赵然，门德来

(华南理工大学，广东广州510006)

1　功能分析和TRIZ集成的基础

功能是对技术系统或产品能完成任务的抽象描述［1］。功能分析是指把设计对象视为一个系统用抽象的方法分析其总功能，并将总功能逐层分解分析，然后在加以整理、组合，得到新的产品创新设计方案。它具有以下几点优势:1.功能分析可以将用户的真实需求表达出来。2.产品再创新设计时，有助于设计人员发现产品功能优缺点。3.新产品创新设计时，利用功能分析法可以得到实现产品总功能的各个分功能，从而构建逻辑性强、布局完整的新产品设计方案。

TRIZ理论是前苏联发明专家根里奇·阿奇舒勒 (G.S.Altshuller)对世界各国大量高水平专利进行进行研究、归纳和整理，创立的一套具有完整体系的发明问题解决理论［2］。它被广泛的运用在各个领域，它具有以下几点优势:1.TRIZ理论具有多个问题分析方法和问题解决模型。2.TRIZ理论包含发明原理、分离原理等，可为设计人员提供有效的问题解决方案。3.TRIZ理论可以有效地预测产品发展趋势，使得产品具有竞争力。

综上所述，功能分析和TRIZ理论都有多项特点和优势，功能分析重在发现问题，TRIZ理论重在解决问题，分析问题是解决问题的前提和基础，二者结合使用，充分发挥各自的优势，实现双方优势的互补。

2　功能分析和TRIZ集成的产品创新设计

功能分析阶段中，首先确定用户需求和总功能。再以物质流、信息流、能量流为主线，分别建立功能链，运用合并、补充、删除等手段将功能链融合，得到已有产品的功能模型。最后结合用户需求与已有产品的功能，得到待改善或待设计功能。

TRIZ解决问题过程时，首先确定是否存在冲突，再根据冲突的类型利用相对应的问题解决工具解决问题。在产品创新设计过程中，可以利用功能结构模型为基础，通过TRIZ理论建立产品创新设计模型，如图1所示。

图1　产品创新设计模型

2.1　需求分析

(1)用户需求调查分析

产品设计的目的是为了满足用户需求，因此，用户需求的分析是产品设计中的重要内容［2］。以用户以及设计人员双视角为基础，运用观察法、访谈法和问卷调查法等方法获取用户的真实需求。

(2)用户需求归纳与整理

利用亲和图法将获得的用户需求信息进行归纳和整理。主要通过头脑风暴法将用户需求的功能用黑色笔写在纸上，制作“基础卡片”;然后分别将内容点相同的词条合为一组并用一个词代替作为“小组标题卡”，不能归类的卡片自成一组;以此类推，制作“中组标题卡”和“大组标题卡”。最后将分门别类的卡片按照隶属关系排列就得到了整理后的功能需求。

(3)用户需求权重分析

通过问卷调查请用户为各个需求的重要度打分，为支撑后续设计部分的工作做依据。其权重系数用英文大写字母K表示，判定分值如表1所示。

表1　用户需求重要度判定分值及其意义

2.2　问题发现

(1)确定产品的总功能

产品的总功能即为“产品是用来干什么的”［3］。产品设计过程中，常采用黑箱法确定产品的总功能，即在不清楚产品内部结构的情况下，根据外部输入信息、经过系统内部并发生作用后输出信息及周围环境的变化，来判断系统功能的和特性的一种方法。

(2)对产品进行功能结构分解

产品结构分解的同时进行功能分解，如图2所示。在功能结构分解模型中注意以下几点:功能、结构分解需要同时进行，相互交叉;确定功能间的目的和手段关系，功能见得目的和手段关系是相对而言的，A功能是B功能的目的，B功能实现A功能的手段。

图2　功能结构分解模型

(3)建立功能链

建立功能链时，引入了流的概念，流通常分为物质流、能量流和信号流［4］。它包含了产品模型中关键的物理信息。物质流一般包括人、气体、固体、液体等。信号流包括听觉、嗅觉、触觉、视觉等。能量流包括电磁、液压、电压、机械等。

我们根据三种流为主线，以各分功能的时间顺序关系，将最底层的各分功能组合起来，建立各个输入流的功能链。一般来说，功能结构关系有三种基本型式［5］，分为串联、并联和反馈功能链:串联功能链是分功能按照时间先后顺序作用于流;并联功能链是分功能同时作用于流;反馈功能链是分功能反向作用于前面的流。以物质流为例，串联、并联和反馈功能链的形式如图3a、b、c所示。

图3　物质流功能链

(4)产品功能结构模型的建立

产品功能结构模型的建立是将上一步中的各个功能链通过分功能交叉部分连接起来，合成一个产品的功能结构。功能结构模型图可以清楚的表达从输入流到输出流所经过的具体分功能，同时也能看清各分功能运作的时序关系，完整的功能结构模型如图4所示。

图4　功能结构模型

(5)结合用户需求确定冲突点

通过功能结构模型清晰的看到各个分功能以及分功能在整体中的功能角色，结合用用户需求，确定需要解决的问题并对所要解决的问题进行整理。

2.3　问题解决

如图5绘制出了冲突的分析与解决过程模型。首先判定出冲突的属性和问题的难易程度，再通过分离原理、发明原理、标准解等解决工具，根据问题的属性和难易程度采用不同工具进行解决。

图5　冲突的分析与解决过程模型

(1)特定问题转化为一般问题

根据功能结构模型，初步判断冲突的类型，表2为冲突类型分析参考。

表2　物理冲突和技术冲突分析比较表

再通过通用工程参数、ARIZ、物质-场、功能分析等工具将其转化为一般问题，如果不能判断该问题是否存在冲突，则根据问题的难易程度，用不同难易程度的分析工具进行判定。

(2)一般问题转化为一般解

根据问题的类型，将一般问题转化为具有TRIZ语言的一般解。如果是物理冲突，我们则采用分离原理将冲突与原物体分离，如果是技术冲突，则通过发明原理寻找到这种问题的一般解。同时针对这些问题也可以合理利用标准解和知识效应库的知识进行解决。

(3)一般解具体化为特定解

将具有TRIZ语言的一般解具体化为特定解，获得问题的解决方案并对方案进行评价，如果方案达到设计要求并且具有可行性，那么方案通过，生成最终方案。如果获得的方案没有达到预想的要求，则需要回到第一步重新对特定问题进行分析，直到生成令用户满意的且有效的产品方案为止。

3　结语

功能分析和TRIZ理论各具其特点和优势，功能分析是在更高层次上认识产品的效能和作用，发现各分功能在整体系统中的功能角色，TRIZ理论拥有不同的解决问题工具，二者结合使用，实现双方优势的互补，拓宽了设计人员的视野，开阔了他们的思路，提供了发现问题的方法和解决问题的途径，达到“1+1＞2”的效果。二者结合使用，为设计者提供了可以遵循的设计途径，指导设计者快速的进行产品创新设计。

参考文献:

［1］袁峰，王太勇，聂慧娟.基于创新设计理论/功能分析的机械产品功能原理创新设计［J］.计算机集成制造系统，2016，12(2):205-209

［2］檀润华.TRIZ及应用:技术创新过程与方法［M］.北京:高等教育出版社，2010.

［3］简召全.工业设计方法学 ［M］.北京:北京理工大学出版社，2011.

［4］龙妍，黄素逸，刘可.大系统中物质流、能量流和信息流的基本特征［J］.华中科技大学学报，2008(12):87-90

［5］黄纯颖.工业设计方法学 ［M］.北京:中国科学技术出版社，1988.