功能分析法在香皂包装生产线漏装问题上的运用

李 霞

（江苏省惠山中等专业学校 机电工程系，江苏 无锡 214153）

某企业引进了一条香皂包装生产线，结果发现这条生产线有个缺陷：有时会发生盒子里没装入香皂的情况。为了解决这一问题，技术人员提出购买机械手来分拣空的香皂盒。即当生产线上有空盒通过时，两旁的传感器会检测到信号，然后驱动一只机械手把空盒拣走。这个方案费用太高，实践中并没有被采纳。本文运用功能分析法来寻求更好的解决方案。

一、功能分析原理和方法

在实际的发明创新过程中，人们时常会面临这样或那样的难题，使得工作难以深入。要克服发明中的难题，则要弄清楚问题的所在，也就是说，必须学会分析问题。

功能分析法是从功能的角度对工程问题进行分析，找出关键问题及其产生的原因，进而提出解决问题的可行方案。

功能是指产品技术系统的用途或所具有的特定工作能力，具体来说是用于其他物体并改变其他物体参数的行为（作用或者相互作用）。只有物体间进行相互作用才能产生功能。在应用中，功能的定义方法是采用动词加对象的方式。例如：电线的功能＝传输（动作）+电流（对象）；活塞的功能＝挤压（动作）+气体（对象）。只有对象的参数（至少一个）发生改变的时候，功能才存在，否则功能不存在。例如：传输电流—电流位置（参数）发生了变化；挤压气体—气体体积／密度（参数）发生了变化。

功能分析的目的是优化技术系统功能结构并减少实现功能的资源消耗，使技术系统以更小的代价获得更大的价值，从而提高系统的理想度[1]。

功能分析是从功能的角度，分析技术系统中各组件间存在的功能，其实质是对两两组件之间的功能进行陈述。可以用图形化描述方式来描述功能。例如：使用箭头和矩形框来表示（动宾结构），其中箭头代表动词（动作），矩形框代表名词（组件），如图 1所示[2]。

图1 功能的图形化描述

对于本项目，我们给出的功能定义是：移除空盒。为了实现“移除空盒”这个功能，有针对性地提出如下解决方案：（1）安排一个工人站在旁边，发现空盒及时捡走；（2）安装检测装置，控制机械手抓起空盒；（3）香皂盒涂上磁粉，生产线上面安装电磁吸盘，将空盒吸起来；（4）在生产线侧面设置吸管，将空盒吸住，然后通过气缸将吸管后移，离开流水线，将空盒放入事先放置好的箱内；（5）在生产线侧面设置吹风管，将空盒吹进事先放置好的箱内[3]。这5种方案整理出的功能描述如图2所示。

在进行功能分析、完成功能陈述后，可建立功能模型，功能模型是由功能元组成的模型。功能模型的建立是从用户需求出发，将总功能分解为分功能、功能元的过程。根据方案1至方案5绘制的功能模型分别如图3、图4、图5、图6、图7所示。

从图3至图7中可以清晰地看出对于香皂包装生产线漏装问题处理设计的5个技术系统以及其系统组件、超系统组件之间的相互作用与关系。

图2 移除空盒的功能描述

图3 方案1的功能模型图

图4 方案2的功能模型图

图5 方案3的功能模型图

二、理想度评价

所谓技术系统的理想度法则是指技术系统朝着提高系统理想度的方向进化。系统的理想化用理想度来衡量[4]。

理想度衡量公式为：

图6 方案4的功能模型图

图7 方案5的功能模型图

式（1）中I为理想度；∑FU为有用功能之和；∑C为成本之和（如材料成本、时间、空间、资源、复杂度、能量、重量等）；∑FH为有害功能之和。

理想度公式告诉我们应该正确识别每一个技术系统中的有用功能和有害功能，比较成本之和[4]。通常很难准确量化功能和成本之和的数值，一般只做相对比较。例如以上提出的5个方案均能实现“移除空盒”这一功能，但是其“成本之和”是不同的，经过比较分析，“成本之和”由高到低依次为：方案1→方案2→方案3→方案4→方案5。由于方案5理想度最高，最后方案5为优选方案。方案5制造成本低，结构简单，便于维护，经使用能100%去除空盒，达到了设计要求。

三、结语

功能分析法是在理解该发明要解决的技术问题以及解决该问题的设计构思的基础上，分析达到发明目的所必须的结构和这些结构所必须具有的功能的一种方法[4]。本文针对香皂包装生产线漏装问题，运用功能分析的原理与方法，从功能角度分析技术系统中各组件间存在的功能，根据“移除空盒”的功能定义，绘制功能描述图，对两两组件之间的功能进行陈述，并建立功能模型，最后通过理想度评价优选出实施方案。这是功能分析法的一次成功运用。