بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله توسعه الگوی تخصیص قابلیت اطمینان سیستم های پیچیده صنعتی به کمک دیاگرام مرزی و ماتریس فصل مشترک انجام شده است. سیستمها معمولاً بر اساس مجموعهای از زیر مجموعهها طراحی میشوند که هر کدام قابلیتاطمینان مربوطه به خود را دارند. روی هم رفته قابلیتاطمینان سیستمها تابعی از معیار قابلیتاطمینان زیر سیستم هاست. تخصیص قابلیتاطمینان مهمترین فاکتور در بررسی قابلیتاطمینان و رقابتپذیری یک محصول بوده و همچنین یک ابزار تحلیلی مهم است که میتواند در بهبود قابلیتاطمینان سیستم کمک کند. در این مقاله با ترسیم بلوک دیاگرام کارکردی جریان - FFBD - اجزای کارکردی مهم شناسایی شده و سپس به کمک دیاگرام مرزی فصل مشترک فیزیکی ، انتقال اطلاعات ، انتقال انرژی و تبادل مواد در سیستم مشخص گردیده است. هم چنین با ترسیم ماتریس فصل مشترک، ارتباط بین عملکرد و وابستگی زیرسیستم ها در تعاملات بین آنها محاسبه شده و راه کار اجرائی برای حالات مختلف پیش آمده ذکر شده است. با پیاده سازی این دستورالعمل در چندین پروژه صنعتی پیچیده ، قابلیت اطمینان و تعاملات تمامی زیرسیستم ها استخراج گردیده است.
واژگان کلیدی: تخصیص قابلیت اطمینان، دیاگرام مرزی، سیستم های پیچیده صنعتی، ماتریس فصل مشترک
-1 مقدمه
قابلیت اطمینان یکی از مهم ترین مشخصه های کیفی قطعات ، محصولات و سیستم های پیچیده و بزرگ می باشد که نقش حیاتی در عملکرد این سیستم ها ایفا می کند. یکپارچگی سیستم شامل تعاملات بین اجزای سیستم و نحوه اثرگذاری آنها روی همدیگر، در قابلیت اطمینان نقش ویژه ای دارد. عمده مشکلات و مسائل مربوط به یکپارچگی سیستم از عدم شناخت و کنترل صحیح تعاملات بین اجزاء مختلف سیستم ناشی می شود. جهت حفظ یکپارچگی سیستم لازم است ارتباطات و تعاملات بین اجزاء سیستم و کارکرد آنها شناسایی، ارزیابی و کنترل گردد. جهت شناسایی و تحلیل ، تعاملات به دو دسته عملکردی و فیزیکی تقسیم شده اند. همچنین تعاملات فیزیکی نیز به چهار دسته زیر تقسیم گردیده اند که عبارتند از
-1 فصل مشترک فیزیکی1 مانند پیچ ها، کلمپ ها، براکت ها و غیره.
-2 مبادله مواد2 مانند جریان پنوماتیک، جریان هیدرولیک و غیره.
-3 انتقال انرژی3 مانند انتقال حرارت، اصطکاک، انتقال ارتعاشات، حرکت انتقالی نظیر چرخدنده ها و چرخ و زنجیر
-4 انتقال اطلاعات4 مانند ورودی و خروجی های کامپیوتر، سیگنال های الکترکی و غیره
در این مقاله از تکنیکهای یکپارچگی در طراحی و مبانی مهندسی سیستمها جهت تحلیل تعاملات و پیوستگی زیرسیستمها استفاده شده است. این تکنیکها شامل دیاگرام بلوکی جریان عملکردی، دیاگرام مرزی و ماتریس تعاملات میباشد و کمک میکنند تا تعاملات اجزاء مختلف از لحاظ عملکردی، فیزیکی و نوع آن مشخص شده و در طراحی مورد استفاده قرار گیرند.بدلیل وجود اجزاء و زیرسیستم های بسیار زیاد در محصولات پیچیده صنعتی، لازم است یک مدل برای ارتباط بین اجزاء و مشخص کردن اهمیت زیرسیستم ها وجود داشته باشد. استفاده از ابزارهایی مانند بلوک دیاگرام جریان عملکردی - FFBD - باعث شناسایی اجزای مهم و صرفه جویی در هزینه و زمان خواهد شد.[1]
طراحی بر مبنای قابلیت اطمینان یعنی طراحی و انتخاب اجزاء و زیرسامانه های یک سامانه طوری که محصول نهایی به قابلیت اطمینان موردنظر دست یابد. تخصیص قابلیتاطمینان سیستمها روشی از بالا به پایین برای تقسیم دقت اهداف در سیستم هاست. این کار بدون در نظر گرفتن محدودیت ها، معیارها و الزامات طراحی، منجر به عدم سازگاری و دور از واقعیت بودن زیرسامانه ها می شود.[2] روش های موجود برای این کار هر کدام نقاط قوت و ضعفی دارند که نقاط ضعف در اکثر روش های موجود به نبود ارتباط هدفمند و موثر با طراحی سیستم های مهندسی برمی گردد.[3] برای رفع این مشکل و عملیاتی کردن تخصیص قابلیت اطمینان و ارتباط موثر بین طراحی و تخصیص سیستم های پیچیده از روش FOO به عنوان یک روش کارآمد در مسائل نظامی و غیرنظامی استفاده می شود.
در اینجا با توجه به چهار فاکتور: تکنولوژی جدید، پیچیدگی زیر سیستم - به گونهای که به وسیله تعداد قطعات تخمین زده شود - ، شرایط محیطی و ارتباطات زمانی عملیات مورد بررسی قرار میگیرد.[4] این روش برای تخصیص قابلیت اطمینان یکی از دستگاه های فیزیوتراپی استفاده شده و نتایج آن برای زیرسیتم ها استخراج شده است.[5] سیستمها معمولاً بر اساس مجموعهای از زیر سیستم ها طراحی میشوند که هر کدام قابلیتاطمینان مربوطه به خود را دارند. روی هم رفته قابلیتاطمینان سیستمها تابعی از معیار قابلیتاطمینان زیر سیستم هاست. تخصیص قابلیتاطمینان مهمترین فاکتور برای یررسی قابلیتاطمینان و رقابتپذیری یک محصول و همچنین یک ابزار تحلیلی مهم است که میتواند در بهبود قابلیتاطمینان سیستم کمک کند. در واقع سوالی که در تخصیص قابلیت اطمینان به آن پاسخ داده میشود این است که مقادیر R1، R2 تا Rn مربوط به اجزلی زیرسیستم چه مقدار باشد تا Rs مورد نیاز سیستم تامین شود.
-2 مدلسازی
-1-2 دیاگرام بلوکی جریان عملکردی سیستم
جهت حفظ یکپارچگی در طراحی سیستم لازم است تعاملات کارکردی و عملکردی اجزاء مختلف محصول مشخص گردد تا در هنگام طراحی، این تعاملات در نظر گرفته شود. یکی از تکنیک های مفید در این زمینه دیاگرام بلوکی جریان عملکردی سیستم می باشد. تعاملات بین زیرسیستم ها و مجموعه ها از لحاظ عملکرد و ورودی و خروجی آن ها توسط این دیاگرام به خوبی نشان داده می شود. این دیاگرام نشان می دهد که برای کارکرد هر زیرسیستم چه زیرسیستم های دیگری باید عمل کنند. همچنین این دیاگرام نحوه عملکرد داخلی هر زیرسیستم و توالی عملکردی مجموعه های آن زیرسیستم را نشان می دهد. از این دیاگرام می توان در بحث قابلیت اطمینان FMEA نیز استفاده کرد.نحوه تکمیل این دیاگرام در شکل 1 نشان داده شده است.
این دیاگرام از چند بلوک عملکردی سری و موازی تشکیل شده است که هر بلوک یک مرحله از عملکرد سیستم در سطوح مختلف را نشان می دهد. هر بلوک دارای یک ورودی و یک خروجی می باشد که ورودی نشان دهنده عملکرد پیش نیاز و خروجی نشان دهنده عملکرد مرحله بعد سیستم می باشد. در بعضی مواقع یک یا چند بلوک با یکدیگر AND و یا OR می باشند. AND برای چند عملکرد موازی استفاده می شود که همه آن ها باید انجام گیرد تا سیستم به فعالیت خود ادامه دهد. OR برای چند عملکرد موازی استفاده می شود که انجام یکی از آن ها هم منجر به ادامه فعالیت سیستم می گردد. هر دیاگرام دارای سطوح مختلف عملکردی می باشد. هر سطح نشان دهنده عملکرد زیرمجموعه ها در آن سطح می باشد. این سطوح تا آنجا ادامه دارد که بتوان به قدر کافی سیستم و المان های مختلف آن را از نظر عملکرد تشریح و توصیف کرد. دیاگرام بلوکی عملکردی نشان دهنده ورودی و خروجی و عملکرد هر یک از مجموعه ها و زیرسامانه ها در طول کارکرد محصول می باشد.
