功能分析法在設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用

趙月根

（上海交通大學 上海）

一、引言

功能分析法在產(chǎn)品概念設(shè)計中的應(yīng)用較為廣泛，分析思路是將產(chǎn)品的總功能逐層分解成多個基礎(chǔ)的易于實現(xiàn)的簡單功能，再通過對簡單功能的滿足實現(xiàn)產(chǎn)品的整體功能。利用功能分析法也可以對既有設(shè)備進行功能分析，通過對設(shè)備功能的逐層分解，制定能夠表征分解后功能的運行狀態(tài)表征量，對這些表征量進行監(jiān)測，就可以對設(shè)備的運行質(zhì)量進行評價和判斷。

二、功能分析及狀態(tài)監(jiān)測

功能方法樹是進行功能分析的有效手段。在明確設(shè)備應(yīng)用要求和設(shè)備總功能后，采取功能樹的方法對總功能以功能—實現(xiàn)機構(gòu)的模式進行逐層、多次的分解，就能對設(shè)備功能進行清晰的了解。功能樹方法分析設(shè)備功能的思路：總功能描述；分析實現(xiàn)總功能所需要具備的子功能；確定子功能的實現(xiàn)機構(gòu)和實現(xiàn)方式；對子功能、子機構(gòu)進行進一步的功能和實現(xiàn)機構(gòu)分析。

按照這種方法逐層進行分解下去，直到分解到一個通用的元件、加工方法能夠完成的支持性功能后將不再進行細分，對所有的子功能進行這樣的分析及實現(xiàn)，就能夠?qū)崿F(xiàn)整體功能。

利用功能分析法建立設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)就是在以上模型的基礎(chǔ)上，對各子功能及實現(xiàn)機構(gòu)選擇合適的運行質(zhì)量表征量，并制定這些表征量的接受標準，通過對這些表征量的監(jiān)測實現(xiàn)對設(shè)備的運行狀態(tài)評估和判斷。

通過功能分析法建立設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的完整步驟：總功能描述；分析實現(xiàn)總功能所需的子功能；確定子功能的實現(xiàn)機構(gòu)和實現(xiàn)方式；確定子功能、子機構(gòu)的運行表征量及評判標準；對子功能、子機構(gòu)進行進一步的功能和實現(xiàn)機構(gòu)、表征量及評判標準分析。

三、封口機應(yīng)用案例

1.總功能描述

封口機可以應(yīng)用到醫(yī)療產(chǎn)品包裝封口上，包裝袋材料為PET膜，其工作原理為使兩層待包裝材料在壓力機構(gòu)的夾緊狀態(tài)下實現(xiàn)加熱、熔融、冷卻、凝固的封口過程。設(shè)備總功能可以描述為：能夠使PET膜熱熔封口的設(shè)備。

2.子功能分析

對這一總功能進行分解，可以發(fā)現(xiàn)有3個子功能要求（一級子功能）。（1）能夠?qū)崿F(xiàn)PET膜熱熔，需要溫度控制功能；（2）能夠?qū)崿F(xiàn)待封口兩層膜的有效接觸，即兩層膜需要在壓力的作用下保持接觸，需要夾緊力控制功能；（3）PET膜的熱熔和固化，都有一定的時間要求，需要有時間控制功能。

3.子功能實現(xiàn)機構(gòu)確認

對以上3個子功能進行實現(xiàn)機構(gòu)、實現(xiàn)方式的確認。

（1）溫度控制功能，通過溫度控制系統(tǒng)實現(xiàn)，該系統(tǒng)含加熱單元（加熱棒或加熱帶）、溫度檢測單元（熱電偶或熱電阻）、溫度控制單元（溫度控制器）；（2）夾緊力控制系統(tǒng)，通過壓力控制結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，該機構(gòu)含上、下壓桿，氣缸（驅(qū)動上下壓桿閉合），氣體（氣缸工作動力源）調(diào)節(jié)閥；（3）時間控制功能，通過計時器控制（標準電子產(chǎn)品）。

圖1 封口機功能分析及狀態(tài)監(jiān)測方法樹圖

4.子功能、子機構(gòu)運行表征量及評判標準制定

對以上篩選出的子功能再制定相應(yīng)的特征量，以及相應(yīng)的接受標準。溫度90～130℃可調(diào)，精度±3℃；夾緊力0.2～0.6 MPa（通過驅(qū)動氣缸動作的氣體壓強進行間接監(jiān)測）；時間2～200 s可調(diào)，精度±0.1 s。

通過對各特征量的監(jiān)測，就可以判斷該系統(tǒng)各項關(guān)鍵功能是否能夠滿足應(yīng)用要求。該案例比較簡單，通過一次分解就可以完成功能分析，對功能復(fù)雜的設(shè)備可采取多次分解，直到每一個子功能都能夠較容易實現(xiàn)為止。圖1是利用功能分解法對封口機進行功能分析并建立狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的方法樹圖。

四、總結(jié)

通過這種方法，可以比較清晰、完整地篩選出設(shè)備的關(guān)鍵性能以及這些性能的監(jiān)測、評判方法。設(shè)備日常管理及維護過程中，利用該方法能夠有效建立起設(shè)備運行狀態(tài)性能的監(jiān)測系統(tǒng)。