TRIZ理论之系统功能分析与裁剪课件.ppt

TRIZ理论之系统功能分析与裁剪,TRIZ理论体系,一、功能分析概述二、功能定义三、功能分类四、功能整理五、功能系统分析方法六、基于组件的功能评估七、系统裁剪,主要内容,19世纪40年代，价值工程理论的创始人-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。系统科学观点： 功能是结构的抽象，结构是功能的具体 功能是系统存在的理由，是系统的外在表现 结构是系统功能的载体，是系统的客观存在,“功能”概念的提出,系统功能分析,产品设计过程,功能分析是对技术系统的“功能”进行抽象的描述，并进行分类、整理、系统化的过程。,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,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。,功能分析的应用,简明描述功能用动宾词组描述采用本质表达,功能作用分类功能等级分类性能水平分类,组件层次分析相互作用分析功能等级分析性能水平分析建立功能模型,功能分析的步骤,一、功能分析概述二、功能定义三、功能分类四、功能整理五、功能系统分析方法六、基于组件的功能评估七、系统裁剪,主要内容,技术系统：由相互联系的组件和组件之间的相互作用组成，以实现某种功能组件：指组成技术系统或超系统的一个部分，是由物质或者场组成的一个物体超系统：是将已经分析过的技术系统作为组件的系统，或不属于系统本身但与系统及其组件有一定相关性的系统目标：指技术系统的作用对象,技术系统的几个概念,功能（Function）是系统满足使用者需求（现实需求和潜在需求）的任何属性。,功能,功能,调节温度,采光、通风、调温,功能,功能（Function） 是指某组件（子系统、功能载体）改变或保持另一组件（子系统、功能对象）的某个参数的行为或作用（Action),录音笔,灯泡,录放声音,提供光源,TRIZ理论的“关于组件的功能”,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和表达。,“功能”的通用描述法 X更改（或保持）Z的参数Y X功能载体，Z功能对象，Z功能对象Z的某个参数,功能定义,1、 用动宾词组描述，功能=工作+对象（V+O） 如：电线的功能=传输电流2、功能受体至少要有一个参数受到影响，发生改变。 如：传输电流意味着电子位置的改变。3、禁止使用“不”替代否定动词。 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”4、功能对象必须是组件，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。5、尽量用抽象的词语表达，避免使用专业术语,功能定义的原则,直觉表达：描述的不是功能，而是功能执行的结果TRIZ的功能定义采用本质表达,功能定义的直觉表达与本质表达,本质表达法常用功能动词,功能的图形化表达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）。,功能的图形化表达法及作用,功能的图形化表达把组件与其功能分离，分别进行考虑。,功能的图形化表达法及作用,一、功能分析概述二、功能定义三、功能分类四、功能整理五、功能系统分析方法六、基于组件的功能评估七、系统裁剪,主要内容,一、根据发挥的具体作用，功能可分为： 有用功能：指功能载体对功能对象的作用按照期望的方向改变功能对象的参数 特点：改“善”参数 有害功能：指功能载体对功能对象的作用不按照期望的方向改变功能对象的参数 特点：“不改善”甚至“恶化”参数,功能分类（一）,根据功能对象在系统中所处的位置不同，有用功能可分为不同的等级：基本功能、辅助功能、附加功能分类原则：离系统目标越近，则功能等级越高功能等级的表达方法：功能价值，等级越高，价值越大有害功能不需划分功能等级,有用功能的等级分类,基本（主要）功能B功能的对象是系统目标或目的系统存在的主要理由，回答“系统能做什么？”功能价值最高，为3分 辅助功能Ax功能的对象是系统组件支撑基本功能辅助功能的价值，为1分，如其功能对象为提供基本功能的组件时，则功能价值为2分 附加功能Ad功能对象是超系统组件，回答“系统还能做什么？”附加功能的价值，为2分,有用功能的等级分类与功能价值,系统组件n,超系统组件1,系统组件2,系统组件1,系统目标,附加功能Ad=2,辅助功能Ax=2,辅助功能Ax=1,附加功能 Ad=2,基本功能 B=3,例：有用功能的功能价值,技术系统中的有用功能在实际过程中对功能对象参数的改善值可能与期望的改善值之间存在一定的差异，称为有用功能的“性能水平”，可分为3类： 正常功能，代号“N” 实际的改善值达到期望的改善值 功能过度，代号“E” 实际的改善值大于期望的改善值 功能不足，代号“I” 实际的改善值小于期望的改善值分类目的：为后续的功能分析和裁剪提供依据功能过度和功能不足都是系统的不利因素,有用功能的性能水平,二、按功能之间的逻辑关系： 1、从属关系：上位功能、下位功能 2、并列关系：同位功能或并列功能三、按用户的使用要求：使用功能、品味功能 使用功能：给用户带来使用效果（有某种特定用途）的功能 品味功能：计划外的功能，如外观功能、艺术功能等四、按功能与用户要求范围的匹配程度： 必要功能、不必要功能,功能分类（二）,一、功能分析概述二、功能定义三、功能分类四、功能整理五、功能系统分析方法六、基于组件的功能评估七、系统裁剪,主要内容,定义功能整理就是对定义出的功能进行系统的分析、整理，明确功能之间的关系，分清功能类别，建立功能模型图。,步骤1、分析出产品的基本功能和辅助功能2、明确功能的上下位和并列之间的关系3、排列功能模型图,功能整理,1、确定基本功能和辅助功能可以通过回答三个问题来拟定基本功能：它的作用是必不可少的吗？是主要目的吗？如果它的作用改变了，它的制造工艺和零部件是全部改变了吗？假若回答是肯定的，则这个功能就是基本功能。,功能整理的步骤,（1）在功能定义的基础上，编制功能卡片把功能定义写成卡片，并按一定关系进行分类，如按使用功能或美学功能分类，或按基本功能与辅助功能分类等。每个卡片记录一个功能，包括功能内容、构成要素，零部件名称，功能成本等。可自由移动卡片，从任一角度研究功能的相互关系。,功能整理的步骤,功能整理的步骤,2）区分基本功能和辅助功能。白炽灯的总体功能是“发光”或“提供光能”。基本功能（主要功能）有“转换能量”、“通过电流”、“连接导线”以及“允许安装”，其它可视为辅助功能。,功能整理的步骤,2、逐个明确功能逻辑关系一个产品的许多功能之间，存在着所属关系和并列关系。在功能整理中，要逐个明确各功能间的逻辑关系。功能的所属关系（上下关系），即上位功能与下位功能的关系。功能的并列关系是指对于较为复杂的功能系统，在上位功能之后往往有几个并列的功能存在，这些功能所处于同等地位，都是为了实现共同目的而必须具备的手段。例如，住宅的最基本功能是居住，为实现该项功能，住宅必须具有遮风避雨、御寒防暑、采光、通风、隔声、防潮等功能，这些功能之间是属并列关系的，都是实现居住功能的手段，因而居住是上位功能，上述所列的并列功能是居住的下位功能，即上位功能是目的，下位功能是手段。,功能整理的步骤,按照“目的与手段”的关系，通过提问的方法，寻找实现总体功能的直接手段功能，然后分系统一层一层地找下去。也可反过来，以手段寻找目的，一层层地推上去。这两种顺序也可交替，互补进行。提问的两个问题：为什么需要此功能？这一问题是为了找出上位功能，即目的；通过什么手段来实现这个功能？这一问题是为了找出下位功能，即手段。当有两个以上的功能处于同等地位时，都是为了实现同一目的功能，则其关系为相互独立的并列关系，称为同位功能。这样，就能逐步把各功能之间的关系系统化，连成一个功能模型图。,功能整理的步骤,（3）排列重要功能系列。,提供光能,能量转换,通过电流,连接导线,允许安装,目的（上位）,目的,目的,目的,手段（下位）,手段,手段,手段,功能整理的步骤,（4）排列、整理辅助功能系列通过研究发现“使导体绝缘”、“固定玻壳”、“固定芯柱”、“固定灯丝”、“保护灯丝”、“贮存惰气”、“防止灯丝蒸发”和“密封壳体”。它们构成三个辅助功能系列。,使导体绝缘,防止蒸发,贮存惰气,密封壳体,保护灯丝,固定灯丝,固定芯柱,固定玻壳,系列,系列,系列,功能整理的步骤,3、绘制功能模型图无论功能关系简单或复杂，任何产品的功能都是成系统的。在产品内部存在着大大小小的功能，按照一定的内在逻辑关系结合在一起，就形成了功能系统，将功能之间的上下或并列关系，顺序排列下去，上位功能在左，下位功能在右，就得到表示功能关系的功能模型图。当功能的相互关系同“目的一手段”的逻辑及并列关系的逻辑不矛盾时，功能模型图就完成了。,功能整理的步骤,F11,F12,F21,F22,F31,F32,F1,F2,F3,F0,功能区1,功能区2,功能区3,目的,手段,目的,手段,功能模型图,最上位功能,一级功能,二级功能,功能整理的步骤,（5）把辅助功能系列连接到重要功能系列之中,功能整理的步骤,一、功能分析概述二、功能定义三、功能分类四、功能整理五、功能系统分析方法 1、新技术系统与FAST图 2、系统改进与关于组件的系统功能分析六、基于组件的功能评估七、系统裁剪,主要内容,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。,可以采用功能分析系统技术（Function Analysis System Technique，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。,新技术系统的开发,主要按照“目的-手段”的逻辑关系逐次进行。,把各个构成要素的功能按照逻辑关系连接起来，绘制功能模型图,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。,FAST图解法,上下位功能关系，即目的与手段之间的关系。,例如洗衣机,幻灯机,上下位功能关系,第一层级的功能，都是“目的”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领域。,功能层级与功能领域,FAST图解法的基本结构,对功能检查提问，是为了更进一步审定功能定义的完整性和正确性，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？,功能检查提问法,把握必要功能，发现不必要功能 越靠近目的界限的功能越重要。没有目的的手段功能可能是不必要功能有效消除手段功能错位现象 很容易发现不同级别的手段功能被作为同位并列功能排列正确掌握功能领域 使各功能领域清晰显现，便于改善功能的整体价值明确改善的功能级别 要改善的下位功能群级别越高越有效,FAST图解法的优点,一、功能分析概述二、功能定义三、功能分类四、功能整理五、功能系统分析方法 1、新技术系统与FAST图 2、系统改进与关于组件的系统功能分析六、基于组件的功能评估七、系统裁剪,主要内容,组件是技术系统的组成部分：1.组件执行一定的功能；2.组件可以等同为系统的子系统。,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,定义 对已有系统进行分解，明确各组件的有用功能及功能等级、性能水平，以及有害功能，有助于准确理解组件间的相互作用，并建立组件功能模型主要分析内容 1、确定技术系统所提供的主功能 2、研究各组件对系统功能的贡献 3、分析系统中的有用功能和有害功能 4、对于有用功能，确定其功能等级和性能水平 5、建立组件功能模型，绘制功能模型图,关于组件的系统功能分析,系统功能分析可以分以下三步进行：组件分析，描述组成系统的组件。相互作用分析，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。,关于组件的系统功能分析步骤,识别技术系统的组件及其超系统组件，得到系统和超系统组件列表。回答了技术系统是由哪些组件组成的包括系统作用对象、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,组件分析,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,端堵,管道,管道支撑,端堵,壳体,补偿装置,M2冷却介质,M2冷却介质,M1高温介质,M1高温介质,组件分析案例1,热交换器,近视眼镜,组件分析案例2,组件分析案例2,目的：识别系统组件及超系统组件之间的相互作用关系方法：构造相互作用矩阵判断依据：组件相互接触,相互作用分析,相互作用分析相互作用矩阵,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。,相互作用分析案例,功能模型：描述技术系统和超系统组件的功能，以及有用功能、性能水平及成本水平。两种模型：功能分析表，功能模型图,功能分析表的模版,建立功能模型,功能模型要素代号及图例,功能分析表案例,功能分析表案例,M1,管道支撑,支撑,管道,M2,补偿装置,壳体,端堵,阻滞,拉长,振动,引导（支撑）,支撑,支撑,补偿,支撑,移动,热交换器的功能模型图,功能模型图案例,一、功能分析概述二、功能定义三、功能分类四、功能整理五、功能系统分析方法六、基于组件的功能评估七、系统裁剪,主要内容,功能评估：在功能分析的基础上，采取一定的技术方法对功能价值进行定量分析，找出最低的功能价值区域，明确需要改进的具体功能范围和重点对象。功能评估的对象：可根据具体情况或掌握资料程度选择1、功能（抽象，概念化，难度大，但更科学）；2、组件（具体、实在的，容易，但要求功能与组件一一对应）功能评估方法：功能成本法,基于组件的功能评估,一、功能价值分值,F1=3， F2=1+2=3， F3=2，F4=1， F5=1Fi:组件i的功能价值分值,基于组件的功能评估,二、功能性能水平分值,功能性能水平：功能载体对功能对象参数的改善值和期望值之间的差异程度，即功能产生的相对严重程度，用符号H表示功能性能水平分值：1、正常功能，H=0；2、功能不足或功能过度： H0,根据实际情况比较确定；3、有害功能：H最大,基于组件的功能评估,三、功能成本 功能成本主要由组件即功能载体的设计制造等成本因素构成，用符号C表示,四、功能价值参数PVi=Fi/(Hi+Ci) 其中：PVi 组件i的功能价值参数 Fi 组件i的功能价值分值 Hi 组件i的功能性能水平分值 Ci 组件i的功能成本,基于组件的功能评估,五、功能成本图,区价值高，成本低，策略：保持区价值高但成本高，策略：降成本区价值低但成本低，策略：增强功能区价值低且成本高，策略：剪裁组件、功能再分配,基于组件的功能评估,一、功能分析概述二、功能定义三、功能分类四、功能整理五、功能系统分析方法六、基于组件的功能评估七、系统裁剪,主要内容,裁剪：当系统需要删减某些组件，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，从而实现降低成本，提高系统理想度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,剪裁的目的精减组件数量，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,系统裁剪,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？,裁剪前应思考,1.基于项目目标选择裁剪对象 降低成本：优选功能价值低、成本高的组件 专利规避：优选专利权利声明的相关组件 改善系统：优选有主要缺点的组件 降低系统复杂度：优选高复杂度的组件2.选择“具有有害功能的组件”3、选择“低价值的组件”4、选择“提供辅助功能的组件”,裁剪对象的选择原则,裁剪对象的选择实例,剪裁发动机（降成本）,剪裁油箱（车架、油箱一体化）,剪裁一个车轮,裁剪对象的选择实例,确定欲裁剪组件A后，按下列规则依顺序进行裁剪：1.若移除作用对象B，则功能载体A可被裁剪,2.功能对象B能自我完成功能载体A的有用功能,系统裁剪法实施三规则,3.技术系统或超系统中其他的组件C可以完成功能载体A的功能。组件C可以是系统中已有的，也可以是新增加的,裁减方式的优先级为：12 3 ，可以选择多种裁剪方式得到不同的解决方案。,系统裁剪法实施三规则,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）规则一：没有镜框（因此镜框不需要支撑作用）（2）规则二：镜框自我完成支撑作用。（3）规则三：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）。,裁剪实例,近视眼镜（一）,选择规则三，用超系统组件中的鼻子或手，来完成支撑镜框的功能。,裁剪实例,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。,裁剪实例,近视眼镜（一）,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。根据裁剪法的实施规则，逐一寻求裁剪镜腿的解决方案。,（1）规则一：没有镜片（因此镜片不需要支撑作用）（2）规则二：镜片自我完成支撑作用。 （3）规则三：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）,裁剪实例,近视眼镜（二）,选择规则三，用超系统组件中的眼睛，来完成支撑镜片的作用。,裁剪实例,近视眼镜（二）,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）规则一：没有光线（光线为系统作用对象，因此实施策略一不可用） （2）规则二：光线自我完成改变其方向的作用（3）规则三：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。,近视眼手术,裁剪实例,近视眼镜（三）,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，从而可以排除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。,总结,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。,总结,让创新掌握在自己的手中！,自主创新 方法先行,感谢您的聆听！,