趙然，門德來

(華南理工大學(xué)，廣東廣州510006)

1　功能分析和TRIZ集成的基礎(chǔ)

功能是對技術(shù)系統(tǒng)或產(chǎn)品能完成任務(wù)的抽象描述［1］。功能分析是指把設(shè)計對象視為一個系統(tǒng)用抽象的方法分析其總功能，并將總功能逐層分解分析，然后在加以整理、組合，得到新的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計方案。它具有以下幾點優(yōu)勢:1.功能分析可以將用戶的真實需求表達(dá)出來。2.產(chǎn)品再創(chuàng)新設(shè)計時，有助于設(shè)計人員發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品功能優(yōu)缺點。3.新產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計時，利用功能分析法可以得到實現(xiàn)產(chǎn)品總功能的各個分功能，從而構(gòu)建邏輯性強、布局完整的新產(chǎn)品設(shè)計方案。

TRIZ理論是前蘇聯(lián)發(fā)明專家根里奇·阿奇舒勒 (G.S.Altshuller)對世界各國大量高水平專利進(jìn)行進(jìn)行研究、歸納和整理，創(chuàng)立的一套具有完整體系的發(fā)明問題解決理論［2］。它被廣泛的運用在各個領(lǐng)域，它具有以下幾點優(yōu)勢:1.TRIZ理論具有多個問題分析方法和問題解決模型。2.TRIZ理論包含發(fā)明原理、分離原理等，可為設(shè)計人員提供有效的問題解決方案。3.TRIZ理論可以有效地預(yù)測產(chǎn)品發(fā)展趨勢，使得產(chǎn)品具有競爭力。

綜上所述，功能分析和TRIZ理論都有多項特點和優(yōu)勢，功能分析重在發(fā)現(xiàn)問題，TRIZ理論重在解決問題，分析問題是解決問題的前提和基礎(chǔ)，二者結(jié)合使用，充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢，實現(xiàn)雙方優(yōu)勢的互補。

2　功能分析和TRIZ集成的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計

功能分析階段中，首先確定用戶需求和總功能。再以物質(zhì)流、信息流、能量流為主線，分別建立功能鏈，運用合并、補充、刪除等手段將功能鏈融合，得到已有產(chǎn)品的功能模型。最后結(jié)合用戶需求與已有產(chǎn)品的功能，得到待改善或待設(shè)計功能。

TRIZ解決問題過程時，首先確定是否存在沖突，再根據(jù)沖突的類型利用相對應(yīng)的問題解決工具解決問題。在產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計過程中，可以利用功能結(jié)構(gòu)模型為基礎(chǔ)，通過TRIZ理論建立產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計模型，如圖1所示。

圖1　產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計模型

2.1　需求分析

(1)用戶需求調(diào)查分析

產(chǎn)品設(shè)計的目的是為了滿足用戶需求，因此，用戶需求的分析是產(chǎn)品設(shè)計中的重要內(nèi)容［2］。以用戶以及設(shè)計人員雙視角為基礎(chǔ)，運用觀察法、訪談法和問卷調(diào)查法等方法獲取用戶的真實需求。

(2)用戶需求歸納與整理

利用親和圖法將獲得的用戶需求信息進(jìn)行歸納和整理。主要通過頭腦風(fēng)暴法將用戶需求的功能用黑色筆寫在紙上，制作“基礎(chǔ)卡片”;然后分別將內(nèi)容點相同的詞條合為一組并用一個詞代替作為“小組標(biāo)題卡”，不能歸類的卡片自成一組;以此類推，制作“中組標(biāo)題卡”和“大組標(biāo)題卡”。最后將分門別類的卡片按照隸屬關(guān)系排列就得到了整理后的功能需求。

(3)用戶需求權(quán)重分析

通過問卷調(diào)查請用戶為各個需求的重要度打分，為支撐后續(xù)設(shè)計部分的工作做依據(jù)。其權(quán)重系數(shù)用英文大寫字母K表示，判定分值如表1所示。

表1　用戶需求重要度判定分值及其意義

2.2　問題發(fā)現(xiàn)

(1)確定產(chǎn)品的總功能

產(chǎn)品的總功能即為“產(chǎn)品是用來干什么的”［3］。產(chǎn)品設(shè)計過程中，常采用黑箱法確定產(chǎn)品的總功能，即在不清楚產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)的情況下，根據(jù)外部輸入信息、經(jīng)過系統(tǒng)內(nèi)部并發(fā)生作用后輸出信息及周圍環(huán)境的變化，來判斷系統(tǒng)功能的和特性的一種方法。

(2)對產(chǎn)品進(jìn)行功能結(jié)構(gòu)分解

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分解的同時進(jìn)行功能分解，如圖2所示。在功能結(jié)構(gòu)分解模型中注意以下幾點:功能、結(jié)構(gòu)分解需要同時進(jìn)行，相互交叉;確定功能間的目的和手段關(guān)系，功能見得目的和手段關(guān)系是相對而言的，A功能是B功能的目的，B功能實現(xiàn)A功能的手段。

圖2　功能結(jié)構(gòu)分解模型

(3)建立功能鏈

建立功能鏈時，引入了流的概念，流通常分為物質(zhì)流、能量流和信號流［4］。它包含了產(chǎn)品模型中關(guān)鍵的物理信息。物質(zhì)流一般包括人、氣體、固體、液體等。信號流包括聽覺、嗅覺、觸覺、視覺等。能量流包括電磁、液壓、電壓、機(jī)械等。

我們根據(jù)三種流為主線，以各分功能的時間順序關(guān)系，將最底層的各分功能組合起來，建立各個輸入流的功能鏈。一般來說，功能結(jié)構(gòu)關(guān)系有三種基本型式［5］，分為串聯(lián)、并聯(lián)和反饋功能鏈:串聯(lián)功能鏈?zhǔn)欠止δ馨凑諘r間先后順序作用于流;并聯(lián)功能鏈?zhǔn)欠止δ芡瑫r作用于流;反饋功能鏈?zhǔn)欠止δ芊聪蜃饔糜谇懊娴牧鳌Ｒ晕镔|(zhì)流為例，串聯(lián)、并聯(lián)和反饋功能鏈的形式如圖3a、b、c所示。

圖3　物質(zhì)流功能鏈

(4)產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)模型的建立

產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)模型的建立是將上一步中的各個功能鏈通過分功能交叉部分連接起來，合成一個產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)。功能結(jié)構(gòu)模型圖可以清楚的表達(dá)從輸入流到輸出流所經(jīng)過的具體分功能，同時也能看清各分功能運作的時序關(guān)系，完整的功能結(jié)構(gòu)模型如圖4所示。

圖4　功能結(jié)構(gòu)模型

(5)結(jié)合用戶需求確定沖突點

通過功能結(jié)構(gòu)模型清晰的看到各個分功能以及分功能在整體中的功能角色，結(jié)合用用戶需求，確定需要解決的問題并對所要解決的問題進(jìn)行整理。

2.3　問題解決

如圖5繪制出了沖突的分析與解決過程模型。首先判定出沖突的屬性和問題的難易程度，再通過分離原理、發(fā)明原理、標(biāo)準(zhǔn)解等解決工具，根據(jù)問題的屬性和難易程度采用不同工具進(jìn)行解決。

圖5　沖突的分析與解決過程模型

(1)特定問題轉(zhuǎn)化為一般問題

根據(jù)功能結(jié)構(gòu)模型，初步判斷沖突的類型，表2為沖突類型分析參考。

表2　物理沖突和技術(shù)沖突分析比較表

再通過通用工程參數(shù)、ARIZ、物質(zhì)-場、功能分析等工具將其轉(zhuǎn)化為一般問題，如果不能判斷該問題是否存在沖突，則根據(jù)問題的難易程度，用不同難易程度的分析工具進(jìn)行判定。

(2)一般問題轉(zhuǎn)化為一般解

根據(jù)問題的類型，將一般問題轉(zhuǎn)化為具有TRIZ語言的一般解。如果是物理沖突，我們則采用分離原理將沖突與原物體分離，如果是技術(shù)沖突，則通過發(fā)明原理尋找到這種問題的一般解。同時針對這些問題也可以合理利用標(biāo)準(zhǔn)解和知識效應(yīng)庫的知識進(jìn)行解決。

(3)一般解具體化為特定解

將具有TRIZ語言的一般解具體化為特定解，獲得問題的解決方案并對方案進(jìn)行評價，如果方案達(dá)到設(shè)計要求并且具有可行性，那么方案通過，生成最終方案。如果獲得的方案沒有達(dá)到預(yù)想的要求，則需要回到第一步重新對特定問題進(jìn)行分析，直到生成令用戶滿意的且有效的產(chǎn)品方案為止。

3　結(jié)語

功能分析和TRIZ理論各具其特點和優(yōu)勢，功能分析是在更高層次上認(rèn)識產(chǎn)品的效能和作用，發(fā)現(xiàn)各分功能在整體系統(tǒng)中的功能角色，TRIZ理論擁有不同的解決問題工具，二者結(jié)合使用，實現(xiàn)雙方優(yōu)勢的互補，拓寬了設(shè)計人員的視野，開闊了他們的思路，提供了發(fā)現(xiàn)問題的方法和解決問題的途徑，達(dá)到“1+1＞2”的效果。二者結(jié)合使用，為設(shè)計者提供了可以遵循的設(shè)計途徑，指導(dǎo)設(shè)計者快速的進(jìn)行產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計。

參考文獻(xiàn):

［1］袁峰，王太勇，聶慧娟.基于創(chuàng)新設(shè)計理論/功能分析的機(jī)械產(chǎn)品功能原理創(chuàng)新設(shè)計［J］.計算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2016，12(2):205-209

［2］檀潤華.TRIZ及應(yīng)用:技術(shù)創(chuàng)新過程與方法［M］.北京:高等教育出版社，2010.

［3］簡召全.工業(yè)設(shè)計方法學(xué) ［M］.北京:北京理工大學(xué)出版社，2011.

［4］龍妍，黃素逸，劉可.大系統(tǒng)中物質(zhì)流、能量流和信息流的基本特征［J］.華中科技大學(xué)學(xué)報，2008(12):87-90

［5］黃純穎.工業(yè)設(shè)計方法學(xué) ［M］.北京:中國科學(xué)技術(shù)出版社，1988.