功能分析步驟

1、功能分析步驟姓名：毛龍所 班級(jí)：機(jī)自114 學(xué)號(hào)：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(jiǎn)單的功能單元，再對(duì)每個(gè)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(jì)人員初步醞釀功能原理設(shè)計(jì)方案的過程。這個(gè)過程往往不是一次能夠完成的，而是隨著設(shè)計(jì)工作的深入而需要不斷修改完善的。二、設(shè)計(jì)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(jì)的對(duì)象系統(tǒng)看成是一個(gè)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(gè)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(shí)現(xiàn)某種任務(wù)為目標(biāo)的輸入輸出量之間的關(guān)系，實(shí)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(jì)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(shí)現(xiàn)方式的展示，也是分析功能必要程度的依據(jù)。它從實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品總功能出發(fā)，通過尋找功能實(shí)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(dú)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(dòng)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(dòng)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(dòng)輪系；控制系統(tǒng)，如用脈沖計(jì)數(shù)裝置控制動(dòng)作幅度等等。3)邏輯功能元 包括“與”、“或”、“非”三元的邏輯動(dòng)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(dòng)作，用合適的執(zhí)行機(jī)構(gòu)型式來實(shí)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(shí)現(xiàn)載體）因此，尋求原理解的重點(diǎn)就是針對(duì)功能元尋求其實(shí)現(xiàn)載體。對(duì)于一個(gè)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(jì)中的重要參考。（1）功

5、能元的解法目錄（設(shè)計(jì)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(gè)原理解。進(jìn)行功能元解的組合時(shí)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(xiàng)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(gè)原理解。如果有m個(gè)功能元，第i個(gè)功能元有n個(gè)功能元解，則可能的原理解個(gè)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(dòng)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(jì)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(dòng)力源為電動(dòng)機(jī)，則與液力耦合器、氣墊、液壓缸傳動(dòng)等功能元解不相容，不能能成可實(shí)現(xiàn)的方案，必須去除。定量評(píng)價(jià)選擇最佳方案6. 功能分析的實(shí)際應(yīng)用以材料拉伸試驗(yàn)機(jī)為例，進(jìn)行功能分析。力信號(hào)變形信號(hào)變形能變形后的試件試件加載能量信號(hào) 利用力和變形檢測(cè)試件圖4 總共能（黑箱）試件拉伸力測(cè)量變形測(cè)量動(dòng)作控制試件夾持夾頭移動(dòng)試件松開訊號(hào)取得訊號(hào)放大測(cè)量結(jié)果顯示訊號(hào)取得訊號(hào)放大測(cè)量結(jié)果顯示開機(jī)停機(jī)自動(dòng)停機(jī)運(yùn)動(dòng)形式轉(zhuǎn)換速度，扭矩轉(zhuǎn)換試件拉伸測(cè)力及變形圖5 功能樹力信號(hào)變形信號(hào)能量轉(zhuǎn)換為力和位移試件加載測(cè)力測(cè)變形變形能變形后的試件加載能量控制信號(hào)試件圖6 主要分功能力信號(hào)變形信號(hào)能耗變形能變形后的試件試件控制信號(hào)加載能量標(biāo)準(zhǔn)值加載能量比較標(biāo)