Функциональное моделирование – один из наиболее эффективных методов анализа технических устройств, поскольку даёт возможность получить совокупное представление о составе, структуре и связях между компонентами.
Функциональная модель – это упрощённая графическая модель технического устройства. В ней каждый компонент устройства представлен в виде прямоугольника, а действие этого компонента на другой – стрелкой. В прямоугольник вписывается название компонента, а над стрелкой – глагол, обозначающий действие.
Условная функциональная модель
Функциональное моделирование выполняется в следующей последовательности:
определяется главная функция машины или её части, выбранной для анализа;
перечисляются компоненты;
указываются связи между компонентами;
определяются функции каждого компонента;
синтезируется модель;
уточняются связи машины (или её части) с внешней средой.
Если требуется функциональная модель машины в целом, то её главную функцию можно определить через главный продукт. Он обычно указан в описании проблемной ситуации. Если мы рассматриваем какую-то часть машины, то нужно понять, какой именно полезный продукт производит эта часть, и через продукт определить главную функцию.
Информацию, из каких компонентов состоит машина, можно получить из разных источников: наблюдая саму машину; изучая чертежи, фотографии или рисунки; из физической модели (макета).
После того как определены компоненты системы, нужно найти все взаимодействия между ними. Для этого удобно использовать «матрицу взаимодействий»: это таблица, число столбцов и колонок которой равно количеству компонентов системы. По вертикали и горизонтали вписываются названия компонентов. Затем последовательно проверяется каждый компонент: если компонент «А» взаимодействует с компонентом «Б», то в клетке на пересечении ставят пометку.
Условная матрица взаимодействий
Далее нужно для каждой пары определить, какой компонент является инструментом (воздействует), а какой обрабатываемым объектом (подвергается воздействию). Каждому воздействию даётся название. Нужно подобрать глагол, точно определяющий суть действия.
Остаётся объединить функциональные пары в единую схему. Построение функциональной модели можно начинать с любого места, главное, чтобы ни один значимый компонент не был забыт.
Следует учитывать разветвления действий от одного компонента, сложение воздействий на один компонент и т.д. Построив начальный вариант модели, необходимо тщательно проверить его и проанализировать на логичность и полноту. При необходимости – откорректировать.
Можно включить в функциональную модель значимые компоненты внешней среды. Это имеет смысл делать в том случае, когда внешняя среда оказывает сильное воздействие на какие-то компоненты исследуемой машины, или от внешней среды зависит, будет ли машина функционировать в принципе. Например, громкоговоритель может работать только в воздушной среде, а в вакууме звук от него распространяться не будет.
Выключатель управляет проводом: размыкает и замыкает электрическую цепь.
Корпус обрабатывает множество компонентов, он удерживает батарейку, провод, выключатель, лампочку, отражатель и защитное стекло.
Защитное стекло защищает от повреждений лампочку и отражатель.
Построение функциональных пар
Функциональные пары сводятся в функциональную модель.
Главная цепочка следующая: батарейка продуцирует электрический ток и питает провод – провод проводит электрический ток – электрический ток питает лампочку – лампочка излучает луч света – луч света освещает объект.
Контроль осуществляется так: выключатель управляет проводом, отражатель направляет луч света.
Кроме того, функциональная модель включает корпус и защитное стекло, которые удерживают и защищают компоненты устройства, выполняя вспомогательные функции.
Какие компоненты внешней среды необходимы для работы фонарика? Предположим, фонарик независимо лежит на столе. Будет ли он функционировать?
Наверное, требуется кто-то, кто включит фонарик, удержит его и направит луч на требуемый предмет. То есть, мы должны включить в модель человека – «оператора» фонарика. Кроме того, на работу фонарика могут влиять свойства воздуха – например, он будет хуже светить в тумане.
