Для каждого потока удобно нарисовать цепочку элементов (возможно, ветвящуюся), по которой и течет данный поток. На рис. 19 эта цепочка изображена для потока электрической энергии.

Если поток изображать не в виде электрической цепи (двухпроводной, а иногда и трехпроводной), а в виде однонаправленного потока именно энергии, то схема будет выглядеть, как показано на Рис. 19а.

Кстати, упомянув выше об информационных потоках, можно здесь уже учесть, что энергия для передачи информации на индикаторы, очевидно, берется из этого же источника. И наконец, еще одно соображение. Источник электроэнергии может иметь различные параметры (например, сеть 110-220V или автомобильный аккумулятор 12V), и в пылесосе может появиться коммутатор входов и преобразователи напряжения. А в еще более “продвинутой” модели все это еще и сопровождается маленьким информационным блоком, распознающим вид входного напряжения и соответственно коммутирующим схему электропитания (рис. 19б):

Нетрудно в данной схеме потоков идентифицировать и источник (сеть), и транспортные цепи (вилка, шнур, другие не указанные на схеме проводники), и преобразователи (трансформатор, преобразователь), и рабочий орган (мотор вентилятора), и сток (преобразование в тепло; кстати, поток тепла для точности надо бы зафиксировать от каждого из элементов схемы). Кроме того, в схеме есть два элемента, не включенные в перечень Рис. 15: выключатель и анализатор напряжения с коммутатором. Нетрудно догадаться, что эти элементы по отношению к потоку энергии являются управляющими и формально хотя и могут быть отнесены к элементам переноса, но в действительности их функция более значительна: не только пассивная передача, перенос из одной области в другую, но и решение, нужно ли этот перенос осуществлять. В дальнейшем мы еще встретимся с такими элементами и поговорим о них более подробно.

Теперь посмотрим, как в пылесосе формализуется воздушный поток (см. Рис. 20).

Цепь воздушного потока получилась у нас одномерная, ни разветвлений. ни потерь воздуха нет. А ведь в принципе воздушный поток можно “нагрузить” дополнительной задачей, например, охлаждения мотора вентилятора. Обычно вентиляторы так и проектируются, чтобы воздушный поток обтекал мотор и отводил от него тепло. Другая функция, также часто встречающаяся в пылесосах,- использование выходящей струи чистого воздуха для пульверизации. А если не только для пульверизатора? Например, для увлажнения воздуха барботированием через простейший барботер. Или для ароматизации воздуха в помещении. Или для отпугивания и удаления из помещения комаров или моли. Таким образом, вырисовывается комплект насадок уже не на входном отверстии пылесоса, а на выходе его. Схема потока преобразуется следующим образом:

На этой схеме изображены два варианта работы устройства: красные линии показывают, как элементы работают в режиме пылесоса, в соответствии с зелеными линиями элементы подключены в режиме использования выходной струи чистого воздуха (иногда для повышения производительности в последнем случае из пылесоса удаляют и фильтр пылесборника).

Теперь переходим к пылевому потоку:

Пыль движется вместе с воздушным потоком, поэтому все элементы этой цепи обслуживают одновременно и воздушный поток. Схема здесь тоже одномерна и скучна. И явно недостаточна, и вот почему. Всякий поток имеет источник (здесь он тоже есть) и сток, которым всегда является последний элемент цепи. Но в данном случае последний элемент служит не абсолютным стоком, а всего лишь промежуточным, действующим только до заполнения емкости камеры (отнюдь не бездонной), а дальнейшая судьба собранной пыли у нас в схеме никак не прорисована. В некоторых моделях пылесосов пылесборники сделаны одноразовыми, фильтр выбрасывается в мусоропровод вместе с накопленной на нем пылью. Но есть и другие возможности: например, к пылесосу можно приложить простейшее устройство типа пяльцев для опорожнения наполненного пылесборника в любой полиэтиленовый пакет, которыми торговля снабжает нас в избытке. Тогда и пылесборник будет работать лучше (во-первых, один многоразовый пылесборник дешевле десятков одноразовых и его можно оборудовать более эффективным фильтром, а во-вторых, известно, что пыль, проникшая в тело фильтра, повышает его фильтрующую способность, т.е. качество пылесбора еще улучшится).

Раздумья над этой скучной схемой потока пыли подсказали еще одну идею. Дело в том, что часто пылесос засасывает не только пыль, но и листья, и конфетные обертки, брошенные за диван нерадивым членом семьи, клочки бумаги и другой подобный мусор. Эти клочки и листки, попадая на поверхность фильтра пылесборника, распластываются по ней и перекрывают значительную часть рабочей поверхности фильтра, что приводит к ухудшению работы пылесоса (мотор перегревается, а скорость всасывания уменьшается). Поэтому в разрыв входного шланга полезно на этот случай встроить некий ресивер - емкость сравнительно большого поперечного сечения, в которой эти плоские листки и другой крупный мусор падали бы на дно ресивера, а воздух с мелкой пылью шел бы дальше, к фильтру пылесборника. Этот ресивер можно пристыковать прямо к входному отверстию пылесоса, причем он может быть съемным, т.е. подключаться только в тех случаях, когда предстоит убирать захламленное помещение с теми самыми конфетными обертками и т.п.

Учитывая все сказанное, схему пылевого потока можно перерисовать так:

Переходим к неочевидным потокам. Их неочевидность сказывается прежде всего в том, что и анализ их совсем непохож на то, что мы проделали выше. Например, силовые цепи, которые почти на 100% формируются крепежными элементами и конструктивными особенностями формы отдельных элементов. Анализ здесь - это практически анализ эскизов и чертежей сборки отдельных узлов и отдельных элементов, т.е. чисто конструкторская задача, которой мы здесь заниматься не будем (такие задачи отлично решаются в рамках ФСА для каждого узла).

Проблема перемещения пылесоса по очищаемым помещениям еще более неординарна. Для большинства моделей пылесосов она вообще решается не в системе, а в надсистеме, где человек - уборщик является и тягловой силой пылесоса. В фантастических романах уже давно живут и работают роботы-уборщики, но реально для сегодняшнего уровня техники эта задача если и посильна, то очень недешева, и пока такие модели на нашем рынке отсутствуют. Хотя в принципе прорисовать схему “умного и самостоятельного” пылесоса не составило бы труда. И тогда потоки, связанные с этими перемещениями пылесоса (или, возможно, только его части), вполне понятны и доступны для анализа.

Информационные потоки. Эти потоки в технических системах обычно проявляются либо как обратные связи (с выходом на исполнительный орган), либо как индикация (с выходом на индикатор состояния). Но внутренняя организация этих потоков во многих случаях для потребителя не видна, а разработчику может доставить неприятности, если он недостаточно тщательно организует эти потоки.

Начнем с вопроса, какая информация от пылесоса нужна потребителю. Очевидно, это информация о включении (подаче напряжения на вход), информация об исправности пылесоса, информация о наполнении пылесборника. Информацией о включении, если пылесос исправен, мог бы быть и шум мотора и вентилятора. Однако если мотор почему-либо застопорен, то подача напряжения при отсутствии шумовой “индикации” может привести к серьезным неисправностям (мотор просто сгорит). Поэтому лучше все же иметь альтернативный индикатор подачи напряжения (хотя бы лампочку).

Информация об исправности пылесоса. Рассмотрим типичные неисправности этого агрегата. Их три: 1) мотор сгорел, 2) вентилятор заклинил, 3) скорость прокачки воздуха уменьшилась ниже допустимого предела (причины могут быть разными).

Две первых неисправности связаны с вращением вала мотора (точнее, с отсутствием вращения) и, стало быть, могут регистрироваться любым центробежным датчиком, связанным с валом. Третья неисправность требует измерения объемного расхода воздуха после вентилятора (например, с помощью крыльчатки и счетчика оборотов или по перепаду давления на измерительной диафрагме).

Информация о наполнении пылесборника. Проще всего эту информацию получить, измеряя перепад давления на фильтре пылесборника. Это, кстати, даст информацию не только о количестве накопленной пыли, но и о тех самых конфетных обертках, если они попали в пылесборник и мешают нормальной работе пылесоса. Иначе говоря, эта информация сводится к тому, что пылесос должен сообщить человеку, что пора опорожнить пылесборник.

Таким образом, информационная сеть пылесоса оказывается довольно сложной и содержит много изолированных потоков. Разумно всю индикацию сосредоточить в одном месте (на пульте управления), а это означает, что всю ее имеет смысл перевести в световую сигнализацию (а особо важную информацию задублировать и звуком).

Вообще говоря, на рис. 22 нехватает одного очень важного информационного элемента. Этот элемент должен не допустить аварийной ситуации, которая могла бы возникнуть в случае либо короткого замыкания электрической цепи, либо длительной подачи напряжения на застопоренный мотор.

Короткое замыкание может возникнуть везде, начиная от сетевой вилки. Это значит, что абсолютно надежный предохранитель может быть установлен только на источнике напряжения вне пылесоса, т.е. на квартирном счетчике или где-то до розетки. Что касается короткого замыкания внутри пылесоса, то оно при нормальном монтаже должно быть исключено, а такие ситуации, как проплавление утюгом изоляции сетевого шнура пылесоса или переруб этого шнура упавшим топором, можно не учитывать. Но близкий к короткому замыканию режим возникает, когда напряжение подается на обмотку застопоренного мотора, и квартирный предохранитель здесь может не сработать. Таким образом, задача состоит в том, чтобы при длительном превышении тока обмотки (на уровне пускового тока) пылесос сам отключал подачу электроэнергии на обмотку. Иначе говоря, нужно ввести еще цепь обратной связи и управления подачей напряжения на мотор.

Схема информационных потоков пополнилась еще одной цепью. Вообще говоря, в нашем агрегате почти вся информация передается по электрическим цепям, т.е. после преобразования первичных сигналов от разнообразных датчиков носитель информации становится одинаковым для всех информационных потоков. Финишное преобразование электрического сигнала в свет (и в особенно важном случае - еще и в звук) также единообразно. Это заставляет подумать об оптимизации параметров носителя информации. В данном случае каждый из потоков несет только один бит информации (сигнал “да - нет”), так что вопросы скорости передачи, отсутствия искажений и т.п. вопросы телекоммуникационного плана здесь излишни, остается лишь вопрос удобства и надежности.

Использовать в этих сетях 220V неудобно прежде всего из-за требований безопасности. Поэтому для питания информационных цепей целесообразно поставить понижающий трансформатор и работать при 6 или 12 вольтах. Это потребует соответствующих изменений в схеме потоков электрической энергии рис. 19б.

Подводя итоги этого анализа, можно заметить, что, изменив “точку зрения” на анализируемый объект, удается увидеть массу возможностей для его модификации.

И еще одно замечание. По внешнему впечатлению, вся эта “возня” с потоками кажется какой-то мелкой, посторонней деятельностью, бесполезной и неинтересной. Однако уже наш пример достаточно ясно показывает, что эта рутинная работа каким-то малопонятным образом наталкивает на необычные идеи и решения.

Закон проводимости

Список работ

Пример 2. Издание бюллетеня