功能分析步驟

1、功能分析步驟姓名：毛龍所 班級：機(jī)自114 學(xué)號：201110301429一、功能分析定義功能指產(chǎn)品技術(shù)系統(tǒng)的用途或所具有的特定工作能力。功能分析法探尋功能方案的主要方法。這種方法將復(fù)雜系統(tǒng)的總功能分化為簡單的功能單元，再對每個功能無求解，然后進(jìn)行組合，得到系統(tǒng)多種總方案，然后分析比較，最后得到最佳功能方案。功能分析過程是設(shè)計人員初步醞釀功能原理設(shè)計方案的過程。這個過程往往不是一次能夠完成的，而是隨著設(shè)計工作的深入而需要不斷修改完善的。二、設(shè)計步驟和各階段的應(yīng)用方法目的：確定技術(shù)系統(tǒng)的原理方案步驟：1.功能分析 2.總功能分解3.功能單元求解4.方案綜合圖1 功能分析步驟原理圖1. 總共能分析

2、抽象構(gòu)思，建立黑箱模型將設(shè)計的對象系統(tǒng)看成是一個不透明的、不知其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的“黑箱”，只集中分析比較系統(tǒng)中三個基本要素（能量、物料、和信息）的輸入輸出關(guān)系，就能突出的表達(dá)系統(tǒng)的核心問題系統(tǒng)的總共能。技術(shù)系統(tǒng)的總共能就是以實現(xiàn)某種任務(wù)為目標(biāo)的輸入輸出量之間的關(guān)系，實現(xiàn)了預(yù)定轉(zhuǎn)換就體現(xiàn)了系統(tǒng)的總共能。如圖2為一般黑箱示意圖，方框內(nèi)部為待設(shè)計的技術(shù)系統(tǒng)，方框即為系統(tǒng)的邊界，通過系統(tǒng)的輸入和輸出，使系統(tǒng)和環(huán)境聯(lián)系起來。圖2 一般黑箱示意圖2. 功能分解擴(kuò)展構(gòu)思，建立功能系統(tǒng)圖功能系統(tǒng)圖是功能實現(xiàn)方式的展示，也是分析功能必要程度的依據(jù)。它從實現(xiàn)產(chǎn)品總功能出發(fā)，通過尋找功能實現(xiàn)手段方法，逐步找出下位功能并以

3、此類推的追究直到找出末端功能為止。將總功能分解為分功能，直至功能元。功能元是不能分解的最下功能單位，是直接能從物理效應(yīng)、邏輯關(guān)系等方面找到解法的基本功能。功能分解可用樹狀結(jié)構(gòu)予以圖示，稱為功能樹，如圖3所示。圖3 功能樹 功能單元在系統(tǒng)各分支的終端，即末端功能通常是具有獨立功能的功能元功能元的類型，可以分為三大類：（1） 物理功能元 （2）數(shù)學(xué)功能元 （3）邏輯功能元1)物理功能元 它反映系統(tǒng)中物理量轉(zhuǎn)化的基本動作。其中常用的五種為： “變換復(fù)原”功能元。 “放大縮小”功能元。 “聯(lián)結(jié)分離”功能元。 “傳導(dǎo)絕緣”功能元。 “貯存提取”功能元。2)數(shù)學(xué)功能元 它反映數(shù)學(xué)的基本動作。如加和減、乘和

4、除、乘方和開方、積分和微分。數(shù)學(xué)功能元主要用于機(jī)械式的加減機(jī)構(gòu)和除法機(jī)構(gòu)，如差動輪系；控制系統(tǒng)，如用脈沖計數(shù)裝置控制動作幅度等等。3)邏輯功能元 包括“與”、“或”、“非”三元的邏輯動作，主要用于控制功能。3. 功能單元求解就是將功能單元所需執(zhí)行的動作，用合適的執(zhí)行機(jī)構(gòu)型式來實現(xiàn)為求得系統(tǒng)的最終原理解，必須首先求得各功能元的原理解。按照柯勒的定義，可以用下式表示： 功能元的原理解f（功能元的功能，實現(xiàn)載體）因此，尋求原理解的重點就是針對功能元尋求其實現(xiàn)載體。對于一個功能系統(tǒng)來說，并非所有功能元的載體都是創(chuàng)新的，應(yīng)該說，其中大量是存在現(xiàn)成解的，有些解被匯編成解法目錄，是設(shè)計中的重要參考。（1）功

5、能元的解法目錄（設(shè)計目錄）（2）創(chuàng)新技法求解（利用創(chuàng)造性思維）4. 求系統(tǒng)原理解將各功能元解進(jìn)行合理組合，就可以得到系統(tǒng)的多個原理解。進(jìn)行功能元解的組合時常采用形態(tài)綜合法。以功能元為縱坐標(biāo)，各功能元解為橫坐標(biāo)，構(gòu)成形態(tài)學(xué)矩陣。如表所示。從每項功能元中取出一種解進(jìn)行有機(jī)組合，即得到系統(tǒng)的一個原理解。如果有m個功能元，第i個功能元有n個功能元解，則可能的原理解個數(shù)為：N=n1 x n2 xnixnm 。表1表2例：行走式挖掘機(jī)的形態(tài)學(xué)矩陣系統(tǒng)原理解的可能方案數(shù)為：N=6 X 5 X 4 X 4 X 3=1440如：A1+B4+C3+D2+E1 為電動履帶式挖掘機(jī) A5+B5+C2+D4+E2 為液

6、壓輪胎式挖掘機(jī)5. 求最優(yōu)原理方案比較法粗篩選：把與設(shè)計要求不符的或各功能元解不相容的方案去除。如:行走挖掘機(jī)，若動力源為電動機(jī)，則與液力耦合器、氣墊、液壓缸傳動等功能元解不相容，不能能成可實現(xiàn)的方案，必須去除。定量評價選擇最佳方案6. 功能分析的實際應(yīng)用以材料拉伸試驗機(jī)為例，進(jìn)行功能分析。力信號變形信號變形能變形后的試件試件加載能量信號 利用力和變形檢測試件圖4 總共能（黑箱）試件拉伸力測量變形測量動作控制試件夾持夾頭移動試件松開訊號取得訊號放大測量結(jié)果顯示訊號取得訊號放大測量結(jié)果顯示開機(jī)停機(jī)自動停機(jī)運動形式轉(zhuǎn)換速度，扭矩轉(zhuǎn)換試件拉伸測力及變形圖5 功能樹力信號變形信號能量轉(zhuǎn)換為力和位移試件加載測力測變形變形能變形后的試件加載能量控制信號試件圖6 主要分功能力信號變形信號能耗變形能變形后的試件試件控制信號加載能量標(biāo)準(zhǔn)值加載能量比較標(biāo)