一般认为,功能是物质之间相互作用的结果,相互作用的物质之间必须存在某种形式的接触。对于功能,经典TRIZ、现代TRIZ和其他发明理论,有着大致类似但是互有区别的定义。
(1)经典TRIZ的功能定义
虽然阿奇舒勒没有在经典TRIZ中直接给出功能定义,但是也实质性地给出了诸如表2-1中实现功能的陈述,因此,在对阿奇舒勒《创》、《寻》等原著的理解的基础上,结合经典TRIZ学术流派的学术观点,我们可以这样来理解经典TRIZ的功能定义:两个物质的相互作用,可以实现某个功能。
参考图2-1的物场基本概念,但是变换一下图2-1中的物质相互作用的表现形式:假设工具物质S携带能量(场),发出了动作V,受到该动作作用的对象物质O有了实质性的改变,即实现了某种相互作用——功能。在功能的语义定义上,去除发出动作的主体工具物质S,只保留其动作(S对O的作用)V和对象物质O,即组成了功能。这是最经典的功能定义,如图2-2所示。图中虚线框所表示的“VO”就是功能。例如在前面表2-1中列举到的“测量温度”、“控制电磁场”、“控制光流”等。
图2-2 经典TRIZ的VO功能模型
(2)现代TRIZ的功能定义
现代TRIZ对功能给出了如下描述:
“一个组件改变或保持了作用对象的某个参数,即为该组件所实现的功能。”在这里,功能载体的含义与经典TRIZ相同,但是作用对象(功能受体)O的参数P被特别提了出来,以参数P变化与否而强调了功能作用后的结果,如图2-3所示。
图2-3 现代TRIZ的VOP功能模型
现代TRIZ的VOP功能模型是对VO功能模型的改进与发展。由于引入了作用对象O的参数P,关注的要素多了一个,那么就把这种功能模型称作VOP功能模型——它更确切地指向了对相互作用的两个物质的某个参数的改变——如O的参数被改变,或者O和S两个物质的参数同时都被改变。
在语义形式的功能模型中,VO和VOP在语义上是同义的,但是其差异也是明显的:VOP提供了更多实现功能的“抓手”,为现代TRIZ的功能开发提供了更多的机会。
(3)语义形式的功能定义
在(1)和(2)中都提到了语义形式的功能定义。在知识工程和知识管理中,通常可以用一个语素齐备、词汇精炼的完整句子“SVO(主语+谓语+宾语)”来描述一条(实现“技术功能”的)解决方案知识,例如:“电阻丝加热水”——这里,电阻丝是主语(S),加热是谓语(V),水是宾语(O)。经典TRIZ也使用了语义形式的功能定义。
如果把上述语句中的主语(S)抽取掉,语句的剩余部分是“动词+宾语(VO)”,恰好是以VO形式定义的“功能”,即功能可用语义来表示,如前面例句中所示的:“加热·水”,就是一个待实现的技术功能——即从语义完整、语素齐备的句子中,把发出动作的主语(即具体解决方案,功能载体)隐去,而只强调所要实现的功能。从这个定义上说,功能是去掉了携带能量、发出动作的主语,只保留动作和被作用物体的技术系统属性的抽象术语,即功能是一种抽象的语义表达。
用语义定义功能的目的是为了快捷地找到实现功能的解决方案。当我们以“VO(加热水)”定义了一个技术系统要实现的“技术功能”时,我们必须要寻找到“所有可能实现该功能的S(主语)”,如前面的例句,要求搜索到所有可能实现“加热·水”的解决方案知识(行业解决方案、科学原理、物理化学效应、技术手段等)。经过查询行业知识库、专利知识库、科学效应知识库等,我们可以查询到诸如“电阻丝加热水”、“微波加热水”、“珀尔帖元件加热水”、“集光镜加热水”等SVO解决方案;当然,也可以以“VOP(升高水的温度)”的功能定义来查询,得到诸如“摩擦升高水的温度”等SVPO解决方案。
至此,我们有了两种表达功能的形式,一种是以图示的方式表达,一种是以语义的方式表达。两种表达功能的方式的实质是一致的。
(4)USIT的功能定义
USIT对功能的定义进一步拓展到了对象(即物质)的属性。其功能定义是:“每一个对象都有许多属性,影响属性量值的动作是功能”或“功能是两个对象属性相互作用并至少改变了其中一个对象的属性量值的动作”,形成了其描述功能的OAF模型。与其他形式的功能定义不同的是,USIT的功能定义强调的是形成功能的“动作”和对象的“属性”。如图2-4所示实线部分所示。
图2-4 USIT的OAF功能模型(www.daowen.com)
USIT同时还强调了功能的影响范围:“两个对象属性的相互作用,可以实现某个功能,并且该功能可以影响或激发第三个对象的某个属性”。如图2-4所示虚线部分所示。
A1、A2是对象O1、O2各自具有的属性。A1、A2相互作用后,形成一个有用或有害功能Fuh,而且该功能的属性可以影响到第三个对象及属性。从功能所涉及的范围来说,USIT的功能模型包含了更丰富的含义——涉及了参数P背后的属性A和更多的要素,如A1、A2以及有可能存在的O3和A3。
(5)P&B的功能定义
在G.Pahl和W.Beitz等人合著的《工程设计》一书中提出了P&B功能设计模型,如图2-5所示,把功能看作是材料(物质)、能量和信号(信息)的输入/输出变换的结果。总功能是多个分功能、子功能、辅助功能的合成。该书引用了不少阿奇舒勒的观点和TRIZ概念(如技术系统)。TRIZ中的功能定义也符合物质、能量和信息的输入/输出变换的结果。
图2-5 P&B功能设计模型
(6)U-TRIZ的功能定义
功能通常是指两个物质的属性发生相互作用的结果,该相互作用改变或保持了其中某个物质属性,或者影响、激发了第三个物质的某种属性的过程。
U-TRIZ认为,物质与功能是通过属性来联系的。每个物质都有多个属性,创新就是掌握呈现在我们眼前的物质属性,并把它配置到相应的物质上。因此,对物质属性的认知和操作是U-TRIZ的要点。
该定义参考了USIT的功能模型,但是与其有所不同:一是U-TRIZ没有强调动作,而是强调物质之间的相互作用;二是直接使用释义明确的“物质”,没有使用相对模糊的“对象”;三是U-TRIZ更深刻地认识到,两个物质的属性相互作用,首先是形成一个科学效应,然后施加在作用对象上,形成了功能。U-TRIZ的功能模型如图2-6所示。
图2-6 U-TRIZ的功能模型
图2-6a和图2-6b是功能模型的两种常见的表达形式。图2-6b的形式使用得比较多一些,通常会省略图中的“属性”、“功能”等标注。
基于该功能模型,U-TRIZ独创了SAFC分析模型,以及通过对物质属性进行“变、增、减、测、稳”的操作来调节有问题的技术系统功能的解题方法,详见第八章和第九章。
功能的定义还有其他多种表达形式,此处不再赘述。
要点小结
实现功能需要具备的三个条件如下:
1)有两个物质/组件——如功能载体与作用对象,或S1与S2等,物质形式不限;
2)携带能量的物质/组件发出动作,使得两个物质/组件之间产生了相互作用——必须有任何形式的直接或间接的接触,没有接触,则没有功能的存在;
3)功能载体发出的动作改变或保持了作用对象的某个属性或属性参数。
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