李 霞

（江蘇省惠山中等專業(yè)學校 機電工程系，江蘇 無錫 214153）

某企業(yè)引進了一條香皂包裝生產(chǎn)線，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這條生產(chǎn)線有個缺陷：有時會發(fā)生盒子里沒裝入香皂的情況。為了解決這一問題，技術(shù)人員提出購買機械手來分揀空的香皂盒。即當生產(chǎn)線上有空盒通過時，兩旁的傳感器會檢測到信號，然后驅(qū)動一只機械手把空盒揀走。這個方案費用太高，實踐中并沒有被采納。本文運用功能分析法來尋求更好的解決方案。

一、功能分析原理和方法

在實際的發(fā)明創(chuàng)新過程中，人們時常會面臨這樣或那樣的難題，使得工作難以深入。要克服發(fā)明中的難題，則要弄清楚問題的所在，也就是說，必須學會分析問題。

功能分析法是從功能的角度對工程問題進行分析，找出關(guān)鍵問題及其產(chǎn)生的原因，進而提出解決問題的可行方案。

功能是指產(chǎn)品技術(shù)系統(tǒng)的用途或所具有的特定工作能力，具體來說是用于其他物體并改變其他物體參數(shù)的行為（作用或者相互作用）。只有物體間進行相互作用才能產(chǎn)生功能。在應用中，功能的定義方法是采用動詞加對象的方式。例如：電線的功能＝傳輸（動作）+電流（對象）；活塞的功能＝擠壓（動作）+氣體（對象）。只有對象的參數(shù)（至少一個）發(fā)生改變的時候，功能才存在，否則功能不存在。例如：傳輸電流—電流位置（參數(shù)）發(fā)生了變化；擠壓氣體—氣體體積／密度（參數(shù)）發(fā)生了變化。

功能分析的目的是優(yōu)化技術(shù)系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)并減少實現(xiàn)功能的資源消耗，使技術(shù)系統(tǒng)以更小的代價獲得更大的價值，從而提高系統(tǒng)的理想度[1]。

功能分析是從功能的角度，分析技術(shù)系統(tǒng)中各組件間存在的功能，其實質(zhì)是對兩兩組件之間的功能進行陳述?？梢杂脠D形化描述方式來描述功能。例如：使用箭頭和矩形框來表示（動賓結(jié)構(gòu)），其中箭頭代表動詞（動作），矩形框代表名詞（組件），如圖 1所示[2]。

圖1 功能的圖形化描述

對于本項目，我們給出的功能定義是：移除空盒。為了實現(xiàn)“移除空盒”這個功能，有針對性地提出如下解決方案：（1）安排一個工人站在旁邊，發(fā)現(xiàn)空盒及時撿走；（2）安裝檢測裝置，控制機械手抓起空盒；（3）香皂盒涂上磁粉，生產(chǎn)線上面安裝電磁吸盤，將空盒吸起來；（4）在生產(chǎn)線側(cè)面設置吸管，將空盒吸住，然后通過氣缸將吸管后移，離開流水線，將空盒放入事先放置好的箱內(nèi)；（5）在生產(chǎn)線側(cè)面設置吹風管，將空盒吹進事先放置好的箱內(nèi)[3]。這5種方案整理出的功能描述如圖2所示。

在進行功能分析、完成功能陳述后，可建立功能模型，功能模型是由功能元組成的模型。功能模型的建立是從用戶需求出發(fā)，將總功能分解為分功能、功能元的過程。根據(jù)方案1至方案5繪制的功能模型分別如圖3、圖4、圖5、圖6、圖7所示。

從圖3至圖7中可以清晰地看出對于香皂包裝生產(chǎn)線漏裝問題處理設計的5個技術(shù)系統(tǒng)以及其系統(tǒng)組件、超系統(tǒng)組件之間的相互作用與關(guān)系。

圖2 移除空盒的功能描述

圖3 方案1的功能模型圖

圖4 方案2的功能模型圖

圖5 方案3的功能模型圖

二、理想度評價

所謂技術(shù)系統(tǒng)的理想度法則是指技術(shù)系統(tǒng)朝著提高系統(tǒng)理想度的方向進化。系統(tǒng)的理想化用理想度來衡量[4]。

理想度衡量公式為：

圖6 方案4的功能模型圖

圖7 方案5的功能模型圖

式（1）中I為理想度；∑FU為有用功能之和；∑C為成本之和（如材料成本、時間、空間、資源、復雜度、能量、重量等）；∑FH為有害功能之和。

理想度公式告訴我們應該正確識別每一個技術(shù)系統(tǒng)中的有用功能和有害功能，比較成本之和[4]。通常很難準確量化功能和成本之和的數(shù)值，一般只做相對比較。例如以上提出的5個方案均能實現(xiàn)“移除空盒”這一功能，但是其“成本之和”是不同的，經(jīng)過比較分析，“成本之和”由高到低依次為：方案1→方案2→方案3→方案4→方案5。由于方案5理想度最高，最后方案5為優(yōu)選方案。方案5制造成本低，結(jié)構(gòu)簡單，便于維護，經(jīng)使用能100%去除空盒，達到了設計要求。

三、結(jié)語

功能分析法是在理解該發(fā)明要解決的技術(shù)問題以及解決該問題的設計構(gòu)思的基礎上，分析達到發(fā)明目的所必須的結(jié)構(gòu)和這些結(jié)構(gòu)所必須具有的功能的一種方法[4]。本文針對香皂包裝生產(chǎn)線漏裝問題，運用功能分析的原理與方法，從功能角度分析技術(shù)系統(tǒng)中各組件間存在的功能，根據(jù)“移除空盒”的功能定義，繪制功能描述圖，對兩兩組件之間的功能進行陳述，并建立功能模型，最后通過理想度評價優(yōu)選出實施方案。這是功能分析法的一次成功運用。