Российская Экономическая Академия им. Г. В. Плеханова
Расчетно-аналитическая работа по курсу методы поиска и
принятия инновационно технических решений.
КАФЕДРА МЕХАНИКИ
Функционально-физический анализ фотоаппарата «Зенит»
Выполнил студент гр.№723
Фролов Александр Александрович
факультет ИЭИ.
Научный руководитель
Колоколов В. А.
Москва 2001
Функционально-физический анализ фотоаппарата
Описание функции предназначения.
F = {D,G,H }
D - экспонирование ;
G - светочувствительный материал ;
H - с определенными условиями .
Описание физической операции.
Q = {A, E, C}
А - свет ;
С - экспонированный светочувствительный материал ;
Е - сбор и накопление.
3.Разбиваем фотоаппарат на функциональные элементы.
Е1 – объектив;
Е2 – затвор;
Е3 – диафрагма;
Е4 – лентоперематывающий механизм;
Е5 – корпус;
Е6 – система фокусировки;
Е7 – система управления;
Е8 – экспозиционное устройство.
4.Выделяем объекты окружающей среды.
V1 – светочувствительный материал (фотопленка);
V2 – свет;
V3 – объект окружающей среды;
V4 – человек.
5.Описываем функции выделенных элементов.
П/н
|
Наименование ФЭ. |
Обозначение ФЭ. |
Обозначение функции |
Описание функции
|
1
|
Объектив
|
Е1
|
F1
|
Создает оптическое изображение объекта на фотопленке. |
2
|
Затвор
|
Е2
|
F2
|
Обеспечивает необхо- димое время экспони- рования. |
3
|
Диафрагма
|
Е3
|
F3
|
Регулирует количество света. |
4 |
Лентоперема-тывающий механизм |
Е4 |
F4 |
Перематывает фото- пленку на нужную позицию. |
5 |
Корпус |
Е5 |
F5 |
Защищает и объединяет все элементы фотоап-парата. |
6 |
Система фокусировки |
Е6 |
F6 |
Фокусирует свет на фотопленку. |
7 |
Система управления |
Е7 |
F7 |
Управляет затвором и диафрагмой. |
8 |
Экспозицион-ное устройство |
Е8 |
F8 |
Регулирует время проникновения света. |
6.Строим конструктивную функциональную структуру, которая описывает функциональную взаимосвязь между элементами.
7.Выделяем основные и вспомогательные потоки.
Свет
Механическая энергия
Информация
8.Проводим описание физических операций выделенных элементов.
Физическая операция – это общее описание функционирования каждого элемента.
Q = {A, E, C }
№ |
Наименование ФЭ и О.о.с. |
А
|
С
|
Е
|
Физический закон или эффект |
№ источ ника |
№ прием ника |
1 |
Фотопленка V1 |
свет |
кадр |
сбор и накопле ние |
потемнение |
6
|
|
2 |
Свет V2 |
|
|
|
|
|
|
3 |
Объект V3 |
свет
|
свет |
излуче- ние |
отражение |
2 |
5 |
4 |
Человек V4 |
инфор мация |
мех. энерг. |
|
|
12 |
11 |
5 |
Объектив Е1 |
свет
|
свет |
проводи мость |
преломление |
3 |
7 |
6 |
Затвор Е2 |
мех.эн. свет. |
свет |
проводи мость |
|
7 |
1 |
7 |
Диафрагма Е3 |
свет
|
свет |
проводи мость |
|
5 |
6 |
8 |
Лентоперемат. механизм Е4 |
мех.эн.
|
мех.эн. |
|
воздействие |
4 |
1 |
9 |
Корпус Е5 |
мех.эн.
|
мех.эн. |
проведе ние. |
объединение |
|
4 |
10 |
Система фоку-сировки Е6 |
мех.эн. свет |
мех.эн. |
сбор. |
фокусирует свет |
4 5 |
5 |
11 |
Система управ ления Е7 |
мех.эн. |
мех.эн. |
|
вохдействие
|
4 |
6,7 |
12 |
Экспозицион. устройство Е8 |
свет |
инфор мация |
преобра зование |
|
5 |
4 |
9.Строим потоковую функциональную структуру, которая описывает физическую взаимосвязь.
10.Проводим описание физического принципа действия.
Описание физического принципа действия производится на основе ПФС и поэтому ПФС и физический принцип действия могут быть совмещены.
Принцип историзма.
Принцип историзма в ФФА – это история возникновения потребности и различные способы реализации этой потребности раньше, сегодня, а также возможны способы реализации потребности в будущем.
Использование принципа историзма сводится к иерархической матрице удовлетворения потребности.
Иерархическая матрица удовлетворения потребности.
Потребность: получение изображения объекта окружающей среды.
Эту потребность определяют следующие физические операции:
Рисование.
Фотографирование.
Технические решения:
уголь, карандаш, ручка, краски
камера обскура, механический фотоаппарат, электронный фотоаппарат, фотоаппарат с автоматической настройкой,
цифровой фотоаппарат.
Иерархическая матрица удовлетворения потребности.
Наличие закономерностей развития.
Закономерность стадийного развития
В процессе развития человек передает свои функции техническому объекту.
Основные функции человека:
Технологическая (Т)
Энергетическая (Э)
Управленческая (У)
Планирующая (П)
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
Человек |
ТЭУП |
ЭУП |
УП |
П |
- |
Фотоаппарат
|
- |
Т |
ТЭ |
ТЭУ |
ТЭУП |
Я считаю, что фотоаппарат «Зенит» находится на 1 стадии развития, потому что человек управляет фотоаппаратом, воздействует на него (механическая энергия) и планирует его действия.
Аппроксимация значений разрешающей способности
объективов.
Годы |
Разрешающая способность |
1749 |
10 |
1862 |
18 |
1870 |
20 |
1880 |
22 |
1891 |
30 |
1895 |
45 |
1900 |
58 |
1906 |
70 |
1912 |
85 |
1918 |
96 |
1933 |
104 |
1940 |
110 |
1969 |
117 |
1982 |
119 |
1995 |
120 |
Графический вид:
Метод ранжирования.
Недостатки фотоаппарата:
1.Громоздкий
2.Нет автоматической системы перемотки
3.Нет автоматической настройки
4.Нет встроенной вспышки
5.Тяжелый.
- |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
Кол. повт. |
Ранг |
1 |
- |
2 |
3 |
4 |
5 |
0 |
5 |
2 |
2 |
- |
3 |
2 |
2 |
3 |
2 |
3 |
3 |
3 |
- |
3 |
3 |
4 |
1 |
4 |
4 |
2 |
3 |
- |
4 |
2 |
3 |
5 |
5 |
2 |
3 |
4 |
- |
1 |
4 |
Как видно из таблицы 1 ранг получил 3 недостаток – нет
автоматической настройки.
Метод гирлянд ассоциаций.
Алгоритм 1.Формулировка проблемной ситуа- ции. Установление объекта исследования (наименование).Опре- деление синонимов объекта. |
Пример Проблема – необходимо усовершен ствовать фотоаппарат. Объект – фотоаппарат. Синонимы – фотокамера, камера. |
2.Произвольный выбор случайных объектов. Получение гирлянды случайных объектов. |
Случайные объекты – игрушка, часы, сумка, подставка.
|
3.Составление комбинаций из элементов гирлянды синонимов и гирлянды случайных объектов.
|
Фотоаппарат с часовым механизмом, сумка для камеры, фотоаппарат с подставкой, игрушечный фотоаппарат. |
4.Составление перечня признаков случайных объектов.
|
Часы: механические, квадратные, электронные, пластмассовые, ручные, настенные, деревянные, золотые, круглые. Подставка: металлическая, деревян ная, высокая, пластмассовая. Игрушка: мягкая, резиновая, деревянная, пластиковая, цветная. Сумка: кожаная, матерчатая, объемная, маленькая, дамская. |
5.Генерирование идеи путем поочередного присоединения к объекту и его синонимам признаков случайных объектов. |
Механический фотоаппарат, квадратная камера, электронный фотоаппарат, пластиковый фотоаппарат, маленькая фотокамера, цветной фотоаппарат, дамский фотоаппарат, кожаная камера.
|
6.Из признаков случайных объектов генерируются гирлянды ассоциации. |
Электроника-техника-компьютер-программа. Механика-шестеренка-механизм-машина-авария-дорога. Пластик-окно-погода- дождь-вода. Рисунок-портрет-стена-бетон-дом.
|
|
Кожа-стиль-куртка-фигура-модель-диета-вес. Квадрат-кубик-игра-дети-огород-жара-солнце-батарея. |
7.Генерирование новых идей. К элементам гирлянды синонимов постепенно нужно присоединить элементы гирлянд ассоциаций. |
Электронный фотоаппарат, фотоаппарат с программным управлением, фотоаппарат для подводной съемки, игрушечный фотоаппарат, стильный фотоаппарат, легкий фотоаппарат, фотоаппарат с солнечными батареями, кожаный фотоаппарат. |
8.Оценка и выбор рациональных вариантов идей. Идеи разбивают на 3 группы: 1 – рациональные идеи; 2 – идеи сомнительной полезности; 3 – нерациональные идеи. |
Рациональные идеи: электронный фотоаппарат, пластиковый фотоаппарат, фотоаппарат с программным управлением, фотоаппарат для подводной съемки Идеи сомнительной полезности: игрушечный фотоаппарат, стильный фотоаппарат. Нерациональные идеи: фотоаппарат с солнечными батареями, кожаный фотоаппарат. |
Матричный метод принятия решений.
Х – альтернативные решения;
К – критерии;
В – вес критерия Вj = 1
А
– оценки 1
Критерии
Масса
Дизайн
Удобство
управлен.
АijBj
Вес
критер.
Альтернат.
0,3
0,2
0,5
Пластиковый
фотоаппарат
2,7
9
1,4
7
3
6
7,1
Фотоаппарат
с программным управлением
2,4
8
1,4
7
4,5
9
8,3
Стильный
фотоаппарат
2,4
8
1,8
9
3,5
7
7,7
Электронный
фотоаппарат
2,4
8
1,4
7
4
8
7,8
Как
видно из таблицы, максимальное значение
АijBj
= 8,3
следовательно,
фотоаппарат с программным управлением
можно считать
самым
лучшим.
Морфологический
метод.
1.Стадия
анализа.
Разбиваем
объект на морфологические признаки.
Объект
– фотоаппарат.
Фотоаппарат
состоит из:
корпуса;
объектива;
затвора;
диафрагмы;
-
системы управления.
2.Рассматриваем
различные варианты реализации
морфологических признаков.
Корпус
(материал): пластмасса, металл.
Объектив:
пластик, съемный, несъемный.
Затвор:
в виде шторок, секционный.
Диафрагма:
пластик.
Система
управления: автоматическая, неавтоматическая.
Матрица
1
2
3
1.Корпус
Пластмасса
Металл
2.Объектив
Пластик
Съемный
Несъемный
3.Затвор
В
виде шторок
Секционный
4.Диафрагма
Пластик
5.Сист.управлен.
Автоматическая
Неавтоматическая
3.Стадия
синтеза.
Здесь
мы комбинируем решения из различных
вариантов реализации.
Рассматриваем
все возможные комбинации.
Техническое
решение 1 (ТР 1): Фотоаппарат
с пластмассовым корпусом,
пластиковым
объективом, затвором в виде шторок,
пластиковой диафрагмой, и с неавтоматической
системой управления.
ТР
2: Фотоаппарат
с металлическим корпусом, съемным
объективом, секционным затвором,
пластиковой диафрагмой, и автоматической
системой управления.
ТР
3: Фотоаппарат
с пластиковым корпусом, несъемным
объективом, секционным затвором,
пластиковой диафрагмой, и автоматической
системой управления.
Метод
расстановки приоритетов.
Альтернативные
решения:
Х1
– Фотоаппарат с программным управлением;
Х2
_ Пластиковый облегченный фотоаппарат;
Х3
– Электронный фотоаппарат.
Критерии:
К1
– удобство управления;
К2
– Масса;
К3
– Дизайн.
1.Для
каждого критерия поочередно проводим
сравнение альтернативных решений.
К1
X1
> X2
K2
X1
< X2
X1
> X3
X1
= X3
X2
> X3 X2 > X3
K3
X1
< X2
X1
< X3
X2
= X3
2.
Строим квадратичную матрицу.
Альт
Альт
Х1
Х2
Х3
по
строке
Рi1
Рi1
Х1
1
1,5
1,5
4
11,5
0,46
Х2
0,5
1
0,5
2
5,5
0,22
Х3
0,5
1,5
1
3
8
0,32
25
1
Р11=
1*4+1,5*2+1.5*3 = 11,5
Р21=
0,5*4+1*2+0,5*3 = 5,5
Р31=
0,5*4+1,5*2+1*3 = 8
Альт
Альт
Х1
Х2
Х3
по
строке
Рi2
Рi2
Х1
1
0,5
1
2,5
7
0,274
Х2
1,5
1
1,5
4
11,5
0,452
Х3
1
0,5
1
2,5
7
0,274
25,5
1
Р12=
1*2,5+0,5*4+1*2,5 = 7
Р22=
1,5*2,.5+1*4+1,5*2,5 = 11,5
Р32=
1*2,5+0,5*4+1*2,5 = 7
Альт
Альт
Х1
Х2
Х3
по
строке
Рi3
Рi3
Х1
1
0,5
0,5
2
5,5
0,216
Х2
1,5
1
1
3,5
10
0,392
Х3
1,5
1
1
3,5
10
0,392
25,5
1
Р13=
1*2+0,5*3,5+0,5*3,5 = 5,5
Р23=
1,5*2+1*3,5+1*3,5 = 10
Р33=
1,5*2+1*3,5+1*3,5 = 10
3.Определяем
значимость критериев.
К1
> K2
K1
> K3
K2
> K3
Крит
Крит
К1
К2
К3
по
строке
Bj
Bj
К1
1
1,5
1,5
4
11,5
0,46
К2
0,5
1
1,5
3
8
0,32
К3
0,5
0,5
1
2
5,5
0,22
25
1
В1
= 1*4+1,5*3+1,5*2 = 11,5
В2
= 0,5*4+1*3+1,5*2 = 8
В3
= 0,5*4+0,5*3+1*2 = 5,5
4.
Для каждого альтернативного решения
вычисляем комплексный
приоритет.
Рi
комп =
Рij*
Bj
P1
комп = 0,46*0,46+0,274*0,32+0,216*0,22 = 0,3468
P2
комп = 0,22*0,46+0,452*0,32+0,392*0,22 = 0,33208
P3
комп = 0,32*0,46+0,274*0,32+0,392*0,22 = 0,32112
5.
Проводим сравнение комплексных
приоритетов.
Максимальное
значение = 0,3468 имеет P1
комп . Следовательно альтернативное
решение Х1 – Фотоаппарат с программным
управлением
– это самое лучшее решение.