系統(tǒng)功能分析(TRIZ).ppt

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系統(tǒng)功能分析,主講人,回顧,TRIZ中的創(chuàng)新思維方法資源分析九屏幕法技術矛盾與創(chuàng)新原理物理矛盾與分離原理S曲線與技術系統(tǒng)進化法則,TRIZ理論體系,,TRIZ解題模式,TRIZ解題流程及創(chuàng)新工具,分析問題(A)（1階段）,因果分析系統(tǒng)功能分析資源分析S曲線分析多屏幕分析,定義問題(D)（2階段）,理想化/最終理想解技術矛盾物理矛盾物場模型功能化模型,解決問題(S)（3階段）,40創(chuàng)新原理4大分離原理76個標準解系統(tǒng)科學效應庫ARIZ（發(fā)明問題解決算法）技術系統(tǒng)進化趨勢系統(tǒng)裁剪設計,評估方案(V)（4階段）,PUGH矩陣專利引用分析,TRIZ四類問題模型,主要內容,一、系統(tǒng)功能分析的意義二、功能定義三、功能分析四、系統(tǒng)裁剪,“功能”概念的提出,19世紀40年代，美國通用電氣的工程師邁爾斯首先提出功能的概念，并把它作為工程研究的核心問題，他認為，顧客買的不是產品本身，而是產品的功能。,功能是產品存在的目的，可能涉及產品的多個方面。在設計科學的研究過程中，人們逐漸認識到產品設計往往中工作原理構思的關鍵，是滿足產品的功能要求。,“功能”概念的提出,現代產品設計,,系統(tǒng)功能分析,系統(tǒng)功能分析的意義,,,工具,對象,,,工程問題,功能,最終理想解,40個創(chuàng)新原理,,,CAI,效應知識庫,標準解,ARIZ,,,,,,,,,,,,,進化模式,解決問題是系統(tǒng)進化的動力,資源,,利用免費的資源，閑置的資源,,技術系統(tǒng)的功能分析是正確定義問題的前提,系統(tǒng)功能分析是技術系統(tǒng)抽象的“功能”角度來分析系統(tǒng)，分析系統(tǒng)執(zhí)行或完成其功能的狀態(tài)。,系統(tǒng)功能分析的定義,用戶需求的是產品的功能，功能是產品的本質，而產品的具體內容只是功能的實現形式。,功能分析應用范圍,開發(fā)新技術系統(tǒng)時，首先需確定系統(tǒng)完成或實現的主要功能，然后將主要功能分解為子功能，即功能分解。改進已有技術系統(tǒng)時，是理清技術系統(tǒng)的主要功能以及其輔助功能，以便理解系統(tǒng)，找出系統(tǒng)的問題所在。,系統(tǒng)分析應用范圍,工程問題,2,已有系統(tǒng)的改進,,功能（組件）分析,功能分析,,,功能評價,功能替代,功能優(yōu)化,組件價值評價,系統(tǒng)裁剪法,1,新系統(tǒng)的設計,1.功能定義,2.功能分類,3.功能整理,2.關系矩陣,3.功能模型,1.組件模型,功能元,系統(tǒng)改進方案,系統(tǒng)功能分析的作用,1.明確發(fā)明對象的功能◆功能分析的最主要目的就是要搞清發(fā)明事物所應具有的全部功能。例如電冰箱，它應具備的兩項基本功能是保鮮和制冷。2.為創(chuàng)造方案提供依據◆有了明確的各級功能目標，可以為方案的創(chuàng)造或發(fā)明設想指明具體的方向。◆發(fā)明者必須具有“方法是為目標服務”的清醒認識。3.充分掌握各項功能之間的相互關系◆功能分析的另一個重要作用就是要充分明確和掌握發(fā)明對象中內含的各項功能之間的邏輯關系，功能之間的相互影響。4.擴大方案創(chuàng)造的設計思路◆以功能分析為核心進行方案的設計，能夠有效地拓寬思路，構思出價值更高、效果更好的方案來?！舨灰越Y構要素為思考點，而是從事物所應具有的功能為思考點。,主要內容,一、系統(tǒng)功能分析的意義二、功能定義三、功能分析四、系統(tǒng)裁剪,功能（Function）是使產品能夠工作或使其能夠被出售的特性。,功能定義,功能,功能,,,調節(jié)溫度,采光通風,就是指對分析對象及其組成部分所應具有的各種功能，用簡明、準確的語言進行描述。,功能描述,錄音筆,燈泡,錄放聲音,,,提供光源,功能=工作+對象（V+O）例如：電線的功能=傳輸電流,功能描述的原則,房子的功能=保持溫度,功能受體至少要有一個參數受到影響，發(fā)生改變。例如：傳輸電流意味著電流位置的改變。,功能描述的原則,保持溫度意味著溫度高低的保持。,禁止使用“不”替代否定動詞。例如：不能說“陶瓷不能傳導電流”，而要說“陶瓷阻礙電流”；不能說“河堤缺口不能阻止河水”，而要說“河堤缺口引導河水”。功能受體必須是組件，不能是組件參數，并且需要針對特定條件下的具體技術系統(tǒng)進行功能陳述。,功能描述的原則,盡量用抽象的詞語表達，避免使用專業(yè)術語。,功能描述的表達盡量抽象,價值在于通過多個定義的方法產生更多和更靈活的想法。,功能描述的表達盡量抽象,具體,為什么？,抽象,變位通道,升降通道,攀登通道,怎么辦？,『練習』給階梯的功能下定義,,……,……,『練習』鐵錘的功能,功能定義練習,錘子的功能是釘釘子錘子的功能最好定義是傳遞力量,功能定義練習,功能的圖形化描述常用箭頭和矩形框來表示（動賓結構），其中箭頭代表動詞（動作），矩形框代表名詞（組件）。,功能的圖形化描述方式,功能分析的圖示主要是將組件與其功能分離，分別進行考慮。,功能分析的圖示作用,根據功能級別,功能的分類,主要功能反映系統(tǒng)的主要有用功能（系統(tǒng)功能）系統(tǒng)創(chuàng)建或設計的目的和目標功能載體是技術系統(tǒng)本身基本功能保證完成主要功能的組件功能技術系統(tǒng)組件的功能級別最高為基本功能功能載體是與系統(tǒng)作用對象直接作用的系統(tǒng)組件輔助功能保證完成基本功能的組件功能功能載體是系統(tǒng)或超系統(tǒng)中的組件,功能級別圖示,功能的分類,根據與主要功能的關系（1）充分功能1.有用功能（2）不足功能（3）過度的功能功能2.有害功能3.中性的功能,功能的分類,,,主要內容,一、系統(tǒng)功能分析的意義二、功能定義三、功能分析1.新技術系統(tǒng)與FAST圖2.組件功能分析四、系統(tǒng)裁剪,功能分析應用范圍,開發(fā)新技術系統(tǒng)時，首先需確定系統(tǒng)完成或實現的主要功能，然后將主要功能分解為子功能，即功能分解。改進已有技術系統(tǒng)時，是理清技術系統(tǒng)的主要功能以及其輔助功能，以便理解系統(tǒng)，找出系統(tǒng)的問題所在。,新系統(tǒng)的設計,顧客需求,功能描述,功能分析,1.功能定義,2.功能分類,3.功能整理,功能元,技術問題,1.組件模型,2.關系矩陣,3.功能模型,組件價值評價,功能評價功能替代,,,,,樣機,組件功能分析,詳細設計,系統(tǒng)裁剪法,系統(tǒng)改進方案,,驗證,,開發(fā)新技術系統(tǒng)時，首先需確定系統(tǒng)完成或實現的主要功能，然后將主要功能分解為子功能，即功能分解。,新技術系統(tǒng)的開發(fā),可以采用功能分析系統(tǒng)技術（FunctionAnalysisSystemTechnique，簡稱FAST）圖解法，即利用功能上下位之間的關系和并列關系進行功能整理。,主要按照“目的-手段”的邏輯關系進行。,FAST圖解法,把各個構成要素的功能相互連接起來，繪制功能系統(tǒng)圖，從局部功能和整體功能的相互關系上分析研究問題，以便掌握必要功能，發(fā)現并消除不必要功能，明確功能改善區(qū)域。,目的：“為什么”，從右向左來進行研究。手段：“怎么辦”，從左向右來進行研究。,上下位功能關系，即目的與手段之間的關系。,上下位功能關系,『例如』洗衣機,『練習』幻燈機,第一層級的功能，都是“目的界線”功能的手段功能。第二層級的功能，都是第一層級功能的手段功能……某一手段功能，其子系統(tǒng)中的每一個功能都不與其外任何功能發(fā)生關系，則稱該功能及其子系統(tǒng)中的所有功能構成一個功能域。,功能層級及功能域,FAST圖解法的基本結構,FAST圖練習,『練習』畫出打火機的FAST圖。,功能系統(tǒng)檢查,對功能系統(tǒng)進行檢查，是為了更進一步了解和掌握其完整性和正確性，以便找出不當之處，予以修改和完善。,（1）是否區(qū)分了基本功能與輔助功能？（2）是否明確了各項功能的具體目的？（3）各項功能實現的手段都找到了嗎？（4）是否有遺漏的功能？（5）是否有不必要的功能？（6）是否明確了各個功能領域的具體作用？（7）是否有不確切的功能？,主要內容,一、系統(tǒng)功能分析的意義二、功能定義三、功能分析1.新技術系統(tǒng)與FAST圖2.組件功能分析四、系統(tǒng)裁剪,組件是技術系統(tǒng)的組成部分。具體包含：1.組件執(zhí)行一定的功能；2.組件可以等同為系統(tǒng)的子系統(tǒng)。,組件概念,年輕的工程師總是關注系統(tǒng)中的組件。,,有豐富經驗的工程師關注系統(tǒng)中的功能。,組件功能分析的作用,通過分析當前系統(tǒng)的組件（和功能）之間的作用關系和與超系統(tǒng)之間的作用關系，確定技術上的矛盾和功能上的限制。優(yōu)化技術系統(tǒng)功能并減少實現功能的消耗，使技術系統(tǒng)以很小的代價獲得更大的價值，進行系統(tǒng)裁剪，從而提高系統(tǒng)的理想度。,功能分析的步驟,系統(tǒng)功能分析可以分以下三步進行：建立組件模型，描述系統(tǒng)組成及各組件的層次。建立結構模型，描述組件之間的相互作用關系。建立功能模型，用規(guī)范化的功能描述，揭示整個技術系統(tǒng)所有組件之間的相互作用關系以及如何實現系統(tǒng)功能。,步驟一建立組件模型,描述技術系統(tǒng)的組成和各系統(tǒng)組件的層次?；卮鹆思夹g系統(tǒng)是由哪些組件組成的。包括系統(tǒng)作用對象、技術系統(tǒng)組件、子系統(tǒng)組件，以及和系統(tǒng)組件發(fā)生相互作用的超系統(tǒng)組件。建議將技術系統(tǒng)至少分為兩個組件級別(系統(tǒng)級別和子系統(tǒng)級別)。,建立組件模型的原則,在特定的條件下分析具體的技術系統(tǒng)。根據技術系統(tǒng)組件的層次建立組件模型。根據層次等級建立初始的組件模型，然后進一步分析完善組件模型。組件模型包含了超系統(tǒng)的某些組件，該組件需與系統(tǒng)組件有相互作用關系。技術系統(tǒng)生命周期的不同階段具有不同的超系統(tǒng)。針對技術系統(tǒng)的各個生命周期階段，可建立獨立的不同的組件模型。,技術系統(tǒng),超系統(tǒng),超系統(tǒng)：為可影響整個分析系統(tǒng)的要素，但設計者不能針對該類要素改進。具有以下特點：超系統(tǒng)不能刪除或重新設計。超系統(tǒng)可能使工程系統(tǒng)出現問題。超系統(tǒng)可以作為工程系統(tǒng)的資源，也可以作為解決問題的工具。超系統(tǒng)應該對系統(tǒng)有影響時才列入。,典型的超系統(tǒng)組件,生產階段－設備、原料、生產場地等等。使用階段－功能對象（產品）、消費者、能量源、與對象相互作用的其它系統(tǒng)。儲存和運輸階段－交通手段、包裝、倉庫、儲存手段等等。與技術系統(tǒng)作用的外界環(huán)境－空氣、水、灰塵、熱場、重力場等等。,組件模型的模板,實例——系統(tǒng)組件層級分析,『實例』近視眼鏡,實例——系統(tǒng)組件層級分析,符號,系統(tǒng)組件：矩形框超系統(tǒng)組件：六菱形系統(tǒng)作用對象：圓角矩形,實例——建立組件模型,組件模型,折射光線,鼻子,,耳朵,,眼睛,光線,鏡片,鏡框,金屬桿,塑料套,魚骨圖,魚骨圖是一個非定量的工具，它可以幫助我們找出引起問題(最終問題陳述所描述的問題)潛在的根本原因,魚骨圖案例,反向魚骨圖,對于機械產品，裝配與拆卸是相反的操作。魚骨圖（Fishbonediagram）是描述產品裝配順序的一種圖形工具，已成功的用于面向裝配的設計。反向魚骨圖（Reservefishbonediagram）是魚骨圖的反向應用，是一種產品設計過程中規(guī)劃其零部件重用、回收時拆卸順序的工具。,咖啡壺,玻璃瓶,加熱組件,金屬部件,橡膠件/塑料件,咖啡壺,咖啡壺,殘渣,咖啡壺反向魚骨圖,反向魚骨圖,反向魚骨圖過程中部件之間的兩種關系：部件順序相關與順序無關。部件的順序相關是指拆卸的過程是按照先后順序進行的，前面的部件未拆時，后面的部件不能拆。部件的順序無關是指拆卸部件的過程中，部件之間無先后順序，可同時拆卸。,反向魚骨圖中的部件順序相關、順序無關,順序相關,順序無關,反向魚骨圖,拆卸過程如下：選定現有產品按自然順序拆卸該產品的原始模塊在脊骨的右側按拆卸順序標注各原始模塊在脊骨的左側按被拆卸的原始模塊順序標注各功能元件如果一原始模塊為一功能元件，將其標注在脊骨的左側如果一原始模塊可分解為幾個功能元件，將其分別標注在脊骨左側同一層面上,反向魚骨圖,產品,原始模塊,功能元,模塊1,模塊2,模塊3,模塊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,,反向魚骨圖案例,練習1,『練習』可樂瓶,練習2,『練習』簽字筆,步驟二建立結構模型,結構模型是基于組件的模型。描述組件模型中各組件之間的相互作用關系。,分析、描述系統(tǒng)間的相互作用：指出某時間某空間內組件間的相互作用；組件相互作用時產生哪些有用作用？組件相互作用時產生哪些有害作用？,結構模型模板——結構矩陣,結構模型模板——結構表,結構模型模板說明,,,,實例——分析組件關系,實例：眼鏡與鼻子和耳朵的關系是物質關系，雙向的；眼鏡與眼睛的關系是場關系，單向的。,組件模型,折射光線,技術系統(tǒng),主要功能：,,實例——結構模型,,練習,『練習』可樂瓶,『練習』簽字筆,步驟三建立功能模型,功能模型是基于關系矩陣。采用規(guī)范化的功能描述方式表述組件對之間的相互作用關系。將各組件間的所有功能關系全部展示，形成系統(tǒng)功能模型圖。,功能的類型,箭頭表示方向直線表示充分（或用黑色）虛線表示不足（或用綠色）+號線表示過度（或用藍色）波浪線表示有害（或用紅色）,,,,,,,建立組件模型的原則,1.針對特定條件下的具體技術系統(tǒng)進行功能陳述。2.只有在作用中才能體現功能，所以在功能描述中必須有動詞反映該功能。不能采用不體現作用的動詞，也不能采用否定動詞。3.功能存在的條件是作用改變了功能受體的參數。4.功能陳述包括作用與功能受體，體現作用的動詞能表明功能載體要做什么，功能受體是物質，不能是參數。5.在陳述功能時可以增添補充部分，指明功能的作用區(qū)域、作用時間、作用方向等。,功能陳述結構,移動貨物在路上,留下痕跡在紙上,功能模型模板,功能陳述實例：絞肉機,功能模型實例：絞肉機,功能模型實例：絞肉機,功能陳述實例：近視眼鏡,構建功能模型實例：近視眼鏡,系統(tǒng)組件：矩形框超系統(tǒng)組件：六菱形系統(tǒng)作用對象：圓角矩形,練習,『練習』可樂瓶,『練習』簽字筆,功能陳述實例：可口可樂,功能模型實例：可口可樂,主要內容,一、系統(tǒng)功能分析的意義二、功能定義三、功能分析1.新技術系統(tǒng)與FAST圖2.組件功能分析四、系統(tǒng)裁剪,裁剪：當找到系統(tǒng)中價值最低的組件時，將該組件直接裁剪掉，同時把它有用的功能提取出來，讓系統(tǒng)中存在的其他部分去完成這個功能。既消除了該部分產生的有害功能，又降低了成本，同時所執(zhí)行的有用功能依舊存在。,系統(tǒng)裁剪法,精減組件數量，降低系統(tǒng)的組件成本優(yōu)化功能結構，合理布局系統(tǒng)架構體現功能價值，提高系統(tǒng)實現功能的效率消除過度、有害、重復功能，提高系統(tǒng)理想化程度,裁剪的目的,,在對系統(tǒng)組件進行裁剪之前，必須考慮五個問題：1.我們需要這個組件所提供的功能嗎？2.在系統(tǒng)內部或系統(tǒng)周邊，有沒有其他組件可以實現該功能？3.現有的資源能不能實現該功能？4.能不能用更便宜的方法來實現該功能？5.相對于其他組件而言，該組件與其他組件是不是存在必要的裝配或運動關系？,裁剪前思考,裁剪法的原則,1.如果分析該系統(tǒng)的專家有足夠的經驗，可以通過對具體問題的具體分析選擇出需要裁減掉的組件。2.提供輔助功能組件的價值小于提供基本功能組件的價值，可以優(yōu)先考慮被裁剪掉。3.如果希望降低技術系統(tǒng)的成本，可以考慮裁剪系統(tǒng)中成本最高的組件；如果是希望降低系統(tǒng)的復雜度，則可以考慮裁剪系統(tǒng)中復雜度最高的組件。,裁剪法的實施策略一,找到希望裁剪的組件A后，在裁剪實施時可采取下列策略依順序進行判斷，找到適合該系統(tǒng)的裁剪方式和方法。1.若組件B不存在了，組件B也就不需要組件A的作用，那么組件A就可以被裁剪掉。,,如果組件B是該系統(tǒng)的系統(tǒng)作用對象，那么此條不適用，進入第二條實施策略。,裁剪法的實施策略二,2.若組件B能自我完成組件A的功能，那么組件A可以被裁減掉，其功能由組件B自行完成。,,如果不存在策略二的條件，可采用策略三。,裁剪法的實施策略三,3.若該技術系統(tǒng)或超系統(tǒng)中其他的組件可以完成組件A的功能，那么組件A可以被裁減掉，其功能由其他組件C完成。,,如果不存在策略三的條件，可采用策略四。,裁剪法的實施策略四,4.若技術系統(tǒng)的新添組件可以完成組件A的功能，那么組件A可以被裁減掉，其功能由新添組件C完成。,,裁減方式的優(yōu)先級為：1→2→3→4，可以選擇多種裁剪方式得到不同的解決方案。,裁剪法實例：近視眼鏡（一）,根據裁剪法實施的指導原則，系統(tǒng)中提供最低價值輔助功能的組件是鏡腿，因此從鏡腿開始裁剪。,裁剪法實例：近視眼鏡（一）,鏡腿的功能為支撐鏡框。根據裁剪法的實施策略，逐一尋求裁剪鏡腿的解決方案。,（1）實施策略一：沒有鏡框（因此鏡框不需要支撐作用）。,（2）實施策略二：鏡框自我完成支撐作用。,（3）實施策略三：技術系統(tǒng)中其他組件完成支撐鏡框作用（如鏡片）；超系統(tǒng)組件完成支撐鏡框作用（如手、鼻子、眼睛等）。,√,裁剪法實例：近視眼鏡（一）,選擇實施策略三，用超系統(tǒng)組件中的鼻子或手，來完成支撐鏡框的作用。,裁剪法實例：近視眼鏡（一）,很早的時候就存在這種無腿近視眼鏡，使用時用鼻子或手來進行支撐。,裁剪法實例：近視眼鏡（二）,繼續(xù)裁剪，眼鏡系統(tǒng)中剩余的組件中，鏡框和鏡片相比，鏡框的功能是輔助的，相對價值較低，故裁減鏡框。,裁剪法實例：近視眼鏡（二）,鏡框的功能為支撐鏡片。根據裁剪法的實施策略，逐一尋求裁剪鏡腿的解決方案。,（1）實施策略一：沒有鏡片（因此鏡片不需要支撐作用）。,（2）實施策略二：鏡片自我完成支撐作用。,（3）實施策略三：技術系統(tǒng)中其他組件完成支撐鏡片作用（無）；超系統(tǒng)組件完成支撐鏡片作用（如手、鼻子、眼睛等）。,√,裁剪法實例：近視眼鏡（二）,選擇實施策略三，用超系統(tǒng)組件中的眼睛，來完成支撐鏡片的作用。,裁剪法實例：近視眼鏡（二）,很容易想到，這種眼鏡就是隱形眼鏡。,裁剪法實例：近視眼鏡（三）,再繼續(xù)裁剪，系統(tǒng)中還剩下一個組件，即鏡片，那么鏡片可以被裁剪掉嗎？,裁剪法實例：近視眼鏡（三）,鏡片的功能為改變光線的方向，使其進入眼鏡。根據裁剪法的實施策略，逐一尋求裁剪鏡腿的解決方案。,（1）實施策略一：沒有光線（光線為系統(tǒng)作用對象，因此實施策略一不可用）。,（2）實施策略二：光線自我完成改變其方向的作用。,（3）實施策略三：技術系統(tǒng)中其他組件完成改變光線方向的作用（無）；超系統(tǒng)組件完成改變光線方向的作用（如眼睛）。,√,裁剪法實例：近視眼鏡（三）,選擇實施策略三，用超系統(tǒng)組件中的眼睛，來完成改變光線方向的作用。,裁剪法實例：近視眼鏡（三）,整個眼鏡系統(tǒng)已被裁剪，眼鏡不存在了。通過眼睛自身來改變光線的方向，完成調整視力的功能。這就是現在的醫(yī)療技術----近視眼手術。,練習,『練習』可樂瓶,『練習』簽字筆,小結,用戶需求的是產品的功能，功能是產品的本質，而產品的具體內容只是功能的實現形式。采用對產品進行功能分析的方法，可以把對產品具體結構的思考轉化為對產品功能的思考，從而可以排開產品形式結構對思維的束縛，開拓思路搜尋一切能滿足產品功能要求的工作原理。功能分析是實現功能創(chuàng)新的重要方法，也是實現產品創(chuàng)新的核心技術。,小結,由功能尋找方案建立系統(tǒng)功能分析形成Fast,由組件分析功能完善系統(tǒng)組件分析建立功能模型,功能分析FunctionAnalysis,功能與組件的結合,系統(tǒng)功能分析有兩方面的應用：一是開發(fā)新系統(tǒng)；二是改進已經有的技術系統(tǒng)。開發(fā)新系統(tǒng)進行功能分析運用的是FAST圖解法；而進行已有系統(tǒng)的改進，則采用組件分析+裁剪的方式。,小結,系統(tǒng)功能分析可以分以下三步進行：建立組件模型建立結構模型建立功能模型,小結,功能—結構Fast建立功能圖，映射到具體結構,組件—功能組件分析結構分析功能分析,功能—組件Fast尋找功能方案、映射到結構、組件分析,工程問題,小結,讓創(chuàng)新掌握在您的手中！,