2023年第一章,基于功能分析精益产品设计过程模型

下面是小编为大家整理的2023年第一章,基于功能分析精益产品设计过程模型,供大家参考。

第一章 基于功能分析的精益产品设计过程模型 1.1 功能分析是一个分析问题的工具，一种识别系统和超系统组件的功能、它们的特点及其成本的分析工具。主要用来识别后期需要解决的问题，功能分析在精益产品开发设计中的位置，如图所示：

　　 先介绍几个基本的概念。

　　1.1.1 技术系统和超系统 1. 技术系统是指能够执行一定功能的系统。一般来说，它指的是我们整体的研究对象。比如我们研究的对象是一辆自行车，自行车的功能是移动人或者移动物体，则它就是一个技术系统。如果研究对象是一个车轮，车轮能够执行的功能是支撑车架以及移动车架等功能，则我们就可以将车轮看成一个技术系统。技术系统的级别是相对的，根据我们研究目的来确定技术系统的范围。

　　2.超系统是指包含被分析的技术系统的系统，在超系统中，我们所要分析的系统只是其中的一个组件。组成超系统的组件就是超系统组件。技术系统和超系统的划分没有严格的界限，完全取决于项目的需要，一般来说被研究对象之外的组件超出项目范围以外的组件，或者说在项目的界限内，某个组件没有可调节的自由度，那么这些组件可以作为超系统组件。

　　1.1.2 功能分析的步骤， 功能分析分为三部分，组件分析，相互作用分析和功能模型。

　　（1） 组件分析是指将系统和超系统的组件加以区分，并分类列出来。

　　（2） 相互作用分析是识别组件，两两之间的相互作用，为以后的建立功能模型打下基础， （3） 建立功能模型是指识别组件之间的具体功能，并根据它们执行功能的性能加以评估，最后形成功能模型图。

　　 1.2 组件分析 组件分析用于问题识别阶段，是功能分析的一部分，它用于识别技术系统的组件以及超系统中的与技术系统中有相互作用或者共存的组件。

　　 1.2.1 组件 什么是组件呢？组件就是指组成系统或超系统的一部分的物体。这里所指的物体是指广义上的物体，是指物质或者是场以及物质和场的组合。物质是指具有静质量的物体，比如常见的车、车轮、牙刷、椅子、杯子、水、空气等都属于物质。场是指没有静质量，但可在物质之间传递能量的实体。比如电磁场、热量、重力、超声等都属于场。由此定义看出组件是指组成系统或超系统的物质或场以及物质和场的组合。

　　 1.2.2 选择合适的组件分析层级 在做组件分析的时候，首先需要根据项目的目标和限制，选择合适的层级。比如如果我们研究的对象是自行车，那么分析到的组件层级可能是车架、车轮、齿轮、链条等。而如果研究的对象是车轮，则分析到的组件层级，可能是内胎，外胎，轮毂和辐条等。需要注意的是，如果选择的层级过高，则会将遗漏掉某些细节，找不到问题的根源，而如果选择的层级过低，将会出现许多的组件，会使系统变得非常复杂，分析也很费力。因此需要我们根据项目的需要，选择合适的层级，将系统中存在的问题找出来。然后将这些组件根据系统组件和超系统组件进行分类，将系统组件作为一类放在一起，超系统组件放在一起。

　　 1.2.3 组件分析的注意事项 在对组件进行分析时，需要注意以下问题：

　　（1） 选择在同一层级上的组件，不要混杂。比如我们在分析车的时候，如果已经有了车轮这个组件，就没有必要将内胎、外胎、轮毂等列出来，因为他们不是在一个层级上的，内胎，外胎，轮毂等都已经包含在车轮这个组件中了。

　　（2） 如果有多个相同的组件，可以将他们看作是是一个组件。比如汽车的 4 个车轮，在分析的时候认为他们执行的功能是相同的，则只要将他们写为车轮就可以了，而不需要将它们区分为车轮 1 和车轮 2。当 然，如果认为前轮和后轮执行的功能不同，则可以将他们加以区分为前轮和后轮。

　　（3） 如果发现在一个组件需要更加详细的分析，可将这个组件分开到更低的一个层级上重新进行组建分析。

　　（4） 超系统组件是指超系统中的组件，它不是被研究技术系统的一部分，却与被研究的技术系统相互影响。比如我们在研究自行车的时候，风、重力、道路等都属于超系统组件。

　　（5） 我们从实际的项目中得出一些经验，在进行功能分析的时候，组件的数量不宜过多，尽量保持在 10 个以内，如果超过 20 个，建议将一部分单独取出，另行功能分析。

　　 1.3 相互作用分析 在做完组件分析后，接下来是进行相互作用分析。相互作用分析是指两两识别技术系统或超系统组件的相互作用的分析。

　　1.3.1 相互作用分析的步骤 相互作用的概念非常简单，两个组件相互接触了，就算是相互作用。相互作用背后隐含着一个重要信息，即如果一个组件要对另外一个组件有某种功能，前提条件是二者必须相互接触才行，相互作用分析的输出是一个相互作用的矩阵。具体操作步骤如下。

　　（1） 在矩阵中，在第 1 行中列出组件分析中所要得到的组件，在第 1 列中也列出组件分析中的组件，排列顺序要完全相同。

　　（2） 两两分析组件，看二者有无相互作用即接触，如果有相互作用，则在矩阵单元中写“+”号标记，如果没有则以“-”号标记。

　　（3） 重复以上操作，直到将所有矩阵表格填满，自左上到右下对角线的单元格除外。

　　（4） 如果发现其中某个组件与其他任何组件都没有相互作用，则需要进行重新检查，如果确定与任何其他组件均无相互作用，则说明这个组件不会有功能，将这个组件去掉就可以了。

　　相互作用分析矩阵，将相互接触的组件标示出来，带“+”号的组单元意味着可能有功能，后续需要分析具体功能是什么。带“-”号表示二者没有功能，后续功能分析将不再考虑二者功能。

　　 1.3.2 相互作用分析的注意事项 在做相互作用分析时，需要注意以下事项。

　　（1） 有的组件是靠场相互接触的，容易被忽略。比如两块靠得很近的磁铁，有人会认为二者没有相互作用，因为二者并没有接触。实际上磁铁之所以被称为磁铁，是因为它能够产生磁场，一个磁铁处于另外一个磁铁所产生的磁场中，所以相互接触的。再比如在描述声音的时候，一个人说话，另外一个人能够听到，有些人在做相互作用分析的时候，认为二者没有相互作用，这也欠妥。可以认为一个人产生的声场也是其中这个人的一部分，这个人通过声场与第二个人相互作用。对于这种情况可以有两种相互作用的描述，可以认为一个人通过声场与另外一个人有相互作用，也可以认为一个人产生了声场，声场与另外一个人有相互作用。

　　（2） 在做相互作用分析的时候，不要只做一半，最好将另外一半也完成，这样可以检查是否有遗漏。如果相互作用的表格不对称，则意味着相互作用分析时出了问题，需要重新检查。

　　1.4 功能建模 功能建模是对技术系统进行功能分析的一个阶段，目的是为了建立一个功能模型,功能模型描述了技术系统或超系统组件的功能、用途、性能、水平以及成本等。

　　1.4.1 功能是指一个组件改变或保持了另外一个组件的某个参数的行为。功能的载体是指执行功能的组件。功能的对象是指某个参数由于功能的作用而得到保持或发生了改变的组件即接受功能的组件。

　　参数是指组件可以比较、测量的某个特性，比如温度，位置，重量，长度等。例如车移动人就是一个正确的功能描述，因为车移动人这个功能改变了人的位置，人是功能的对象，车是功能的载体。再比如，日常生活中用热水器烧水，也是一个正确的功能描述，因为热水器改变了水的温度，加热器是功能的载体，水是功能的对象。

　　1.4.2 功能存在的三个条件。一个功能如果存在，必须具备三个条件。

　　（1）功能的载体和功能的对象都是组件，即物质或场。

　　（2）功能的载体和功能的对象之间必须有相互作用，二者必须相互接触， （3）功能对象的至少一个参数应该被这个相互作用改变或保持。

　　从这三个条件中，我们不难看出，两个组件接触了并不一定有功能，因为功能更加强调结果，即对参数的改变或保持。

　　1.4.3 功能语言与日常用语的区别。

　　 需要强调的是，功能语言可以让我们看到问题的本质。虽然大多数情况下功能的描述与日常用语是相同的，但有些功能，在描述时与日常用语是不相同的，对我们常规的思维来说是一种挑战。

　　比如，我们说开着的门是让人通过的。这是我们日常生活的用语，而如果用功能分析的语言来描述，则二者根本没有功能，因为开着的门与人并没有发生接触，不具备功能存在的条件。而门关上的时候，人就有可能与门有功能存在了，因为门阻挡了人。让人的运动轨迹发生了改变，或者说把人挡在了门外的这个状态得到了保持。

　　再比如头盔的功能，一般人都会不假思索的说，当然是保护头部了。这个日常用语的描述却不是对功能的正确描述。用上面所说的三个条件来看，前面的两个条件是满足了，即头盔和头都是组件（物质），二者也存在相互作用，但第 3 个条件却不满足，因为它没有改变头部的参数，头的硬度、形状等都没有改变。头盔的功能是什么呢？头盔的功能是挡住子弹，我们再回过头来看这三个条件的时候，就可以看到它都满足了。因为头盔和子弹二者都是组件，子弹打到头盔上，说明二者是有相互作用的，而相互作用的结果是头盔使子弹的速度和方向都发生了改变。对比这两种描述，我们可以看到第二种描述更加接近事物的本质。如果我们把头盔的作用描述成保护头部，则在今后的项目中，主要围绕头盔和头部来展开。而如果描述成如何有效地挡住子弹，则在今后的项目中将会把重点放在如何更加有效的使头盔挡住子弹上面。

　　下面我们再看一个例子，牙刷的功能是什么呢？咋一看，牙刷的功能当然是为了刷牙，其实这个日常用语在描述牙刷功能的时候也是不正确的，因为从功能成立的三个条件来看，牙刷并没有改变牙齿的任何一个参数。像我们所说的清洁度其实是指细菌个数，牙屑的多少而已。而这个参数是细菌、牙屑的参数，因此牙刷的真正功能是去除牙齿上的牙屑和细菌。如果我们意识到牙刷的真正功能，是去除细菌或牙屑，则在以后设计牙刷的时候，将会把重点放在如何更加有效、彻底地移除细菌和牙屑这个功能上。

　　下面列出了一些常用的，可用于描述功能的词。

　　吸收 挡住 加热 控制 分解 冷却 移动 去除 支撑 蒸发/汽化 折射 保持 生成 切割 吸附 粉碎 而有些动词，虽然日常用语中很常用，但用于功能的描述却是不正确的，例如扫、允许、保护、连接、提供等。另外，否定词不能用于功能定义中。比如头盔的功能是“不让子弹通过“，这就是错误的，因为使用了否定词。

　　1.4.4 主要功能 一个系统能够执行的功能可能不止一个，比如牙刷可以用来移除牙屑，有的人还用牙刷刷掉锅上的锈或者有的人用牙刷来涂鞋油。又比如，椅子的功能是支撑人，但也有人用它来放书（支撑书），放衣服（支撑衣服），在紧急的时候还可以用来打破窗户逃生。如此分下去，一个系统的功能会有很多种，简直是数不胜数。如何区分这些技术系统的设计目的与实际功能呢？我们引入一个术语——主要功能。主要功能相当于这个技术系统的 DNA，即这个系统被设计意图设计用来完成的功能。他不会随着技术系统执行的具体功能的改变而改变。比如，椅子的主要功能是支撑人。也就是说他被设计来支撑人的，而客户愿意出钱来买的特性，也恰恰就是这个主要功能。

　　当然一个系统的主要功能可能不止一个，比如汽车的主要功能就不止一个，它可以用来运送人，也可以用来运输货物。又比如空调的主要功能也不止一个，它可以用来加热空气，也可以调节湿度，还可以去除灰尘以及杀灭细菌等。需要指出的是，主要功能非常重要，因为他往往是客户最为关注的，我们与其说客户买一个产品，不如说客户买的是一个主要功能，比如当客户说买一个灯泡时，其实客户买的是灯泡能够提供的主要功能，它能产生光。是说产生光这个功能是客户想要的，抓住了这一点，我们就有可能为客户提供其他产生光的解决方案，而不一定给客户提供一个灯。

　　1.4.5 目标 我们解释了什么是主要功能，与主要功能相关的另外一个术语则是目标。目标是指主要功能的作用对象，比如我们说车移动人，是车的主要功能，它的对象——人就是车的目标。由于目标并不是技术系统的一部分，因此目标属于超系统组件，如何找到目标呢？首先我们需要知道系统的主要功能，也就是他的设计目的是什么。其次判断技术系统主要功能的对象是否为超系统组件，最后判断技术系统主要功能的对象的某个参数的数值，被这个主要功能保持或者改变了，我们这里举一个车的例子，看如何找到系统的目标。

　　（1） 首先，车是我们研究的系统，它的主要功能是移动人或货物。

　　（2） 其次，人和货物都是超系统的组件。

　　（3） 最后，我们看到他们的参数即位置发生了改变。

　　因此我们说人和货物是车的目标。

　　1.4.6 功能的分类 功能的分类方法主要是按照性能来分。按照组件在系统中起的作用的好坏，我们将功能分为有用功能和有害功 能。有用功能是我们希望的，而与我们期望的功能相反的功能，就是有害功能。比如，汽车运送乘客这个功能与我们期望的功能是一致的，就是有用功能。但汽车把人撞了，与我们期望的相反了，就是有害功能。需要注意的是，主键在系统中的功能好坏是主观的。比如前面所讲到的头盔的功能，是有用的功能还是有害的功能呢？如果我们研究系统是人戴着头盔，即出发点带头盔的人，则头盔挡子弹，这个功能是有用的，因为头盔把子弹挡住了，人就安全了，是我们所希望的。而如果我们研究的系统工程，是如何提高子弹的杀伤力？即我们的出发点是开枪的人，这个功能就是有害的了，因为头盔的存在挡住了子弹，从而使子弹不能有效的射杀敌人，从这个例子不难看出，头盔挡住子弹是一个客观的功能，由于所占的角度不同，可能是有用的功能，又有可能是有害的功能，因此有用功能和有害功能的判断需要根据项目的目标具体判断，不能一概而论。

　　有用的功能，按照它的性能水平来分，又可以分为几类。如果一个有用的功能的水平达到了我们的期望，与我们期望相符，则我们称为这个功能是正常功能；如果一个功能所达到的水平低于我们的期望值，则我...

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