陳錦成，成思源，楊雪榮

（廣東工業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院, 廣東 廣州 510006）

產(chǎn)品的核心價(jià)值在于功能，用戶(hù)所需要的并非產(chǎn)品本身，而是產(chǎn)品所附帶的功能[1]。對(duì)此，面向功能的概念設(shè)計(jì)成為產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中創(chuàng)新程度最高的設(shè)計(jì)階段。其中針對(duì)已有產(chǎn)品的再設(shè)計(jì)主要通過(guò)分析產(chǎn)品的已有功能并對(duì)其中相關(guān)模塊改進(jìn)以實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新。殷習(xí)等[2]基于功能?結(jié)構(gòu)的映射關(guān)系提出了一種關(guān)于可變功能的機(jī)械設(shè)計(jì)方法。肖河曼等[3]提出一種基于功能相似矩陣的創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法，通過(guò)建立專(zhuān)利產(chǎn)品的功能模型并建立其功能相似矩陣以選擇合適的創(chuàng)新原則對(duì)其進(jìn)行再設(shè)計(jì)。梁鎧等[4]提出了一種基于功能建模的專(zhuān)利規(guī)避創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行功能建模并對(duì)其進(jìn)行裁剪，利用TRIZ理論得到侵權(quán)風(fēng)險(xiǎn)較小的創(chuàng)新方案。成思源等[5]提出一種基于功能結(jié)構(gòu)分析與TRIZ理論集成的產(chǎn)品創(chuàng)新方法設(shè)計(jì)方法，利用功能分解與結(jié)構(gòu)圖解方法找出產(chǎn)品中待改進(jìn)的問(wèn)題及相關(guān)功能元，再使用TRIZ理論工具對(duì)其分析并改進(jìn)。

隨著可拓學(xué)的廣泛應(yīng)用，對(duì)于產(chǎn)品的可拓創(chuàng)新方法也逐漸成熟。可拓學(xué)將事物的特征和量值結(jié)合研究，相比其他創(chuàng)新方法更容易獲取產(chǎn)品潛在的信息，有助于后續(xù)創(chuàng)意的發(fā)散與生成[6]。鄭震霆等[7]提出了一種機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)行為表示研究方法，通過(guò)蘊(yùn)含系分析與事元模型分析機(jī)械的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。陳曉菁等[8]提出了一種面向?qū)＠a(chǎn)品創(chuàng)新的可拓變換方法，通過(guò)產(chǎn)品的組件構(gòu)建功能模型并進(jìn)行可拓變換得到專(zhuān)利規(guī)避模型。樓炯炯等[9]提出一種基于可拓創(chuàng)新的TRIZ改進(jìn)方法，利用基元模型規(guī)避了TRIZ在解決矛盾問(wèn)題時(shí)問(wèn)題分析和概念方案評(píng)價(jià)困難等缺點(diǎn)。李正軍等[10]提出了一種基于可拓基元的產(chǎn)品設(shè)計(jì)符號(hào)創(chuàng)新方法，通過(guò)可拓理論表示產(chǎn)品的設(shè)計(jì)符號(hào)，拓展產(chǎn)品的創(chuàng)新思路。

目前將可拓理論應(yīng)用于產(chǎn)品功能分析的創(chuàng)新方法主要集中于研究產(chǎn)品的組件或整體功能結(jié)構(gòu)，而以產(chǎn)品某個(gè)具體功能作為再設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)的可拓創(chuàng)新方法則較少。本文將產(chǎn)品的特定功能與可拓理論結(jié)合研究，提出一種基于功能分析與可拓理論的再設(shè)計(jì)方法。首先構(gòu)建已有產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)，隨后確認(rèn)產(chǎn)品存在的不良事件，并對(duì)不良事件建立其事元模型，通過(guò)可拓學(xué)中的蘊(yùn)含系分析推斷其發(fā)生的原因。根據(jù)分析結(jié)果，可確認(rèn)功能結(jié)構(gòu)中的問(wèn)題功能并對(duì)其建立功能事元模型，然后對(duì)其進(jìn)行拓展分析與可拓變換得到改進(jìn)后的功能，最后構(gòu)建新的功能結(jié)構(gòu)，完成對(duì)已有產(chǎn)品的再設(shè)計(jì)。本文以一種菠蘿采摘裝置設(shè)計(jì)為例驗(yàn)證該方法的可行性。

1 功能結(jié)構(gòu)的建立

功能是產(chǎn)品與組件存在的依據(jù)，是從產(chǎn)品與組件中抽象出來(lái)的概念，而且在產(chǎn)品的使用過(guò)程中得以表現(xiàn)。但通過(guò)自然語(yǔ)句描述產(chǎn)品的行為來(lái)確認(rèn)產(chǎn)品功能在結(jié)果上往往因人而異，導(dǎo)致在確認(rèn)產(chǎn)品的功能過(guò)程中受到人的主觀影響，有可能會(huì)導(dǎo)致功能表達(dá)不規(guī)范或不準(zhǔn)確[11]。

功能本體可被定義為一個(gè)包括功能術(shù)語(yǔ)及其之間規(guī)范關(guān)系的體系，是功能概念化和功能分類(lèi)的規(guī)范說(shuō)明系統(tǒng)，是對(duì)各種功能知識(shí)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化描述的表述方式[12]。其相關(guān)應(yīng)用包括利用對(duì)功能的基礎(chǔ)動(dòng)詞詞匯進(jìn)行分類(lèi)，搭建多層級(jí)的功能本體庫(kù)。如Szykma[13]整理的，由裝配、組合、使用、控制、傳輸、轉(zhuǎn)換六大類(lèi)組成的功能集詞庫(kù)。其中表1為功能集詞庫(kù)的節(jié)選部分。

表1 功能集詞庫(kù)（節(jié)選）Table1 Function set lexicon

功能集詞庫(kù)有助于設(shè)計(jì)者規(guī)范地描述功能，其穩(wěn)定性好，在建立已有產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)過(guò)程中，功能集詞庫(kù)可作為知識(shí)基礎(chǔ)以標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、格式化的形式描述各組件的功能。

已有產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)建立可分為以下步驟：

(1) 信息提取：對(duì)包括但不限于已有產(chǎn)品的專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)在內(nèi)的書(shū)面文件或產(chǎn)品實(shí)物進(jìn)行分析以獲取產(chǎn)品的技術(shù)信息。

(2) 功能定義：以功能本體庫(kù)為知識(shí)基礎(chǔ)，通過(guò)上一步驟所提取的技術(shù)信息確認(rèn)各組件表達(dá)的行為，與功能本體庫(kù)中的功能詞匯進(jìn)行匹配。

(3) 功能建模：從系統(tǒng)分析的角度去確認(rèn)已有產(chǎn)品中各組件的相互關(guān)系，建立功能結(jié)構(gòu)的拓?fù)淠Ｐ汀?/p>

以功能本體庫(kù)為知識(shí)基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)已有產(chǎn)品的專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)或其他書(shū)面文件進(jìn)行信息提取以了解已有產(chǎn)品的工作原理，建立對(duì)應(yīng)的功能結(jié)構(gòu)。如圖1所示，總功能可逐層分解為分功能、子功能，形成多層級(jí)的功能結(jié)構(gòu)[14]。根據(jù)各功能的重要程度將產(chǎn)品的功能劃分層級(jí)并將各組件與對(duì)應(yīng)子功能間進(jìn)行匹配，構(gòu)建已有產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)模型，可以對(duì)產(chǎn)品各組件表現(xiàn)的行為進(jìn)行抽象，有助于設(shè)計(jì)者在后續(xù)對(duì)于產(chǎn)品的問(wèn)題功能的確認(rèn)與改進(jìn)。

圖1 功能結(jié)構(gòu)模型圖Fig.1 Functional structure model diagram

2 基于可拓理論的問(wèn)題功能改進(jìn)

2.1 不良事件的事元模型建立與原因追溯

不良事件常指用戶(hù)在使用過(guò)程中產(chǎn)品并不能滿(mǎn)足其需求，產(chǎn)品的行為存在缺陷的負(fù)面現(xiàn)象，同時(shí)也是產(chǎn)品存在問(wèn)題功能的外在表現(xiàn)。相較于產(chǎn)品內(nèi)在的功能，不良事件更容易在產(chǎn)品使用過(guò)程中被發(fā)現(xiàn)和觀察，因此可對(duì)不良事件進(jìn)行分析，將造成不良事件的原因作為確認(rèn)產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)中對(duì)應(yīng)問(wèn)題功能的依據(jù)。

在可拓學(xué)中，物與物之間的相互作用可稱(chēng)為事，不良事件可以理解成用戶(hù)與產(chǎn)品之間或產(chǎn)品組件之間的相互作用，屬于事的范疇。故可以用事元模型以形式化的方法使設(shè)計(jì)者更清晰地分析事物信息[15]。其中事元模型的組成為

其中，Oa為 動(dòng)作的名稱(chēng),ca為動(dòng)作的特征，va為對(duì)應(yīng)特征所取的量值。動(dòng)作的基本特征有支配對(duì)象、施動(dòng)對(duì)象、接受對(duì)象、時(shí)間、地點(diǎn)、實(shí)現(xiàn)方式、工具等，根據(jù)實(shí)際事件類(lèi)型合理選擇特征與補(bǔ)充相對(duì)應(yīng)的量值能有針對(duì)性地去定義事件[6]。

不良事件在通過(guò)事元模型的建立后，可通過(guò)可拓理論中的蘊(yùn)含系分析法來(lái)推斷其發(fā)生的原因。

蘊(yùn)含系分析可根據(jù)事物之間的蘊(yùn)含性，以事元為形式化工具對(duì)事物進(jìn)行分析，是找到核心問(wèn)題與問(wèn)題源頭的一種常用方法。一個(gè)事元的出現(xiàn)常常與另外一個(gè)事元相關(guān)并導(dǎo)致其他事元的出現(xiàn)，故事元之間存在著邏輯關(guān)系，其蘊(yùn)含關(guān)系主要包括“與蘊(yùn)含”和“或蘊(yùn)含”[16]。

設(shè)有事元A、A1與A2, 若A1、A2兩者之一實(shí)現(xiàn)都能使A實(shí)現(xiàn)，則稱(chēng)A1、A2或蘊(yùn)含A， 記A1∨A2?A。反之則稱(chēng)A或 蘊(yùn)含A1、A2，記A?A1∨A2。

設(shè)有事元A、A1與A2,若A1、A2兩者同時(shí)實(shí)現(xiàn)方能實(shí)現(xiàn)A， 則稱(chēng)A1、A2與蘊(yùn)含A， 記A1∧A2?A。反之則稱(chēng)A與 蘊(yùn)含A1、A2，記A?A1∧A2。

對(duì)于一個(gè)實(shí)際問(wèn)題事件而言，其蘊(yùn)含系常常是包括多種蘊(yùn)含關(guān)系且多層級(jí)的[17]，如圖2所示。

圖2 實(shí)際問(wèn)題事元蘊(yùn)含系結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structure diagram of the affair element implication system for practical problem

對(duì)不良事件的事元模型進(jìn)行邏輯推斷能構(gòu)建它的蘊(yùn)含系，通過(guò)蘊(yùn)含系分析能以清晰的因果關(guān)系得出導(dǎo)致不良事件發(fā)生的原因。其原因可作為依據(jù)以確認(rèn)功能結(jié)構(gòu)中的問(wèn)題功能，并為其事元模型的建立提供部分特征的屬性量值，還能為問(wèn)題功能事元模型的拓展分析指引合理的拓展方向。

2.2 問(wèn)題功能的事元模型建立與拓展分析

通過(guò)對(duì)產(chǎn)品的不良事件建立事元模型并進(jìn)行蘊(yùn)含系分析得到其原因，可以從功能結(jié)構(gòu)中檢索出問(wèn)題功能。

事元模型能夠通過(guò)選擇與補(bǔ)充多個(gè)特征量值這一方式對(duì)功能進(jìn)行多維度的信息提取與分析，這無(wú)疑體現(xiàn)了可拓學(xué)中基元理論的優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)。但對(duì)整個(gè)功能結(jié)構(gòu)的所有功能都建立事元模型會(huì)造成功能特征信息的冗余，導(dǎo)致拓展分析的方向過(guò)多，不利于后續(xù)針對(duì)產(chǎn)品當(dāng)前存在的問(wèn)題進(jìn)行改進(jìn)。因此有必要先確認(rèn)出功能結(jié)構(gòu)中的問(wèn)題功能，再針對(duì)問(wèn)題功能建立其事元模型并對(duì)其進(jìn)行分析。

建立問(wèn)題功能事元模型后，為得到改進(jìn)的思路需進(jìn)行拓展分析。本文主要采用拓展分析中的發(fā)散分析方法對(duì)問(wèn)題功能事元模型與對(duì)應(yīng)的組件物元模型進(jìn)行發(fā)散，其主要針對(duì)基元的三元素：對(duì)象、特征、量值進(jìn)行拓展。在拓展過(guò)程中，常常不變動(dòng)三者之一，然后對(duì)剩余兩個(gè)元素進(jìn)行拓展，從而進(jìn)行如“多對(duì)象一特征多量值”、“一對(duì)象多特征多量值”等針對(duì)不同元素的拓展分析。

2.3 可拓變換

從一個(gè)基元出發(fā)，基于拓展分析可以得到許多相關(guān)的基元，為問(wèn)題功能與對(duì)應(yīng)組件的變換提供了多條途徑。但拓展分析只是生成了可能實(shí)現(xiàn)的途徑，并未對(duì)功能結(jié)構(gòu)進(jìn)行操作。想要實(shí)現(xiàn)改變功能結(jié)構(gòu)這一目的，仍需要進(jìn)行可拓變換，通過(guò)變換運(yùn)算，生成功能與組件的變換方案。

基元的可拓變換有5種基本形式[16]，分別為：

(1) 置換變換：TB=B′，從B的發(fā)散基元集中尋找可以替代本身的基元。

(2) 增刪變換：TB=B⊕B0；T B=B⊕B0，從B的發(fā)散基元集尋找可與之進(jìn)行組合的基元B0進(jìn)行增變換或?qū)煞只狟進(jìn)行分解出基元B0并進(jìn)行減變換。

臨床妊娠中10%~15%以流產(chǎn)告終,復(fù)發(fā)性流產(chǎn)理論上的風(fēng)險(xiǎn)為0.34%,發(fā)生率1%~3%,其中50%~70%找不到明確的原因[1 2]。對(duì)于年齡大于35歲,既往有不孕癥歷史的婦女,當(dāng)出現(xiàn)2次自然流產(chǎn)時(shí)即應(yīng)加以重視。

(3) 擴(kuò)縮變換:TB=αB,對(duì)B的對(duì)象或者特征的量值進(jìn)行擴(kuò)縮變換。

(4) 分解變換：T B={B1,B2,···,Bn} ，若B為可分基元，則可將其分解為若干個(gè)子基元。

(5) 復(fù)制變換：TB*={B,B*}。

在可拓變換過(guò)程中，常不能直接一步變換便把初始基元變換為目標(biāo)基元，故需要一定邏輯的變換運(yùn)算方法，其中最常見(jiàn)的運(yùn)算方法為積變換，即多個(gè)變換依照順序連續(xù)執(zhí)行。

基于功能本體庫(kù)內(nèi)的知識(shí)內(nèi)容以及對(duì)不良事件的原因追溯，并通過(guò)以上多種形式的可拓變換及其運(yùn)算，可將問(wèn)題功能事元模型與其對(duì)應(yīng)的組件物元模型進(jìn)行變換，獲得規(guī)避了造成不良事件的原因且表現(xiàn)更好的功能事元模型及其對(duì)應(yīng)的組件物元模型，從而構(gòu)建新的功能結(jié)構(gòu)。

2.4 問(wèn)題功能改進(jìn)流程

問(wèn)題功能的改進(jìn)流程如圖3所示，首先通過(guò)功能本體庫(kù)去構(gòu)建已有產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)，之后對(duì)產(chǎn)品存在的不良事件建立其事元模型，利用可拓理論中的蘊(yùn)含系分析推斷其出現(xiàn)的原因。通過(guò)該原因可得到功能結(jié)構(gòu)中的問(wèn)題功能，并建立問(wèn)題功能事元模型及其對(duì)應(yīng)的組件物元模型。

圖3 問(wèn)題功能改進(jìn)流程圖Fig.3 Problem function improvement process

在拓展分析過(guò)程中，利用先前蘊(yùn)含系分析中所得的不良事件原因作為規(guī)避的依據(jù)，使問(wèn)題功能事元模型與組件物元模型朝著合理的方向拓展；功能本體庫(kù)作為其知識(shí)基礎(chǔ)，便于生成更多的創(chuàng)意。

3 案例分析

本次案例分析引用了專(zhuān)利號(hào)為CN201920316642，名為“一種菠蘿采摘工具”的產(chǎn)品。通過(guò)其專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)附圖獲取其組件構(gòu)成，如圖4所示。

圖4 一種菠蘿采摘工具示意圖Fig.4 Schematic diagram of a pineapple picking tool

通過(guò)專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)可知其相關(guān)工作原理：本申請(qǐng)實(shí)施例中，提供了一種菠蘿采摘工具，通過(guò)手柄、彈簧刀、定位部件等組件，完成對(duì)菠蘿的采摘工作且不會(huì)損傷植株；通過(guò)定位部件定位菠蘿莖部，并在手柄轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中將莖部折彎，對(duì)后續(xù)切斷有幫助；通過(guò)彈簧刀的彈力產(chǎn)生切割的動(dòng)力，以便于菠蘿莖的一次性切除，提高菠蘿采摘效率[18]。

根據(jù)專(zhuān)利文本提供以上的信息，以已有的功能本體庫(kù)為知識(shí)基礎(chǔ)，建立該產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)，如圖5所示。

圖5 原有產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)圖Fig.5 Functional structure of the original products

從原有產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)圖可知，該產(chǎn)品主要通過(guò)切割子功能實(shí)現(xiàn)菠蘿與菠蘿根莖分離的目的，定位功能則是保證切割功能的穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)。結(jié)合產(chǎn)品專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)對(duì)功能結(jié)構(gòu)分析，可知產(chǎn)品在長(zhǎng)期使用后容易出現(xiàn)切割力不足與不能準(zhǔn)確定位這兩種不良現(xiàn)象，可定義產(chǎn)品存在的不良事件為：產(chǎn)品在長(zhǎng)期使用后切割運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)定以及定位效果不佳。對(duì)此，分別對(duì)兩不良事件建立以下事元模型。

結(jié)合實(shí)際應(yīng)用的不良現(xiàn)象與不良事件事元模型可知，彈簧在長(zhǎng)期反復(fù)的壓縮拉伸的運(yùn)動(dòng)后，其彈力性能惡化，使得擋板與手柄之間的面接觸固定不可靠，不利于產(chǎn)品執(zhí)行切割運(yùn)動(dòng)。同時(shí)定位部件也用到了扭簧，亦有類(lèi)似風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)此，建立對(duì)應(yīng)的事元模型，并進(jìn)行以下的蘊(yùn)含系分析，所得的事元蘊(yùn)含系結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 不良事件蘊(yùn)含系結(jié)構(gòu)圖Fig.6 Structure of implication for adverse affairs

由圖6可知，使用者在長(zhǎng)期使用該產(chǎn)品時(shí)，需要反復(fù)按壓手柄切割，而這一運(yùn)動(dòng)的長(zhǎng)期執(zhí)行又導(dǎo)致了彈簧和扭簧的彈性性能惡化。對(duì)此，可確認(rèn)產(chǎn)品中由彈簧形變來(lái)實(shí)現(xiàn)固定擋板的固定功能與由扭簧實(shí)現(xiàn)的定位功能為問(wèn)題功能。下一步，分別建立其對(duì)應(yīng)的問(wèn)題功能事元模型并對(duì)其進(jìn)行拓展分析。

對(duì)于原有的問(wèn)題功能“固定”，其特征“實(shí)現(xiàn)方式”的量值為“面接觸”，而該量值屬于不良原因，故需要對(duì)其進(jìn)行變更。為更換事元特征中實(shí)現(xiàn)方式這一量值，相比由彈力生成的靜摩擦而實(shí)現(xiàn)的面接觸，可選擇更為穩(wěn)定的桿系連接，而桿系連接中能實(shí)現(xiàn)水平方向位移且符合實(shí)際情況的傳動(dòng)方式有曲柄滑塊傳動(dòng)。具體發(fā)散過(guò)程為：面接觸┫ 桿 系連接┫ 曲柄滑塊傳動(dòng)。

通過(guò)對(duì)已有的功能本體知識(shí)庫(kù)查找可知，原有的“固定”屬于“保障”一類(lèi)，而“牽引”屬于“導(dǎo)向”一類(lèi)，但“牽引”這一抽象概念能通過(guò)連接這一更為穩(wěn)定的傳動(dòng)方式來(lái)表達(dá)，而且“固定”與“牽引”屬于同一層級(jí)，故可進(jìn)行替換，建立起新的功能事元模型并拓展其合適的實(shí)現(xiàn)方式。該問(wèn)題功能事元模型發(fā)散分析過(guò)程為

對(duì)于定位功能，其功能為產(chǎn)品所需，故不需更改。結(jié)合蘊(yùn)含系分析的結(jié)果可知，扭簧形變是定位功能成為問(wèn)題功能的不良原因，需要變更該功能的實(shí)現(xiàn)方式。由產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)可知，手柄與復(fù)位彈簧共同作用可實(shí)現(xiàn)角度變化的功能。通過(guò)發(fā)散分析，將實(shí)現(xiàn)定位功能的定位部件變更為新的手柄，利用按壓手柄逐漸靠攏菠蘿根莖這一動(dòng)作來(lái)作為定位功能新的實(shí)現(xiàn)方式。具體發(fā)散過(guò)程為：扭簧形變┫ 按 壓┫ 靠攏夾緊，該問(wèn)題事元模型的發(fā)散分析過(guò)程為

此外，增加部分在功能事元模型拓展分析后伴隨著特征變更而發(fā)散生成的組件物元模型與需要進(jìn)行可拓變換的原有組件物元模型，具體為

M11=[待添加組件群，組成部分，{M4、M5}]

首先對(duì)原有產(chǎn)品的問(wèn)題功能事元模型A3、A4分別進(jìn)行置換變換T1、T2，將其分別替換成表現(xiàn)更佳的新功能事元模型A32、A42。

T1A3=A32

T2A4=A41

對(duì)應(yīng)地，伴隨著功能的變換，與原功能相關(guān)的組件物元模型亦需要進(jìn)行可拓變換，變換成能實(shí)現(xiàn)新功能的新組件物元模型。其中扭簧M7、 擋板M3，彈簧M8的對(duì)應(yīng)功能已被替換，而手柄M2與定位部件M6在后續(xù)需要進(jìn)行可拓變換，故將上述物元納入待刪減組件群M10的特征“組成部分”的量值中。通過(guò)原產(chǎn)品M1與 待刪減組件群M10之間進(jìn)行基于共有特征“組成部分”的刪變換T3， 得到保留組件群M101。

同理，對(duì)手柄M2與 定位部件M6進(jìn)行基于共有特征“形狀”的增變換T4，得到具有定位效果的新手柄M21， 并將其納入待添加組件群M11的特征“組成部分”的量值中。變換公式與組件模型為

之后，對(duì)保留組件群M101與 待添加組件群M11進(jìn)行基于其共有特征“組成部分”的增變換T5，得到改進(jìn)后的新產(chǎn)品M102，其特征“組成部分”的量值見(jiàn)圖7中的組件，共7個(gè)。

圖7 新功能結(jié)構(gòu)圖Fig.7 Functional structure of new product

通過(guò)可拓變換可得到新功能事元模型與新組件物元模型，并建立新的功能結(jié)構(gòu)，如圖7所示。

根據(jù)新的功能結(jié)構(gòu)可得到改進(jìn)后的設(shè)計(jì)方案，如圖8所示。

圖8 新產(chǎn)品外觀示意圖Fig.8 New product appearance diagram

本次再設(shè)計(jì)首先構(gòu)建原有產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)，之后通過(guò)對(duì)產(chǎn)品的不良事件進(jìn)行蘊(yùn)含系分析得到產(chǎn)品的問(wèn)題功能，分別為形變功能、固定功能、定位功能。其中形變功能被刪去，并通過(guò)對(duì)剩余問(wèn)題功能事元模行進(jìn)行發(fā)散分析與可拓變換，使?fàn)恳δ芴鎿Q固定功能，同時(shí)改進(jìn)定位功能的實(shí)現(xiàn)方式。此外，還對(duì)原有產(chǎn)品的組件構(gòu)成進(jìn)行刪減，將手柄的前端作為定位部件，使得手柄在按壓的過(guò)程同時(shí)能夾緊菠蘿根莖，增大了定位部件與菠蘿根莖的接觸面積，提高其定位效果，確保切割效果。

4 結(jié)語(yǔ)

本文提出了一種基于功能分析與可拓理論的再設(shè)計(jì)方法?；诠δ鼙倔w庫(kù)建立已有產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)并選擇以產(chǎn)品的不良事件作為切入點(diǎn)，通過(guò)蘊(yùn)含系分析去確認(rèn)產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)中的問(wèn)題功能。對(duì)不良事件與問(wèn)題功能建立事元模型，其信息被特征與量值兩類(lèi)元素作為載體并以矩陣形式表達(dá)，設(shè)計(jì)者能直觀地分析并提取有用的信息。通過(guò)蘊(yùn)含系分析方法得到不良事件發(fā)生的原因作為后續(xù)功能事元模型拓展分析的規(guī)避依據(jù)。對(duì)問(wèn)題功能事元模型進(jìn)行合理的發(fā)散分析，變更部分特征與量值，最后對(duì)問(wèn)題功能進(jìn)行可拓變換，得到改進(jìn)的新功能。該方法通過(guò)深入分析問(wèn)題功能的相關(guān)信息，并以此提供合理的拓展分析指引，為針對(duì)已有產(chǎn)品的再設(shè)計(jì)提供了一種新的思路和可操作的方法。