Что такое структурные схемы. Виды структурных схем. Структурные электрические схемы

Образование 13 апреля 2016

Что называют структурными схемами? Зачем они разрабатываются? В каких условиях? Структурные схемы ЭВМ, предприятий и управления – какие их особенности? Всё это будет детально рассмотрено в рамках статьи.

Что такое структурные схемы?

Они определяют основные функциональные части, которые будет иметь изделие, предприятие или подразделение. Также прорабатываются вопросы назначения и взаимосвязи. Этап разработки структурных схем проводится на начальных стадиях проектирования. В результате должно получиться отображение принципа действия в самом обобщенном виде.

О чем даёт представление?

Структурная схема не учитывает расположения составляющих частей. Также не указывается способ связи между ними. Структурные схемы подразделений, предприятий, электронных машин должны давать представление о:

1. Составляющих.
2. Последовательности взаимодействия отдельных функциональных частей объекта, который рассматривается. Они изображаются как прямоугольники с условными графическими обозначениями. Они, а также тип и имя объекта, вписываются в геометрическую фигуру.

Для обозначения ходов процессов, что происходят, используют стрелки. Они соединяют функциональные части. На простых схемах обычно используют линейный способ отображения слева направо. Там, где есть несколько рабочих каналов, используют параллельное горизонтальное размещение.

Что делать при работе со сложными системами?

Если присутствует много функциональных частей, то элементы могут быть обозначены одними цифрами в порядковой последовательности. При этом необходимо составить перечень расшифровки. Но недостатком этой схемы является ухудшение наглядности. Более того, может осуществляться детализация, которая заключается в том, что для каждой функциональной части разрабатывается отдельная структурная схема. На ней тоже указываются характеристики, диаграммы и поясняющие надписи. Могут быть указаны и определённые параметры для отдельных точек. Так, структурные электрические схемы могут содержать значения величин напряжений, токов, импульсов и других свойств. Данные обычно помещают на свободном поле или около графических обозначений. Результат включают в эксплуатационную документацию, чтобы будущий обслуживающий персонал смог ознакомиться с объектом.

Классификация схем

Она проводится в зависимости от целей и объекта. Так, выделяют:

1. Организационные. Сюда относят структурные схемы предприятий, организаций, политических партий и так далее.
2. Технические. Сюда относят структурные электрические схемы компьютеров, производственных станков и так далее.

Как производится построение?

Структуры обычно разрабатываются сверху вниз. То есть сначала выделяют цель и конечный результат, а потом их разбирают на отдельные части, из которых схема будет состоять. В виде списка этапы проектирования можно представить таким образом:

1. Объект разделяется по горизонтали на широкие функциональные блоки.
2. Устанавливается соотношение прав и возможностей влияния.
3. Определяются обязанности каждого субъекта.

Чтобы закрепить знания, предлагаем рассмотреть структурные схемы организации. Мы рассмотрим также то, как она управляется.

Организационная структура предприятия

Её особенность заключается в том, что она должна уметь адаптироваться к изменениям, которые происходят во внешней среде. Необходимо понимать, что организационной структурой предприятия называют совокупность звеньев (подразделений) и связей между ними. На её формирование оказывают влияние такие факторы:

1. Сфера деятельности.
2. Тип, номенклатура и ассортимент выпускаемой продукции.
3. Организационно-правовая форма функционирования предприятия.
4. Масштабы компании (исчисляются в объеме производства, численности персонала, денежном доходе).
5. Рынки сбыта, на которых функционирует или куда выходит предприятие при совершении своей хозяйственной деятельности.
6. Технологии, что применяются при производственном процессе.
7. Информационные потоки, что циркулируют внутри фирмы и за её рамками.
8. Степень обеспеченности ресурсами для производства.

Типы структур подразделений

От качества их организации во многом зависит успешность деятельности предприятия. Структурные схемы подразделений могут быть такими:

1. Линейными.
2. Функциональными.
3. Линейно-штабными.
4. Дивизионными.
5. Линейно-функциональными.
6. Матричными.

Линейная схема

Для неё характерным является наличие вертикального типа связей. Имеется высший руководитель, который управляет линейными. Они, в свою очередь, отдают приказы исполнителям. Конечно, структура может быть значительно усложнена. Так, можно добавить отдельные функциональные подразделения. Но это характерно для больших компаний. Линейная структура строится на базе выделения и передачи функций конкретным людям или подразделениям. Структурные схемы управления такого типа просты и позволяют конкретизировать обязанности, но требуют наличия квалификации.

Функциональная схема

Организация делится на отдельные элементы, которые решают определенный тип задач (финансы, производство, обслуживание). Присутствуют межуровневые и вертикальные связи. Но существенным недостатком является определённая размытость функций руководителя. Данный тип организации весьма специализирован, но недостаточно гибок.

Линейно-штабная схема

Почти не отличается от первого типа. Но существует один нюанс – есть специальный штаб (совет директоров, консультанты и прочие), которые дают рекомендации высшему руководству о том, как необходимо действовать, чтобы получить наилучший результат. Важным преимуществом данного типа является то, что перед принятием решения очень тщательно взвешиваются все за и против. Поэтому уменьшается возможность совершения действий, которые будут иметь негативные последствия.

Дивизионная схема

Используется в крупных фирмах, чтобы устранить сопутствующие управленческие проблемы. По данной схеме распределение обязанностей делают по регионам работы или категориям выпускаемой продукции. Дивизионные подразделения, в свою очередь, делятся на более мелкие составляющие части по одному из приведённых здесь вариантов.

Линейно-функциональная схема

Здесь разделение идёт по связям. Основные каналы – это линейные. Но существуют ещё и дополнительные связи, которые по своей природе функциональны. Существенным недостатком данной схемы является наличие нескольких руководителей. Поэтому для четкой и слаженной работы необходима точно регламентированная система приоритетов.

Матричная схема

Её суть заключается в том, что в уже действующих структурах создают временные рабочие группы, к которым в подчинение может быть передан персонал со всего предприятия. Такой организационный подход используется, чтобы в ускоренном темпе выполнить определённый тип задач по ускорению чего-то (выпуска новой продукции, обновления основных фондов производства и прочее).

Заключение

Вот и рассмотрены нами основные структурные схемы предприятий и подразделений. В рамках статьи у вас уже есть общее понимание положения дел, поэтому трудностей с интерпретацией этого понятия не возникнет.

Источник: fb.ru

Что это — структурные схемы. Виды структурных схем. Структурные электрические схемы

Что называют структурными схемами? Зачем они разрабатываются? В каких условиях? Структурные схемы ЭВМ, предприятий и управления – какие их особенности? Всё это будет детально рассмотрено в рамках статьи.

Что такое структурные схемы?

Они определяют основные функциональные части, которые будет иметь изделие, предприятие или подразделение. Также прорабатываются вопросы назначения и взаимосвязи. Этап разработки структурных схем проводится на начальных стадиях проектирования. В результате должно получиться отображение принципа действия в самом обобщенном виде.

О чем даёт представление?

Структурная схема не учитывает расположения составляющих частей. Также не указывается способ связи между ними. Структурные схемы подразделений, предприятий, электронных машин должны давать представление о:

1. Составляющих.
2. Последовательности взаимодействия отдельных функциональных частей объекта, который рассматривается. Они изображаются как прямоугольники с условными графическими обозначениями. Они, а также тип и имя объекта, вписываются в геометрическую фигуру.

Для обозначения ходов процессов, что происходят, используют стрелки. Они соединяют функциональные части. На простых схемах обычно используют линейный способ отображения слева направо. Там, где есть несколько рабочих каналов, используют параллельное горизонтальное размещение.

Что делать при работе со сложными системами?

Если присутствует много функциональных частей, то элементы могут быть обозначены одними цифрами в порядковой последовательности. При этом необходимо составить перечень расшифровки. Но недостатком этой схемы является ухудшение наглядности. Более того, может осуществляться детализация, которая заключается в том, что для каждой функциональной части разрабатывается отдельная структурная схема. На ней тоже указываются характеристики, диаграммы и поясняющие надписи. Могут быть указаны и определённые параметры для отдельных точек. Так, структурные электрические схемы могут содержать значения величин напряжений, токов, импульсов и других свойств. Данные обычно помещают на свободном поле или около графических обозначений. Результат включают в эксплуатационную документацию, чтобы будущий обслуживающий персонал смог ознакомиться с объектом.

Классификация схем

Она проводится в зависимости от целей и объекта. Так, выделяют:

1. Организационные. Сюда относят структурные схемы предприятий, организаций, политических партий и так далее.
2. Технические. Сюда относят структурные электрические схемы компьютеров, производственных станков и так далее.

Как производится построение?

Структуры обычно разрабатываются сверху вниз. То есть сначала выделяют цель и конечный результат, а потом их разбирают на отдельные части, из которых схема будет состоять. В виде списка этапы проектирования можно представить таким образом:

1. Объект разделяется по горизонтали на широкие функциональные блоки.
2. Устанавливается соотношение прав и возможностей влияния.
3. Определяются обязанности каждого субъекта.

Чтобы закрепить знания, предлагаем рассмотреть структурные схемы организации. Мы рассмотрим также то, как она управляется.

Организационная структура предприятия

Её особенность заключается в том, что она должна уметь адаптироваться к изменениям, которые происходят во внешней среде. Необходимо понимать, что организационной структурой предприятия называют совокупность звеньев (подразделений) и связей между ними. На её формирование оказывают влияние такие факторы:

1. Сфера деятельности.
2. Тип, номенклатура и ассортимент выпускаемой продукции.
3. Организационно-правовая форма функционирования предприятия.
4. Масштабы компании (исчисляются в объеме производства, численности персонала, денежном доходе).
5. Рынки сбыта, на которых функционирует или куда выходит предприятие при совершении своей хозяйственной деятельности.
6. Технологии, что применяются при производственном процессе.
7. Информационные потоки, что циркулируют внутри фирмы и за её рамками.
8. Степень обеспеченности ресурсами для производства.

Типы структур подразделений

От качества их организации во многом зависит успешность деятельности предприятия. Структурные схемы подразделений могут быть такими:

1. Линейными.
2. Функциональными.
3. Линейно-штабными.
4. Дивизионными.
5. Линейно-функциональными.
6. Матричными.

Линейная схема

Для неё характерным является наличие вертикального типа связей. Имеется высший руководитель, который управляет линейными. Они, в свою очередь, отдают приказы исполнителям. Конечно, структура может быть значительно усложнена. Так, можно добавить отдельные функциональные подразделения. Но это характерно для больших компаний. Линейная структура строится на базе выделения и передачи функций конкретным людям или подразделениям. Структурные схемы управления такого типа просты и позволяют конкретизировать обязанности, но требуют наличия квалификации.

Функциональная схема

Организация делится на отдельные элементы, которые решают определенный тип задач (финансы, производство, обслуживание). Присутствуют межуровневые и вертикальные связи. Но существенным недостатком является определённая размытость функций руководителя. Данный тип организации весьма специализирован, но недостаточно гибок.

Линейно-штабная схема

Почти не отличается от первого типа. Но существует один нюанс – есть специальный штаб (совет директоров, консультанты и прочие), которые дают рекомендации высшему руководству о том, как необходимо действовать, чтобы получить наилучший результат. Важным преимуществом данного типа является то, что перед принятием решения очень тщательно взвешиваются все за и против. Поэтому уменьшается возможность совершения действий, которые будут иметь негативные последствия.

Дивизионная схема

Используется в крупных фирмах, чтобы устранить сопутствующие управленческие проблемы. По данной схеме распределение обязанностей делают по регионам работы или категориям выпускаемой продукции. Дивизионные подразделения, в свою очередь, делятся на более мелкие составляющие части по одному из приведённых здесь вариантов.

Линейно-функциональная схема

Здесь разделение идёт по связям. Основные каналы – это линейные. Но существуют ещё и дополнительные связи, которые по своей природе функциональны. Существенным недостатком данной схемы является наличие нескольких руководителей. Поэтому для четкой и слаженной работы необходима точно регламентированная система приоритетов.

Матричная схема

Её суть заключается в том, что в уже действующих структурах создают временные рабочие группы, к которым в подчинение может быть передан персонал со всего предприятия. Такой организационный подход используется, чтобы в ускоренном темпе выполнить определённый тип задач по ускорению чего-то (выпуска новой продукции, обновления основных фондов производства и прочее).

Заключение

Вот и рассмотрены нами основные структурные схемы предприятий и подразделений. В рамках статьи у вас уже есть общее понимание положения дел, поэтому трудностей с интерпретацией этого понятия не возникнет.

1. Составление структурной и функциональной схем линейного тракта рПрУ

1.1. Структурные схемы супергетеродинного приемника

Составление структурной схемы приёмника – наиболее сложный творческий процесс проектирования. Существует два метода решения этой задачи – эвристический и математический.

При первом методе модель структурной схемы синтезируется эвристически на основе накопленного опыта, литературы или интуитивных соображений. Моделей (вариантов) структурной схемы может быть несколько. Необходимо выделить оптимальную (лучшую).

Недостатком такого метода является необходимость оптимизации нескольких моделей, при этом отсутствует гарантия того, что среди предложенных моделей присутствует наилучшая. Тем не менее, этот метод наиболее доступен и применим к системам любой сложности.

При математическом синтезе структурной схемы приёмника разработчик в результате математических выкладок получает соотношения, определяющие поведения приёмника при заданной модели сигнала и помех. После этого переходят к построению реальной модели приёмника (структурной схемы). Математический синтез принципиально позволяет найти лучшую из возможных систем и сокращает время проектирования, но лишь при существенном упрощении модели. Поэтому этот метод синтеза применим для относительно простых систем.

Ниже рассматривается только первый эвристический метод синтеза структурной схемы приёмника.

В РПУ 1-го и 2-го поколений (выполненных на лампах и транзисторах) использовался в основном традиционный аналоговый метод обработки сигнала. В радиоприёмниках 3-го и 4-го и последующих поколений часто применяется цифровая обработка сигнала, а также широко употребляются различные изделия акустоэлектроники.

Выбор способа обработки сигнала, типа элементной базы влияет на структурную схему РПрУ и производится на начальных этапах проектирования.

Аналоговый способ обработки сигналов в приёмнике хорошо разработан теоретически, имеет исторические традиции, практически не имеет частотного предела. Метод особенно удобен при несложных алгоритмах обработки сигнала.

Особенностью цифровой обработки сигнала являются:

— дискретизация сигнала во времени;

— квантование значений;

— преобразование дискретных выборок в числа (цифровой код).

Далее все операции обработки производятся над полученными в результате преобразования числами.

При цифровой обработке сигнала реализуется высокая точность вычислений, высокая стабильность характеристик за счёт отсутствия свойственных аналоговым цепям параметрических уходов, возможность запоминания. Цифровая аппаратура не требует настройки, элементная база более однородна. Цифровые интегральные схемы обладают высокой надёжностью и имеют высокий уровень интеграции.

Однако цифровым узлам присущи и недостатки:

— небольшое быстродействие;

— аппаратурная сложность и большее потребление.

Из сказанного следует, что цифровую обработку следует применять при сложных алгоритмах работы приёмника, необходимости адаптации, запоминания сигнала и высокой точности оценки параметров сигнала.

В настоящем учебном пособии рассматриваются только аналоговые способы приёма и обработки сигналов.

После выбора способа обработки сигнала составляют упрощенную структурную схему РПрУ, соответствующую приёму сигнала с фиксированными параметрами.

В настоящее время почти исключительно применяется супергетеродинная схема приёмника, позволяющая осуществлять основное усиление и фильтрацию на низкой промежуточной частоте. Для реализации переменной настройки в супергетеродине достаточно изменять только частоту гетеродина (при широкополосном УРЧ) или частоты гетеродина и настройки УРЧ.

Структурные схемы супергетеродинов различаются числом и направлением преобразований радиочастоты, наличием или отсутствием УРЧ.

При выборе схемы супергетеродина следует руководствоваться следующими соображениями.

Все супергетеродинные приемники состоят из трех основных частей: линейного тракта, демодулятора, устройств регулировок.

В случае переноса спектра сигнала ниже входной частоты (разностное преобразование) (рис.1.1) можно обойтись одним преобразованием частоты, что упрощает схему РПУ.

Рис.1.1. Структурная схема супергетеродинного приемника с одинарным преобразованием частоты: ВЦ — входная цепь; УРЧ – усилитель радиочастоты; См – смеситель; Г – гетеродин; УПЧ – усилитель промежуточной частоты; Д – детектор;

АПЧ — автоматическая подстройка частоты; АРУ – автоматическое регулирование усиления.

В этом случае легко также осуществить хорошую избирательность по соседнему каналу, использую традиционные средства селекции в тракте промежуточной частоты.

Однако из-за малой промежуточной частоты частота зеркального канала оказывается близко расположенной к частоте входного сигнала и её хорошее подавление реализовать в такой структуре трудно.

Поэтому в приёмниках СВЧ, построенных по этой схеме, для лучшего подавления частоты зеркального канала обычно применяется несколько (чаще два) преобразований вниз частоты входного сигнала (рис.1.2).

Рис.1.2. Структурная схема супергетеродинного приемника с двойным преобразованием частоты: ВЦ — входная цепь; УРЧ – усилитель радиочастоты;

См1, См2 – смесители; Г1, Г2 – гетеродины; УПЧ1, УПЧ2 – усилители промежуточной частоты;

Д – детектор; АПЧ — автоматическая подстройка частоты;

АРУ – автоматическое регулирование усиления.

Двойное преобразование частоты применяется как способ разрешения противоречия между требованиями подавления помехи по зеркальному каналу и высокой избирательности по соседнему каналу.

Первое условие предполагает выбор возможно более высокой первой промежуточной частоты, второе – возможно более низкой второй промежуточной частоты.

В случае переноса спектра сигнала выше входной частоты существенно улучшается подавление частоты зеркального канала, уменьшается число фокусов, побочных каналов.

Однако высокая промежуточная частота может усложнить реализацию большого коэффициента усиления усилителя промежуточной частоты (УПЧ). Поэтому в такой структуре имеется также одно или несколько преобразований частоты вниз.

При многократном преобразовании частоты улучшается подавление частоты зеркального канала, однако возрастает число других побочных каналов приёма. Поэтому на входе каждого нового преобразователя частоты должен стоять фильтр, обеспечивающий подавление образующихся в преобразователях частоты зеркальных каналов.

Усилитель радиочастоты (УРЧ) на входе приёмника не применяется, когда к чувствительности приёмника и избирательности по зеркальному каналу не предъявляются высокие требования, а также когда реализовать УРЧ из-за высокой частоты радиосигнала технически сложно.

Составление функциональной схемы РПрУ основывается на ТЗ, выбранной структурной схеме и элементной базе.

Под элементной базой приёмника понимают совокупность активных и пассивных элементов радиотехнических цепей, позволяющих реализовать РПрУ.

При выборе элементной базы следует учитывать:

— выбранную структурную схему приёмника;

— требования ТЗ;

— современный уровень развития радиоэлектроники.

При этом следует стремиться к ограничению её номенклатуры, так как это снижает стоимость РПрУ.

При составлении функциональной схемы РПУ уточняют элементы структурной схемы, раскрывают функциональные связи внутри них и между ними.

Структурные схемы систем управления

Динамические системы, в том числе автоматического управления (САУ), описывающиеся системой ОДУ (обыкн. диф.ур.). Исп-е преобразование Лапласа сводит задачу к решению системы линейных алгебраическиз уравнений. Понятие передаточной функции является одним из основных понятий теории автоматического управления. Передаточная функция показывает причинно-следственную связь между переменными в наглядной форме. В теории управления преобладает представление динамических систем в виде структурных схем. Структурная схема состоит из блоков направл. д-л каждому из блоков соотв-т опред. передаточная функция. На рисунке покажем структурную схему двигателя постоянного тока, управляемого по цепи возбуждения.

θ(s) – угол поворота, Vj – приложенное напряжение.

Для описания системы с неск-ми управляемыми перемен. исп-ся структурная схема с перекрестными связями.

Е сли в системе имеются 2 входные (R1 и R2) и выходные переменные y1 и y2.

Gij – передаточная функция от j-входа к i-му выходу.

Структурная схема, отражающая выше уравнение, представлена на рисунке:

В общем случае при наличии J входов и I выходов ур-е можно записать в следующей форме:

y=CR,

y, R – матрицы-столбцы, элементами являются I-выходных и J-входных переменных. G – матрица передаточной функции.

Матричное представление имеет особую ценность при анализе многомерных (многосвязных) систем управления. Пользуясь специальными правилами, структурную схему сложной системы можно упростить, сведя ее к конфигурации с меньшим числом блоков в исходной системе.

Если 2 блока соединены последовательно, то

П ри этом предполаг., что если выход перв. блока соед-н со входом второго, то влияние нагрузки на первый блок является незначит., им пренебрегают.

Рассмотрим след. вид схемы (схема с обратной связью)

С игнал на входе E(s)=R(s) ± H(s)*y(s). Вых. перем. y(s) связана с сигн. E(s) след. соотношением: y(s) = G(s) * E(s).

Подставим в это выражение верхнее

y(s)=G(s)[R(s)±H(s)y(s)], y(s)[1±G(s)H(s)]=G(s)*R(s)

Э то выражение называется передаточной функцией замкнутой системы. Сведение структурной схемы, представленной на рисунке к одному блоку является примером элементарных преобразований.

Т аблица элементарных преобразований для упрощения структурных схем

Н а рисунке изображена структурная схема многоконтурной системы управления.

Сигнал h2*y(s) подается на сумматор со знаком +, поэтому контур, образуемый блоками G3G4 и h2 называют контуром с положительной обратной связью. Упрощение этой структурной схемы основано на применении правил из таблицы. Главное правило – исключение изолированных контуров. Необходимо будет использовать 4 других правила для подготовки схемы к использованию правила 6. Сначала, чтобы узел через блок G4 по ходу движения сигнала (правило 4) получим схему, изображенную на следующем рисунке.

И сключив контур, мы получим схему:

И спользуя правило 6, получим

И окончательно получим

— передаточная функция многоконтурной замкнутой системы.

Обратим внимание на вид числителя и знаменателя этой передаточной функции. Числитель образован произведением передаточных функций блоков, находящихся в прямой цепи от входа R(s) к выходу y(s). Знаменатель =1 – сумма произведений передаточных функций блоков, образующих замкнутые контура G3G4h2 берется со знаком “ – “, т.к. этот контур с положительной обратной связью.

q(s) = 1 – (G3 G4 h2 – G2 G3 h3 – G1 G2 G3 G4 h4)=0 – характеристическое уравнение многоконтурной замкнутой системы.

Метод структурных схем широко распр. в теории и практике автоматического управления. Он дает наглядное графическое представление о взаимосвязи управляемых и входных переменных. Кроме того проектировщик легко может обнаружить необходимость введения в существующую структурную схему дополнительных блоков с целью улучшения системы.