Функционально-физический анализ фотоаппарата 'Зенит'
Российская Экономическая Академия им. Г. В. Плеханова
КАФЕДРА МЕХАНИКИ
Расчетно-аналитическая работа по курсу методы поиска
и
принятия
инновационно технических решений.
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
1.
Описание функции
предназначения.
F = {D,G,H }
D -
экспонирование ;
G -
светочувствительный материал ;
H - с
определенными условиями .
2.
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
|
-
|
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<Aij <10
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.