第三章問題識別與問題類型機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)目標(biāo)課程目標(biāo)知識目標(biāo)問題類型、可拓建模、功能模型、因果分析、物場模型、技術(shù)矛盾與物理矛盾識別。能力目標(biāo)識別創(chuàng)新設(shè)計(jì)核心問題的能力。素質(zhì)目標(biāo)批評與質(zhì)疑精神、刨根問底的意識。目標(biāo)知識內(nèi)容1問題識別內(nèi)容 2常見的問題類型 3可拓建模 4功能分析 5因果分析 6物場模型 7問題識別工具的選擇策略什么是問題識別？想一想：問題識別包含哪些內(nèi)容？3.1問題識別內(nèi)容什么是問題識別？碰到創(chuàng)新與發(fā)明問題，需要進(jìn)行全面分析，將自然語言描述的問題進(jìn)行規(guī)范化、形式化描述，并識別其中的核心問題，即找到初始問題中隱含的深層的、潛在的問題，輸出一系列的關(guān)鍵問題。3.1問題識別內(nèi)容問題識別有哪些內(nèi)容？識別問題是指要看到事物背后的邏輯和原因，而不是僅僅只看表面。要認(rèn)真的分析和復(fù)盤事件過程。找出真正的問題所在。在創(chuàng)新設(shè)計(jì)中，會碰到創(chuàng)新設(shè)計(jì)問題，哪些是真正需要解決的核心問題，需要進(jìn)行識別。創(chuàng)新設(shè)計(jì)的問題識別是指，將自然語言描述的問題進(jìn)行規(guī)范化、形式化描述，并識別其中的核心問題，即找到初始問題中隱含的深層的、潛在的問題，輸出一系列的關(guān)鍵問題（核心問題），以便后續(xù)分析與解決。3.1問題識別內(nèi)容創(chuàng)新設(shè)計(jì)問題通常有哪些類型？想一想：采用哪些方法針對這些問題進(jìn)行識別？3.2問題常見的類型1.矛盾問題矛盾是無處不在的，創(chuàng)新設(shè)計(jì)中也會經(jīng)常碰到矛盾問題，如成本與效率的矛盾，質(zhì)量與能耗的矛盾等等，可以采用技術(shù)矛盾分析、物理矛盾分析、可拓矛盾分析等方法對矛盾問題進(jìn)行識別，為后續(xù)分析與求解奠定基礎(chǔ)。矛盾問題在不同情形下有不同的說法，在技術(shù)系統(tǒng)中，主要有技術(shù)矛盾和物理矛盾，在可拓矛盾分析中，主要是不相容問題（與技術(shù)矛盾相似）和對立問題（與物理矛盾相似）。3.2問題類型2.功能問題創(chuàng)新設(shè)計(jì)中有時碰到的是某某功能沒有實(shí)現(xiàn)、或者某某功能不足、或者某某功能有害的問題，對于功能問題，可以用功能分析、物場模型與可拓基元的功能特征拓展進(jìn)行分析，確定核心問題，之后再根據(jù)采用相應(yīng)的求解工具建立解決方案。3.2問題類型3.如何做的問題創(chuàng)新設(shè)計(jì)中，也會碰到如何做的問題，對于這類問題，可以建立事元模型，列出工具或方式特征，后續(xù)對工具或方式特征的量值進(jìn)行拓展、變換求解。也可以建立Howto模型，而后查找對應(yīng)的科學(xué)效應(yīng)庫，根據(jù)推薦的科學(xué)效應(yīng)的啟示獲得解決方案。如何做的問題也包含思維如何拓展和資源如何利用的問題，可以采用多屏幕法、STC算子法等創(chuàng)新思維工具，資源分析方法等工具進(jìn)行思維拓展與資源探尋。3.2問題類型4.思維拓展和資源利用的問題設(shè)計(jì)師在創(chuàng)新設(shè)計(jì)中，有時會碰到不知所措的情況，這個時候需要設(shè)計(jì)師進(jìn)行思維拓展，可以采用多屏幕法、STC算子法、拓展分析等方法拓展思維，打開設(shè)計(jì)思路、尋求資源支持。設(shè)計(jì)中還會碰到缺少資源的問題，需要利用多屏幕法（也是資源分析方法的一種）、資源分析方法等來分析可以利用的資源，為后面解決方案建立奠定基礎(chǔ)。3.2問題類型這些問題識別工具如何選擇？1）根據(jù)問題類型來選擇2）根據(jù)學(xué)習(xí)難度來選擇3.2問題類型1）根據(jù)問題類型來選擇如果我們在碰到創(chuàng)新與發(fā)明問題時，如果能夠先意識到問題的類型，如矛盾問題、功能實(shí)現(xiàn)問題、如何做的問題，可以采用如下策略。（1）對于矛盾問題，可以采用可拓建模、功能分析來建立問題模型；（2）對于功能實(shí)現(xiàn)問題，可以采用物場模型、功能分析、可拓建模來建立問題模型；（3）對于如何做的問題，可以采用因果分析、可拓建模來建立問題模型；（4）對于暫時無法確定的問題，可以用可拓建模來建立問題模型3.2問題類型2）根據(jù)學(xué)習(xí)難度來選擇在第2章介紹了創(chuàng)新工具難度概念，這里可以根據(jù)創(chuàng)新工具難度來進(jìn)行工具的選擇，難度值低的工具優(yōu)先。通過初步調(diào)研，各個工具的難度如下。問題識別工具的難度3.2問題類型創(chuàng)新與發(fā)明，離不開物、事和關(guān)系的支撐?？赏貙W(xué)中建立了形式化、模型化表示物、事和關(guān)系的基本元——物元、事元和關(guān)系元，統(tǒng)稱為基元，并可由它們構(gòu)成形式化表示復(fù)雜事物的復(fù)合元。通過基元模型可進(jìn)一步導(dǎo)出創(chuàng)新發(fā)明的核心問題。這種形式化描述便于標(biāo)準(zhǔn)化、精細(xì)化、數(shù)量化和計(jì)算機(jī)化。3.3可拓物元與事元大家知道什么是物元嗎？什么是事元嗎？我們常用的電腦是物元嗎？3.3.1可拓物元物元是描述物的基本元，是對產(chǎn)品等物的模型化表示，是包括物、特征和量值的有序三元組。特征是物特性的抽象結(jié)果，如產(chǎn)品的幾何特性（長、寬、高等）、物理特性（質(zhì)量、密度、比熱容等）、功能特性（傳輸能力、緊固程度等）、經(jīng)濟(jì)特性、環(huán)境特性等。量值是一物關(guān)于某一特征的數(shù)量、程度或范圍。物元——產(chǎn)品的模型化表示3.3.1可拓物元如表給出了連桿D的物元表格描述，也可用矩陣描述，如式所示。物特征量值連桿D長度230mm截面形狀圓形直徑15mm……物元描述3.3.1可拓物元上表和式給出的是多維物元，列出了物的多個特征。下表與式給出的是一維物元，僅列出物的一個特征。物特征量值搖桿D長度230mm一維物元3.3.1可拓物元如果物元的物與量值隨時間或位置等參數(shù)變化而發(fā)生變化，這種物元稱為動態(tài)物元，如變長度的曲柄，描述為如表所示。物特征量值曲柄F（1-30s）曲柄F（31-60s）曲柄F（61-80s）長度200mm長度230mm長度250mm……動態(tài)物元3.3.1可拓物元表示一類物的物元，稱為類物元，如表所示的螺栓類。動態(tài)物元物特征量值{螺栓}

長度<20-350>mm直徑<2-40>mm頭部形狀{六角頭，圓頭，…}3.3.1可拓物元注意事項(xiàng)：1）一些物由多個部件組成，在建立物元時，首先寫出該物整體的特征和量值構(gòu)成的物元，之后把物分解為部件，寫出各部件物元。例如凸輪機(jī)構(gòu)由凸輪、推桿、機(jī)架及相關(guān)的連接零件組成，在對凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新時，除了要用物元表示凸輪機(jī)構(gòu)，還可根據(jù)需要將各個部件或零件用物元表示，這樣便于后續(xù)的拓展與變換。2）將物元中的特征與量值抽取出來，組成特征元，這樣便于理解物的特征，如表所示。特征量值長度 300mm 直徑25mm頭部形狀六角頭特征元3）量值域是指某物關(guān)于某特征的量值在一個范圍內(nèi)，如螺母的直徑取值范圍為<3,45>mm。3.3.1可拓物元物與物的相互作用稱為事，事以事元來形式化描述。在產(chǎn)品創(chuàng)新中，事元是對產(chǎn)品的功能和用戶的需要的模型化表示。事元是由動詞、特征、量值組成的有序三元組。事元的特征是相對穩(wěn)定的，如施動對象（可理解為主語）、支配對象（可理解為賓語）、接受對象（可理解為賓語的定語）、時間、地點(diǎn)、程度、方式、工具等。3.3.2可拓事元事元——產(chǎn)品功能的模型化表示例如，“為支座E裝配連桿D”這件事的事元表示為下表的形式。動詞特征量值裝配C接受對象連桿D支配對象支座E……事元描述3.3.2可拓事元事元能夠形式化描述做什么、誰做、為誰做、什么時間做、什么地點(diǎn)做、做的程度、做的方式、使用的工具等。例如，“工人甲于2017年10月23日在運(yùn)輸機(jī)旁以手工方式為減速箱更換了一個軸承”，這件事可以用事元表示為下表的形式。動詞特征量值更換D施動對象工人甲支配對象軸承E接受對象減速箱D時間2017.10.23地點(diǎn)運(yùn)輸機(jī)旁方式手工事元實(shí)例3.3.2可拓事元由于產(chǎn)品的功能、用戶的需要和企業(yè)的目標(biāo)都是事件，故都可用事元形式化描述。如“帶傳動需要一個保護(hù)罩進(jìn)行安全保護(hù)”，這個“保護(hù)”可表示為下表的事元。動詞特征量值保護(hù)D施動對象鋼罩E支配對象帶傳動F保護(hù)事元3.3.2可拓事元機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域常用的動詞有：滑動、擰動、安裝、提高、提供、加工、壓入、形成、嚙合、組合、并聯(lián)、串聯(lián)、倒置、轉(zhuǎn)動、推動、擬合、計(jì)算、平衡、調(diào)節(jié)、沖擊、施加、傳動、分析、設(shè)計(jì)、給定、求解、確定、評價(jià)等。還可用后面功能分析中本質(zhì)描述的常用功能動詞。3.3.2可拓事元類似于物元，也有動態(tài)事元和類事元，如下表表示的動態(tài)安裝事元、下表所示的類事元。動詞特征量值安裝（t）施動對象工人（t）支配對象螺栓（t）接受對象機(jī)座（t）地點(diǎn)車間（t）工具扳手（t）動詞特征量值{計(jì)算}施動對象{設(shè)計(jì)師A，設(shè)計(jì)師B，…}支配對象{強(qiáng)度，剛度，模數(shù)，…}動態(tài)事元類事元3.3.2可拓事元練一練：扳手是物元嗎？2.（水杯，蓋子，70mm）正確嗎？3.（螺絲刀，擰緊，螺母）正確嗎？4.擰螺釘是事元嗎？3.3.2可拓事元扳手是物元嗎？

是物元2.（水杯，蓋子，70mm）正確嗎？

正確3.（螺絲刀，擰緊，螺母）正確嗎？

錯誤4.擰螺釘是事元嗎？

是3.3.2可拓事元物元是描述物的基本元，包括物、特征和量值的有序三元組。事元是由動詞、特征、量值組成的有序三元組。小結(jié)：3.3.2可拓事元世界中任何物、事等與其他的物、事有千絲萬縷的關(guān)系，而這些關(guān)系之間也是相互聯(lián)系的，所以描述這種關(guān)系的基本元稱為關(guān)系元。3.4可拓關(guān)系元與復(fù)元想一想：顯示屏和主機(jī)組成的電腦算不算關(guān)系元呢？3.4可拓關(guān)系元與復(fù)元關(guān)系元是由關(guān)系詞、特征、量值組成的有序三元組。要注意關(guān)系元的特征也是相對穩(wěn)定的，常用的有：前項(xiàng)、后項(xiàng)、程度、方式等。例如轉(zhuǎn)動連接關(guān)系，描述為下表的形式關(guān)系元描述動詞特征量值轉(zhuǎn)動連接前項(xiàng)搖桿后項(xiàng)機(jī)架……3.4可拓關(guān)系元與復(fù)元機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域常用的關(guān)系詞有：轉(zhuǎn)動連接關(guān)系、滑動連接關(guān)系、點(diǎn)接觸關(guān)系、線接觸關(guān)系、面接觸關(guān)系、旋入關(guān)系、嵌入關(guān)系、鉚接關(guān)系等。關(guān)系程度的變化表達(dá)關(guān)系的建立、加深、中斷、惡化等，它可以是正值、零或負(fù)值。不同的事、物的影響也使關(guān)系產(chǎn)生變化，這些變化表現(xiàn)為關(guān)系程度的改變，描述這種變化的關(guān)系元稱為動態(tài)關(guān)系元，如下表。同樣還有類關(guān)系元3.4可拓關(guān)系元與復(fù)元動詞特征量值滑動連接(t)前項(xiàng)滑塊(t)后項(xiàng)滑槽(t)表3-12動態(tài)關(guān)系元描述在產(chǎn)品創(chuàng)新中，有時改變關(guān)系名或者改變關(guān)系元中任意一個特征的量值，可能產(chǎn)生一個新產(chǎn)品。如把“上下關(guān)系”改為“左右關(guān)系”，把“嵌入”改為“旋入”等都可產(chǎn)生新產(chǎn)品。3.4可拓關(guān)系元與復(fù)元現(xiàn)實(shí)世界中的問題往往是非常復(fù)雜的，是事、物、關(guān)系組合或復(fù)合的結(jié)果。因此，描述這些現(xiàn)象，需要使用物元、事元和關(guān)系元復(fù)合的形式來表達(dá)，統(tǒng)稱為復(fù)合元。研究復(fù)合元的構(gòu)成、運(yùn)算和變換就稱為研究復(fù)雜問題的基礎(chǔ)。3.4可拓關(guān)系元與復(fù)元復(fù)合元

復(fù)合元可以有多種形式，例如物元和事元復(fù)合而成的復(fù)合元、物元和關(guān)系元復(fù)合而成的復(fù)合元等。例如，可以用物元和事元復(fù)合而成的復(fù)合元表示“用內(nèi)六角扳手?jǐn)Q緊減速機(jī)上的直徑12mm的螺栓”，如表所示動詞特征量值擰動支配對象（螺栓，直徑，12mm）工具（扳手，類型，內(nèi)六角）地點(diǎn)減速機(jī)上I）復(fù)合元3.4可拓關(guān)系元與復(fù)元

描述復(fù)雜物、事和關(guān)系，除了應(yīng)用物元、事元、關(guān)系元和復(fù)合元，還常常需要用到基元與基元之間、復(fù)合元與復(fù)合元之間的一些運(yùn)算。復(fù)合元的運(yùn)算較復(fù)雜，這里僅簡單介紹基元常用的邏輯運(yùn)算，深一步了解請參考可拓學(xué)的著作。II）基元的邏輯運(yùn)算3.4可拓關(guān)系元與復(fù)元

3.4可拓關(guān)系元與復(fù)元

3.4可拓關(guān)系元與復(fù)元

3.4可拓關(guān)系元與復(fù)元連接關(guān)系是關(guān)系元嗎？（連接關(guān)系，軸，齒輪孔）正確嗎？練一練：3.4可拓關(guān)系元與復(fù)元連接關(guān)系是關(guān)系元嗎？（連接關(guān)系，軸，齒輪孔）正確嗎？是的，正確練一練：3.4可拓關(guān)系元與復(fù)元可拓關(guān)系元與復(fù)元；關(guān)系元是由關(guān)系詞、特征、量值組成的有序三元組。使用物元、事元和關(guān)系元復(fù)合的形式來表達(dá)，統(tǒng)稱為復(fù)合元。小結(jié)：3.4可拓關(guān)系元與復(fù)元什么是功能？功能有哪些類型？功能分析的步驟？超系系統(tǒng)組件有哪些類型？3.5功能分析什么是功能？3.4.1功能的概念19世紀(jì)40年代，美國通用電氣的工程師邁爾斯首先提出功能的概念，并把它作為工程研究的核心問題，他將功能定義為“起作用的特性”，認(rèn)為顧客買的不是產(chǎn)品本身，而是產(chǎn)品的功能，功能是產(chǎn)品存在的目的。例如，空調(diào)的功能是調(diào)節(jié)溫度，洗衣機(jī)的功能是移除贓物。TRIZ理論將功能定義為“功能載體改變或保持功能對象的某個參數(shù)的行為”，可表述為“功能載體X更改（或保持）功能對象Z的參數(shù)Y”。功能根據(jù)其結(jié)果是參數(shù)改變沿著期望的方向變化還是背離了期望的方向，分為有用功能和有害功能。根據(jù)功能的級別或功能的對象分類，有基本功能、輔助功能、附加功能。3.5功能分析功能的定義中體現(xiàn)了三要素：功能載體X、功能對象Z、參數(shù)Y，這三個要素遵循下述規(guī)則：1）功能載體X和功能對象Z都是組件（物質(zhì)、場或物質(zhì)場組合）；2）功能載體X與功能對象Z之間必發(fā)生相互作用；3）相互作用產(chǎn)生的結(jié)果是功能對象的參數(shù)Y發(fā)生改變或者保持不變。3.5功能分析功能分析的目的：1）明確各功能之間的相互關(guān)系，合理地匹配功能；2）簡化技術(shù)系統(tǒng)，優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低成本，提供產(chǎn)品價(jià)值；3）使產(chǎn)品具有合理的功能結(jié)構(gòu)，滿足用戶對產(chǎn)品功能的需求；4）確定必要功能，發(fā)現(xiàn)不必要功能和過剩功能，彌補(bǔ)不足功能，去掉不合理的功能以及消除有害功能。3.5功能分析功能分析的內(nèi)容：1）確定技術(shù)系統(tǒng)所提供的主功能；2）研究各組件對系統(tǒng)功能的貢獻(xiàn)；3）分析系統(tǒng)中的有用功能及有害功能；4）對于有用功能，確定功能等級及性能水平（正常、不足、過度）；5）建立組件功能模型，繪制功能模型圖。3.5功能分析功能分析中涉及一些技術(shù)系統(tǒng)的概念，下面簡要說明。1）技術(shù)系統(tǒng)：是由相互聯(lián)系的組件與組件之間的相互作用以及子系統(tǒng)所組成，以實(shí)現(xiàn)某種（些）功能作用的組件與子系統(tǒng)的集合。例如，電腦是一個技術(shù)系統(tǒng)，則內(nèi)存條、主板、CPU、箱體、網(wǎng)卡、聲卡等是構(gòu)成這一技術(shù)系統(tǒng)的子系統(tǒng)和系統(tǒng)組件。2）組件：是組成技術(shù)系統(tǒng)或者超系統(tǒng)的一部分，是由物質(zhì)或者場組成的一個物體，如內(nèi)存條是電腦系統(tǒng)的一個組件。3）超系統(tǒng)：是以技術(shù)系統(tǒng)為組件的系統(tǒng)，或者不屬于系統(tǒng)本身但是與系統(tǒng)及其組件有一定相關(guān)性的系統(tǒng)。例如，電腦需要桌子支撐，需要使用者操作，這時桌子、使用者就是電腦的超系統(tǒng)。3.5功能分析3.4.2功能描述功能描述是指對分析對象及其組成部分所應(yīng)具有的各種功能，用簡明、準(zhǔn)確的語言進(jìn)行本質(zhì)描述。功能一般采用“動詞+名詞”的方式描述，例如，支座的功能：支撐構(gòu)件，齒輪的功能：傳遞運(yùn)動，風(fēng)扇的功能：移動空氣等。這里要注意功能直覺描述與本質(zhì)描述的區(qū)別，例如，電吹風(fēng)的功能，直覺描述為吹干頭發(fā)，而本質(zhì)描述為蒸發(fā)水分；洗衣機(jī)的功能，直覺描述為洗衣服，而本質(zhì)描述為移除臟物。3.5功能分析常用的本質(zhì)描述的功能動詞有：吸收、聚集、裝配（組裝）、彎曲、拆解、相變、清潔、凝結(jié)、冷卻、腐蝕、分解、沉淀、破壞、檢測、干燥、嵌插、侵蝕、蒸發(fā)、析取、煮沸、加熱、支撐、告知、連接、定位、混合、移動、定向、擦亮、防護(hù)、阻止、加工、保護(hù)、移除、旋轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)動）、分離、穩(wěn)定、振動、開動、包括、過濾、調(diào)整、擴(kuò)大、控制、點(diǎn)燃、遮蔽、應(yīng)用、創(chuàng)造、生成、儲藏、改變、放射、預(yù)防、矯正、支持、傳遞、建立、限制、減少、轉(zhuǎn)移、引導(dǎo)、緊固、定位、留下、弄亂等。3.5功能分析功能也可圖形化描述，一般常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），如圖所示。3.5功能分析功能圖形化描述中的箭頭線型有幾種，如表所示：3.5功能分析功能圖形化描述，有時也可補(bǔ)充地點(diǎn)、時間之類的說明。以卡車和圓珠筆為例，功能描述分別為：圖卡車的功能描述圖

圓珠筆的功能描述3.5功能分析3.4.3功能分析流程功能分析的流程如圖所示，1）組件分析，給出系統(tǒng)組成及各組件的層次；2）結(jié)構(gòu)分析，給出組件之間的相互作用關(guān)系；3）功能建模，用規(guī)范化的功能描述，表示出整個技術(shù)系統(tǒng)所有組件之間的相互作用關(guān)系以及如何實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。圖

功能分析流程3.5功能分析3.4.4功能建模及其實(shí)例功能建模是以圖形化描述來說明創(chuàng)新問題系統(tǒng)的組件相互作用，為后續(xù)的改進(jìn)系統(tǒng)、裁剪系統(tǒng)提供模型。（1）組件分析該步驟回答了技術(shù)系統(tǒng)是由哪些組件組成的。包括系統(tǒng)作用對象、技術(shù)系統(tǒng)組件、子系統(tǒng)組件，以及和系統(tǒng)組件發(fā)生相互作用的超系統(tǒng)組件。建議將技術(shù)系統(tǒng)至少分為兩個組件級別，即系統(tǒng)級別和子系統(tǒng)級別。3.5功能分析組件模型可以使用圖框或者表格來表示，圖框表示的組件模型如圖所示。其中系統(tǒng)組件用矩形框表示，超系統(tǒng)組件用六菱形表示，系統(tǒng)作用對象用圓角矩形表示。3.5功能分析建立組件模型有以下原則：1）在特定的條件下分析具體的技術(shù)系統(tǒng)。2）根據(jù)技術(shù)系統(tǒng)組件的層次建立組件模型。3）根據(jù)層次等級建立初始的組件模型，然后進(jìn)一步分析完善組件模型。4）組件模型包含了超系統(tǒng)的某些組件，該組件需與系統(tǒng)組件有相互作用關(guān)系。5）技術(shù)系統(tǒng)生命周期的不同階段具有不同的超系統(tǒng)，針對技術(shù)系統(tǒng)的各個生命周期階段，可建立獨(dú)立的不同的組件模型。3.5功能分析超系統(tǒng)為可影響整個分析系統(tǒng)的要素，但設(shè)計(jì)者不能針對該類要素改進(jìn)。它具有以下一些特點(diǎn)：超系統(tǒng)不能刪除或重新設(shè)計(jì)；超系統(tǒng)可能使工程系統(tǒng)出現(xiàn)問題；超系統(tǒng)可以作為工程系統(tǒng)的資源，也可以作為解決問題的工具；超系統(tǒng)應(yīng)該對系統(tǒng)有影響時才考慮。技術(shù)系統(tǒng)不同生命周期階段的典型超系統(tǒng)組件為：生產(chǎn)階段的設(shè)備、原料生產(chǎn)場地等；使用階段的產(chǎn)品、消費(fèi)者、能量源、與對象相互作用的其他系統(tǒng)等；儲存和運(yùn)輸階段的交通手段、包裝、倉庫和儲存手段等；另外還有與技術(shù)系統(tǒng)作用的外界環(huán)境——空氣、水、灰塵、熱場、重力場等。3.5功能分析例1：以電熱水壺為例，采用表格的形式建立系統(tǒng)組件模型，如表所示。系統(tǒng)子系統(tǒng)超系統(tǒng)

電熱水壺壺蓋水壺身桌子密封圈插座底盤

手柄

電源底座

插頭

3.5功能分析例2：以排插為例，采用圖框的形式建立系統(tǒng)組件模型。分析如圖所示，圖框內(nèi)僅給出與插頭相關(guān)的排插組件，框中超系統(tǒng)的插頭是指其他電器的插頭。超系統(tǒng)技術(shù)系統(tǒng)頂蓋電源線插腳卡連接線地板底座

……插頭插

3.5功能分析（2）結(jié)構(gòu)分析結(jié)構(gòu)分析是在組件分析的基礎(chǔ)上，分析組件間的相互關(guān)系，建立結(jié)構(gòu)模型。結(jié)構(gòu)模型描述了系統(tǒng)組件模型中各組件之間的相互作用關(guān)系，一般采用關(guān)系矩陣表的形式，用“+”表示組件間有作用，用“-”表示組件間沒有作用。以排插為例，建立系統(tǒng)組件結(jié)構(gòu)模型如下表所示?！?.5功能分析……

排插的結(jié)構(gòu)模型3.5功能分析……（2）功能建模功能模型是在結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上，采用規(guī)范化的功能描述來表示組件之間的相互作用關(guān)系。功能建模時，需要將待分析的各組件間的所有作用關(guān)系表達(dá)出，形成系統(tǒng)功能模型。功能模型有兩種形式：功能分析表和功能模型圖。3.5功能分析建立功能模型的原則如下：1）針對特定條件下的具體技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)行功能描述。2）只有在作用中才能體現(xiàn)功能，所以在功能描述中必須有動詞反映該功能。不能采用不體現(xiàn)作用的動詞，也不能采用否定動詞。3）功能存在的條件是作用改變了功能對象的參數(shù)。4）功能描述包括作用與功能對象，體現(xiàn)作用的動詞能表明功能載體要做什么，功能對象是物質(zhì)，不能是參數(shù)。5）在描述功能時可以增添補(bǔ)充部分，指明功能的作用區(qū)域、作用時間、作用方向等。3.5功能分析功能分析表以排插為例，功能分析表如表所示，圖形化的功能模型圖如圖所示3.5功能分析排插的功能模型3.5功能分析（1）請定義以下產(chǎn)品的功能：手機(jī)、訂書機(jī)、空調(diào)、電視機(jī)、窗戶、洗衣機(jī)。（2）請對身邊的一種產(chǎn)品（如訂書機(jī)、卷尺、卷筆刀、打孔機(jī)、自行車、果汁機(jī)等）進(jìn)行組件分析，相互作用分析，然后建立功能模型。練一練：3.5功能分析手機(jī)：攜帶式便攜通訊工具訂書機(jī)：將紙張裝訂成冊空調(diào)：調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度窗戶：采光，通風(fēng)洗衣機(jī)：移除贓物3.5功能分析什么是因果分析？因果分析有哪些方法？

5W分析法的流程？什么魚骨圖？怎么進(jìn)行因果軸分析？3.6因果分析3.6.1概述因果分析指從系統(tǒng)存在的問題入手，層層分析導(dǎo)致問題的原因，直至分析到最后不可分解為止。因果分析可以向兩個方向分析：向著求因的方向——由現(xiàn)在反逆到過去；也可以向著求果方向：由現(xiàn)在分析未來。因果分析的目的，是梳理問題中隱含的邏輯鏈及其形成機(jī)制，找出問題產(chǎn)生的根本原因；從梳理出的邏輯鏈條及其形成機(jī)制中找出解決問題的所有可能的“突破點(diǎn)”；從所有可能的突破點(diǎn)中找出“最優(yōu)”的突破點(diǎn)。3.6因果分析常見的因果分析法有：因果軸分析（三軸分析法中的一部分）、5W分析法、魚骨圖分析、故障樹等。下面簡要介紹5W分析法、魚骨圖分析法和因果軸分析法1）標(biāo)記存在問題的組件，即通過組件價(jià)值分析，找出理想度指標(biāo)最低的系統(tǒng)進(jìn)行根本原因分析。2）判斷可能導(dǎo)致問題的功能。3）根據(jù)功能判別存在問題的參數(shù)。4）依次繼續(xù)查找原因和結(jié)果，分析根本原因。因果分析的步驟如下：3.6因果分析1）當(dāng)不能繼續(xù)找到下一層的原因時；因果分析的結(jié)束條件包括：2）當(dāng)達(dá)到自然現(xiàn)象時；3）當(dāng)達(dá)到制度、法規(guī)、權(quán)力或成本的極限時。3.6因果分析3.6.25W分析法

5W分析法，通過不斷詢問“為什么”來尋求現(xiàn)象發(fā)生的根本原因的方法。是由豐田公司提出，又稱為五問法、5Why分析法。5W分析法對一個問題連續(xù)發(fā)問5次，每一個“原因”都會緊跟著另外一個“為什么？”直到問題的根源被確定下來。但5個Why不是說一定就是5個，可能是1個，也可能是10都沒有抓到根因3.6因果分析（1）5W分析法的應(yīng)用步驟3.6因果分析5W分析法的應(yīng)用步驟上圖所示，當(dāng)遇到問題（不正常情況）時，先問第一個“為什么”，獲得答案后，再問為何會發(fā)生，以此類推，層層推進(jìn)，直到發(fā)現(xiàn)問題的根本原因，并確定治本對策。3.6因果分析（2）5W分析法的常用工具及實(shí)例5W分析法的常用工具有鏈?zhǔn)綀D表、研討表，如下表為機(jī)器停轉(zhuǎn)問題的5W分析實(shí)例。次數(shù)為什么原因即時對策1為什么機(jī)器停轉(zhuǎn)了？機(jī)器超負(fù)荷，保險(xiǎn)絲熔斷了更換保險(xiǎn)絲2為什么會超負(fù)荷？軸承潤滑不夠加潤滑油3為什么潤滑不夠？油泵抽不上潤滑油更換抽油泵4為什么抽不上油？油泵的軸磨損、松動了更換油泵軸5為什么磨損了？潤滑油中混有雜質(zhì)安裝過濾器3.6因果分析3.6.3魚骨圖分析魚骨圖分析，是一種發(fā)現(xiàn)問題根本原因和透過現(xiàn)象看本質(zhì)的分析方法，因其形狀很像魚骨，故稱為魚骨圖。該方法是1953年日本管理大師石川馨提出的，也稱石川圖。3.6因果分析1）整理問題型魚骨圖有三種類型2）原因型3）對策型（1）魚骨圖的類型整理問題型是各要素與特性值間不存在原因關(guān)系，而是結(jié)構(gòu)構(gòu)成關(guān)系，對問題進(jìn)行結(jié)構(gòu)化整理。原因型是魚頭在右，特性值通常以“為什么……”來寫。對策型式魚頭在左，特性值通常以“如何提高和概述……”來寫。3.6因果分析（2）魚骨圖的基本結(jié)構(gòu)魚骨圖由特性1、主骨2、要因3、大骨4、中骨5、小骨6、孫骨7組成，如圖所示。3.6因果分析（3）魚骨圖的繪制①確定問題的特性。特性就是“工作的結(jié)果（或需要解決的問題）”，可通過頭腦風(fēng)暴法集體討論確定需要解決的問題，如圖所示。②特性和主骨：特性寫在右端，用方框圈起來。主骨用粗線畫，加箭頭標(biāo)志，如圖所示。3.6因果分析③大骨和大要因：大骨上分類書寫3～6個要因，用方框圈起來，如圖所示。注意：繪圖時，應(yīng)保證大骨與主骨成一定角度夾角（如45°、60°），中骨與主骨平行。大要因有不同的確定方法，對于制造類問題，通常采用6M要素（Man，人員；Measurement，測量；Mother-nature，環(huán)境；Methods，方法；Materials，材料，Machine，機(jī)器）。對于服務(wù)與流程類問題，通常采用政策、人員、測量、過程、地方、環(huán)境等要素。3.6因果分析④中骨、小骨、孫骨：中骨要描述“事實(shí)”；小骨要圍繞“為什么會那樣？”來寫；孫骨要更進(jìn)一步來追究“為什么會那樣？”來寫，如圖所示。3.6因果分析中骨、小骨、孫骨的描述要點(diǎn)：圍繞問題系統(tǒng)整理要因，一般采用“主語＋謂語”的形式描述，如：“壓力不足”，“注意不足”、“軟管長”、“涂料飛濺”等；也可采用“沒有……”的動賓形式描述，如：“沒有照明”，“沒有蓋子”，“沒有報(bào)警”，“沒有干勁”等。考慮對特性影響的大小和對策的可能性，深究要因（不一定是最后的要因），這些深究的要因稱為“根要因”，用“〇”標(biāo)記，如下圖所示，是針對“剎車導(dǎo)管長度不良”的機(jī)器方面的中骨、小骨、孫骨、曾孫骨等的分析，其中“氣缸漏氣”是一個根因，用“〇”標(biāo)記。3.6因果分析剎車導(dǎo)管長度不良在機(jī)器方面的魚骨分析3.6因果分析如下圖所示，為焊接質(zhì)量問題的魚骨分析實(shí)例，從人、機(jī)、料、法、環(huán)五個方面對管道焊接裂紋問題進(jìn)行原因分析。3.6因果分析3.6.4因果軸分析1）三軸分析法三軸分析法，沿流程時序軸（操作軸）、系統(tǒng)層次軸（系統(tǒng)軸）和因果關(guān)系軸（因果軸）對初始問題進(jìn)行分析與定義，將復(fù)雜的工程問題分解為若干子問題，以幫助人們發(fā)現(xiàn)隱藏在表層問題之后的真正問題，以及充分利用系統(tǒng)資源途徑的方法，如圖所示。3.6因果分析三軸分析法三軸分析法的目的是：發(fā)現(xiàn)問題產(chǎn)生的根本原因，尋找解決問題的薄弱點(diǎn)，并分析解決問題的資源，以降低解決問題的成本。3.6因果分析2）因果軸分析因果軸（或稱因果鏈）分析：通過構(gòu)件因果鏈探明事件發(fā)生的原因和產(chǎn)生結(jié)果之間關(guān)系的分析方法，以找出問題產(chǎn)生的根本原因。因果軸分析的目的：尋求根本原因與產(chǎn)生結(jié)果之間的一系列因果關(guān)系，構(gòu)建一條或多條的因果關(guān)系鏈（下圖），發(fā)現(xiàn)問題的產(chǎn)生原因與發(fā)現(xiàn)鏈中的“薄弱點(diǎn)”，找到解決問題的切入點(diǎn)。3.6因果分析從上圖的因果鏈模型圖看到，因果軸分析分為兩部分，一是從問題出發(fā)，往前尋找問題出現(xiàn)的原因，如下圖的實(shí)例；二是從問題出發(fā)，往后尋找問題出現(xiàn)的結(jié)果，如下圖的實(shí)例。從問題尋找原因從問題尋找結(jié)果3.6因果分析3）因果軸分析的步驟如前所述，因果軸分析是由原因軸分析和結(jié)果軸分析組成，因而分兩步走，分別介紹如下。第一步：原因軸分析。目的：了解事件的根本原因，確定解決問題的最佳時間點(diǎn)。分析過程如下：（1）從發(fā)現(xiàn)的問題出發(fā)，列出其直接原因。（2）以這些原因?yàn)榻Y(jié)果，尋找產(chǎn)生這些結(jié)果的上一層原因，按照前面兩個步驟的方法繼續(xù)分析，直至找到根本原因。（3）結(jié)束原因軸分析的判定條件：當(dāng)不能繼續(xù)找到上一層的原因時，或當(dāng)達(dá)到自然現(xiàn)象時，或當(dāng)達(dá)到制度、法規(guī)、權(quán)力、成本等極限時，則不再尋找原因。如圖所示。圖

原因鏈3.6因果分析對應(yīng)一個問題，可能會有多個原因，因此原因軸可以有多條鏈。第二步：結(jié)果軸分析。目的：了解問題可能造成的影響，并尋找可以掌控結(jié)果發(fā)生、蔓延的時機(jī)和手段。分析過程如下：（1）從目前的現(xiàn)象出發(fā)，推測其繼續(xù)發(fā)展可能會造成的各種結(jié)果。（2）從每個直接結(jié)果出發(fā)，再尋找可能產(chǎn)生的下一步結(jié)果，按照這兩個步驟的方法繼續(xù)分析。（3）結(jié)束結(jié)果軸分析的判定條件：當(dāng)不能繼續(xù)找到下一層的結(jié)果時，當(dāng)達(dá)到重大人員、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境損失時，當(dāng)達(dá)到技術(shù)系統(tǒng)的可控極限時，結(jié)束分析。（4）將每個現(xiàn)象與其后果用箭頭連接，箭頭從現(xiàn)象指向后果，構(gòu)成結(jié)果鏈，如圖所示。圖

結(jié)果鏈3.6因果分析對應(yīng)一個問題，可能會有多個結(jié)果，因此結(jié)果軸可以有多條鏈。因果軸分析要注意以下幾點(diǎn)：（1）如果因果關(guān)系不能確定，應(yīng)增加其他方法進(jìn)行分析，如定性分析或定量分析。（2）如果同一個結(jié)果有多個原因，應(yīng)該分析這些原因與造成的問題（現(xiàn)象）之間，以及原因之間的關(guān)系，通常只有一個是原因，其他是導(dǎo)致結(jié)果出現(xiàn)的條件。（3）有時候從一個實(shí)際問題開始進(jìn)行結(jié)果軸分析，其嚴(yán)重后果已經(jīng)顯而易見，就不要繼續(xù)分析結(jié)果軸。如果一個問題引發(fā)后續(xù)多種后果，有必要了解這些后果出現(xiàn)的關(guān)系，如時間先后關(guān)系、共存關(guān)系或排斥關(guān)系。3.6因果分析4）原因的規(guī)范化描述因果分析中將原因規(guī)范化有利于提高分析效率，其原則與功能描述原則一致，也是采用動賓結(jié)構(gòu)描述（V+O）。問題：功能沒有達(dá)到預(yù)期的效果，功能對象的參數(shù)表現(xiàn)出偏離的目標(biāo)值。原因：因果是相對的，對象的某參數(shù)沒有達(dá)到預(yù)計(jì)要求，直接導(dǎo)致結(jié)果的參數(shù)偏離目標(biāo)。3.6因果分析因果規(guī)范化描述有如下類型。（1）缺乏：對象應(yīng)該提供有用的功能，但是沒有對象提供此功能。規(guī)范描述為：缺乏—物體。案例：鎖芯缺乏潤滑，導(dǎo)致鑰匙轉(zhuǎn)動不靈活，開鎖不順利。開鎖不順利的原因：缺乏—潤滑油。圖形化描述如圖a所示。（2）存在：某個對象提供有用作用的同時，產(chǎn)生了有害作用。規(guī)范描述為：存在—對象。案例：機(jī)器表面上的油漆使機(jī)器更美觀了，但油漆揮發(fā)出影響工人健康的氣體。影響工人健康的原因：存在—油漆。圖形化描述如圖b所示。缺乏

存在

潤滑油油漆ab3.6因果分析（3）有害：某個對象提供的全是有害功能。規(guī)范描述為：有害—對象。案例：智能手機(jī)功能很多，屏幕較大較亮，給人們帶來了許多便利，但是亮屏?xí)p害眼睛。損害眼睛的原因：有害—亮屏。圖形化描述如圖c所示。（4）過度：指有用功能超過上閾值而產(chǎn)生有害影響。規(guī)范描述為：對象—參數(shù)—過度。案例：發(fā)動機(jī)油門開啟最大時馬力很足，但滿負(fù)荷工作一段時間后發(fā)動機(jī)報(bào)廢了。發(fā)動機(jī)報(bào)廢的原因：發(fā)動機(jī)—功率—過度。圖形化描述如圖d所示。cd

有害

過度

功率亮屏發(fā)動機(jī)3.6因果分析（5）不足：有用功能低于下閾值而效果不足。規(guī)范描述為：對象—參數(shù)—不足。案例：手機(jī)用了2年后，需要經(jīng)常充電。手機(jī)經(jīng)常充電的原因：手機(jī)電池—待機(jī)時間—不足。圖形化描述如圖e所示。（6）不可控：有用功能無法有效控制其性能水平。規(guī)范描述為：對象—參數(shù)—不可控。案例：乘坐公交車上班，經(jīng)常因?yàn)槿嚩鴮?dǎo)致上班遲到。規(guī)范描述為：上班遲到的原因：公交車—達(dá)到時間—不可控。圖形化描述如圖f所示。cd不足

不可控

待機(jī)時間到達(dá)時間手機(jī)電池不可控3.6因果分析（7）不穩(wěn)定：有用的功能，但是其性能水平不夠穩(wěn)定，帶來了有害影響。規(guī)范描述為：對象—參數(shù)—不穩(wěn)定。不可控的原因有時也可表示為不穩(wěn)定。案例：銑床加工精度不穩(wěn)定，使得軸上的鍵槽尺寸參次不齊。鍵槽尺寸不一的因素：銑床—精度—不穩(wěn)定。描述如圖g所示。g

不穩(wěn)定精度銑床3.6因果分析5）因果軸分析案例剛性鏈銷軸易卡死的因果分析如下圖所示。3.6因果分析3.6.5因果樹分析法簡介因果樹分析法是從問題入手，逐層尋求原因，直到根本原因的出現(xiàn)，最終形成一個樹狀的因果分析圖，如右圖所示，對于核心原因，優(yōu)先采取相應(yīng)的對策處理，達(dá)到接近問題的目的。因果樹分析方法可以用來問題識別（尋求核問題）和問題決策（問題求解），一般用作故障分析、事故分析等，通常也稱為故障樹分析，是美國貝爾實(shí)驗(yàn)室于1962年開發(fā)的。因果樹分析示意圖3.6因果分析因果樹中，原因與結(jié)果存在不同的關(guān)系：1）一個原因?qū)е乱粋€結(jié)果，如圖a所示；2）多個原因?qū)е乱粋€結(jié)果，原因之間是“或”的關(guān)系，如圖b所示；3）多個原因?qū)е乱粋€結(jié)果，原因之間是“且”的關(guān)系，如圖c所示。因果關(guān)系示意圖3.6因果分析應(yīng)用因果樹分析法分析銅板表面產(chǎn)生綠斑的原因，如圖所示。銅板表面產(chǎn)生綠斑的因果樹分析3.6因果分析（1）請對身邊的一些問題（槽板的加工）進(jìn)行魚骨圖分析（2）三軸分析的目的是什么？包括哪三軸？練一練：3.6因果分析（1）槽板的加工槽板加工工藝分析與編程槽板的加工工作總結(jié)與評價(jià)槽板的檢驗(yàn)與質(zhì)量分析4．刀具半徑補(bǔ)償．刀具長度補(bǔ)償值輸入。1．自由公差。2．定位基準(zhǔn)．裝夾方式選擇．加工順序．鍵槽銑刀的選擇．鍵槽銑刀的切削用量選擇。3．圓周槽加工．圓弧槽加工．鏡像．旋轉(zhuǎn)等。1．鍵槽銑刀的選擇。2．鍵槽銑刀的安裝。3．對刀方法。3．加工誤差產(chǎn)生的原因。5．加工中心機(jī)床的保養(yǎng)維護(hù)知識。1．圓弧槽．圓周槽檢驗(yàn)工．量具的選擇。2．圓弧槽．圓周槽檢測方法的確定。1．能正確識讀和繪制槽板圖樣。4．工．量具的使用與保養(yǎng)維護(hù)知識。1．小組評價(jià)表。2．組間互評小結(jié)。4．能對學(xué)習(xí)與工作進(jìn)行反思總結(jié)，并能與他人開展良好合作，進(jìn)行有效的溝通。2．能分析槽板的加工工藝。3．能正確填寫槽板數(shù)控加工工藝卡。4．能正確編制槽板的加工程序丶正確選擇加工用鍵槽銑刀。5．能根據(jù)所用刀具材料及加工對象，查閱相關(guān)資料，確定切削用量。1．能根據(jù)現(xiàn)場條件，查閱相關(guān)資料，確定符合加工技術(shù)要求的工．量．夾具和輔件。2．能按圖樣要求，測量毛坯外形尺寸，判斷毛坯是否有足夠的加工余量。3．能正確選擇本次任務(wù)要用的切削液丶裝夾工件進(jìn)行找正丶裝夾鍵槽銑刀丶正確進(jìn)行對刀。4．能嚴(yán)格根據(jù)車間管理規(guī)定，正確規(guī)范地操作加工中心機(jī)床丶保養(yǎng)加工中心機(jī)床。5．能按產(chǎn)品工藝流程和車間要求，進(jìn)行新產(chǎn)品交接并規(guī)范填寫交接班記錄。1．能根據(jù)圖樣，合理選擇檢驗(yàn)的工．量具，確定檢測方法。2．能根據(jù)槽板的測量結(jié)果，分析誤差產(chǎn)生的原因。3．能正確規(guī)范地使用工．量具，并對其進(jìn)行合理保養(yǎng)和維護(hù)。1．能按分組情況，分別派代表展示工作成果，說明本次任務(wù)的完成情況，并作分析總結(jié)。2．能結(jié)合自身任務(wù)完成情況，正確規(guī)范的撰寫工作總結(jié)（心得體會）。3．能就本次任務(wù)中出現(xiàn)的問題提出改進(jìn)措施。3.6因果分析（2）三軸分析的目的是什么？包括哪三軸？目的：發(fā)現(xiàn)問題產(chǎn)生的根本原因，尋找解決問題的薄弱點(diǎn)，并分析解決問題的資源，以降低解決問題的成本。三軸分析法，沿流程時序軸（操作軸）、系統(tǒng)層次軸（系統(tǒng)軸）和因果關(guān)系軸（因果軸）。3.6因果分析小結(jié)：因果分析的四種方法；5W魚骨圖因果軸因果樹3.6因果分析什么是物質(zhì)與場？有哪些物質(zhì)與場？物場模型的要素有哪些？物場模型有哪些類型？3.7物場模型本節(jié)內(nèi)容：3.7.3物場模型的種類3.7.1物場分析概述3.7.2物場模型3.7物場模型物場分析法是指從物質(zhì)和場的角度來分析和構(gòu)造最小技術(shù)系統(tǒng)的理論與方法學(xué)，是TRIZ理論中一種重要的問題識別和分析工具。它通過建立系統(tǒng)中結(jié)構(gòu)化的問題模型來正確地描述系統(tǒng)中的問題，用符號語言清楚地表達(dá)技術(shù)系統(tǒng)（子系統(tǒng)）的功能，正確地描述系統(tǒng)的構(gòu)成要素以及構(gòu)成要素之間的相互聯(lián)系。3.7.1物場分析概述3.7物場模型物場分析法針對技術(shù)系統(tǒng)存在的功能問題進(jìn)行建模，即物場模型（物質(zhì)-場模型），而后根據(jù)物場模型的類別，再選擇不同的解法進(jìn)行求解。這里主要介紹其中的物場模型的構(gòu)建。3.7物場模型每個技術(shù)系統(tǒng)的出現(xiàn)都是為了實(shí)現(xiàn)某個確定的功能，即產(chǎn)品是功能的實(shí)現(xiàn)。這些功能3條定律：1）所有的功能都可以分解為3個基本元素（兩個物質(zhì)S1和S2，場F）；2）一個存在的功能必須由這3個基本元素組成；3）將相互作用的3個基本元素進(jìn)行有機(jī)組合將形成一個功能。3.7.2物場模型為方便表示，功能用一個三角形來進(jìn)行模型化，三角形的下邊2個角是2個物質(zhì)（或稱為物體），上角是場（或稱作用、或效應(yīng)）。物質(zhì)可以是工件或工具，場是能量形式。通常，任何一個完整的系統(tǒng)功能，都可以用一個完整的物質(zhì)-場三角形進(jìn)行模型化，稱為物場模型（或物質(zhì)-場分析模型），如圖所示。如果是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，可以用多個物質(zhì)-場三角形來進(jìn)行模型化。FS1S2物場的基本模型 從上面的說明看到，物場分析方法引入了三個基本概念：物質(zhì)、場、相互作用。3.7物場模型物質(zhì)是指任何一種物質(zhì)，包括各種材料、技術(shù)系統(tǒng)（或其子系統(tǒng)）、外部環(huán)境甚至各種生物。如桌子、方位、空氣、水、地球、太陽、人、計(jì)算機(jī)等。物質(zhì)用符號S表示，對于一個系統(tǒng)中的多種物質(zhì)，可以利用下角標(biāo)的序號加以區(qū)別，如S1、S2、S3等。3.7物場模型場是物質(zhì)引起粒子相互作用的一種物質(zhì)形式，這里的場包括物理學(xué)中的重力場、電磁場、強(qiáng)相互作用場（核力場）、弱相互作用場（基本粒子場），及技術(shù)系統(tǒng)中的場（如力場、聲場、熱能場、電場、磁場、電磁場、光場、化學(xué)場、氣味場等，如表所示）還包括物質(zhì)之間的任何相互作用，如拍打、承受、損害、加熱等，用符號F表示，對于一個系統(tǒng)中的多種場，可以利用下角標(biāo)的序號加以區(qū)分，如F1、F2、F3等。符號名稱舉例G重力場重力Me機(jī)械場壓力、慣性、離心力P氣動場空氣靜力學(xué)、空氣動力學(xué)H液壓場流體靜力學(xué)、流體動力學(xué)A聲學(xué)場聲波、超聲波3.7物場模型Th熱學(xué)場熱傳導(dǎo)、熱交換、絕熱、熱膨脹、雙金屬片記憶效應(yīng)Ch化學(xué)場燃燒、氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)、溶解、鍵合、置換、電解E電場靜電、感應(yīng)電、電容電M磁場靜磁、鐵磁O光學(xué)場光（紅外線、可見光、紫外線）、反射、折射、偏振R放射場X-射線、不可見電磁波B生物場發(fā)酵、腐爛、降解N粒子場α、β、γ粒子束、中子、電子、同位素3.7物場模型案例1，車床車削階梯軸可以描述為：S1—階梯軸（工件）；S2—車床（工具）；F—車削（機(jī)械場）。圖形化表示物場模型如圖所示。車削零件的物質(zhì)-場模型3.7物場模型案例2，工人用高壓水槍清洗汽車上的污垢可以描述為：S1—車上的污垢（工件）；S2—高壓水槍（工具）；F—清洗（液壓場）。圖形化表示物場模型如圖所示。清洗汽車的物場模型3.7物場模型相互作用是指在場與物質(zhì)的相互作用與變化中，所實(shí)現(xiàn)的某種特定功能。在場作用下，物質(zhì)S2與S1之間的作用常見的有如表所示的種類：兩物質(zhì)間相互作用的類型3.7物場模型物場模型有助于使問題聚焦于關(guān)鍵子系統(tǒng)上并確定問題所在的特別“模型組”。事實(shí)上，任何物場模型的異常表現(xiàn)，都來自于這些模型組中所存在的問題上。3.7.3物場模型的種類物場模型可以用來描述系統(tǒng)中出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)化問題，這些問題的類型主要有以下四種：1）有用并且充分的相互作用，以用扳手?jǐn)Q螺栓為例，扳手長度合適，力矩能夠擰緊螺栓，如圖所示。S2FS12）有用但不充分的相互作用，以用扳手?jǐn)Q螺栓為例，扳手較短，可以擰動螺栓，但力矩不夠，螺栓無法擰緊，如圖所示。3）有用但過度的相互作用，以用扳手?jǐn)Q螺栓為例，扳手過長，剛一用力，力矩過大，螺栓滑絲了，如圖所示。3.7物場模型4）有害的相互作用，以用扳手?jǐn)Q螺栓為例，扳手開口不適合，擰緊過程，擰花螺栓六角頭，手撞在機(jī)器上，劃傷了，如圖所示。5）缺少元素，以用扳手?jǐn)Q螺栓為例，想擰緊螺栓，但缺少螺栓或扳手。3.7物場模型TRIZ理論重點(diǎn)關(guān)注3種模型，即效應(yīng)不足模型（不充分模型）、缺失模型（或不完整模型）、有害效應(yīng)模型（包含過度模型），并提出6種一般解法和76個標(biāo)準(zhǔn)解應(yīng)對這3種模型，將在第6章介紹。3.7物場模型

試給出2-3物場模型的實(shí)例，并指出其類型。練一練：3.7物場模型實(shí)例1：防止鋼丸發(fā)送機(jī)彎管破損問題：如何防止鋼丸發(fā)送機(jī)彎管破損？描述：鋼丸(S1)碰撞，使管壁(S2)破裂。類型：有害效應(yīng)的完整模型壓縮空氣和鋼珠管壁S2鋼珠S1S1S2F1S33.7物場模型選擇問題模型的一般解法有害效應(yīng)的完整模型有2種解法：1、加入一個新物質(zhì)(S3)，用來阻止有害作用。2、增加另一個場(F2)，用來平衡產(chǎn)生有害效果的場。3.7物場模型壓縮空氣和鋼珠電磁鐵F2鋼珠S1管壁S2S1S2F1F2措施：在彎管強(qiáng)烈磨損區(qū)添加保護(hù)層電磁鐵F2，吸收鋼丸（相當(dāng)于S3）駐留。3.7物場模型什么是矛盾？矛盾的種類？如何定義矛盾？標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)有哪些？3.8技術(shù)矛盾與標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)什么是矛盾？任何產(chǎn)品作為一個系統(tǒng)，都包含一個或多個功能，為了實(shí)現(xiàn)這些功能，產(chǎn)品由具有相互關(guān)系的多個零部件組成。當(dāng)改變某個零件、部件的設(shè)計(jì)，即提高產(chǎn)品某些方面的性能時，可能會影響到與這些被改進(jìn)設(shè)計(jì)零部件相關(guān)聯(lián)的零部件，結(jié)果可能使產(chǎn)品或系統(tǒng)另一些方面的性能受到負(fù)面影響，于是設(shè)計(jì)出現(xiàn)了矛盾（Contradiction）。矛盾是客觀社會中普遍存在的現(xiàn)象。TRIZ理論認(rèn)為，發(fā)明問題的核心是解決矛盾，系統(tǒng)的進(jìn)化就是不斷發(fā)現(xiàn)矛盾并解決矛盾，從而向理想化不斷靠近的過程。發(fā)現(xiàn)矛盾才會導(dǎo)致創(chuàng)新，故創(chuàng)新過程也是求解矛盾的過程。3.8技術(shù)矛盾與標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)矛盾的種類？TRIZ理論中將矛盾（沖突）分為管理矛盾、技術(shù)矛盾和物理矛盾。（1）管理矛盾，管理矛盾是指在管理系統(tǒng)中一個管理原理或規(guī)定的改進(jìn)而導(dǎo)致另外一方面管理目標(biāo)的削弱或呈現(xiàn)出兩種相反的狀態(tài)。（2）技術(shù)矛盾，一個技術(shù)系統(tǒng)中總是存在許多評價(jià)參數(shù)，當(dāng)某個參數(shù)得到改善，而導(dǎo)致另外的參數(shù)惡化，這兩個參數(shù)相反的表現(xiàn)就是技術(shù)矛盾。（3）物理矛盾，技術(shù)系統(tǒng)中，某個參數(shù)出現(xiàn)兩個完全相反的要求，如需要梁的尺寸既要大又要小，即產(chǎn)生了物理矛盾。經(jīng)典的TRIZ理論主要求解技術(shù)矛盾和物理矛盾。針對技術(shù)矛盾和物理矛盾，TRIZ分別提供了矛盾矩陣和分離原理兩種工具來解決，但這兩種方法最終都?xì)w結(jié)為40個發(fā)明原理（技巧）的使用。矛盾問題的求解將在第五章進(jìn)行詳細(xì)講解。3.8技術(shù)矛盾與標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)（1）

技術(shù)矛盾在技術(shù)系統(tǒng)中，當(dāng)改進(jìn)系統(tǒng)中某個參數(shù)，而引起了系統(tǒng)中另一個參數(shù)的惡化，這種矛盾稱為技術(shù)矛盾。技術(shù)矛盾是日常生活中常見的一類矛盾，是參數(shù)間的矛盾，即同一系統(tǒng)不同參數(shù)之間產(chǎn)生了矛盾，如設(shè)計(jì)擱架時，希望擱板上能放很多物品，就增加擱板厚度，但很厚的擱板會很重，這里就出現(xiàn)了厚度與重量的矛盾。3.8技術(shù)矛盾與標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)識別技術(shù)矛盾是定義技術(shù)矛盾的前提。在技術(shù)系統(tǒng)中，技術(shù)矛盾通常表現(xiàn)為：①在一個子系統(tǒng)中引入一種有用功能后，會導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生一種有害功能，或加強(qiáng)了已存在的一種有害功能；②減弱一種有害功能會導(dǎo)致系統(tǒng)的有用功能的削弱；③加強(qiáng)系統(tǒng)的有用功能或削弱有害功能，會使另一子系統(tǒng)或系統(tǒng)變得復(fù)雜。3.8技術(shù)矛盾與標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)針對一個技術(shù)系統(tǒng)，如果提出了一個解決方案，那么帶來了什么好的結(jié)果（這個就是改善的參數(shù)），但又帶來什么不好的效果（這個就是惡化的參數(shù)）。通過這樣的描述，就能找到矛盾中的改善參數(shù)和惡化參數(shù)，同時也要明白，技術(shù)矛盾的描述可以反過來的，即對“所提的解決方案反方向”分析，那么改善了什么，但惡化了什么。可以采用填表（下表）的方式尋找技術(shù)矛盾的雙方。表3-12技術(shù)矛盾分析3.8技術(shù)矛盾與標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)案例：自行車可以作為環(huán)保的交通工具用來代步、出行。越來越多的人將自行車作為健身器材用來騎行鍛煉或者出游。為了提高自行車的強(qiáng)度，一般采取將自行車車架桿加粗的方式，但這樣會導(dǎo)致自行車重量增大。如果減細(xì)自行車車架桿直徑，會導(dǎo)致自行車強(qiáng)度減弱。3.8技術(shù)矛盾與標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)根據(jù)填表的方法，可以定義如下表的技術(shù)矛盾為：表3-13自行車的技術(shù)矛盾若使用TRIZ的矛盾矩陣進(jìn)行求解，則需要進(jìn)一步將這些參數(shù)轉(zhuǎn)化為TRIZ的標(biāo)準(zhǔn)工程參數(shù)。3.8技術(shù)矛盾與標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)（2）標(biāo)準(zhǔn)工程參數(shù)為了標(biāo)準(zhǔn)化描述技術(shù)矛盾，TRIZ理論給出了39個工程參數(shù)（如表3-14所示，具體定義見附錄），利用39個標(biāo)準(zhǔn)工程參數(shù)就足以描述工程中出現(xiàn)的絕大部分技術(shù)內(nèi)容。故在應(yīng)用矛盾矩陣來解決實(shí)際問題的時候，先把組成技術(shù)矛盾的兩個參數(shù)，分別用39個標(biāo)準(zhǔn)工程參數(shù)的兩個表示，這樣就可以把創(chuàng)新與發(fā)明中存在的矛盾，轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)矛盾，進(jìn)而就可以查詢矛盾矩陣，找到推薦發(fā)明技巧了。3.8技術(shù)矛盾與標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)表3-1439個標(biāo)準(zhǔn)工程參數(shù)名稱序號名稱序號名稱序號名稱1運(yùn)動物體的重量14強(qiáng)度27可靠性2靜止物體的重量15運(yùn)動物體作用時間28測試精度3運(yùn)動物體的長度16靜止物體作用時間29制造精度4靜止物體的長度17溫度30物體外部有害因素作用5運(yùn)動物體的面積18光照度31物體產(chǎn)生的有害因素6靜止物體的面積19運(yùn)動物體的能量32可制造性7運(yùn)動物體的體積20靜止物體的能量33可操作性8靜止物體的體積21功率34可維修性9速度22能量損失35適應(yīng)性及多用性10力23物質(zhì)損失36裝置的復(fù)雜性11應(yīng)力或壓力24信息損失37監(jiān)控與測試的困難程度12形狀25時間損失38自動化程度13結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性26物質(zhì)或事物的數(shù)量39生產(chǎn)率3.8技術(shù)矛盾與標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)案例：家用真空吸塵器的原理是利用電動機(jī)驅(qū)動風(fēng)扇葉輪高速旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的葉輪對空氣做功，使流道內(nèi)空氣高速流動，產(chǎn)生抽吸作用，原理如圖3-4所示。為了提高吸塵器的吸塵效果，可以增加電機(jī)的功率，但會導(dǎo)致除塵器的體積增加。試分析吸塵器的技術(shù)矛盾。圖3-4吸塵器原理3.8技術(shù)矛盾與標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)根據(jù)填表的方法，可以定義如表3-15的技術(shù)矛盾，表中的參數(shù)已采用標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)描述。表3-15吸塵器的技術(shù)矛盾

技術(shù)矛盾1技術(shù)矛盾2如果增加電動機(jī)功率減少電動機(jī)功率那么提高吸塵器的生產(chǎn)率（No.39）減少運(yùn)動物體的體積（No.7）但是增加運(yùn)動物體的體積（No.7）降低吸塵器的生產(chǎn)率（No.39）3.8技術(shù)矛盾與標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)（1）物理矛盾當(dāng)對某個技術(shù)系統(tǒng)的同一個參數(shù)提出了相反的要求時，就出現(xiàn)了物理矛盾。例如，人們需要行李箱的體積大以裝進(jìn)更多的衣物，同時又希望行李箱的體積小以方便攜帶，即對行李箱的尺寸提出了互斥的要求。3.9物理矛盾物理矛盾出現(xiàn)的幾種情況：1）一個子系統(tǒng)中有用功能加強(qiáng)的同時導(dǎo)致該子系統(tǒng)中有害功能的加強(qiáng)。2）一個子系統(tǒng)中有害功能降低的同時導(dǎo)致該子系統(tǒng)中有用功能的降低。在生活與工程中存在很多物理矛盾。常見的物理矛盾如表3-16所示。3.9物理矛盾表3-16常見物理矛盾3.9物理矛盾針對物理矛盾問題，如何準(zhǔn)確地描述和定義其中的物理矛盾，對于問題的求解十分關(guān)鍵，也可以按填表法分析物理矛盾，如表3-17所示，即分析表中的參數(shù)A，及其條件與原因，就能提取出物理矛盾。物理矛盾不一定要求用標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)描述。表3-17物理矛盾分析3.9物理矛盾案例：皮帶輸送機(jī)是常見的長距離輸送裝置。為了提高傳送帶的強(qiáng)度，以增大每次物資運(yùn)送量，需要厚度大的皮帶；但為了減小皮帶的彎曲應(yīng)力，皮帶的厚度又必須減小，試分析這個矛盾。圖3-5皮帶輸送機(jī)3.9物理矛盾這是一個對同一參數(shù)提出了相反要求的物理矛盾，根據(jù)填表的方法，提取如表3-17的物理矛盾表3-17皮帶輸送機(jī)的物理矛盾分析3.9物理矛盾（2）

技術(shù)矛盾和物理矛盾的關(guān)系技術(shù)矛盾是技術(shù)系統(tǒng)兩個參數(shù)之間存在的相互制約，物理矛盾是技術(shù)系統(tǒng)中一個參數(shù)無法滿足系統(tǒng)內(nèi)相互排斥的需求。二者的區(qū)別如下：（1）技術(shù)矛盾是整個系統(tǒng)中兩個參數(shù)（特性和功能）之間的矛盾，物理矛盾是技術(shù)系統(tǒng)中某一個元件的一個參數(shù)（特性、功能）相對立的兩個狀態(tài)。（2）技術(shù)矛盾涉及的是整個技術(shù)系統(tǒng)的特性，物理矛盾涉及的是系統(tǒng)中某個元素的某個特征的物理特性。（3）物理矛盾比技術(shù)矛盾更能體現(xiàn)問題的本質(zhì)。（4）物理矛盾比技術(shù)矛盾更“激烈”一些。3.9物理矛盾技術(shù)系統(tǒng)中的技術(shù)矛盾是由系統(tǒng)中相互沖突的物理性質(zhì)造成的，相互沖突的物理性質(zhì)是由元件相互排斥的兩個物理狀態(tài)確定的；而相互排斥的兩個物理狀態(tài)之間的關(guān)系是物理矛盾的本質(zhì)。在很多時候技術(shù)矛盾是更顯而易見的矛盾，而物理矛盾是隱藏得更深入、更尖銳的矛盾。但是，無論是技術(shù)矛盾還是物理矛盾，它們都反映技術(shù)系統(tǒng)的參數(shù)屬性，因此，它們之間又是相互聯(lián)系的。對于同一個技術(shù)問題來說，技術(shù)矛盾和物理矛盾是從不同的角度，在不同深度上對同一個問題的不同表述，因此技術(shù)矛盾和物理矛盾可以相互轉(zhuǎn)換。3.9物理矛盾案例：手機(jī)尺寸中技術(shù)矛盾和物理矛盾的轉(zhuǎn)換為了操作方便，希望手機(jī)的屏幕越大越好，按鍵區(qū)也應(yīng)該有一定的空間。但是，這必然會增加手機(jī)的尺寸，不便攜帶。3.9物理矛盾根據(jù)填表法，定義其技術(shù)矛盾如表3-19所示，在改善手機(jī)的可操作性的同時，增加了運(yùn)動物體的面積。表3-19手機(jī)的技術(shù)矛盾3.9物理矛盾根據(jù)填表法，定義為物理矛盾如表3-20所示，希望手機(jī)的屏幕大以提高操作性能，又希望手機(jī)的屏幕小以節(jié)約成本、方便攜帶。表3-20手機(jī)的物理矛盾分析3.9物理矛盾練一練：(1)水管要剛性好，以免因水的重量而變形，但水管要軟，以避免在冬天被凍裂。(2)SMT(表面貼裝焊接技術(shù))生產(chǎn)線，要求PCB(印制電路板)連續(xù)進(jìn)行供應(yīng)，但PCB是專業(yè)線路板廠家生產(chǎn)并批量送貨的。如何解決？3.9物理矛盾水管：物理矛盾:水管要剛性好，以免因水的重量而變形，但水管要軟，以避免在冬天被凍裂。解決方案:彈塑性好的復(fù)合材料。PCB上板機(jī):物理矛盾:SMT(表面貼裝焊接技術(shù))生產(chǎn)線，要求PCB(印制電路板)連續(xù)進(jìn)行供應(yīng)，但PCB是專業(yè)線路板廠家生產(chǎn)并批量送貨的。這樣連續(xù)生產(chǎn)與批量供貨之間就產(chǎn)生矛盾。解決方案:PCB上板機(jī)，接受批量的PCB，然后連續(xù)輸送到SMT生產(chǎn)線3.9物理矛盾總結(jié)：本章主要學(xué)習(xí)了問題分類、及常見問題識別3.9物理矛盾Thanks第四章功能問題求解機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)目標(biāo)課程目標(biāo)知識目標(biāo)掌握功能問題求解方法，具備功能求解知識的應(yīng)用能力。能力目標(biāo)具備功能問題的求解能力。素質(zhì)目標(biāo)探索、求實(shí)、簡化。目標(biāo)知識內(nèi)容1概述 2功能導(dǎo)向搜索 3裁剪 4一般解與標(biāo)準(zhǔn)解 5拓展與變換方法 6功能問題求解工具的選擇策略什么是問題分析？哪些工具可以用來進(jìn)行問題分析？這些問題識別工具如何選擇？4.1概述什么是問題分析？問題分析，是在問題識別的基礎(chǔ)上，對核心問題進(jìn)行搜索或分析，找到問題的預(yù)期效應(yīng)與實(shí)際效應(yīng)的偏差，進(jìn)一步尋求拓展的方向，為求解奠定基礎(chǔ)。4.1概述哪些工具可以用來進(jìn)行功能問題求解？分析工具包括：功能導(dǎo)向搜索、裁剪、一般解與標(biāo)準(zhǔn)解、 拓展與變換方法。4.1概述功能導(dǎo)向搜索功能導(dǎo)向搜索（Function-OrientedSearch：FOS）是基于對已有成熟技術(shù)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上去分析解決問題的工具。功能導(dǎo)向搜索將功能進(jìn)行通用化處理，行為和對象雙管齊下。比如可以將油、水、酒等物體通用化為“液體”4.1概述一般解和標(biāo)準(zhǔn)解根據(jù)物場模型的類型，選擇相應(yīng)的一般解法或標(biāo)準(zhǔn)解法，建立建立解決方案。4.1概述拓展與變換方法拓展分析方法是用形式化的方法對基元進(jìn)行拓展，之后再進(jìn)行變換，從而得到多種創(chuàng)新路徑或解決矛盾問題的多種思路的方法。例如我們生活中常用的插座，平衡車什么的。4.1概述這些問題識別工具如何選擇？前面介紹了幾種問題分析的工具，往往會面臨著一個問題：該如何選擇？針對這個問題，這里建立一個選擇策略。4.1概述1）根據(jù)問題類型來選擇根據(jù)不同的問題分析的性質(zhì)，如矛盾分析、拓展分析、資源分析、如何做的分析，可以采用如下策略。（1）優(yōu)先選用功能導(dǎo)向搜索，試圖尋求問題的現(xiàn)有解決思路；（2）對于矛盾問題，可以采用矛盾分析分析來對矛盾進(jìn)一步分析，或用拓展分析來發(fā)散矛盾雙方不相容（或?qū)αⅲ┩卣顾悸罚?.1概述（3）對于尋求資源的問題，可以采用拓展分析、多屏幕法、STC算子法、資源分析來尋求系統(tǒng)、超系統(tǒng)、子系統(tǒng)可以利用的各類資源；（4）對于如何做的問題，可以采用Howto模型來建立標(biāo)準(zhǔn)的功能描述（即Howto模型）；（5）對于暫時無法確定性質(zhì)的分析，可以用拓展分析來發(fā)散思路。（6）也可采用多種方法分析，而后選擇合適的分析結(jié)果為后面求解服務(wù)。4.1概述2）根據(jù)難度來選擇這里可以根據(jù)難度來進(jìn)行工具的選擇，難度值低的工具優(yōu)先。通過初步調(diào)研，各個工具的學(xué)習(xí)難度如下。4.1概述什么是功能導(dǎo)向搜索？關(guān)鍵詞如何處理？功能導(dǎo)向搜索如何實(shí)施？4.2功能導(dǎo)向搜索什么是功能導(dǎo)向搜索？

功能導(dǎo)向搜索（Function-OrientedSearch：FOS）是基于對已有成熟技術(shù)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上去分析解決問題的工具。功能導(dǎo)向搜索將功能進(jìn)行通用化處理，行為和對象雙管齊下。4.2功能導(dǎo)向搜索比如可以將油、水、酒等物體通用化為“液體”，將焊接、鉚接、膠接等通用化為“連接”，將蘋果汁濃縮通用化為“將漿狀物中的液體分離”。液體連接4.2功能導(dǎo)向搜索

功能導(dǎo)向搜索可以在已有的解決方案中尋找所需要的方案，不管這種方案在其他企業(yè)，還是在其他行業(yè)，一旦發(fā)現(xiàn)類似的解決方案，就會非常容易地將它們轉(zhuǎn)化為自己的解決方案。由于功能導(dǎo)向搜索使用的是現(xiàn)有的解決方案，與新發(fā)明相比，實(shí)現(xiàn)起來容易，所要消耗的資源（人力、時間、研發(fā)經(jīng)費(fèi)等）也更少。而且這種方法得出的解決方案大多經(jīng)過實(shí)踐證實(shí)，方案實(shí)施成功的概率很高。4.2功能導(dǎo)向搜索

功能導(dǎo)向搜索通過借鑒其他行業(yè)現(xiàn)有的成功解決方案，進(jìn)行不同應(yīng)用領(lǐng)域的遷移，是問題分析的重要工具，應(yīng)優(yōu)先使用。4.2功能導(dǎo)向搜索功能導(dǎo)向搜索的主要步驟如下：1）問題識別，對所要解決的問題進(jìn)行簡要描述，明確問題定義，找到所需解決的關(guān)鍵問題，分析具體執(zhí)行功能，確定所需參數(shù)；2）功能一般化（通用）處理，明確行為和對象，把握技術(shù)系統(tǒng)的關(guān)鍵功能，限定實(shí)際問題的范圍，進(jìn)一步明確問題；4.2功能導(dǎo)向搜索3）識別領(lǐng)先領(lǐng)域，搜索其他相關(guān)或者不相關(guān)領(lǐng)域中執(zhí)行類似功能的技術(shù)，這里需要不同專業(yè)的技術(shù)人員進(jìn)行交流，充分了解各行業(yè)可能存在的類似功能；4）領(lǐng)先領(lǐng)域解決方案，確定領(lǐng)先領(lǐng)域后，對該領(lǐng)域進(jìn)行專利查詢，對查詢到的專利進(jìn)行整理，得到功能導(dǎo)向搜索最終結(jié)果。另外，也可以從科學(xué)效應(yīng)庫中進(jìn)行查詢。4.2功能導(dǎo)向搜索其中：問題識別與功能一般化處理在第三章已經(jīng)敘述，這里主要進(jìn)行問題領(lǐng)先領(lǐng)域識別和搜索該問題在領(lǐng)先領(lǐng)域的解決方案。4.2功能導(dǎo)向搜索案例：往復(fù)直線運(yùn)動工作臺的設(shè)計(jì)問題現(xiàn)需要設(shè)計(jì)一種能夠?qū)崿F(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動的工作臺，要求在不使用電氣控制的條件下，工作臺能夠借助機(jī)械裝置自動執(zhí)行往復(fù)的運(yùn)動。4.2功能導(dǎo)向搜索（1）應(yīng)用功能導(dǎo)向搜索方法，按照其流程進(jìn)行分析，如表4-1所示。表4-1往復(fù)直線運(yùn)動工作臺的功能導(dǎo)向搜索步驟結(jié)果問題識別通過機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)工作臺的往復(fù)直線運(yùn)動，即在無復(fù)雜的電氣控制器的條件下，完全純機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)功能功能一般化處理關(guān)鍵功能：往復(fù)運(yùn)動識別領(lǐng)先領(lǐng)域機(jī)械加工領(lǐng)域領(lǐng)先領(lǐng)域解決方案圖4-1為一種常見的往復(fù)運(yùn)動裝置4.2功能導(dǎo)向搜索圖4-1常見的往復(fù)運(yùn)動平臺4.2功能導(dǎo)向搜索（2）圖4-1中的往復(fù)運(yùn)動裝置，基本原理是通過控制器控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，使?jié)L珠螺桿正反轉(zhuǎn)，從而帶動滑臺在線性滑軌上往復(fù)運(yùn)動。這種平臺雖然可以實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動，但需要控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，需要進(jìn)一步改進(jìn)。4.2功能導(dǎo)向搜索繼續(xù)搜索專利，發(fā)現(xiàn)一種不完全齒輪機(jī)構(gòu)能夠在不用控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)的情況下實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動，如圖4-2所示，該機(jī)構(gòu)只需電機(jī)帶動不完全齒輪朝一個方向連續(xù)轉(zhuǎn)動，而雙齒條構(gòu)件就會往復(fù)運(yùn)動，不需要復(fù)雜的電氣控制。圖4-2不完全齒輪的往復(fù)運(yùn)動平臺4.2功能導(dǎo)向搜索請同學(xué)們設(shè)計(jì)兩種含有往復(fù)機(jī)構(gòu)的裝置練一練：4.2功能導(dǎo)向搜索4.2功能導(dǎo)向搜索4.2功能導(dǎo)向搜索為什么要裁剪？裁剪的原則與策略？裁剪如何實(shí)施？4.3裁剪為什么要裁剪？一.裁剪目的系統(tǒng)裁剪法指的是通過裁剪系統(tǒng)的某個組件，然后把該組件提供的有用功能重新分配到其他剩余組件及超系統(tǒng)組件上，來改善技術(shù)系統(tǒng)。系統(tǒng)裁剪的目的是通過降低技術(shù)系統(tǒng)的組件成本來提高理想度。

在裁剪前，必須考慮五個問題：

1）我們需要這個組件所提供的功能嗎？

2）在系統(tǒng)內(nèi)部或系統(tǒng)周邊，有沒有其他組件可以實(shí)現(xiàn)該功能？

3）現(xiàn)有的資源能不能實(shí)現(xiàn)該功能？4）能不能用更便宜的方法來實(shí)現(xiàn)該功能？

5）相對于其他組件而言，該組件與其他組件是不是存在必要的裝配或運(yùn)動關(guān)系？4.3裁剪裁剪的原則主要有以下3點(diǎn)：（1）通過對具體問題的具體分析或領(lǐng)域經(jīng)驗(yàn)，選擇出需要裁剪掉的組件。（2）提供輔助功能組件的價(jià)值小于提供基本功能組件的價(jià)值，可以優(yōu)先考慮被裁剪掉。（3）如果希望降低技術(shù)系統(tǒng)的成本，可以考慮裁剪系統(tǒng)中成本最高的組件；如果是希望降低系統(tǒng)的復(fù)雜度，則可以考慮裁剪系統(tǒng)中復(fù)雜度最高的組件。二.裁剪原則4.3裁剪找到希望裁剪的組件A后，在裁剪實(shí)施時可采取下列策略依順序進(jìn)行判斷，找到適合該系統(tǒng)的裁剪方式和方法。1.若組件B不存在了，組件B也就不需要組件A的作用，那么組件A就可以被裁剪掉。如圖4-127所示。三.裁剪策略圖4-136裁剪策略一4.3裁剪2.若組件B能自我完成組件A的功能，那么組件A可以被裁剪掉，其功能由組件B自行完成。如果不存在策略二的條件，可采用策略三。如圖4-137所示。3.若該技術(shù)系統(tǒng)或超系統(tǒng)中其他的組件可以完成組件A的功能，那么組件A可以被裁剪掉，其功能由其他組件C完成。如圖4-138所示。4.3裁剪4.若技術(shù)系統(tǒng)的新添組件可以完成組件A的功能，那么組件A可以被裁剪掉，其功能由新添組件C完成。如圖4-139所示。裁剪方式的優(yōu)先級為：1→2→3→4，可以選擇多種裁剪方式得到不同的解決方案。4.3裁剪四.裁剪流程及實(shí)例根據(jù)上述介紹的裁剪策略，可以按以下步驟進(jìn)行系統(tǒng)裁剪。1）選擇功能價(jià)值低、有害、作用不足、作用過度的組件；2）去掉（或替換）此組件，建立理想化的模型；這一步可以按照之前描述的裁剪策略進(jìn)行，即去掉B、B能自我完成A的功能、系統(tǒng)中其它組件能完成A的功能和新添組件；3）提出問題，尋找解決方案。4.3裁剪實(shí)例：自緊螺旋槳1）選擇功能價(jià)值較低、有害、作用不足、作用過度的組件；人們在使用時需要借助扳手等工具將螺母擰緊才能啟動飛行器，否則螺旋槳有脫出導(dǎo)致墜落并傷人。在這個系統(tǒng)中，組件包括旋槳、螺母、螺栓、電機(jī)、機(jī)架和扳手。其中螺栓用來固定機(jī)架上的電機(jī)。技術(shù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4-140所示。經(jīng)過上面的分析，我們發(fā)現(xiàn)通過螺母是作用不足的組件。4.3裁剪2）去掉此組件，建立理想化的模型；將螺母裁剪，此時作用于螺母的扳手也被裁剪掉，如圖4-141所示。4.3裁剪3）提出問題，尋找解決方案?，F(xiàn)在考慮裁剪后的系統(tǒng)能不能實(shí)現(xiàn)固定螺旋槳的功能。一種簡單而有效的方法是將螺旋槳設(shè)計(jì)成內(nèi)螺紋的結(jié)構(gòu)。并且螺旋槳的旋轉(zhuǎn)方向和擰緊方向相反。根據(jù)作用與反作用原理，螺旋槳在旋轉(zhuǎn)是受到空氣的反作用力會使其和電機(jī)結(jié)合得越來越緊，如圖4-142所示。圖4-142自緊螺旋槳4.3裁剪案例：舵機(jī)機(jī)械手1）選擇功能價(jià)值較低、有害、作用不足、作用過度的組件；通過研究，他們發(fā)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人精度高、內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜。但是在教學(xué)中，用不到這樣精度，他們希望將教學(xué)重點(diǎn)放在原理上。他們認(rèn)為執(zhí)行器直接驅(qū)動桿件即可，而不需要中間的傳動部分，機(jī)械手肩部系統(tǒng)如圖4-128所示。電機(jī)底座同步帶肩部帶輪A帶輪B軸圖4-128機(jī)械手肩部系統(tǒng)4.3裁剪2）去掉此組件，建立理想化的模型；去掉傳動組件后，模型如圖4-129所示。圖4-129機(jī)械手肩部系統(tǒng)裁剪4.3裁剪3）提出問題，尋找解決方案。傳動組件的一個重要作用是減速進(jìn)而提供大扭力。如果使用電機(jī)直接驅(qū)動肩部，則桿件運(yùn)用速度大，扭矩小對運(yùn)動控制帶來困難。這時候如果將電機(jī)更換成舵機(jī)就可以了。舵機(jī)內(nèi)部存在減速系統(tǒng)，能夠提供大扭力，而且相對于電機(jī)舵機(jī)的價(jià)格更低。底座肩部舵機(jī)4.3裁剪工業(yè)機(jī)器人和與工業(yè)機(jī)器人同屬關(guān)節(jié)型機(jī)器人的舵機(jī)機(jī)器人如圖4-130所示圖4-130機(jī)械手肩部系統(tǒng)4.3裁剪4.4拓展分析方法什么是拓展分析方法？拓展有哪些方法？什么是發(fā)散樹方法？拓展分析方法是