הבנת הקשר בין העבריינים באמצעות בלוק דיגרמה

דיאגרמות בלוק הן כלי חזותי הכרחי המשמש את הנדסה, אלקטרוניקה, ארכיטקטורת תוכנה, עיצוב מערכות. הם מספקים תצוגה ברמה גבוהה של איך רכיבים אינטראקציה, מה שהופך אותו קל יותר להבין, לנתח, לתקשר מערכות מורכבות.אם אתה סטודנט ללמוד את היסודות של זרימת אות או מקצועי עיצוב מערכת בקרה רב-שלבית, חסמי שליטה הוא מיומנות בסיסית.

מה הם חוסמים דיאגרמות?

דיאגרמת בלוק היא ייצוג גרפי פשוט של מערכת המתמקדת במערכות היחסים התפקודיות בין החלקים העיקריים שלה.זה משתמש בלוקים מלבניים לייצג רכיבים, תת-מערכות, או תהליכים, וחץ (או קווים) כדי לציין את הכיוון של אות, נתונים, או זרימת אנרגיה.בניגוד דיאגרמות סכימטיות, אשר מראה כל חוט וחיבור בפירוט, חוסמות מורכבות פנימית מופשטת, רק את המבנה החיוני והאינטראקציות הראשוניות של שלב זה, הופך את העיצוב הפשטני לאנליזה מוקדמת, עיצובית.

דיאגרמות בלוק מקורן בתאוריה של שליטה והנדסה חשמלית, אך מאז התפשטו כמעט לכל שדה העוסק במערכות מקושרות.הם לעתים קרובות החפץ הראשון שנוצר בעת תכנון מוצר או מערכת חדשים, כי הם מסייעים לבעלי העניין להסכים על יחידות פונקציונליות גדולות לפני צלילה לפרטים ביישום.

המונחים: block Diagrams

כל דיאגרמת בלוק מורכבת ממספר אבני בניין בסיסיות.הבנת אלמנטים אלה חיונית לקריאה ויצירת דיאגרמות יעילות.

בלוקים

בלוקים הם היסוד החזותי העיקרי.כל בלוק בדרך כלל מייצג יחידה פונקציונלית אחת, כגון מסנן, מגבר, בקר משוב, מיקרו-מעבד, מסד נתונים, או אפילו מפעיל אנושי.בלוקים מובלים בדרך כלל עם השם או הפונקציה של המרכיב. בתרשיםים מורכבים יותר, בלוקים עשויים להכיל תת-diagrams פנימיים, אבל ברמה העליונה הם נשארים ⁇ .

חיבורים וחץ

קווים המחברים בלוקים מייצגים את זרימת המידע, הכוח או החומר.חץ מצביעים על כיוון: אות הנכנס לבלוק מהשמאל ומשאיר מימין הוא טיפוסי.בכמה דיאגרמות, במיוחד אלה עבור מערכות חשמל, קווים ללא חצים עשויים לשמש, אבל האמנה צריכה להיות עקבית. עובי הקו יכול לפעמים לציין את סוג האות (למשל, אנלוגי לעומת דיגיטלי) או את רמת הכוח.

פריטים ו-Outputs

מחשבים הם הנקודות שבהן אותות חיצוניים או כמויות נכנסים למערכת. Outputs הם המקום שבו המערכת מספקת את התוצאות שלה. בתרשים בלוק, קלטות מוצגות בדרך כלל כקווים נכנסים לדיאגרמה מהשמאל או העליון, בעוד פלטות יוצאים מן הימין או התחתון. חלק מהדיאגרמות כוללות קלט מרובים ופלט על בלוק בודד, במיוחד עבור מערכות עם ערוצי נתונים רבים.

« « « « « « « « « « «

מערכות רבות, במיוחד מערכות בקרה, משלבות נתיבי משוב.אלה מוצגים כקווים שמפוזרים חזרה מהפלט (או נקודת ביניים) לבלוק מוקדם יותר. לולאות משוב נמשכים לעתים קרובות עם סמלים ( ⁇ ) או צומת תת-קרקעי כדי לציין כיצד אות משוב משולב עם קלט.

נקודות מעמסה וקשת

צומת סוינגס משלב שני אותות או יותר לתוך אחד (או פיצול אות אחד לתוך עותקים מרובים) הם מיוצגים על ידי מעגלים קטנים או בלוקים עם סימנים פלוס /minus. פיסות הזרוע הם היכן אות יחיד נשלח ליעדים מרובים; הם מתוארים כמו dots או קו פשוט פיצולs.

כיצד לקרוא דימום

קריאת תרשים בלוק דורש גישה שיטתית.עקוב אחר השלבים האלה כדי לפרש אפילו דיאגרמות מורכבות:

(FLT:0) זיהוי המטרה הכוללת.FIRLT:1 לפני שעקב אחר נתיבים בודדים, קרא את הכותרת או ההקשר כדי להבין מה המערכת עושה (למשל, מערכת בקרת טמפרטורה, צינור עיבוד נתונים או אספקת חשמל).
(ב) ,0) גבולות מערכת המערכת (FLT:1Build) מצא את הקלט או המקור משמאל (או העליון) ואת הפלט הסופי מימין (או בתחתית) הכל בתוך התרבמה הוא המערכת תחת לימוד.
(ב) ⁇ :0) לאחר הזרם הראשי.FLT:1 התחל בקלט ועבר מבלוק לחסום כדי לחסום לאורך החצים. בכל בלוק, שימו לב לתווית כדי להבין את תפקודו.
(FLT:0)Examine משוב לולאות.FLT:1 אם קו חוזר מבלוק מאוחר יותר לבלוק מוקדם יותר, זה לולאה משוב. Determine אם זה חיובי (reinforcing) או שלילי (התמריץ) על ידי חיפוש אחר סמלים סיכום (a + או - סימן) בצומת.
(FLT:0note סניף מציין.FLT:1), שבו קו מתחלק לחץ מרובים, האות נשלחת למספר מערכות משנה בו זמנית.
(FLT:0)Check for חיצוני השפעות.FLT:1, כמה דיאגרמות כוללות קלטות הפרעות (למשל רעש, שינויים עומס) המוצגים כחץ נכנס לבלוק מלמעלה או התחתון.

תרגול לקרוא כמה דיאגרמות מדגם, כגון מעגל RC פשוט מייצג דיאגרמה בלוק (מתח אינפוט) התנגדות ל- capacitor תפוקה מתח), כדי לבנות ביטחון.

סוגים של בלוקים

דיאגרמות בלוק מגיעות במספר טעמים, כל אחד מתאים לשלב שונה של עיצוב או ניתוח.

בלוקים פונקציונליים

אלה מדגישים את מה שכל חלק עושה ולא איך הוא ייושם.לדוגמה, דיאגרמת בלוק פונקציונלי של טלפון חכם עשוי להראות בלוקים עבור "ממשק המשתמש", "Cellular Modem", "Application Processor", "זיכרון", ו"ניהול כוח" הם משמשים מוקדם בהגדרות ובאדריכלות המערכת.

אחריות לחסום דיאגרמות

בשימוש בהנדסת אמינות מערכת, דיאגרמות אלה מציגות רכיבים מסודרים בסדרה (כל אחד חייב לעבוד) או במקביל (כל אחד יכול לעבוד) כדי מודל ההסתברות להצלחה במערכת.כל בלוק יש ערך אמינות, ואת אמינות המערכת הכוללת ניתן לחשבו.

תגית: Signal Flow Diagrams

גרסה של דיאגרמת בלוק המשתמשת קווים מכוונים ונקודות לייצג נתיבי אות.בעוד שדומים, דיאגרמות זרימת האות לעתים קרובות שוללות את המבנה הפנימי של בלוקים להתמקד רק במערכות היחסים המתמטיות בין משתנים.הם משמשים במידה רבה בתיאוריה של שליטה ועיבוד אותות דיגיטליים.

נתונים Flow Diagrams

Common בהנדסה תוכנה, דיאגרמות אלה מראות כיצד נתונים נע בין תהליכים, חנויות נתונים, וגופים חיצוניים.הם סוג של דיאגרמה בלוק המותאם עבור מערכות מידע, באמצעות צורות שונות (מבנים לתהליכים, מלבנים עבור ישויות חיצוניות) אבל אותו עיקרון בלוק ושורה.

מערכת קידוד Diagrams

אלה הם דיאגרמות בלוק ברמה גבוהה המציגות את המערכת כולה כבלוק יחיד, עם ישויות חיצוניות (משתמשים, מערכות אחרות, סביבות) הקשורות אליה.הם מגדירים את גבול המערכת ולעתים קרובות הם הצעד הראשון באיסוף דרישות.

דוגמאות נפוצות בתעשיות

דיאגרמות בלוק מופיעות כמעט בכל משמעת טכנית. להלן דוגמאות קונקרטיות כדי להמחיש את הגמישות שלהם.

מערכות חשמל ואלקטרוניקה

מערכת אדמירל אודיו עשויה להיות מיוצגת על ידי בלוקים: "Microphone" , "Preamp" , "Equalizer" , "Power Amplifier" , "דבר" החץ מראה את נתיב אות השמע.זה עוזר למהנדסים לזהות במהירות היכן יש להתאים את הרווחים או היכן הרעש יכול להיות מוצג.דוגמה נוספת: תרשים אספקת חשמל המציג "מונים" Transr" , "Cect" cc" cc" cc" cc" .

מערכות בקרה

הדוגמה הקלאסית היא מערכת בקרה סגורה-loop: "הההקצאה" (Controller) "Plant" , "Output", עם מסלול משוב מ"Output" בחזרה ל"צומת קיץ" שבו הוא מאריך מההתייחסות.אגרמת זו היא הבסיס להבנת בקרים PID, בקרת מהירות המנוע, בקרת השייט ובקרת הרכב.

אדריכלות מחשב

תרשים בלוק של מחשב טיפוסי עשוי להראות "CPU" מחובר באמצעות "מערכת אוטובוס" ל"זיכרון", "בקר אינput/Output", ו"Storage" כל בלוק מייצג תת-מערכת גדולה. דיאגרמות מפורטות יותר לשבור את ה- CPU ל"יחידת דלק", "ALU", "ALU", ו"Cache" זה עוזר הן מעצבי חומרה והן מפתחי תוכנה להבין בקבוקי נתונים.

מערכות תוכנה

יישומים באינטרנט לעתים קרובות להשתמש דיאגרמות בלוק כדי להראות את האדריכלות התלת מימד: "שכבת קדם" (דפדפן אינטרנט), "שכבת שכפול" (server-side Logic), ו "שכבת נתונים" (Data Layer) קווים מצביעים על בקשות HTTP ושאילתות מסד נתונים.זה עוזר לצוותים להעביר פריסה ואסטרטגיות מדרג.

הנדסה מכנית ומעבד

דיאגרמות של תהליכים (PFDs) הן דיאגרמות בלוק בשימוש בהנדסה כימית כדי להראות ציוד גדול (reactors, עמודות זיקוק, חילופי חום) וזרימת חומרים ביניהם לעתים קרובות כוללים סמלים נוספים, מהות דיאגרמה בלוק נשאר.

היתרונות של שימוש ב-block Diagrams

אימוץ נרחב של דיאגרמות בלוק אינו מקרי; הם מציעים כמה יתרונות קונקרטיים:

(FLT:0)הגברה של המורכבות: FLT:1 על ידי הסתרת פרטים פנימיים, חסימת דיאגרמות להפחית עומס קוגניטיבי. Viewers יכול לתפוס את התמונה הגדולה לפני צלילה למפרט.
תקשורת:0 (Enhanced Communications: FLT:1eur מהנדסים, מנהלים ולקוחות מרקעים שונים יכולים לדון במערכת באמצעות אותה שפה חזותית.זה מקטין אי הבנות ומזרז קבלת החלטות.
(FLT:0) גילוי שגיאות מוקדם: FLT:1 ויזואליזציה של רכיב חיבורים לעתים קרובות מגלה קישורים חסרים, מסלולי משוב לא נכונים, או תת-מערכות תת-מערכתיות אדומות לפני שכל עבודה פיזית או קוד מתחילה.
(FLT:0) ביצוע והדרכה: FLT:1 ⁇ משמש תיעוד שניתן להתייחס אליו לפתרון בעיות, תחזוקה, ולוחם של חברי צוות חדשים.
(FLT:0System Analysis: VisFLT:1) טכניקות מתמטיות רבות, כגון העברת פונקציות ומודלים של המדינה, בנויות ישירות מ-block דיאגרמות. Siלהגדיל תרשים בלוק באמצעות כללי הפחתת (למשל, שילוב בלוקים בסדרה או מקבילה) הוא כלי סטנדרטי בתאוריה של שליטה.
(FLT:0)איכותיות: 1FLT) ניתן לצייר דיאגרמת בלוק בכל רמה של מופשטות - מבלוק יחיד המייצג מפעל שלם לעשרות בלוקים המפרטים טבלת קלפים אחת.

כיצד ליצור חוסם יעיל

הפחתת דיאגרמת בלוק ברורה ושימושית דורשת יותר מאשר רק תיבות של ציור וחץ.עקוב אחר שיטות הטובות ביותר:

Define the Scope First

להחליט מה תהיה הגרף לייצג.האם זו המערכת כולה, תת-מערכת, או מצב מבצעי מסוים? השתמש בכותרות ובנוטים כדי לציין מה נמצא ומה לאו דווקא בטווח.

שמור על בלוקים

השתמש באותו צורה, גודל ופונט עבור כל בלוקים של אותו סוג. ctangles הם סטנדרטי, אבל אתה יכול להשתמש פינות מעוגלות עבור רכיבי תוכנה או מעגלים עבור צומת. קונסולות למנוע בלבול.

שימוש ב- Clear Labels

לכל בלוק יש שם משמעותי המתאר את תפקודו, לא רק מספר חלק.לדוגמה, "מפקח PID" הוא טוב יותר מ"U1".

שמירה על לוגיקה

בלוקים מסודרים מימין או למעלה לתחתית על מנת זרימת האותות להימנע ממעבר קווים אם אפשר.אם מעבר הוא בלתי נמנע, השתמש גשרים קו או קשתות כדי לציין כי קווים חוצים ללא חיבור.

כולל פריטים ופריטים

ברור שסימון כל ממשקים חיצוניים. השתמש בחצים מצביע פנימה על קלטות וחיצוניות לפלטים.אם הדיאגרמה היא חלק ממערכת גדולה יותר, מצביע על כך שהאותות מקורן או מסתיים (למשל, "מבין הבקר הראשי" או "לפגוש").

נתיבי מפתח לא ברורים

עבור דיאגרמות מורכבות, להוסיף הערות קצרות או ערכים על השורות (למשל, "Voltage 12V", "דירוג נתונים 100 Mbps", "Torque 5 Nm") זה הופך את התרמילטטיבי יותר מבלי להוסיף קלואנטר. השתמש בפונט קטן שנשאר קריא.

השתמש בצבעים באופן מיוחד

צבע יכול להבדיל בין סוגים של זרמים (למשל, אדום עבור כוח, כחול עבור נתונים, ירוק עבור אותות שליטה) עם זאת, לא להסתמך רק על צבע כי דיאגרמות לעתים קרובות מודפסות בקנה מידה אפור.

טעויות נפוצות להימנע

אפילו מהנדסים מנוסים יכולים ליפול למלכודת בעת יצירת או לפרש דיאגרמות בלוקים.כאן הם המלכודות השכיחות ביותר:

(FLT:0) תוך שימת הגרף: FLT:1 מנסה לכלול יותר מדי פרטים תבוסת המטרה.אם בלוק זקוק למעגל פנימי כדי להיות מובן, ליצור תת-דיגרמה נפרדת ולא לדחוס הכל להשקפה אחת.
(FLT:0 כיוונים חצים קשים:FLT:1 Missing arrowheads או קווים דו-צדדיים ללא הסבר לבלבול.כל קו חייב להיות כיוון ברור או פתק המסביר את עקיצות (למשל, "אוטובוס נתונים עקיף").
(ב) [15] שימוש בדימויים שונים, חסימות או סגנונות קו ללא אגדה.
(ב) ⁇ :0) אבחון של לולאות משוב: FLT:1שכח לכלול מסלולי משוב, או לצייר אותם באופן המערפל את הזרם הראשי. Place משוב לולאות מתחת או מעל הזרם הראשי, מופרד בבירור.
(FLT:0) ללא שליטה בגירסאות: 1FLT) תרשים בלוק לעתים קרובות מתפתח.ללא תאריכים ומספרי תיקונים, חברי הצוות עשויים להסתמך על גרסה מיושנת.תמיד כוללים תאריך או מספר.
(FLT:0) לא אימות עם בעלי העניין: FLT:1 תרשים בלוק שנראה נכון למחבר אבל הוא מפרש על ידי אחרים הוא חסר תועלת.עיין בתרשים עם אנשים ישתמשו בו - טכנולוגיות תחזוקה, מפתחי תוכנה או מנהלי פרויקטים - כדי לאמת בהירות.

חסימת הפחתה וניתוח

עבור מהנדסים העובדים עם מערכות בקרה או עיבוד אותות, היכולת להפחית דיאגרמה בלוק לתפקוד העברה יחיד הוא מיומנות קריטית.תהליך כרוך מניפולציה אלגברהית של בלוקים: שילוב בלוקים בסדרה (תפקודי העברת יתר), במקביל (ד), ופתרון לולאות משוב (G/AB) בעוד מדריך מלא הוא מעבר להיקף של מאמר זה, הבנה כי דיאגרמות לא רק תמונות סטטיות, אלא כלי עזר, כגון: Simiolink רבים.

מסקנה

(הבנה של רכיבי מערכת באמצעות דיאגרמות בלוקים היא יסוד לתכנון המערכת וניתוח על פני תחומים רבים.ממערכת השמע הפשוטה ביותר ל-Avionics המורכב ביותר, דיאגרמות מספקות שפה אוניברסלית לתיאור פונקציונליות, מבנה וזרימה.על ידי שליטה כיצד לקרוא וליצור דיאגרמות אלה, אנשי מקצוע יכולים להאיץ מחזורי עיצוב, לשפר את התקשורת הבין-תחומית, ולצמצם שגיאות השקעה יקרות.