Концептуальное проектирование систем
Министерство
образования и науки Российской Федерации
Федеральное
государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего
профессионального образования
Волгоградский
Государственный Технический Университет
Факультет
Подготовки Инженерных Кадров
Кафедра
"Системы автоматизированного проектирования и поискового
конструирования"
Курсовая работа
По курсу "Концептуальное
проектирование систем"
Выполнил: студент группы АУЗ-361с
Тюляева И.А.
Проверил: ст. пр. Орлова Т. А.
Волгоград 2013 г
Содержание
Введение
1) Проведение
конструктивно-функционального анализа системы
.Описание исходной системы
1
Объект исследования
2
Вербальное описание
3
Ограничения на исследования
4
Цель определения системы
2.
Классификация системы
3.
Конструктивно-функциональный анализ системы
4.
Конструктивно-функциональная структура в графическом виде
2) Проведение
функционально-физического анализа технических объектов
1. Функционально-физический
анализ технических объектов
2. Потоково-функциональная
структура
3) Проведение морфологического
анализа и морфологического синтеза технического объекта
1.Описание технического объекта
2. Морфологический анализ
технического объекта
2.1 Цель морфологического
анализа
2
Морфологическая таблица
3
Общее количество возможных технических решений
4
Итоговое общее количество возможных технических решений
3. Морфологический синтез
технического объекта
3.1 Цель морфологического
синтеза
2
Таблица экспертных оценок
3
Синтез по одному критерию
4
Синтез по всем критериям
Заключение
Список использованных источников
Введение
Создание
современных образцов высоко эффективной техники связано с необходимостью поиска
новых, не имеющих аналогов, оригинальных на уровне изобретений, а в ряде
случаев и пионерных технических решений. Они обеспечивают разработку сложных
технологий и технических систем различного назначения.
Целью данной работы
является ознакомление с основными идеями и принципами методов используемых при
создании технических систем и технологий.
В результате
проведения данной работы студент должен узнать и научиться:
1.
Основные особенности задач решаемых при проектировании технических
объектов;
2.
Применить научный подход к анализу и синтезу решений при
проектировании технических объектов;
3.
Использовать методы анализа и синтеза технических решений для
построения автоматизированных систем проектирования технических объектов;
4.
Ставить и решать задачи создания автоматизированных систем
поддержки концептуального проектирования.
1)
Проведение конструктивно-функционального анализа системы
Цель
работы: изучение конструктивно-функционального анализа автоматизированных
систем и получение навыков работы с данным методом при проектировании
автоматизированной системы.
.
Описание исходной системы
1.1 Объект
исследования
Объектом
исследования является - электрокофемолка ударного типа. Определим объект как
систему электроперемолки кофе без электронного регулятора.
.2 Вербальное
описание
Автоматизированная
система электрокофемолки создана для обеспечения равномерности и интенсивности
перемалывания. Особенностью системы электрокофемолки ударного действия является
размол жареных зерен кофе с помощью вращающегося с большой скоростью ножа.
Отправителем (V1) кофейных зерен (V2) в системе является
человек, он же является ответственным за подачу кофейных зерен в бункер для
кофейного зерна и выгрузку полученного измельченного кофейного порошка из
бункера для молотого кофе.
Включается и
выключатся электрокофемолка нажатием кнопки "Пуск". Подобная система
позволяет прервать процесс измельчения в любой момент. Высокая частота вращения
электродвигателя позволяет перемолоть ножом зерна за считанные секунды. В
зависимости от времени помола можно получить любую степень помола: мелкую,
среднюю и крупную. Нож установлен непосредственно в бункере для измельчения
кофе, поэтому электрокофемолка снабжена блокирующим устройством, которое
отключает двигатель при открывании крышки. Прессом молотый кофе выгружается в
съемный бункер.
.3 Ограничения
на исследования
При исследовании
данной системы не учитывается влияние внешней среды на объект исследования. В
качестве внешней среды, непосредственно влияющей на исследуемую систему,
рассматривается человек и кофейные зерна. Система предназначена для обеспечения
равномерности и интенсивности перемалывания кофейных зерен, а также круп и
орехов, размеры которых не должны препятствовать работе системы.
.4 Цель
определения системы
Исследование
методов перемалывания кофейных зерен без использования ручного труда и
дополнительного оборудования и техники, а также разработки эффективного комплектования
данной системы.
2.
Классификация системы
- Исследуемая
система относится к сложным техническим детерминированным системам.
- Система
является открытой системой, так как она взаимодействует с окружающей средой и
не живая.
- Система
конкретная, потому что имеет больше 2-х элементов, которые являются объектами.
- Автоматизированная
электрокофемолка относится к искусственным физическим системам, так как создан
человеком.
- Описание
системы объекта не может быть использовано для математической обработки данных,
так как описывается абстрактно, то есть свойства описываются как переменные, а
базовое свойство как параметр.
- Каждый
блок представляет собой одно состояние переменной. Когда наблюдаемые свойства
проводятся при некотором значении параметра, то наблюдаемое свойство получает
определённое проявление из множества проявлений свойств.
.
Конструктивно-функциональный анализ системы
Внешняя среда: V1 - Человек, V2 - Кофейные зерна.
Таблица № 1.
Конструктивно-функциональная структура
|
Элемент системы
|
Функции элемента
|
|
Обозн.
|
Наименование
|
Обозн.
|
Вербальное описание
|
|
Е0
|
Крышка
|
Ф00
|
Воздействует при открытии на Е4 и прекращает
воздействие при закрытии
|
|
Е1
|
Нож
|
Ф10
|
Перемалывает V2
и передает результат работы под Е3
|
|
Е2
|
Бункер для кофейного зерна
|
Ф20
|
V1
засыпает V2
в элемент Е2, запускается Е1
|
|
Е3
|
Пресс
|
Ф30
|
Проталкивает V2
к Е7
|
|
Е4
|
Блокирующее устройство
|
Ф40
|
Фиксирует факт открытия и закрытия Е0, блокирует/
разблокирует Е5
|
|
Е5
|
Электродвигатель
|
Ф50
|
Принимает сигнал от Е6, затем подаёт сигнал на запуск
Е1
|
|
Е6
|
Включатель
|
Ф60
|
Воздействует на Е5 и прекращает воздействие при
повторном нажатии V1
|
|
Е7
|
Бункер для молотого кофе
|
|
Хранит перемолотый V2
|
4.
Графическое представление
Рис. 1.
Конструктивно-функциональная структура в графическом виде.
2)
Проведение функционально-физического анализа технического объекта
Цель
работы: изучение функционально-физический анализ автоматизированных систем
и получение навыков работы с данным методом при проектировании
автоматизированной системы.
.
Функционально-физический анализ технических объектов
Внешняя среда: V1 - Человек, V2 - Кофейные зерна.
Таблица №2:
Функционально-физическая структура
|
Элемент системы
|
Физическая операция
|
|
Обозн.
|
Наименование
|
Входное воздействие
|
Операция Колера
|
Выходное воздействие В
|
|
Е0
|
Крышка
|
Физическое
Воздействие от V1
|
Преобразование
|
Сигнал к Е4
|
|
Е1
|
Нож
|
Воздействие на V2
|
Преобразование
|
Сигнал к Е3
|
|
Е2
|
Физическое
Воздействие от V1
на V2
|
Преобразование
|
Сигнал к Е1
|
|
Е3
|
Пресс
|
Сигнал из Е1
|
Перемещение
|
Передача V2
к Е7
|
|
Е4
|
Блокирующее устройство
|
Положение Е0
|
Преобразование
|
Сигнал к Е5
|
|
Е5
|
Электродвигатель
|
Сигнал из Е4 и Е6
|
Преобразование
|
Сигнал к Е1
|
|
Е6
|
Включатель
|
Физическое
Воздействие от V1
|
Преобразование
|
Сигнал к Е5
|
|
Е7
|
Бункер для молотого кофе
|
Задержка V2
|
Перемещение
|
Хранение V2 с Последующей передачей на обработку
|
2.
Потоково - функциональная структура
Рис. 2.
Потоково-функциональная структура в графическом виде.
3)
Проведение морфологического анализа и морфологического синтеза технического
объекта
Цель
работы: изучение конструктивно-функционального анализа автоматизированных
систем и получение навыков работы с данным методом при проектировании
автоматизированной системы.
.
Описание технического объекта
Система
представляет собой автоматизированную систему электрокофемолки, предназначенную
для обеспечения равномерности и интенсивности перемалывания кофейных зерен.
Особенностью системы электрокофемолки ударного действия является размол жареных
зерен кофе с помощью вращающегося с большой скоростью ножа. Изобретение
относится к электротехнике как устройство обрабатывающие различного рода
электрические сигналы, выполняющее переключения и т.д.
Электро
(от нов.-лат. electricus и др.-греч. ἤλεκτρον) - электр, блестящий металл; янтарь.
.
Морфологический анализ технического объекта
2.1 Цель
морфологического анализа
Целью анализа
является создание морфологической матрицы на основе которой в дальнейшем можно
будет, применив процедуру синтеза, создать новое техническое решение, которое
будет более надёжным и экономически выгодным.
Необходимо
усовершенствовать рассматриваемую систему.
Требования:
Необходимо увеличить надёжность и функциональность системы.
Цель: Увеличить
точность фиксации и быстродействие.
2.2 Морфологическая
таблица
конструктивный морфологический
автоматизированный электрокофемолка
Таблица №3:
Морфологическая таблица технического объекта.
|
Классификационные признаки
|
Варианты реализации классификационных признаков
|
|
Крышка
|
V11
- сталь; V12
- алюминий; V13
- пластик;
|
|
Нож
|
V21
- сталь; V22
- алюминий; V23
- латунь;
|
|
Бункер для кофейного зерна
|
V31
- сталь; V32
- пластик;
|
|
Пресс
|
V41
- поршневой; V42
- гидравлический;
|
|
Блокирующее устройство
|
V51
- кнопка;
V52
- контактная пластина;
V53 - фотоэлемент;
|
|
Включатель
|
V61 - автоматический; V62 - кнопка;
|
|
Бункер для молотого кофе
|
V71 -
сталь; V72 - пластик;
|
2.3 Общее
количество возможных технических решений
Общее количество
возможных технических решений:
3 * 3 * 2 * 2 * 3 *
2 * 2 = 432
Для уменьшения
числа возможных комбинаций можно отбросить следующие менее значимые
классификационные признаки:
1.
Бункер для кофейного зерна.
2.
Бункер для молотого кофе.
Так же уменьшаем
количество альтернатив, отбрасывая наименее полезные в каждом из оставшихся
классификационных признаков.
2.4 Итоговое
общее количество возможных технических решений
Таблица №4:
Итоговая таблица.
|
Классификационные признакиВарианты реализации классификационных
признаков
|
|
|
Крышка
|
V11
- сталь; V12
- алюминий; V13
- пластик;
|
|
Нож
|
V21
- сталь; V22
- алюминий; V23
- латунь;
|
|
Пресс
|
V41
- поршневой; V42
- гидравлический;
|
|
Блокирующее устройство
|
V51
- кнопка;
V52
- контактная пластина;
V53 - фотоэлемент;
|
Итоговое общее
количество возможных технических решений:
3 * 3 * 2 * 2 = 36
3.
Морфологический синтез технического объекта
3.1 Цель
морфологического синтеза
На основе
морфологической таблицы составленной на этапе морфологического анализа,
необходимо обозначить такие решения, которые экономически оправданы и надёжны в
работе.
.2 Таблица
экспертных оценок
Таблица №5: Таблица
экспертных оценок технического объекта.
|
Наименование элемента
|
Оценка элементов по критериям
|
|
Эффективность
|
Простота
осуществления
|
Экономичность
|
Надежность
|
|
Крышка: V11 - сталь; V12
- алюминий; V13 - пластик
|
3 4
5
|
3 3 4
|
3
3 5
|
4 4
3
|
|
Нож: V21 - сталь; V22
- алюминий; V23 - латунь;
|
5 4
4
|
5
5 4
|
5 4
5
|
5 5 4
|
|
Пресс: V41 - поршневой; V42
- гидравлический;
|
4 3
|
4
3
|
5 3
|
4
4
|
|
Блокирующее устройство: V51
- кнопка;
V52
- контактная пластина;
|
4
5
|
5 5
|
4
5
|
5 4
|
Весовые значимости
критериев:
1. Эффективность - 0.3
2. Простота осуществления - 0.1
3. Экономичность - 0.2
4. Надежность - 0.4
3.3 Синтез
по одному критерию
Синтез по критерию
"Надёжность".
Наилучший
вариант:
Материал крышки: V13 - пластик;
Материал ножа: V21
- сталь;
Тип пресса: V41
- поршневой;
Тип блокирующего
устройства: V52 - контактная пластина.
.4
Синтез по всем критериям
Таблица №6: Таблица
синтеза по всем критериям.
|
Наименование элемента
|
Интегральная оценка
|
|
Крышка: V11 - сталь; V12
- алюминий; V13 - пластик
|
0,303 0,331 0,366
|
|
Нож: V21 - сталь; V22
- алюминий; V23 - латунь;
|
0,366 0,328 0,306
|
|
Пресс: V41 - поршневой; V42
- гидравлический;
|
0,553 0,447
|
|
Блокирующее устройство: V51
- кнопка;
V52
- контактная пластина;
|
0,495 0,505
|
Материал крышки: V13 - пластик;
Материал ножа: V21
- сталь;
Тип пресса: V41
- поршневой;
Тип блокирующего
устройства: V52 - контактная пластина.
Заключение
В данной курсовой
работе была рассмотрена автоматизированная система электрокофемолки, которая
создана для обеспечения равномерности и интенсивности перемалывания кофейных
зерен. Особенностью системы электрокофемолки ударного действия является размол
жареных зерен кофе с помощью вращающегося с большой скоростью ножа.
В ходе выполнения
курсовой работы произведён конструктивно-функциональный анализ системы,
функционально-физический анализ, морфологический анализ и синтез технического
объекта. Составлена конструктивно-функциональная и потоково-функциональная
структура рассматриваемой системы. Найдены оптимальные варианты по одному и по
всем критериям, таким как эффективность, простота осуществления, экономичность,
надежность. В результате получен опыт работы с методами системного анализа, и
методами синтезирования новых проектных решений, которые позволяют
модифицировать уже имеющиеся системы и технические объекты и изобретать новые.
Список
использованных источников
1)
http://www.4analytics.ru/metodi-analiza/metod-ekspertnix-ocenok.html
2)
http://www.coffeepedia.ru/%D0%9A%D0%BE%D1%84%D0%B5%D0%BC%D0%BE%D0%BB%D0%BA%D0%B0
3)
http://coffeetime.ru/production/cook/2007-04-16-624/