系统功能分析(TRIZ).ppt

系统功能分析,主讲人,回顾,TRIZ中的创新思维方法资源分析九屏幕法技术矛盾与创新原理物理矛盾与分离原理S曲线与技术系统进化法则,TRIZ理论体系,TRIZ解题模式,TRIZ解题流程及创新工具,分析问题(A)（1阶段）,因果分析系统功能分析资源分析S曲线分析多屏幕分析,定义问题(D)（2阶段）,理想化/最终理想解技术矛盾物理矛盾物场模型功能化模型,解决问题(S)（3阶段）,40创新原理4大分离原理76个标准解系统科学效应库ARIZ（发明问题解决算法）技术系统进化趋势系统裁剪设计,评估方案(V)（4阶段）,PUGH矩阵专利引用分析,TRIZ四类问题模型,主要内容,一、系统功能分析的意义二、功能定义三、功能分析四、系统裁剪,“功能”概念的提出,19世纪40年代，美国通用电气的工程师迈尔斯首先提出功能的概念，并把它作为工程研究的核心问题，他认为，顾客买的不是产品本身，而是产品的功能。,功能是产品存在的目的，可能涉及产品的多个方面。在设计科学的研究过程中，人们逐渐认识到产品设计往往中工作原理构思的关键，是满足产品的功能要求。,“功能”概念的提出,现代产品设计,系统功能分析,系统功能分析的意义,工具,对象,工程问题,功能,最终理想解,40个创新原理,CAI,效应知识库,标准解,ARIZ,进化模式,解决问题是系统进化的动力,资源,利用免费的资源，闲置的资源,技术系统的功能分析是正确定义问题的前提,系统功能分析是技术系统抽象的“功能”角度来分析系统，分析系统执行或完成其功能的状态。,系统功能分析的定义,用户需求的是产品的功能，功能是产品的本质，而产品的具体内容只是功能的实现形式。,功能分析应用范围,开发新技术系统时，首先需确定系统完成或实现的主要功能，然后将主要功能分解为子功能，即功能分解。改进已有技术系统时，是理清技术系统的主要功能以及其辅助功能，以便理解系统，找出系统的问题所在。,系统分析应用范围,工程问题,2,已有系统的改进,功能（组件）分析,功能分析,功能评价,功能替代,功能优化,组件价值评价,系统裁剪法,1,新系统的设计,1.功能定义,2.功能分类,3.功能整理,2.关系矩阵,3.功能模型,1.组件模型,功能元,系统改进方案,系统功能分析的作用,1.明确发明对象的功能功能分析的最主要目的就是要搞清发明事物所应具有的全部功能。例如电冰箱，它应具备的两项基本功能是保鲜和制冷。2.为创造方案提供依据有了明确的各级功能目标，可以为方案的创造或发明设想指明具体的方向。发明者必须具有“方法是为目标服务”的清醒认识。3.充分掌握各项功能之间的相互关系功能分析的另一个重要作用就是要充分明确和掌握发明对象中内含的各项功能之间的逻辑关系，功能之间的相互影响。4.扩大方案创造的设计思路以功能分析为核心进行方案的设计，能够有效地拓宽思路，构思出价值更高、效果更好的方案来。不以结构要素为思考点，而是从事物所应具有的功能为思考点。,主要内容,一、系统功能分析的意义二、功能定义三、功能分析四、系统裁剪,功能（Function）是使产品能够工作或使其能够被出售的特性。,功能定义,功能,功能,调节温度,采光通风,就是指对分析对象及其组成部分所应具有的各种功能，用简明、准确的语言进行描述。,功能描述,录音笔,灯泡,录放声音,提供光源,功能=工作+对象（V+O）例如：电线的功能=传输电流,功能描述的原则,房子的功能=保持温度,功能受体至少要有一个参数受到影响，发生改变。例如：传输电流意味着电流位置的改变。,功能描述的原则,保持温度意味着温度高低的保持。,禁止使用“不”替代否定动词。例如：不能说“陶瓷不能传导电流”，而要说“陶瓷阻碍电流”；不能说“河堤缺口不能阻止河水”，而要说“河堤缺口引导河水”。功能受体必须是组件，不能是组件参数，并且需要针对特定条件下的具体技术系统进行功能陈述。,功能描述的原则,尽量用抽象的词语表达，避免使用专业术语。,功能描述的表达尽量抽象,价值在于通过多个定义的方法产生更多和更灵活的想法。,功能描述的表达尽量抽象,具体,为什么？,抽象,变位通道,升降通道,攀登通道,怎么办？,练习给阶梯的功能下定义,练习铁锤的功能,功能定义练习,锤子的功能是钉钉子锤子的功能最好定义是传递力量,功能定义练习,功能的图形化描述常用箭头和矩形框来表示（动宾结构），其中箭头代表动词（动作），矩形框代表名词（组件）。,功能的图形化描述方式,功能分析的图示主要是将组件与其功能分离，分别进行考虑。,功能分析的图示作用,根据功能级别,功能的分类,主要功能反映系统的主要有用功能（系统功能）系统创建或设计的目的和目标功能载体是技术系统本身基本功能保证完成主要功能的组件功能技术系统组件的功能级别最高为基本功能功能载体是与系统作用对象直接作用的系统组件辅助功能保证完成基本功能的组件功能功能载体是系统或超系统中的组件,功能级别图示,功能的分类,根据与主要功能的关系（1）充分功能1.有用功能（2）不足功能（3）过度的功能功能2.有害功能3.中性的功能,功能的分类,主要内容,一、系统功能分析的意义二、功能定义三、功能分析1.新技术系统与FAST图2.组件功能分析四、系统裁剪,功能分析应用范围,开发新技术系统时，首先需确定系统完成或实现的主要功能，然后将主要功能分解为子功能，即功能分解。改进已有技术系统时，是理清技术系统的主要功能以及其辅助功能，以便理解系统，找出系统的问题所在。,新系统的设计,顾客需求,功能描述,功能分析,1.功能定义,2.功能分类,3.功能整理,功能元,技术问题,1.组件模型,2.关系矩阵,3.功能模型,组件价值评价,功能评价功能替代,样机,组件功能分析,详细设计,系统裁剪法,系统改进方案,验证,开发新技术系统时，首先需确定系统完成或实现的主要功能，然后将主要功能分解为子功能，即功能分解。,新技术系统的开发,可以采用功能分析系统技术（FunctionAnalysisSystemTechnique，简称FAST）图解法，即利用功能上下位之间的关系和并列关系进行功能整理。,主要按照“目的-手段”的逻辑关系进行。,FAST图解法,把各个构成要素的功能相互连接起来，绘制功能系统图，从局部功能和整体功能的相互关系上分析研究问题，以便掌握必要功能，发现并消除不必要功能，明确功能改善区域。,目的：“为什么”，从右向左来进行研究。手段：“怎么办”，从左向右来进行研究。,上下位功能关系，即目的与手段之间的关系。,上下位功能关系,例如洗衣机,练习幻灯机,第一层级的功能，都是“目的界线”功能的手段功能。第二层级的功能，都是第一层级功能的手段功能某一手段功能，其子系统中的每一个功能都不与其外任何功能发生关系，则称该功能及其子系统中的所有功能构成一个功能域。,功能层级及功能域,FAST图解法的基本结构,FAST图练习,练习画出打火机的FAST图。,功能系统检查,对功能系统进行检查，是为了更进一步了解和掌握其完整性和正确性，以便找出不当之处，予以修改和完善。,（1）是否区分了基本功能与辅助功能？（2）是否明确了各项功能的具体目的？（3）各项功能实现的手段都找到了吗？（4）是否有遗漏的功能？（5）是否有不必要的功能？（6）是否明确了各个功能领域的具体作用？（7）是否有不确切的功能？,主要内容,一、系统功能分析的意义二、功能定义三、功能分析1.新技术系统与FAST图2.组件功能分析四、系统裁剪,组件是技术系统的组成部分。具体包含：1.组件执行一定的功能；2.组件可以等同为系统的子系统。,组件概念,年轻的工程师总是关注系统中的组件。,有丰富经验的工程师关注系统中的功能。,组件功能分析的作用,通过分析当前系统的组件（和功能）之间的作用关系和与超系统之间的作用关系，确定技术上的矛盾和功能上的限制。优化技术系统功能并减少实现功能的消耗，使技术系统以很小的代价获得更大的价值，进行系统裁剪，从而提高系统的理想度。,功能分析的步骤,系统功能分析可以分以下三步进行：建立组件模型，描述系统组成及各组件的层次。建立结构模型，描述组件之间的相互作用关系。建立功能模型，用规范化的功能描述，揭示整个技术系统所有组件之间的相互作用关系以及如何实现系统功能。,步骤一建立组件模型,描述技术系统的组成和各系统组件的层次。回答了技术系统是由哪些组件组成的。包括系统作用对象、技术系统组件、子系统组件，以及和系统组件发生相互作用的超系统组件。建议将技术系统至少分为两个组件级别(系统级别和子系统级别)。,建立组件模型的原则,在特定的条件下分析具体的技术系统。根据技术系统组件的层次建立组件模型。根据层次等级建立初始的组件模型，然后进一步分析完善组件模型。组件模型包含了超系统的某些组件，该组件需与系统组件有相互作用关系。技术系统生命周期的不同阶段具有不同的超系统。针对技术系统的各个生命周期阶段，可建立独立的不同的组件模型。,技术系统,超系统,超系统：为可影响整个分析系统的要素，但设计者不能针对该类要素改进。具有以下特点：超系统不能删除或重新设计。超系统可能使工程系统出现问题。超系统可以作为工程系统的资源，也可以作为解决问题的工具。超系统应该对系统有影响时才列入。,典型的超系统组件,生产阶段设备、原料、生产场地等等。使用阶段功能对象（产品）、消费者、能量源、与对象相互作用的其它系统。储存和运输阶段交通手段、包装、仓库、储存手段等等。与技术系统作用的外界环境空气、水、灰尘、热场、重力场等等。,组件模型的模板,实例系统组件层级分析,实例近视眼镜,实例系统组件层级分析,符号,系统组件：矩形框超系统组件：六菱形系统作用对象：圆角矩形,实例建立组件模型,组件模型,折射光线,鼻子,耳朵,眼睛,光线,镜片,镜框,金属杆,塑料套,鱼骨图,鱼骨图是一个非定量的工具，它可以帮助我们找出引起问题(最终问题陈述所描述的问题)潜在的根本原因,鱼骨图案例,反向鱼骨图,对于机械产品，装配与拆卸是相反的操作。鱼骨图（Fishbonediagram）是描述产品装配顺序的一种图形工具，已成功的用于面向装配的设计。反向鱼骨图（Reservefishbonediagram）是鱼骨图的反向应用，是一种产品设计过程中规划其零部件重用、回收时拆卸顺序的工具。,咖啡壶,玻璃瓶,加热组件,金属部件,橡胶件/塑料件,咖啡壶,咖啡壶,残渣,咖啡壶反向鱼骨图,反向鱼骨图,反向鱼骨图过程中部件之间的两种关系：部件顺序相关与顺序无关。部件的顺序相关是指拆卸的过程是按照先后顺序进行的，前面的部件未拆时，后面的部件不能拆。部件的顺序无关是指拆卸部件的过程中，部件之间无先后顺序，可同时拆卸。,反向鱼骨图中的部件顺序相关、顺序无关,顺序相关,顺序无关,反向鱼骨图,拆卸过程如下：选定现有产品按自然顺序拆卸该产品的原始模块在脊骨的右侧按拆卸顺序标注各原始模块在脊骨的左侧按被拆卸的原始模块顺序标注各功能元件如果一原始模块为一功能元件，将其标注在脊骨的左侧如果一原始模块可分解为几个功能元件，将其分别标注在脊骨左侧同一层面上,反向鱼骨图,产品,原始模块,功能元,模块1,模块2,模块3,模块4,元件2.1,元件4.1,元件1.2,元件1.1,元件3.3,元件3.2,元件3.1,反向鱼骨图案例,练习1,练习可乐瓶,练习2,练习签字笔,步骤二建立结构模型,结构模型是基于组件的模型。描述组件模型中各组件之间的相互作用关系。,分析、描述系统间的相互作用：指出某时间某空间内组件间的相互作用；组件相互作用时产生哪些有用作用？组件相互作用时产生哪些有害作用？,结构模型模板结构矩阵,结构模型模板结构表,结构模型模板说明,实例分析组件关系,实例：眼镜与鼻子和耳朵的关系是物质关系，双向的；眼镜与眼睛的关系是场关系，单向的。,组件模型,折射光线,技术系统,主要功能：,实例结构模型,练习,练习可乐瓶,练习签字笔,步骤三建立功能模型,功能模型是基于关系矩阵。采用规范化的功能描述方式表述组件对之间的相互作用关系。将各组件间的所有功能关系全部展示，形成系统功能模型图。,功能的类型,箭头表示方向直线表示充分（或用黑色）虚线表示不足（或用绿色）+号线表示过度（或用蓝色）波浪线表示有害（或用红色）,建立组件模型的原则,1.针对特定条件下的具体技术系统进行功能陈述。2.只有在作用中才能体现功能，所以在功能描述中必须有动词反映该功能。不能采用不体现作用的动词，也不能采用否定动词。3.功能存在的条件是作用改变了功能受体的参数。4.功能陈述包括作用与功能受体，体现作用的动词能表明功能载体要做什么，功能受体是物质，不能是参数。5.在陈述功能时可以增添补充部分，指明功能的作用区域、作用时间、作用方向等。,功能陈述结构,移动货物在路上,留下痕迹在纸上,功能模型模板,功能陈述实例：绞肉机,功能模型实例：绞肉机,功能模型实例：绞肉机,功能陈述实例：近视眼镜,构建功能模型实例：近视眼镜,系统组件：矩形框超系统组件：六菱形系统作用对象：圆角矩形,练习,练习可乐瓶,练习签字笔,功能陈述实例：可口可乐,功能模型实例：可口可乐,主要内容,一、系统功能分析的意义二、功能定义三、功能分析1.新技术系统与FAST图2.组件功能分析四、系统裁剪,裁剪：当找到系统中价值最低的组件时，将该组件直接裁剪掉，同时把它有用的功能提取出来，让系统中存在的其他部分去完成这个功能。既消除了该部分产生的有害功能，又降低了成本，同时所执行的有用功能依旧存在。,系统裁剪法,精减组件数量，降低系统的组件成本优化功能结构，合理布局系统架构体现功能价值，提高系统实现功能的效率消除过度、有害、重复功能，提高系统理想化程度,裁剪的目的,在对系统组件进行裁剪之前，必须考虑五个问题：1.我们需要这个组件所提供的功能吗？2.在系统内部或系统周边，有没有其他组件可以实现该功能？3.现有的资源能不能实现该功能？4.能不能用更便宜的方法来实现该功能？5.相对于其他组件而言，该组件与其他组件是不是存在必要的装配或运动关系？,裁剪前思考,裁剪法的原则,1.如果分析该系统的专家有足够的经验，可以通过对具体问题的具体分析选择出需要裁减掉的组件。2.提供辅助功能组件的价值小于提供基本功能组件的价值，可以优先考虑被裁剪掉。3.如果希望降低技术系统的成本，可以考虑裁剪系统中成本最高的组件；如果是希望降低系统的复杂度，则可以考虑裁剪系统中复杂度最高的组件。,裁剪法的实施策略一,找到希望裁剪的组件A后，在裁剪实施时可采取下列策略依顺序进行判断，找到适合该系统的裁剪方式和方法。1.若组件B不存在了，组件B也就不需要组件A的作用，那么组件A就可以被裁剪掉。,如果组件B是该系统的系统作用对象，那么此条不适用，进入第二条实施策略。,裁剪法的实施策略二,2.若组件B能自我完成组件A的功能，那么组件A可以被裁减掉，其功能由组件B自行完成。,如果不存在策略二的条件，可采用策略三。,裁剪法的实施策略三,3.若该技术系统或超系统中其他的组件可以完成组件A的功能，那么组件A可以被裁减掉，其功能由其他组件C完成。,如果不存在策略三的条件，可采用策略四。,裁剪法的实施策略四,4.若技术系统的新添组件可以完成组件A的功能，那么组件A可以被裁减掉，其功能由新添组件C完成。,裁减方式的优先级为：1234，可以选择多种裁剪方式得到不同的解决方案。,裁剪法实例：近视眼镜（一）,根据裁剪法实施的指导原则，系统中提供最低价值辅助功能的组件是镜腿，因此从镜腿开始裁剪。,裁剪法实例：近视眼镜（一）,镜腿的功能为支撑镜框。根据裁剪法的实施策略，逐一寻求裁剪镜腿的解决方案。,（1）实施策略一：没有镜框（因此镜框不需要支撑作用）。,（2）实施策略二：镜框自我完成支撑作用。,（3）实施策略三：技术系统中其他组件完成支撑镜框作用（如镜片）；超系统组件完成支撑镜框作用（如手、鼻子、眼睛等）。,裁剪法实例：近视眼镜（一）,选择实施策略三，用超系统组件中的鼻子或手，来完成支撑镜框的作用。,裁剪法实例：近视眼镜（一）,很早的时候就存在这种无腿近视眼镜，使用时用鼻子或手来进行支撑。,裁剪法实例：近视眼镜（二）,继续裁剪，眼镜系统中剩余的组件中，镜框和镜片相比，镜框的功能是辅助的，相对价值较低，故裁减镜框。,裁剪法实例：近视眼镜（二）,镜框的功能为支撑镜片。根据裁剪法的实施策略，逐一寻求裁剪镜腿的解决方案。,（1）实施策略一：没有镜片（因此镜片不需要支撑作用）。,（2）实施策略二：镜片自我完成支撑作用。,（3）实施策略三：技术系统中其他组件完成支撑镜片作用（无）；超系统组件完成支撑镜片作用（如手、鼻子、眼睛等）。,裁剪法实例：近视眼镜（二）,选择实施策略三，用超系统组件中的眼睛，来完成支撑镜片的作用。,裁剪法实例：近视眼镜（二）,很容易想到，这种眼镜就是隐形眼镜。,裁剪法实例：近视眼镜（三）,再继续裁剪，系统中还剩下一个组件，即镜片，那么镜片可以被裁剪掉吗？,裁剪法实例：近视眼镜（三）,镜片的功能为改变光线的方向，使其进入眼镜。根据裁剪法的实施策略，逐一寻求裁剪镜腿的解决方案。,（1）实施策略一：没有光线（光线为系统作用对象，因此实施策略一不可用）。,（2）实施策略二：光线自我完成改变其方向的作用。,（3）实施策略三：技术系统中其他组件完成改变光线方向的作用（无）；超系统组件完成改变光线方向的作用（如眼睛）。,裁剪法实例：近视眼镜（三）,选择实施策略三，用超系统组件中的眼睛，来完成改变光线方向的作用。,裁剪法实例：近视眼镜（三）,整个眼镜系统已被裁剪，眼镜不存在了。通过眼睛自身来改变光线的方向，完成调整视力的功能。这就是现在的医疗技术-近视眼手术。,练习,练习可乐瓶,练习签字笔,小结,用户需求的是产品的功能，功能是产品的本质，而产品的具体内容只是功能的实现形式。采用对产品进行功能分析的方法，可以把对产品具体结构的思考转化为对产品功能的思考，从而可以排开产品形式结构对思维的束缚，开拓思路搜寻一切能满足产品功能要求的工作原理。功能分析是实现功能创新的重要方法，也是实现产品创新的核心技术。,小结,由功能寻找方案建立系统功能分析形成Fast,由组件分析功能完善系统组件分析建立功能模型,功能分析FunctionAnalysis,功能与组件的结合,系统功能分析有两方面的应用：一是开发新系统；二是改进已经有的技术系统。开发新系统进行功能分析运用的是FAST图解法；而进行已有系统的改进，则采用组件分析+裁剪的方式。,小结,系统功能分析可以分以下三步进行：建立组件模型建立结构模型建立功能模型,小结,功能结构Fast建立功能图，映射到具体结构,组件功能组件分析结构分析功能分析,功能组件Fast寻找功能方案、映射到结构、组件分析,工程问题,小结,让创新掌握在您的手中！,