功能分析法在设备运行状态监测中的应用

赵月根

（上海交通大学 上海）

一、引言

功能分析法在产品概念设计中的应用较为广泛，分析思路是将产品的总功能逐层分解成多个基础的易于实现的简单功能，再通过对简单功能的满足实现产品的整体功能。利用功能分析法也可以对既有设备进行功能分析，通过对设备功能的逐层分解，制定能够表征分解后功能的运行状态表征量，对这些表征量进行监测，就可以对设备的运行质量进行评价和判断。

二、功能分析及状态监测

功能方法树是进行功能分析的有效手段。在明确设备应用要求和设备总功能后，采取功能树的方法对总功能以功能—实现机构的模式进行逐层、多次的分解，就能对设备功能进行清晰的了解。功能树方法分析设备功能的思路：总功能描述；分析实现总功能所需要具备的子功能；确定子功能的实现机构和实现方式；对子功能、子机构进行进一步的功能和实现机构分析。

按照这种方法逐层进行分解下去，直到分解到一个通用的元件、加工方法能够完成的支持性功能后将不再进行细分，对所有的子功能进行这样的分析及实现，就能够实现整体功能。

利用功能分析法建立设备状态监测系统就是在以上模型的基础上，对各子功能及实现机构选择合适的运行质量表征量，并制定这些表征量的接受标准，通过对这些表征量的监测实现对设备的运行状态评估和判断。

通过功能分析法建立设备状态监测系统的完整步骤：总功能描述；分析实现总功能所需的子功能；确定子功能的实现机构和实现方式；确定子功能、子机构的运行表征量及评判标准；对子功能、子机构进行进一步的功能和实现机构、表征量及评判标准分析。

三、封口机应用案例

1.总功能描述

封口机可以应用到医疗产品包装封口上，包装袋材料为PET膜，其工作原理为使两层待包装材料在压力机构的夹紧状态下实现加热、熔融、冷却、凝固的封口过程。设备总功能可以描述为：能够使PET膜热熔封口的设备。

2.子功能分析

对这一总功能进行分解，可以发现有3个子功能要求（一级子功能）。（1）能够实现PET膜热熔，需要温度控制功能；（2）能够实现待封口两层膜的有效接触，即两层膜需要在压力的作用下保持接触，需要夹紧力控制功能；（3）PET膜的热熔和固化，都有一定的时间要求，需要有时间控制功能。

3.子功能实现机构确认

对以上3个子功能进行实现机构、实现方式的确认。

（1）温度控制功能，通过温度控制系统实现，该系统含加热单元（加热棒或加热带）、温度检测单元（热电偶或热电阻）、温度控制单元（温度控制器）；（2）夹紧力控制系统，通过压力控制结构实现，该机构含上、下压杆，气缸（驱动上下压杆闭合），气体（气缸工作动力源）调节阀；（3）时间控制功能，通过计时器控制（标准电子产品）。

图1 封口机功能分析及状态监测方法树图

4.子功能、子机构运行表征量及评判标准制定

对以上筛选出的子功能再制定相应的特征量，以及相应的接受标准。温度90～130℃可调，精度±3℃；夹紧力0.2～0.6 MPa（通过驱动气缸动作的气体压强进行间接监测）；时间2～200 s可调，精度±0.1 s。

通过对各特征量的监测，就可以判断该系统各项关键功能是否能够满足应用要求。该案例比较简单，通过一次分解就可以完成功能分析，对功能复杂的设备可采取多次分解，直到每一个子功能都能够较容易实现为止。图1是利用功能分解法对封口机进行功能分析并建立状态监测系统的方法树图。

四、总结

通过这种方法，可以比较清晰、完整地筛选出设备的关键性能以及这些性能的监测、评判方法。设备日常管理及维护过程中，利用该方法能够有效建立起设备运行状态性能的监测系统。