Создании технических систем и технологий

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.
1.Описание исходной системы.

  1. Объект исследования.
  2. Вербальное описание.
  3. Ограничения на исследования.
  4. Цель определения системы.

  1. Классификация системы.
  2. Конструктивно-функциональный анализ системы.
  3. 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.

  1. Морфологическая таблица.
  2. Общее количество возможных технических решений.
  3. Итоговое общее количество возможных технических решений.

3. Морфологический синтез технического объекта.

3.1. Цель морфологического синтеза.

  1. Таблица экспертных оценок.
  2. Синтез по одному критерию.
  3. 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.

1. Описание исходной системы.

1.1. Объект исследования.

Объектом исследования является – электрокофемолка ударного типа. Определим объект как систему электроперемолки кофе без электронного регулятора.

1.2. 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.

1.3. 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.

1.4. 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.
  • Любое свойство, относительно которого проводится наблюдение других свойств, называется базовым. Применительно к системе электрокофемолки ударного типа можно сделать вывод, что базовым свойством для нее будет являться объем перемолотых кофейных зерен.


3. Конструктивно-функциональный анализ системы, представленный

таблицей.

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.

1. 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

Бункер для кофейного зерна

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.

1. 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. ) – электр, блестящий металл; янтарь.


2. 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.

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.
  3. Включатель.

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 признаки

Варианты 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.

3.2. 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.

3.4. 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

Наилучший вариант:

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/

Создании технических систем и технологий