创新方法TRIZ理论课件第3章功能分析-两份资料

第3章功能分析3.1功能分析3.2功能分析流程3.3功能分析实例3.1功能分析现代TRIZ理论体系分为问题识别、问题解决和概念验证三大模块，而功能分析是问题识别的重要一环。功能分析是一种分析问题的工具，也是因果分析、裁剪、功能导向搜索等工具的基础。功能分析的目的，是通过分析产品的功能找到技术系统中功能的缺点或存在问题的组件。功能分析是从功能角度而不是从技术角度来分析系统。它将抽象的技术系统转化为具体的图表，通过理清系统中各组件之间或与外部环境的相互关系，减化系统结构，凸显产品特征，从而进行合理的创新设计。1．技术系统技术系统又称工程系统，指正在发生问题的当前系统，由组件组成，通过组件之间的相互作用实现一定的功能。技术系统中要求至少含有一个组件。2．子系统子系统是构成技术系统的低一层级的系统，可从微观上来思考构成技术系统的组件。3.1.1功能分析相关的概念3．超系统超系统是技术系统之外的高层级系统。亦即指从宏观上思考系统使用的环境（或资源）。

子系统技术系统超系统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。超系统具有以下特点4．组件组件是技术系统的组成部分，它执行一定的功能。组件至少有一个元件组成；组件也可以是一个包含有多个元件组成的子系统。系统层级的划分没有明确的界定，要根据具体的功能分析目标和限制来选择合适的层级。无论是系统、子系统或者超系统，从广义来说，它们都是指“某种物质”或“某种实体”。超系统经常从宏观上思考技术系统所在的外部环境及提供实现技术系统的各种资源。5．功能功能的概念最早是由美国通用电气的工程师迈尔斯在19世纪40年代提出的，他认为功能就是“起作用的特性”。功能体现的是产品具有某种具体效用并满足顾客的某种需求，所以顾客之所以购买产品，追求的是产品的功能价值。研究产品的功能，是技术开发的首要任务。功能是产品存在的目的，产品是功能实现所需的载体。一个功能如果存在，必须满足以下三个条件技术系统的层级关系生产阶段－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。典型的超系统组件练习：眼镜系统的级别功能是系统满足使用者需求（现实需求和潜在需求）的任何属性。3.1.2功能的描述功能描述的表达尽量抽象，避免使用专业术语。功能描述得越抽象，引发的构想就越丰富。功能的描述通常用“动词+名词”来完成。这两个词要能描述出产品的某种性能或效用。动词部分描述实现功能的方法和手段，名词部分则描述该功能的属性。如：传递能量、分离枝叶、调节电能、储存食物、保持水温、产生转矩、显示时间、利用杠杆。如果“动词+名词”的形式不足以表达清楚功能,此时可适当地增加一个形容词来修饰名词。例如收音机的功能描述：提供信息，这样的描述并不能明确表明其功能，即可增加一个形容词，将其功能描述为提供广播信息。功能的载体必须是物质，且必须与功能分离；功能受体必须是物质，不能是物质的参数。功能受体至少要有一个参数受到影响，比如传输电流是电荷位置改变；去除牙垢是牙垢空间位置改变；控制房间温度是房间温度发生改变；折射光线是光线长度发生改变；挤压气体是气体密度（体积）发生改变；输送液体是液体位置发生改变。

功能描述时禁止使用“不”来代替具有否定意义的动词，比如橡胶不能传导电流是不正确的，应该表达成橡胶阻碍电流传导。头盔不让子弹击穿也是错的，正确的说法是头盔阻挡子弹击穿。功能的图形化描述

为了更方便进行功能分析，除了可用文字的方式进行功能定义外，还常常用图形的方式来形象地描述功能，即功能的图形化描述方法。

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）

功能的图形化描述是将功能载体和功能受体相分离，也即将组件与其功能相分离，从而更好地反映功能的本质。常用来描述功能的动词有吸收、分解、加热、阻止、聚集、沉淀、支撑、加工、装配、破坏、告知、保护、弯曲、检测、连接、移除、拆解、干燥、定位、旋转、相变、嵌插、混合、分离、清洁、浸蚀、移动、振动、凝结、蒸发、定向、固定、冷却、析取、擦亮、传递、腐蚀、煮沸、防护、转动 1．按功能的主次顺序分类（1）主要功能

主要功能是用户要求的必需功能，是系统设计的基础功能，必须得到充分实现的功能。（2）次要功能

次要功能是为了更好地实现主要功能而添加上去的功能。次要功能是为实现主要功能服务的。

主要功能才是实现设计产品目的所必需的，而次要功能是非必需的，有时可有可无。3.1.3功能的分类2．按功能的性能分类（1）有用功能

作用并有利于对象，有利于系统预期设计目标实现功能。有用功能根据作用水平又分为充分功能、不足功能和过度功能三类。（2）有害功能

作用并有害于对象，不利于系统预期设计目标实现的功能，一般用波浪箭头表示。（3）中性功能

作用于对象但对系统预期设计目标没有影响的功能。例如：作为台灯的白炽灯泡除了有用功能“发光”外，还有有害功能“发热”。而在孵化箱中，同样的灯泡“发热”的功能是有用的，“发光”则是中性的。功能的分类及图形化表示3．按有用功能的对象分类（1）基本功能

如果功能的对象是系统的目标,则这个功能是基本功能。（2）辅助功能

如果功能的对象是系统中的其他组件,则我们称这个功能是辅助功能。功能按对象分类3.2功能分析流程

功能分析的过程分为三个步，即组件拆分、相互作用分析和功能模型建立。01组件拆分是指将系统和超系统的组件加以区分，并分类依次列出来。02相互作用分析是辨别组件两两之间的相互作用，为后续的功能模型建立打下基础。03功能模型建立是指识别组件之间的具体功能,并根据它们执行功能的性能加以评估，最后形成功能模型图。组件拆分时，要选择合理的分析层级。比如，我们的研究对象是电脑主机箱时，那么分析到的组件层级可能是硬盘、光驱、电源、主板、内存条等。而如果研究等对象是主板，则分析到的组件层级可能是南桥、北桥、I/O插槽等。如再往下层级分析，可能涉及到的对象就是电阻、电容、电感、运放芯片等具体的电子元器件。选择的层级越高，可能会忽略某些细节，导致找不到问题的根源，但如果选择的层级过低，又将会出现很多过细的组件，导致系统分析复杂化。所以，选择合理的层级来拆分组件显得尤为关键。3.2.1组件拆分组件拆分注意事项尽量在同一层级上选择的组件,不要混杂01如果有多个相同的组件,可以将它们看作一个组件02如果发现在一个组件需要更加详细的分析,则可将这个组件列到低一层级进行组件的重新拆分03超系统组件是指超系统中的组件,它不是被研究技术系统的一部分,却与技术系统相互影响04在进行功能分析时,拆分出来的组件数量控制在10个以内,否则将给功能分析带来极大的困难。05技术系统组件超系统组件电脑主机硬盘主板内存显卡电源机箱……空气人电力网络……【例】电脑主机的组件分析

组件拆分完成后，需要对组件之间或与超系统组件之间进行两两辨别并判断是否存在相互作用。相互作用不仅仅指组件间相互接触，它应该被理解成一个组件对另一个组件有着某种作用或者功能。

因此，即使没有相互直接接触，但通过某种作用场，比如磁场、电场、声场、光场等，使组件间产生某种效应或者影响，也算是组件之间有相互作用。3.2.2相互作用分析组件相互作用矩阵表组件组件a组件b组件c……组件a

组件b

组件c

……

分析过程中，如果两个组件之间存在相互作用，则在矩阵表中用“+”标记。如果没有相互作用，则以“-”表示。依次逐个分析组件两两之间的相互作用情况，直至矩阵表的所有项均被填满，同一组件间的矩阵单元格无需填写，用斜线划除。

分析过程中，如果发现某个组件与其它任何组件都没有相互作用。此时需要认真复核，确实存在此情况的，则说明该组件在当前技术系统中不存在功能，那么可以将该组件直接裁剪掉，不再参与下一步分析。组件组件a组件b组件c……组件a

+-+组件b+

+-组件c-+

+……+-+

两两组件分析3.2.3功能模型建立1．组件功能模型列表

功能模型是功能分析的输出。通过组件拆分、组件相互作用分析，可列出技术系统组件功能模型列表。

表中根据不同组件列出功能、功能等级、性能水平三项指标。

功能等级分为基本功能、辅助功能和有害功能三项。

性能水平则分充分功能、不足功能和过量功能三项。技术系统组件功能模型列表功能功能等级(分类)性能水平组件a动词-对象1基本功能/辅助功能/有害功能充分/不足/过量动词-对象2基本功能/辅助功能充分/不足/过量组件b动词-对象3基本功能/辅助功能充分/不足/过量动词-对象4基本功能/辅助功能充分/不足/过量2．功能模型的图形化表达

系统组件用直角矩形框表示，超系统组件用六角边框表示，系统作用对象用圆角矩形表示，上图所示的功能模型中，组件2对组件3的功能是不足的功能，组件4对组件3的功能为有害功能，而组件4对组件2的功能是过度功能。此功能模型中暂时省略了组件间的相互作用。3.3功能分析实例练习：

对瓶装可乐饮料进行功能分析，并建立瓶装可乐的功能模型。要进行组件拆分之前,首先要根据项目限制划分出系统和超系统,然后才能列出系统组件和超系统组件。3.3.1拆分组件技术系统系统组件超系统组件瓶装可乐饮料瓶子瓶盖标签可乐人桌子空气3.3.2分析相互作用组件瓶子瓶盖标签可乐人桌子空气瓶子

++++++瓶盖+

-++-+标签+-

-+--可乐++-

+--人++++

-+桌子+----

-空气++--+-

瓶装可乐饮料系统组件相互作用矩阵表1．功能模型列表

对相互作用矩阵表中的每个组件所对应标有“+”的单元，一一分析两者的功能，得到功能模型列表。其中，瓶子对其他的组件有多种功能，如支撑瓶盖、容纳可乐、支撑标签、阻挡空气等。3.3.3建立功能模型功能功能等级性能水平瓶子支撑瓶盖辅助功能充分容纳可乐基本功能充分支撑标签辅助功能充分阻挡空气基本功能充分瓶盖密封可乐基本功能充分阻挡空气基本功能充分标签通知人辅助功能充分人支撑瓶子辅助功能充分喝饮料辅助功能充分开启瓶盖辅助功能充分桌子支撑瓶子辅助功能充分瓶装可乐技术系统组件功能模型列表2．功能模型图形化表示

通过功能模型的图形化，可以一目了然地看到每一个功能，特别是问题功能。本技术系统中没有发现有害功能、不足或过度功能。小结01功能分析是现代TRIZ理论体系中进行问题识别的重要一环，是分析问题的基础性工具，也是改善系统实现创新过程中非常重要的步骤。03掌握功能分析方法，为后续因果分析、裁剪、功能导向搜索等工具的使用做好铺垫。02功能分析要按组件拆分、相互作用分析、功能模型建立的三步流程对系统进行分析，找出系统的有害的，不足的和过度的功能，以便找出系统的问题所在，进而把存在的问题彻底消除掉。第4章因果分析4.15WHY分析法4.2因果链分析法4.3鱼骨图分析法简介4.15WHY分析法来源：丰田的五个why一个生产线的机器经常停转，修过多次仍不见好转问：“为什么机器停了?”答：“因为超过了负荷，保险丝就断了。”问：“为什么超负荷呢?”答：“因为轴承的润滑不够。”问：“为什么润滑不够?”答：“因为润滑泵吸不上油来。”问：“为什么吸不上油来?”答：“因为油泵轴磨损、松动了。”问：“为什么磨损了呢?”答：“因为没有安装过滤器，混进了铁屑等杂质。”解决办法：在油泵轴上安装过滤器。4.1.15WHY分析法的由来1．5WHY分析法——打破砂锅问到底对一个问题连续以5个“为什么”来自问，以追究其根本原因。虽为5个为什么，但使用时不限定只做“5次为什么的探讨”。2．关键点从结果着手，沿着因果关系链条，顺藤摸瓜，直至找出原有问题的根本原因。4.1.2什么是5WHY分析法准备工作的目的是为了理清问题,掌握现状。1．问题的整理、细分4.1.3开始5WHY前的准备制品上粘着了异物。问题铁异物铝异物木屑异物丝线2mm左右切屑卷状切屑粉末独立的问题2．问题的发现场所≠问题的发生场所切屑发现2mm切屑2mm切屑2mm切屑洗净工序2mm切屑镗孔工序无2mm切屑无2mm切屑组装线加工线工序流切屑发生3．问题发生状况的掌握可以采用5W1H方法，5W+1H（1）对象（What）—什么事情（2）场所（Where）—什么地点（3）时间和程序（When）—什么时候（4）人员（Who）—责任人（5）为什么（Why）—原因（6）方式（How）—如何（1）设备;（2）材料;（3）方法;（4）人员5．相关事物，系统的构造和功能要对相关事物，系统的构造和功能进行了解。4．关注不同点1.说明问题并描述相关信息。2.问“为什么”直到找出根本原因。3.制定对策并执行4.执行后，验证有效性。4.1.45WHY分析法的步骤据说美国华盛顿广场有名的杰弗逊纪念大厦，因年深日久，墙面出现裂纹。为能保护好这幢大厦，有关专家进行了专门研讨。分析案例一开始认为是酸雨，后面发现对墙体侵蚀最直接的原因，是每天冲洗墙壁所含的清洁剂对建筑物有酸蚀作用。问题一：为什么每天要冲洗墙壁呢？

问题二：为什么会有那么多鸟粪呢？

问题三：为什么会有那么多燕子呢？

问题四：为什么会有那么多蜘蛛呢？

问题五：为什么有这么多飞虫？

问题六：为什么飞虫在这里繁殖特别快？

问题七：为什么这里的环境最适宜飞虫繁殖？

答案一：是因为墙壁上每天都有大量的鸟粪。答案二：因为大厦周围聚集了很多燕子。答案三：因为墙上有很多燕子爱吃的蜘蛛。答案四：因为大厦四周有蜘蛛喜欢吃的飞虫。答案五：因为大厦四周有蜘蛛喜欢吃的飞虫。答案六：因为这里的环境最适宜飞虫繁殖。答案七：因为开着的窗阳光充足，大量飞虫在此超常繁殖……

由此发现解决方案很简单，只要关上整幢大厦的窗帘。此前专家们设计的一套套复杂而又详尽的维护方案也就成了一纸空文。遇到重重迷雾的时候，你真能关上你的窗帘吗？4.2因果链分析法是指出事件发生的原因和导致的结果的分析方法。是全面识别工程系统缺点的分析工具。可挖掘隐藏于初始缺点背后的各种缺点。因果链分析方法源于5WHY分析法，可以说是5WHY分析法的一个延伸和扩展因果链分析是通过分析造成问题出现的原因,并对原因进行层层分析并构建因果链条。4.2.1什么是因果链分析转换问题，现代TRIZ的一个重要特点！4.2.1因果链分析中几个关键的术语缺点的种类

采用图形化表达后，因果链起始于初始缺点，终结于被发现的末端缺点，在初始缺点和末端缺点之间是中间缺点。缺点1．初始缺点初始缺点是由项目的目标决定的，一般来说是项目目标的反面．项目目标：降低成本初始缺点：成本过高项目目标：提高效率初始缺点：效率太低2．中间缺点中间缺点指处于初始缺点和末端缺点之间的缺点，它是上一层级缺点的原因，又是下一层级缺点造成的结果。2．中间缺点注意事项：（1）明确上下层级的逻辑关系。注意寻找直接缺点（物理上直接接触的缺点），非间接缺点；要层层分析，避免跳跃。如：在端高温水杯时，手被水杯烫伤，但我们不能直接将手被烫伤的原因确定为是由于水的温度较高造成。手被烫伤-手表面的温度高-手与水杯接触和杯子表面温度高-水杯导热性高和水的温度高2．中间缺点注意事项：（2）明确同一层级的相互关系，合理使用运算符And/Or。2．中间缺点寻找方法：1）在功能分析、成本分析和流分析中发现的缺点列表中查找2）运用科学公式查找如摩擦力：Ff=μFN3）咨询领域专家4）查找文献2．中间缺点在端高温水杯时，手被水杯烫伤，请试分析其因果链。3．末端缺点理论上，因果链分析是无穷尽的，但实际上，需要一个终点——末端缺点（最底层的缺点）确定方法：1）达到物理、化学、生物或几何等领域的极限时。2）达到自然现象时。3）达到法规、国家或行业标准等限制时。4）不能继续找到下一层原因时。5）达到成本的极限或者人的本性时。6）根据项目的具体情况，继续深挖下去就会变得与本项目无关时。4．关键缺点

因果链分析后得到的初始缺点，中间缺点以及末端缺点很多，但并不是每一个缺点都是可以解决的。那些经过精心挑选需要进一步解决的缺点就是关键缺点。5．关键问题

从因果链中挑选出关键缺点，需要解决关键缺点所对应的问题就是关键问题。

比如我们遇到一个关键缺点是“道路交会过多”，那么相应的关键问题就是“如何让道路减少交会。”4.2.3关键缺点的解决1.关键缺点的选择2.显而易见的解决方案3.矛盾的挖掘4.2.4因果链分析的步骤（1）列出目标问题，或者根据项目的实际情况列出需要解决的初始缺点。（2）根据寻找中间缺点的规则，对每一个缺点逐级列出造成本层缺点所有的直接原因。（3）将同一层级的缺点用And或Or运算符连接起来。（4）重复第（2）、（3）步，继续查找造成本层缺点的下一层直接原因，直到末端缺点。（5）检查前面分析问题的工具所寻找出来的缺点是否全部包含在因果链中。（6）根据项目的实际情况确定关键缺点（7）将关键缺点转化为关键问题，然后寻找可能的解决方案。（8）从各个关键问题出发挖掘可能存在的矛盾。4.2.5因果链分析案例1：变湿软的PIZZA问题描述：PIZZA店烤熟的PIZZA在外卖运送过程中，容易变冷。为此，采用了密闭的盒子包装，但是在送达消费者手中时，却发现PIZZA已经变得湿软，口感不佳。2.问题解决步骤（1）找到初始缺点

我们的目标是PIZZA在运送的过程中仍能保持松脆的口感，因此初始缺点是PIZZA在外卖运送的过程中变得湿软，这也是我们需要解决的目标问题。（2）寻找中间缺点

现在，着手分析深层次的原因。变湿软是由什么引起的？

第一层次，就写1PIZZA上的水、2PIZZA自身的材料、3过长的时间。（3）确定相互关系PIZZA上的水、PIZZA自身的材料、过长的时间这三个条件必须同时满足，缺一不可，因此是And关系。分析PIZZA变湿软的第一层中间缺点（4）重复2～3步（5）检查功能分析和流分析中的缺点是否被全部包括（6）根据项目实际情况选择关键缺点①“3过长的时间”和“1.1.3过长的时间”；②“1.1.2.1.1低温的盒子”；③“1.1.2.2.2密闭的盒子”；④“1.1.2.3.2不吸水的盒子”；⑤“1.1.2.1.1隔热差的盒子”⑥“1.1.2.2.1.1高温的PIZZA”；（7）将关键缺点转化为关键问题，并寻找可能的解决方案？？？（请同学们开动脑筋）（8）从各个缺点出发挖掘可能存在的矛盾同学们来继续找一下矛盾序号关键缺点关键问题可能的解决方案矛盾描述1过长的时间把烤熟的Pizza运送到顾客手中需要花费时间，如何缩短这一时间？①采用更快捷的交通工具，如无人机；②采用外卖运送车，一边烤制Pizza一边运送，送到顾客手中是刚出炉的Pizza无2低温的盒子如何提高盒子的温度？将盒子适当加热，再装入Pizza，并在运输过程中保持盒子的温度，如放入保温箱无3密闭的盒子如何做成非封闭的盒子？设计成侧面或上部有孔洞的盒子无4不吸水的盒子如何让盒子吸水？①放置食品专用的干燥剂；②在盒盖处放置吸水材料；③或者直接采用吸水材料制作盒盖和盒身有矛盾：在盒盖处放置吸水材料，或者直接采用吸水材料制作盒盖和盒身这些解决方案可以解决盒子不吸水的问题，但是会增加成本5隔热差的盒子如何让盒子隔热性能好？采用隔热性能好的材料制作盒子有矛盾：采用隔热性能好的材料制作盒子，可以提高盒子的隔热性，但是又会增加成本6高温的Pizza如何让Pizza冷却？根据每天大致的外卖订单量，提前制作部分Pizza，冷却后再装入盒子运送，或者采用速冻的方式让Pizza快速冷却有矛盾：Pizza运送过程中，希望它是冷的，但是到达顾客手中的时候，又希望它是热的4.2.6因果链分析案例2：杏鲍菇生产成本高问题描述：（1）问题背景

接种是杏鲍菇等食用菌生产中的一个关键环节，但该环节容易遭受杂菌污染，影响食用菌的接种率和产量。

在杏鲍菇工厂化生产过程中出现的空气净化不彻底，接种速度慢等问题，造成了菌包接种污染率高，生产成本大。在通过采用液体菌种取代固体菌种接种后，问题有所改善，但仍然不能达到预期的要求。（2）工作原理（3）存在问题

（4）限制条件2.问题解决步骤（1）列出初始缺点（2）寻找中间缺点（3）确定相互关系（4）重复（2）～（3）步。最终可以建立起因果链分析图（5）检查功能分析和流分析中的缺点是否被全部包括（6）根据项目实际情况确定关键缺点。（7）将关键缺点转化为关键问题，并寻找可能的解决方案（8）从各个缺点出发挖掘可能存在的矛盾对于“空气中存在杂菌”这个关键缺点”，可以采取的解决方案是在接种区域增加空气净化装置，非接种区域保持原状。

对于“接种室不密闭”这个关键缺点，将接种区域密封真空，并加强消毒和净化，保证密闭空间不含杂菌，非接种区域