Функционально-стоимостной анализ системы автоматического управления оборотного воодоохлаждения в градирне

Содержание

 

 

Введение…………………………………………………………………………4

1 Описание  объекта разработки……………………………………………….5

1. Задание на проектирование…………………………………………5
2. Анализ требований к разрабатываемой САУ………………………7

 

2 Функционально-стоимостной анализ…………………………………………………….…….8

2.1 Функционально-стоимостной анализ системы автоматического управления в базовом варианте……………………….………………………..8

2.1.1 Построение  структурной модели системы в  базовом

 варианте………………………………………………………………….9

         2.1.2 Построение функциональной модели (ФМ) объект…................11

2.1.3 Построение совмещенной функционально-стоимостной модели

(ФСМ) объекта………………………………………………………….12

2.1.4 Определение  относительной важности функции  (R)……………14

2.1.4.1 Оценка  качества исполнения функций  (Q)……… ……14

2.1.4.2 Определение абсолютной стоимости функци………….14

2.1.4.3 Определение относительной  стоимости реализации функций………………………………………………………………….15

2.1.5 Построение функционально-стоимостных диаграмм (ФСД) и диаграмм качества исполнения функций (КИФ)……………………………….15

2.2 Функционально-стоимостной  анализ системы автоматического  управления оборотного воодоохлаждения в градирне…………………………….18

2.2.1 Построение  структурной модели системы…………………………..18

2.2.2 Построение  функциональной модели (ФМ) объекта………………20

    2.2.3 Построение совмещенной функционально-стоимостной модели (ФСМ) объекта …………………………………………………………………..   21

 

2.2.4 Построение функционально-стоимостных диаграмм (ФСД) и диаграмм качества исполнения функций (КИФ)…………………………..…...24

 

Введение

 

Настоящая курсовая работа посвящена обоснованию экономической  целесообразности модернизации оборотного водоохлаждения в градирни. Для этого используется функционально – стоимостной анализ. С использованием корректирующей формы функционально – стоимостного анализа производится анализ базового варианта технической системы, подвергающийся инновационным преобразованиям. В результате данного анализа в базовом варианте обнаруживаются функциональные и структурные элементы системы, обладающие экономической несостоятельностью или функциональной недостаточностью. Именно эти элементы должны быть рационализированы. При этом кроме технических эффектов от разработки, появляются экономические, социальные, экологические и иные эффекты.

 

 

1 Описание объекта разработки

 

1.1 Задание  на проектирование

ЦЕЛЬ: Обеспечить удаленный  контроль режимов работы системы  оборотного водяного охлаждения (градирни).

Объект: Градирня.

Назначение: Система  оборотного водяного охлаждения служит для охлаждения культуральной среды в ферментерах.

Состав системы:

- Градирня;

- Набор циркуляционных  насосов;

- Теплообменники;

- Сеть трубопроводов.

 

Описание процесса:

Охлажденная в градирни вода с помощью циркуляционных насосов  подается в теплообменники. Проходя  через теплообменник, вода нагревается, с одновременным охлаждением  среды, и возвращается обратно в  градирню, где с помощью форсунок равномерно распределяется по теплообменным  пластинам. В градирне вода охлаждается  с помощью атмосферного воздуха, который вентиляторами подается к теплообменным пластинам, и  затем охлажденная вода поступает  на циркуляционные насосы.

Градирня имеет 4-е  вентилятора, каждый из которых имеет 2-е скорости вращения и возможность реверсивного вращения. Скорости вращения изменяются, в зависимости от температуры воды, в ручном режиме с помощью кнопок на пульте управления вентиляторами. Направление вращения изменяется в ручном режиме с пульта управления и служит для удаления льда с поверхностей пластин в зимний период. Пульты управления расположены в насосной градирни.

 

ЗАДАЧА:

1. Необходимо вывести  в операторскую комнату (комната  начальников смен):

- Информацию о параметрах  воды охлаждения;

- Управление вентиляторами  градирни: включение, отключение, изменение  скорости вращения, изменение направление  вращения;

- Информацию о режиме  работы вентиляторов;

- Информацию о режиме  работы насосов;

2. Сохранение информации.

3. Ручное и автоматическое  управление вентиляторами градирни  с пульта управления.

4. Предусмотреть возможность  управления вентиляторами в ручном  режиме из насосной.

5. Предусмотреть возможность  ручного и автоматического управления  циркуляционными насосами из  комнаты операторов (как с частотными  преобразователями скорости вращения  двигателей насосов, так и без  них).

6. Предусмотреть аварийную  сигнализацию.

 

Параметры воды:

- Температура на  входе в градирню, С;

- Температура на  выходе из градирни, С;

- Давление на входе  в градирню, bar;

- Давление на выходе  из насосов, bar;

- Расход, м3/ч;

- Поток, м3/ч;

- рН;

- Проводимость воды.

 

Изменение режимов  работы вентиляторов должно осуществляться в зависимости от температуры  воды.

Изменение режимов  работы насосов должно осуществляться в зависимости от давления с помощью  частотного преобразователя.

 

 

 

1.2 Анализ требований к разрабатываемой САУ

 

Анализ требований к проектированию САУ служит для  обоснования требований к разрабатываемой САУ или ее элементам исходя из потребительских свойств САУ и достижений науки и техники, а также с учетом перспективного развития как системы АУ, так и системы информатики, искусственного интеллекта и микропроцессов.

Разрабатываемая САУ  должна отвечать следующим общим  требованиям:

— должна быть выполнена на базе стандартизованных и сертифицированных современных технических средств автоматизации;

— должна иметь некоторый рациональный, удовлетворяющий здравому смыслу и не приводящий к ее значительному удорожанию запас по производительности, функционально-технологическим возможностям, числу точек подключения дополнительных первичных преобразователей и исполнительных устройств и т.д.

— должна иметь простой  и понятный человеко-машинный интерфейс;

— должна иметь возможность  оперативного изменения параметров работы как в штатной, так и в аварийной ситуации.

 

 

2 Функционально-стоимостной анализ

 

2.1 Функционально-стоимостной анализ системы автоматического управления в базовом варианте

 

ФСА при разработке проектов САУ проводится с учетом действующих нормативно-технических  документов, регламентирующих порядок  и правила проведения строительно-монтажных, пуско-наладочных, регламентных и ремонтных  работ и правила устройства САУ.

При проектировании САУ  или элементов выполняются следующие  процедуры с использованием методологии:

- анализ требований  к разрабатываемой САУ;

- формирование целей  и задач разработки;

- определение состава  функций будущей САУ;

- построение функциональной  модели САУ;

- определение допустимых  затрат на функции поиска формирования  вариантов решений по функциям;

- оценка технико-экономического  уровня вариантов решений по  основным функциям;

- построение структурной  модели САУ;

- комплексная функционально-стоимостная  оценка и окончательный выбор  варианта построения САУ.

 

ФСА при разработке проектов САУ проводится с учетом действующих нормативно-технических  документов, регламентирующих порядок  и правила проведения строительно-монтажных, пуско-наладочных, регламентных и ремонтных  работ и правила устройства САУ.

При проектировании САУ  или элементов выполняются следующие  процедуры с использованием методологии:

- анализ требований  к разрабатываемой САУ;

- формирование целей  и задач разработки;

- определение состава  функций будущей САУ;

- построение функциональной  модели САУ;

- определение допустимых  затрат на функции поиска формирования  вариантов решений по функциям;

- оценка технико-экономического  уровня вариантов решений по  основным функциям;

- построение структурной  модели САУ;

- комплексная функционально-стоимостная  оценка и окончательный выбор  варианта построения САУ.

 

2.1.1 Построение структурной модели системы в базовом варианте

 

Структурная модель (СМ) – это упорядоченное представление элементов объекта и отношений между ними, дающее представление о составе материальных составляющих объекта, их основных взаимосвязях и уровнях иерархии. Структурная модель базового варианта оборотного водоохлаждения в градирне представлена на рисунке 1.

 

 

               Рисунок 1 – Структурная модель базового варианта системы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.1.2 Построение функциональной модели (ФМ) объекта

 

ФМ – это логико-графическое  изображение состава и взаимосвязей функций объекта, получаемое по средствам  их формулировки и установления порядка  подчинения. ФМ базового варианта системы оборотного водоохлаждения в градирне представлена на рисунке 2.

 

Рисунок 2 – Функциональная модель базового варианта системы

 

 

 

2.1.3 Построение совмещенной функционально-стоимостной модели (ФСМ) объекта

 

ФСМ объекта пригодна для выявления ненужных функций и элементов в объекте (бесполезных и вредных); определения функциональной достаточности и полезности материальных элементов объекта; распределения затрат по функциям; оценки качества исполнения функций; выявления дефектных функциональных зон в объекте; определения уровня функционально-структурной организации изделия.

Построение ФСМ  осуществляется путем совмещения ФМ и СМ объекта.

ФСМ базового варианта системы управления КНС представлены в таблице 1, где r - значимость функции; R - относительная важность функции; Q - качество исполнения функции; S_абс - абсолютная стоимость реализации функции; S_отн – относительная стоимость реализации функции.

 

Таблица 1. Функционально-стоимостная модель базового варианта

Индекс ф-ии	Наименование ф-ии	Материальный  носитель ф-ии	r	R	Q	Sабс	Sотн
1	2	3	4	5	6	7	8
F1.1	Охлаждение воды	Вентиляторы	0,4	0,14	0,32	300000	0,045
F1.2	Охлаждение воды	Форсунки	0,3	0,105	0,24	200000	0,03
F1.3	Охлаждение воды	Теплообменные пластины	0,3	0,105	0,24	800000	0,12
F2.1	Охлаждение среды	Теплообменники	0,3	0,105	0,21	2000000	0,3
F2.2	Подача воды от градирни к теплообменникам	Трубопровод	0,2	0,07	0,16	1000000	0,15

 

 

Продолжение таблицы 1.

F2.3	Управление потоком воды	Трубопроводная арматура	0,2	0,07	0,14	250000	0,04
F2.4	Перекачивание воды	Циркуляционные насосы	0,3	0,105	0,15	2000000	0,3
F3.1	Контроль температуры	Датчики температуры	0,3	0,06	0,12	5000	0,001
F3.2	Контроль расхода	Датчики расхода	0,3	0,06	0,15	10000	0,0015
F3.3	Контроль уровня	Датчики уровня	0,3	0,06	0,18	10000	0,0015
F3.4	Индикация параметров	Светодиоды, ЖК-дисплеи	0,1	0,02	0,05	1000	0,0001
F4.1	Управление магнитными пускателями	Пульты управления	0,4	0,14	0,07	1000	0,0001
F4.2	Включение двигателей	Магнитные пускатели	0,6	0,06	0,03	4000	0,0006
F1	Градирня	F1=F1.1+F1.2+F1.3	0,35	0,35	0,28	1300000	0,194
F2	Гидросистема	F2=F2.1+F2.2+F2.3+F2.4	0,35	0,35	0,25	5250000	0,8
F3	Система контроля параметров	F3=F3.1+F3.2+F3.3+F3.4	0,2	0,2	0,1	26000	0,005
F4	Система управления	F4=F4.1+ F4.2	0,1	0,1	0,05	5000	0,001
						Σ=6581000	Σ=1