系统功能分析TRIZ讲课文档

系统功能分析TRIZ第一页，共109页。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第二页，共109页。TRIZ理论体系第三页，共109页。TRIZ解题模式试错分析定义TRIZ工具类比评估待解决的研发问题TRIZ问题模型解决方案

模型最终解决

方案第四页，共109页。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矩阵专利引用分析第五页，共109页。TRIZ四类问题模型问题模型工具解决方案模型技术矛盾矛盾矩阵创新原理物理矛盾分离原理创新原理功能化模型科学效应知识库知识库中的方案物场模型标准解系统对应标准解第六页，共109页。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、系统裁剪第七页，共109页。“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。第八页，共109页。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”概念的提出第九页，共109页。现代产品设计产品规划产品功能原理设计技术设计施工设计

从产品规划到产品功能原理设计是这一过程中最为关键的一步。

系统功能分析第十页，共109页。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第十一页，共109页。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。第十二页，共109页。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。第十三页，共109页。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第十四页，共109页。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。第十五页，共109页。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、系统裁剪第十六页，共109页。功能（Function）是使产品能够工作或使其能够被出售的特性。功能定义生产者干什么的？顾客为什么购买？功能功能调节温度采光通风第十七页，共109页。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第十八页，共109页。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=保持温度第十九页，共109页。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。第二十页，共109页。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。功能描述的原则第二十一页，共109页。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孔钻孔打孔做孔第二十二页，共109页。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功能定义越抽象，引发的构想就会越多。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…………第二十三页，共109页。『练习』铁锤的功能功能定义练习动词名词钉钉子敲击钉子传递力量利用杠杆…………第二十四页，共109页。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第二十五页，共109页。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组件A组件BA对B的动作（动词）功能载体功能=动作+对象功能受体第二十六页，共109页。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组件A组件BA对B的作用我们不需要组件A将功能和组件分离开我们需要组件A的功能第二十七页，共109页。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第二十八页，共109页。功能级别图示超系统组件系统组件技术系统系统组件系统作用对象主要功能辅助功能系统组件基本功能基本功能功能的分类第二十九页，共109页。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第三十页，共109页。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、系统裁剪第三十一页，共109页。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。第三十二页，共109页。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第三十三页，共109页。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。第三十四页，共109页。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。目的手段目的手段目的手段目的：“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。第三十五页，共109页。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』洗衣机分离脏物摩擦衣物扰动水流『练习』幻灯机教学显示图像反射图像投影图像照射幻灯片夹持幻灯片提供光源第三十六页，共109页。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F0F1F11F12F2F21F22F23F3F31功能领域Ⅰ

功能领域Ⅱ

功能领域Ⅲ

第一层第二层第三十七页，共109页。FAST图解法的基本结构上位功能基本功能因果功能因果功能因果功能下位功能并列功能并列功能因果功能辅助功能研讨项目的范畴上位界限下位界限怎么办为什么设计目的设计标准任何时候均需要存在的功能要径路线系统边界系统边界第三十八页，共109页。FAST图练习『练习』画出打火机的FAST图。第三十九页，共109页。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？第四十页，共109页。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、系统裁剪第四十一页，共109页。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。第四十二页，共109页。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。第四十三页，共109页。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。第四十四页，共109页。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)。系统组件技术系统子系统组件系统组件子系统组件子系统级别超系统系统级别超系统级别超系统组件系统作用对象组件第四十五页，共109页。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。第四十六页，共109页。技术系统第四十七页，共109页。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。第四十八页，共109页。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。第四十九页，共109页。组件模型的模板第五十页，共109页。实例——系统组件层级分析『实例』近视眼镜技术系统子系统超系统超系统组件技术系统组件子系统组件系统作用对象第五十一页，共109页。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：圆角矩形技术系统子系统超系统镜腿镜片技术系统耳朵超系统眼睛金属杆塑料套光线镜框鼻子第五十二页，共109页。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第五十三页，共109页。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)潜在的根本原因问题机器测量材料方法环境人员第五十四页，共109页。鱼骨图案例第五十五页，共109页。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第五十六页，共109页。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第五十七页，共109页。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第五十八页，共109页。反向鱼骨图案例肉手柄壳体传动杆刀片筛网螺帽手螺钉桌子绞肉机原始模块功能元分离系统传动系统传动杆肉刀片筛网螺帽壳体手柄螺钉第五十九页，共109页。练习1『练习』可乐瓶瓶体技术系统空气超系统人可乐瓶盖桌子标签第六十页，共109页。练习2『练习』签字笔第六十一页，共109页。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。联系/作用物质联系/作用场联系/作用+有用的中性的-有害性分析、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？第六十二页，共109页。结构模型模板——结构矩阵板第六十三页，共109页。结构模型模板——结构表板第六十四页，共109页。结构模型模板说明第六十五页，共109页。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。第六十六页，共109页。镜框镜片镜腿耳朵眼睛鼻子光线组件模型折射光线技术系统主要功能：实例——结构模型第六十七页，共109页。练习『练习』可乐瓶『练习』签字笔第六十八页，共109页。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。第六十九页，共109页。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）第七十页，共109页。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。第七十一页，共109页。功能陈述结构功能载体功能受体补充作用功能移动货物在路上留下痕迹在纸上第七十二页，共109页。功能模型模板第七十三页，共109页。功能陈述实例：绞肉机第七十四页，共109页。功能模型实例：绞肉机第七十五页，共109页。功能模型实例：绞肉机第七十六页，共109页。功能陈述实例：近视眼镜技术系统子系统超系统耳朵支撑镜腿镜腿支撑镜框鼻子支撑镜框镜框支撑镜片镜片改变方向光线光线射到眼睛第七十七页，共109页。构建功能模型实例：近视眼镜耳朵鼻子眼睛镜腿镜框镜片光线支撑支撑支撑支撑改变…方向射到挤压挤压系统组件：矩形框超系统组件：六菱形系统作用对象：圆角矩形第七十八页，共109页。练习『练习』可乐瓶『练习』签字笔第七十九页，共109页。功能陈述实例：可口可乐第八十页，共109页。功能模型实例：可口可乐第八十一页，共109页。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、系统裁剪第八十二页，共109页。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。系统裁剪法组件A组件BA对B的作用组件A被裁剪组件A的功能保留第八十三页，共109页。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第八十四页，共109页。

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？裁剪前思考第八十五页，共109页。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。第八十六页，共109页。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。AB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。第八十七页，共109页。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。AB如果不存在策略二的条件，可采用策略三。B第八十八页，共109页。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。AB如果不存在策略三的条件，可采用策略四。C第八十九页，共109页。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。AB裁减方式的优先级为：1→2→3→4，可以选择多种裁剪方式得到不同的解决方案。C第九十页，共109页。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。耳朵鼻子眼睛镜腿镜框镜片光线支撑支撑支撑支撑改变…方向射到挤压挤压第九十一页，共109页。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）。√第九十二页，共109页。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。手鼻子眼睛镜框镜片光线支撑支撑支撑改变…方向射到挤压第九十三页，共109页。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。第九十四页，共109页。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。手鼻子眼睛镜框镜片光线支撑支撑支撑改变…方向射到挤压第九十五页，共109页。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）。√第九十六页，共109页。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，