТС состоянием объекта.
Пример. Согласно закону повышения динамичности объект должен изменять свои параметры в зависимости от изменения параметров элементов надсистемы, с которыми объект взаимодействует. Так, ручная мясорубка должна «реагировать» на изменения измельчаемого продукта (мясо разных сортов, овощи и др.), физических возможностей человека, вращающего ручку (мужчина, женщина, ребенок);
2) недостаточный учет результатов изменений, происходивших в течение жизненного цикла объекта.
Пример (см. п. 3.4.6.2).
3.5.6. Анализ материальных потоков дает возможность «выйти» на следующие типовые НЭ:
1) потери потока (вещества, энергии, информации) на каком- либо участке «функциональной цепочки».
Пример. Потери механической энергии в мясорубке в цепочке от шнека к корпусу на участке нож—решетка;
2) наличие паразитных цепочек в полезном потоке.
Пример. Паразитными цепочками в модели потока механической энергии в мясорубке являются цепочки передачи потока от шнека к корпусу через втулку и через продукт;
3) наличие вредного потока.
Пример. Тепловой поток в осветительных приборах, электрических машинах и аппаратах.
3.5.7. Для выявления НЭ можно также применять сочетания разных видов анализа. Так, проверку на согласованность взаимодействующих элементов (генетический анализ) рекомендуется про водить с использованием матриц взаимосвязи элементов объекта (структурный анализ).
3.5.8. При проведении ФСА объекта само наличие любого материального элемента в принципе может рассматриваться как нежелательный эффект, поскольку создание и функционирование элемента требует затрат ресурсов. Устранение такого НЭ позволит реализовать полезные функции объекта без исключенного элемента. Эти функции могут быть «переданы» для выполнения оставшимся элементам и (или) элементам надсистемы.
3.5.9. Выявленные НЭ подлежат преобразованию в задачи двух типов:
1) не содержащие технического противоречия (ТП). В этом случае формулируется предложение, устраняющее НЭ.
Пример. В контакторе КМ-2000 применялись серебросодержащие контакты. НЭ — большой расход серебра (дорогого и дефицитного материала).'При анализе выявлено, что поверхность кон такта имеет квадратную форму, а эрозии от воздействия электрической дуги подвергается только центральная часть контакта. Было сформулировано предложение: скруглить углы контакта. При этом расход серебра снижается, а функционирование контакта не ухудшается (нет ТП);
2) содержащие ТП. Для их решения рекомендуется применять современные методы технического творчества, предпочтительно ТРИЗ.
Пример. Для вышеупомянутого контакта со скругленными углами тот же НЭ (большой расход серебра) был преобразован в задачу с ТП: если сделать контакт тоньше, то расход серебра уменьшится, но контакт быстро прогорит.
3.6. Моделирование объекта ФСА.
Рекомендуется построение последовательного ряда моделей.
3.6.1. Компонентная модель.
3.6.1.1. Данные, необходимые для создания компонентной моде ли, содержатся в технической документации на объект (чертежи, спецификации, технологические карты, перечни оборудования и др.). При построении компонентной модели несложных малогабаритных объектов желательно произвести разборку и сборку натурного образца, ознакомиться с операциями технологического процесса.
3.6.1.2.Компонентную модель объекта рекомендуется строить только по верхнему иерархическому уровню. Когда объектом рас смотрения становится та или иная подсистема, в компонентную модель могут включаться элементы более низкого иерархического уровня.
3.6.1.3. Поскольку компонентную модель построить правильно сразу трудно, целесообразно сначала сформировать исходную модель объекта на иерархической основе, включая в нее элементы, входящие в объект анализа, а затем скорректировать ее по результатам структурного и функционального анализа. Так, если объектом функции в модели оказался элемент более низкого иерархического уровня, то элемент —носитель этой функции следует включить в качестве подсистемы в состав функционально связанного с ним элемента верхнего уровня.
Пример. Исходная формулировка функции пластмассовой втулки подшипника алюминиевого корпуса мясорубки — «удерживать шнек». При дальнейшем функциональном анализе мясорубки уточняется, что эта функция должна быть сформулирована для двух объектов:
F1 — «удерживать вал (шнека в радиальном направлении относительно корпуса)»;
F2 — «удерживать витки (шнека в осевом направлении относительно корпуса)».
Так как вал и витки являются подсистемами шнека, то при построении уточненной компонентной модели мясорубки втулка должна быть включена либо в шнек, либо в корпус, с которыми она связана функционально.
3.6.1.4. После построения компонентной модели анализируемого объекта к ней «пристраиваются» элементы надсистемы, с которыми объект взаимодействует. Поскольку на разных стадиях жизненного цикла объект входит в разные надсистемы и, следовательно, взаимодействует с разными элементами, то компонентная модель формируется отдельно для каждой стадии жизненного цикла.
Типовыми элементами надсистемы являются:
1) на стадии производства — оборудование, оснастка, материалы, комплектующие изделия, производственные помещения и др.;
2) на стадии эксплуатации — объект функции; пользователь (потребитель) или его элементы; системы, взаимодействующие с элементами верхнего уровня анализируемого объекта.
Пример. При построении компонентной модели мясорубки на стадии эксплуатации к модели подключаются следующие элементы надсистемы: объект функции — продукт (мясо, рыба, овощи и др.), пользователь — руки человека. Другие элементы надсистемы, взаимодействующие с элементами мясорубки — вода для мытья, стол, миски для продукта и фарша, нож для нарезания продукта и др.;
3) на стадии хранения и транспортирования — транспортные и
грузоподъемные средства, упаковка, складские помещения, средства консервации и др.
На всех стадиях в компонентные модели включается внешняя среда, с которой взаимодействует объект ФСА (воздух, вода, частицы пыли; тепловое, механическое, гравитационное поля и др.).
3.6.2. Структурная модель объекта.
3.6.2.1. Структурная модель строится на основе данных компонентной модели путем установления связей элементов объекта друг с другом и с элементами надсистемы.
3.6.2.2. Структурная модель строится либо графически путем включения выявленных связей в компонентную модель, либо в виде матрицы. Для построения такой матрицы по обеим ее осям располагают элементы объекта и его надсистемы. На пересечении строк и колонок фиксируется наличие соответствующих связей.
3.6.2.3. Структурные модели, как и компонентные, формируются отдельно для каждой стадии жизненного цикла. При этом фиксируются все возможные связи для любой штатной или нештатной ситуации анализируемой стадии жизненного цикла объекта. Установленные связи характеризуются комментариями к модели, объясняющими сущность каждой связи и ситуации, в которых она проявляется.
Анализ связей между элементами системы и элементами надсистемы на всех стадиях жизненного цикла и во всех рассмотренных ситуациях позволяет выявить дополнительные функции объекта. Пример. При построении структурной модели ручной мясо рубки на стадии эксплуатации установлена связь между рукой человека и гайкой, прижимающей решетку к ножу. Эта связь про является в штатных ситуациях: при сборке (подготовке мясорубки к работе) и разборке после окончания работы, а также в нештатной ситуации — подкручивании гайки в процессе работы мясорубки при ослаблении прижима решетки к ножу.
3.6.2.4. По результатам анализа выделяют связи вещественные (непосредственные, контактные) и полевые (бесконтактные). По левые связи соответствуют типовым физическим и техническим полям: механические, акустические, тепловые, электромагнитные, гравитационные и др. Вещественные и полевые связи, как правило, являются двусторонними, поскольку характеризуют взаимодействие элементов. Исключение составляют информационные связи, являющиеся односторонними.
Пример. Связь очков с носом и ушами — вещественная двусторонняя, а с глазами — полевая информационная (оптическая) односторонняя.
3.6.2.5. При анализе связей производится также их предвари тельная функциональная оценка: связи подразделяются на полезные, вредные, нейтральные.
Пример. Связь между ножом и решеткой мясорубки — вещественная. Эта связь полезная, так как обеспечивает измельчение продукта (нож и решетка составляют режущую пару), и в то же время она вредная, так как приводит к истиранию и нагреву режу щей пары.
3.6.2.5. Между двумя элементами структурной модели может быть несколько различных связей.
Пример. В аппарате местного освещения между выключателем и клеммником высокого напряжения существует как электрическая, так и механическая связь.
3.6.2.6. Если в структурной модели какой-либо элемент объекта непосредственно связан только с одним из остальных элементов, то он исключается из модели и его следует рассматривать как подсистему того элемента, с которым он связан.
Пример. В первоначальном варианте структурной модели аппарата местного освещения оказалось, что предохранитель непосредственно связан только с выключателем. Поэтому предохранитель исключен из структурной модели аппарата и в дальнейшем рассматривается как подсистема выключателя.
3.6.2.7. Если в первоначальном варианте структурной модели какой-либо элемент не связан ни с одним элементом объекта, то его следует вообще исключить из модели.
3.6.3. Модели материальных потоков.
3.6.3.1. Для каждого вида потока, протекающего в анализируемом объекте, строится соответствующая модель на основе результатов структурного анализа.
Пример. Для мясорубки строятся модель потока вещества (продукта) и модель потока механической энергии (усилий).
3.6.3.2. Модель строится в виде графических цепочек, отражающих прохождение материальных потоков между элементами объекта и его надсистемы. Каждый участок потока характеризуется комментариями, объясняющими направление' потока, его вели чину, изменения и др.
Пример. Модель потока механической энергии в мясорубке приведена на рис. 1.
Рис. 1. Модель потока механической энергии
1 — ручка; 2 — шнек; 3 — нож; 4 — решетка; 5 — гайка; 6 — корпус; 7 — стол; 8 — пол; 9 — человек; 10 — продукт
Из рисунка видно, что механическая энергия передается от шнека к корпусу по четырем параллельным цепочкам с соответствующей долей потока:
1) через продукт—10%;
2) непосредственно (через втулку корпуса)—5%;
3) через решетку и гайку — 5%;
4) через нож, решетку и гайку — 80%.
3.6.4. Функциональная модель.
3.6.4.1. Функциональная модель .объекта строится на основе данных функционального анализа (п. 3.2). Функциональная модель включает главную функцию объекта, комплекс дополнительных функций, а также функции, обеспечивающие выполнение главной — основные и вспомогательные. Ранг вспомогательных функций, включаемых в функциональную модель, определяется уровнем самой модели.
3.6.4.2. Возможны три уровня функциональных моделей:
1) обобщенная функциональная модель, отражающая только главную, основные и дополнительные функции независимо от принципа действия объекта и его вещественного (конструктивного, технологического и т. п.) воплощения. Такие модели, как правило, рекомендуется строить при Проведении ФСА объектов, не имеющих прямых аналогов. Пример. Функциональная модель устройства, выполняющего функцию «преобразовывать ток»;
2) модель принципа действия, отражающая иерархию функций объекта, соответствующих его принципу действия, но абстрагированных От конкретного вещественного воплощения.
Пример. Функциональная модель трансформатора на принципе электромагнитной индукции;
3) модель конкретного объекта, отражающая иерархию функций, соответствующих анализируемому вещественному воплощению объекта.
Пример. Функциональная модель лабораторного автотрансформатора
(ЛАТР).
3.6.4.3. Для реализации минимальным числом элементов совокупности, потребительских свойств объекта, отраженных в его функциональной модели, последняя преобразуется в функционально-идеальную по правилам, изложенным в Методических рекомендациях «Применение методов технического творчества при проведении ФСА».
Уменьшение количества элементов объекта достигается процедурой функционально-идеального моделирования (свертывания), которое реализуется тремя основными способами. Рассматриваемый элемент ТС можно исключить, если:
1) отсутствует объект его функции;
2) функцию выполняет сам объект функции;
3) функцию выполняют другие элементы системы или надсистемы. Пример. ТС —очки. Исключаемый элемент — дужки. Функция дужек — «удерживать линзы (перед глазами)». Формулировки свертывания — дужки можно исключить, если:
1) нет линз (свет фокусируется, например, искусственным хрусталиком);
2) линзы сами удерживаются перед глазами (например, контактные линзы);
3) линзы удерживают перед глазами другие элементы очков (например, в конструкции пенсне) или надсистемы (например, в монокле линза удерживается глазницей, а в лорнете — рукой).
3.7. Совместное применение ФСА и методов технического творчества (МТТ).
Эффективное совершенствование объектов достигается при органическом сочетании методики ФСА и современных МТТ. Наилучшие результаты обеспечивает совместное применение ФСА и ТРИЗ, так как в основе этих методов лежит принцип развития объектов в направлении минимизации затрат на их создание и функционирование.
3.8. Принцип коллективного творчества.
ФСА проводится коллективом специалистов различного профи ля: по ФСА и МТТ, конструкторы, технологи, экономисты и др. Работа ведется специально создаваемыми для проведения анализа конкретного объекта временными творческими коллективами— исследовательскими рабочими группами. Могут также использоваться и другие формы коллективного творчества.
3.9. Поэтапность проведения анализа.
Работа по ФСА ведется последовательно, поэтапно. Типовыми этапами ФСА являются:
3.9.1. Подготовительный этап.
Его цель — организационное обеспечение проведения ФСА.
3.9.2. Информационный этап.
На этом этапе производится сбор, систематизация и изучение информации по объекту ФСА.
3.9.3. Аналитический этап.
Основные цели этого этапа — построение функционально-идеальной модели объекта и постановка задач по реализации этой модели.
3.9.4. Творческий этап.
На этом этапе решаются выявленные задачи и разрабатывается комплекс предложений, обеспечивающих совершенствование исходного объекта.
3.9.5. Исследовательский этап.
Целями этого этапа являются выявление максимального эффекта от найденных решений и прогнозирование дальнейшего развития объекта.
3.9.6. Рекомендательный этап.
На этом этапе анализируются предложения ФСА, отбираются наиболее эффективные и даются рекомендации по их внедрению.
3.9.7. Этап внедрения.'
На этом этапе ведутся работы, обеспечивающие внедрение рекомендаций ФСА.
3.10. Алгоритмичность анализа.
Работа по ФСА строится на алгоритмическом принципе, когда каждая последующая процедура опирается на результаты предыдущей, а сами процедуры выполняются по определенным правилам.
3.11. Итеративный подход.
Каждая последующая процедура ФСА позволяет откорректировать результаты предыдущих. Итерационные циклы могут повторяться многократно. Работы, присущие какому-либо этапу ФСА, частично могут выполняться и на других этапах.
Пример проведения функционально-стоимостного анализа аппарата местного освещения АМ О-4 приведен в приложении.