Пример 13.56.Разработка принципа действия
В настоящий момент принцип действия пылесоса для функции создания разрежения это вращение турбины с помощью электрического двигателя, которое создает поток воздуха и с его помощью воздух «вытеснялся» из емкости, создавая разряжение.
Опишем некоторые альтернативные принципы действия (способов создания разряжения).
1. Расширение камеры, например, движение поршня;
2. Разность температур;
3. Использование закона Бернулли и его следствий;
4. Эффект Вентури, например, расходомер Вентури, трубка Вентури и струйный насос;
5. Эжекция;
6. И т. д.
Используя новые способы получения разряжения, можно разработать новый пылесос.
Для функции фильтрации потока пыли используются разные принципы действия:
1. Задержка пыли с помощью материала:
1.1. Бумажный материал (бумажный фильтр);
1.2. Тканный материал.
2. Использование центробежных сил для отделения пыли;
3. Использование воды для отделения пыли;
4. Новый принцип действия использование статического электричества.
Можно разработать новый пылесос использующий старый принцип действия для отделения пыли от объекта и новый принцип действия статическое электричество для отделения пыли из потока пыли.
Пример 13.57.Построение древовидного графа
Строится древовидный граф потребностей, функций, принципов действий и продуктов. При этом используются
На каждом этапе выбирается наиболее подходящие потребность, главную функцию, наилучший принцип действия и наилучший продукт (услугу).
Рис. 13.21. Дерево разработки нового продукта
На рис. 13.21 показана часть упрощенного древовидного графа разработки нового продукта.
Главная потребность соблюдение чистоты, которая должна осуществляться для самого человека, дома во всех помещениях, одежде, пастельном белье и т. д.
Для пылесоса главная функция отделение пыли.
Некоторые из основных функций отделение пыли от запыленного объекта, сбор пыли, отделение пыли от потока пыли, удаление или использование пыли.
Опишем некоторые из приведенных ранее принципов действия.
Для функции отделение пыли от запыленного объекта разряжение, статическое электричество.
Для функции сбор пыли мешок, контейнер, вода.
Для функции отделение пыли от потока пыли ткань, центрифуга, вода, статическое электричество.
Для функции использование пыли способы использования пыли.
Альтернативные виды продуктов не показаны на рис. 13.21.
Пример 13.58.Использование законов построения для разработки пылесоса
Закон полноты частей системы.
Рабочий орган в пылесосе это разряженный воздух.
Источник энергии это электричество. Для обычных пылесосов это розетка, в которую включается вилка. Для робота еще дополнительно имеется аккумулятор внутри робота. Некоторые типы пылесосов тоже имеют аккумулятор.
Преобразователь энергии:
1. электродвигатель преобразует электрическую энергию во вращательную (вращение вала).
2. вращение вала вращает турбину.
Преобразователи вещества:
1. Преобразование воздуха.
Вращение турбины преобразует неподвижный воздух в поток воздуха (движущийся воздух);
Прохождение потока сжатого воздуха через камеру делает поток разряженный. Сжатый воздух преобразуется в разряженный.
2. Преобразование пыли:
Смешение пыли с водой водный (аква) фильтр;
Прессование (брикетирование) пыли. В некоторых пылесосах имеется такая функция.
Преобразователи информации управление пылесосом:
Ручное, нажатие на кнопки и переключатели;
Автоматическое в роботе.
Законы проводимости потоков и минимальное согласование.
Все потоки должны проходить от источники до необходимого места.
Поток воздуха должен проходить от турбины (источник потока воздуха) в камеру, из камеры к выходному отверстию, в трубу и насадку и от нее к запыленному объекту. От запыленного объекта поток пыли должен проходить по насадке, трубе, выходному отверстию и доходит до фильтра. Чистый поток воздуха после фильтра должен выходить через другое выходное отверстие в комнату.
Все части пылесоса и его потоки должны быть минимально согласованы, чтобы сделать пылесос работоспособным.
13.7. Анализ недостатков
Анализ системы для определения ее недостатков проводится в следующей последовательности (п. 1.7.3, книга 1):
1. Компонентный анализ.
2. Структурный анализ.
3. Функциональный анализ функций.
4. Диагностический анализ.
Выявим недостатки домашнего пылесоса.
13.7.1. Компонентный анализ пылесоса
Основные функции пылесоса:
1. Отделение пыли от запыленного объекта;
2. Отделение пыли из потока пыли;
3. Сбор были.
Функцию отделение пыли от запыленного объекта у всех существующих пылесосов осуществляется с помощью разряженного воздуха (всасывание пыли).
Функцию отделение пыли из потока пыли осуществляют фильтры.
Функцию сбора были осуществляют различные устройства.
Фильтры бывают:
1. В виде мешка:
1.1. Матерчатый мешок (постоянный);
1.2. Бумажный (сменный).
2. Циклонный фильтр;
3. Аквафильтр (водяной фильтр);
4. Дополнительный фильтр тонкой очистки HEPA-фильтр13.
Рис. 13.22. Схема HEPA-фильтра
Сбор пыли осуществляется в мешках или в контейнерах. Имеются контейнеры с возможностью прессования пыли.
В данном примере не будем рассматривать виды и конструкции фильтров и устройств сбора пыли.
Компоненты системы:
1. Объект запыления;
2. Пыль;
3. Воздух;
4. Двигатель;
5. Турбина;
6. Поток воздуха;
7. Емкость;
8. Разряженный воздух;
9. Поток пыли;
10. Фильтр;
11. Пылесборник;
12. Выходной канал;
13. Шум.
13.7.2. Структурный анализ пылесоса
Для определения связей между элементами системы построим матрицу связей элементов (компонентов) пылесоса.
Таблица 13.2. Матрица связей
13.7.3. Функциональный анализ пылесоса
Таблица 13.3. Функции элементов и их оценка
Рис. 13.23. Функциональная схема
13.7.4. Диагностический анализ
В соответствии с таблицей 13.3 оценку функций на рис. 13.23 обозначим цветом.
Полезную функцию обозначим зеленым цветом.
Вредную красным.
Бесполезную голубым.
Функциональная схема с оценкой функций показана на рис. 13.24.
Рис. 13.24. Функциональная схема с оценкой функций
В учебных целях был продемонстрирован очень упрощенный пример методики выявления недостатков. В действительности следует учесть все возможные элементы в системе и ее окружении и все возможные воздействия, и взаимодействия и оценить эти воздействия.
В этом примере, например, мы не оценивали функции по степени выполнения полезных функций (достаточные, избыточные и недостаточные).
По итогам такого анализа выявляются не только вредные, но и избыточные и недостаточные функции и при синтезе новой системы пытаются избавиться от этих функций.