Analiza funkcyjna

Pytania do analizy funkcyjnej:

• System techniczny – stworzony przez człowieka system, który został zaprojektowany do pełnienia pewnej funkcji.
• Supersystem – otoczenie systemu technicznego; system, którego komponentem jest analizowany system techniczny.
• Analiza funkcyjna – narzędzie analityczne służące do identyfikacji funkcji, ich charakterystyk oraz kosztów komponentów systemu i supersystemu. Efektem analizy funkcyjnej jest model systemu technicznego, przedstawiony w formie schematu lub tabeli, oraz lista wad funkcjonalnych systemu.
• Analiza funkcyjna składa się z trzech etapów: analizy komponentów, analizy interakcji i modelowania funkcyjnego.
• Komponentem systemu może być substancja, pole lub ich kombinacja.
• Funkcja systemu technicznego to działanie wykonywane przez jeden komponent (nośnik funkcji) w celu zmiany lub zachowania jakiegoś parametru drugiego komponentu (obiektu funkcji).

Zadania do analizy funkcyjnej:

Zadanie 1.

• Układ kierowniczy samochodu, samochód, fabryka samochodów, garaż, inne samochody, droga, sygnalizacja świetlna, znaki drogowe.
• Fabryka, pracownicy fabryki, wszystkie pozostałe urządzenia znajdujące się w fabryce.
• Lampa, sufit, ściany, meble znajdujące się w pomieszczeniu, ludzie przebywający w pokoju.
• Wiertarka, wiercona ściana, wszystko, co znajduje się w pokoju, w którym wiercimy, operator wiertarki.
• Kartka, zeszyt, biurko, klasa, budynek szkoły, biuro, uczniowie, nauczyciel.

Zadanie 2.

Analiza komponentów

Analiza interakcji

Modelowanie funkcyjne

Diagram funkcyjno-kosztowy

Zadanie 3.

• gazeta: informować ludzi
• wieszak: trzymać ubranie
• piekarnik: grzać potrawy
• zegar: informować ludzi
• pilot od telewizora: kontrolować telewizor
• odkurzacz: usuwać zanieczyszczenia

Zadanie 4.

Analiza komponentów

Analiza interakcji

Modelowanie funkcyjne

Diagram funkcyjno-kosztowy

Łańcuch przyczynowo-skutkowy

Pytania do analizy łańcucha przyczynowo-skutkowego:

7. Analiza łańcucha przyczynowo-skutkowy to narzędzie do identyfikacji wad kluczowych systemu technicznego.
8. Budowę łańcucha przyczynowo-skutkowego należy zacząć od wady bazowej, czyli od odwróconego celu projektu. Jeżeli cel projektu sformułowany jest jako „Redukcja zużycia energii przez urządzenie X”, to wadą bazową rozpoczynającą łańcuch przyczynowo-skutkowy będzie ”Urządzenie X zużywa za dużo energii”.
9. Wada bazowa (wada początkowa) to opisany w projekcie powód do ulepszania systemu. Jest to jednocześnie punkt wyjścia do zbudowania łańcucha przyczynowo-skutkowego.
10. Wada kluczowa to rezultat analizy łańcucha przyczynowo-skutkowego. Przyczyna, która musi być wyeliminowana, aby został osiągnięty cel projektu.
11. Budowę łańcucha przyczynowo-skutkowego należy zakończyć, gdy odpowiedzią na kolejne pytanie „dlaczego?” jest zjawisko fizyczne, chemiczne, biologiczne, geometryczne lub też ograniczenie projektu. W tej sytuacji zadawanie dalszych pytań jest bezzasadne, ponieważ nie ma możliwości wyeliminowania tego typu wad systemu technicznego.
12. Operator „I” używany jest w łańcuchu przyczynowo-skutkowym wtedy, gdy do wystąpienia wady konieczne jest łączne zaistnienie dwóch przyczyn. Można się wówczas skupić na eliminacji tej z przyczyn, która jest łatwiejsza do pokonania.
13. Operator „LUB” używany jest w łańcuchu przyczynowo-skutkowym wtedy, gdy wada ma kilka niezależnych od siebie przyczyn. W takiej sytuacji wszystkie te przyczyny wady muszą zostać usunięte.

Zadania do analizy łańcucha przyczynowo-skutkowego:

Zadanie 5.

Zadanie 6.

Trimming

Pytania do trimmingu:

14. Trimming – analityczne narzędzie ulepszania systemu technicznego. Ulepszenie polega na usuwaniu pewnych komponentów systemu przy jednoczesnym zachowaniu pożytecznych funkcji wykonywanych przez te komponenty. Funkcje usuwanych elementów przekazywane są pozostającym komponentom systemu lub supersystemu.
15. Trimming może być stosowany do wielu typów projektów: można wykorzystać go podczas projektów mających na celu eliminację określonych problemów, redukcji kosztów lub ogólnego ulepszenia systemu technicznego.
16. Istnieją trzy zasady trimmingowe: A, B i C.
17. Trimming radykalny warto stosować, kiedy dowolnie możemy zmieniać nasz system techniczny. Radykalny trimming prowadzić może także do stworzenia zupełnie nowych pomysłów dotyczących działania analizowanego systemu technicznego.
18. Trimming stopniowy stosuje się, gdy ograniczenia projektowe nie pozwalają na znaczne ingerencje w systemie.
19. Trimming nie generuje żadnych pomysłów. Jego rezultatem jest kolejny problem do rozwiązania.
20. Wynikiem trimmingu jest problem trimmingowy: jak sprawić, aby dany komponent pełnił określoną funkcję.

Zadania do trimmingu:

Zadanie 7.

System techniczny składa się ze strzykawki (tłok i cylinder), igły oraz leku, który znajduje się wewnątrz cylindra. Należy poddać analizie system pod kątem obniżenia kosztów i podniesienia funkcjonalności.

Rys. 1 Komponenty systemu technicznego

Rys. 2 Zasada działania

Zasada działania:
Strzykawki używa się w celu przeniesienia leku z cylindra do tkanki pacjenta za pomocą igły. W tym celu należy naciskać palcem tłok jednocześnie przytrzymując cylinder. Lek pchany tłokiem przemieszcza się wewnątrz cylindra do igły wkłutej w tkankę pacjenta.

Podział komponentów:

Tab. 1 Podział komponentów

Po zamodelowaniu tej tabelki w sposób graficzny otrzymamy:

Rys. 3 Diagram z komponentami systemu technicznego

Modelując wszystkie interakcje pomiędzy komponentami systemu i supersystemu, możemy zobrazować ilość, rodzaj i poziom wzajemnych oddziaływań.

Rys. 4 Diagram z komponentami systemu technicznego oraz różnymi typami funkcji

Dane kosztowe komponentów:

Tab. 2 Dane kosztowe komponentów

Po uzupełnieniu danych kosztowych dla wszystkich komponentów oraz bazując na wcześniej zamodelowanych interakcjach możemy zasugerować kolejność trimmingu.

Sugerowany scenariusz trimmingowy:

Tab. 3 Podział komponentów

¹ Wskaźnik trimmingowy = F*F/P+C) gdzie F – ranking funkcji, P – ranking problemu, C – koszt

Jako pierwszy jest sugerowany trimming tłoka. Możemy to zrobić, gdy np. funkcja „przemieszcza” będzie przejęta przez cylinder.

Rys. 5 Diagram obrazujący przejęcie funkcji „przemieszcza” przez cylinder

Z przesunięciem funkcji „naciska” przez palce do cylindra nie będzie problemów.

Rys. 6 Diagram obrazujący przesunięcie funkcji „naciska” z Tłoka na Cylinder

Dotychczasowa funkcja cylindra „prowadzi” nie będzie już potrzebna.

Rys. 7 Diagram obrazujący, że dotychczasowa funkcja „prowadzi” pełniona przez cylinder, po trimmingu tłoka nie jest już potrzebna

Diagram po trimmingu wygląda następująco:

Rys. 8 Diagram po trimmingu tłoka

Teraz pozostaje tylko przełożyć diagram na pomysł i zaprojektować cylinder, który będzie dostarczał funkcję „przemieszcza lek”.
Do rozwiązania tego problemu można użyć bazy efektów – tu można znaleźć opis działania np. głowicy drukującej oraz sposób dostarczania do niej tuszu.

Rys. 9 Zasada dostarczania tuszu pod ciśnieniem do głowicy drukarskiej

Po wdrożeniu tego pomysłu strzykawka może wyglądać następująco:

Rys. 10 Nowa strzykawka składająca się tylko z cylindra i igły

Rys. 11 Zasada dostarczania leku do tkanki nową strzykawką

Rezultaty

Tab. 4 Porównanie systemów technicznych przed i po trimmingu

Tab. 5 Statystyka rezultatów

Zadanie 8.

System techniczny „szczoteczka do zębów” to tylko jedna część.

Rys. 1 System techniczny „szczoteczka do zębów”.

Z uwagi na różne funkcje poszczególnych obszarów szczoteczki do zębów, można te obszary umownie podzielić na oddzielne komponenty.

Rys. 2 Umowny podział systemu technicznego na komponenty.

Następnie należy zidentyfikować cel oraz określić elementy supersystemu.
Jaka jest główna funkcja szczoteczki do zębów?
Szczoteczka do zębów ma usuwać płytkę nazębną, więc celem będzie płytka nazębna.

Cel:

Rys. 3 Cel systemu technicznego – płytka nazębna.

Elementy supersystemu:
– ręka

Rys. 4 Element supersystemu – ręka.

– człowiek

Rys. 5 Element supersystemu – człowiek.

– pasta

Rys. 6 Element supersystemu – pasta.

Podział komponentów:

Tab. 1 Podział komponentów

Po zamodelowaniu tej tabelki w sposób graficzny:

Rys. 7 Cel, komponenty supersystemu i komponenty systemu

Analiza interakcji:
Należy przeanalizować, które pary komponentów wchodzą w interakcje.

Tab. 2 Analiza interakcji komponentów.

Modelując wszystkie interakcje pomiędzy komponentami systemu i supersystemu, można zobrazować ilość, rodzaj i poziom wzajemnych oddziaływań.

Rys. 8 Interakcje pomiędzy celem a komponentami supersystemu i systemu technicznego.

Trimming

Scenariusz 1
Jako pierwszy komponent do trimmingu został wybrany uchwyt.

Rys. 9 Diagram obrazujący problemy przy trimmingu komponentu „uchwyt”.

Można usunąć uchwyt, gdy funkcja „informuje” będzie przejęta przez rękę.

Rys. 10 Diagram obrazujący przejęcie funkcji „informuje” przez rękę.

Kolejne wyzwanie to przesunięcie funkcji „trzyma” do innego komponentu. W tym przypadku tę funkcję będzie wykonywała główka.

Rys. 11 Diagram obrazujący przejęcie funkcji „trzyma” przez główkę.

Ostatnia funkcja do przeniesienia to „porusza’’- tym bez problemu może zająć się ręka.

Rys. 12 Diagram obrazujący przejęcie funkcji „porusza” przez rękę.

Diagram po trimmingu wygląda następująco:

Rys. 13 Diagram po trimmingu uchwytu.

Przykład rozwiązania istniejącego na rynku:

Rys. 14 Szczoteczka bez uchwytu.

Scenariusz 2
W tym podejściu trimmingowym komponentem wytypowanym do usunięcia będzie włosie.

Rys. 15 Diagram obrazujący problemy przy trimmingu komponentu „włosie”.

Można usunąć włosie, gdy funkcja „przemieszcza” będzie przejęta przez główkę.

Rys. 16 Diagram obrazujący przejęcie funkcji „przemieszcza” przez główkę.

Kolejne wyzwanie to przesunięcie funkcji ‘’usuwa’’ do innego komponentu. W tym przypadku tę funkcję będzie wykonywała pasta.

Rys. 17 Diagram obrazujący przejęcie funkcji „usuwa” przez pastę.

Diagram po trimmingu wygląda następująco:

Rys. 18 Diagram po trimmingu włosia.

Przykład rozwiązania istniejącego na rynku:

Rys. 19 Szczoteczka bez włosia (główka z wypustkami).

Scenariusz 3
W tym podejściu trimmingowym komponentem wytypowanym do usunięcia będzie główka.

Rys. 20 Diagram obrazujący problemy przy trimmingu komponentu „główka”.

Można usunąć główkę, gdy funkcja „trzyma” będzie przejęta przez rękę.

Rys. 21 Diagram obrazujący przejęcie funkcji „trzyma” przez rękę

Kolejne wyzwanie to przesunięcie funkcji ‘’porusza’’ do innego komponentu. W tym przypadku, tę funkcję będzie wykonywała ręka.

Rys. 22 Diagram obrazujący przejęcie funkcji „porusza” przez rękę.

Diagram po trimmingu wygląda następująco:

Rys. 23 Diagram po trimmingu główki.

Przykład rozwiązań istniejących na rynku:

Rys. 24 Szczoteczka składająca się tylko z włosia (nitka dentystyczna).

Rys. 25 Szczoteczka składająca się tylko z włosia (elastyczna struktura porowata).

Scenariusz 4
W tym podejściu trimmingowym komponentem wytypowanym do usunięcia będzie ręka.

Rys. 26 Diagram obrazujący problemy przy trimmingu komponentu „ręka”.

Można usunąć komponent „ręka”, gdy funkcja „informuje” będzie przejęta przez człowieka.

Rys. 27 Diagram obrazujący przejęcie funkcji „informuje” przez człowieka.

Kolejne wyzwanie to przesunięcie funkcji ‘’porusza’’ do innego komponentu. W tym przypadku tę funkcję będzie wykonywał człowiek.

Rys. 28 Diagram obrazujący przejęcie funkcji „porusza” przez człowieka.

Diagram po trimmingu wygląda następująco:

Rys. 29 Diagram po trimmingu komponentu „ręka”.

Przykłady rozwiązań istniejących na rynku:

Rys. 30 Szczoteczka „do żucia”.

Rys. 31 Szczoteczka wsuwana na język.

Sprzeczności techniczne

Pytania do sprzeczności technicznej:

21. C
22. B
23. B
24. B
25. C

Zadania do sprzeczności technicznej:

Zadanie 9.

a. Stworzyć model problemu w postaci sprzeczności technicznej (opisać).
Sprzeczność techniczna 1:
JEŻELI będziemy ciągnąć banknot
TO go wyciągniemy
ALE butelka się przewróci

Sprzeczność techniczna 2:
JEŻELI nie będziemy ciągnąć banknotu
TO butelka się nie przewróci
ALE nie wyciągniemy banknotu

b. Zastosować matrycę sprzeczności i zidentyfikować zalecane zasady wynalazcze (wskazać zasady).
ST1
Polepszający się parametr: Siła (10)
Pogarszający się parametr: Stabilność struktury obiektu (13)

Rekomendowane zasady wynalazcze:
Zasada zmiany właściwości (35), zasada wstępnego działania / wstępna aranżacja (10), zasada przeskoku / pominięcia (21)

ST2
Polepszający się parametr: Prędkość (09)
Pogarszający się parametr: Stabilność struktury obiektu (13)

Rekomendowane zasady wynalazcze:
Zasada zastąpienia mechaniki (28), zasada homogeniczności / jednorodności (33), zasada rozdrobnienia (1), zasada wykorzystania drgań mechanicznych (18)

c. Zastanowić się, jak można zastosować zidentyfikowane zasady i opisać pomysły (jeżeli czas pozwoli).
ST1
Wybrana zasada wynalazcza: zasada „zasada przeskoku / pominięcia (21)”
a) Przyłożyć bardzo dużą siłę do banknotu, aby czas wyciągnięcia był bardzo krótki

Proponowane rozwiązanie:
Pociągnąć banknot tak szybko, aby butelka się nie przewróciła

ST2
Wybrana zasada wykorzystania drgań mechanicznych (18)
a) Zastosować wibracje podczas wyciągania banknotu

Proponowane rozwiązanie:
Uderzać pięścią w stół, jednocześnie wyciągając banknot.

Sprzeczności fizyczne

Pytania do sprzeczności fizycznej:

26. Sprzeczność fizyczna dotyczy jednego parametru.
27. Tak. Dla sprzeczności fizycznej wykorzystujemy komórkę JEŻELI pochodzącą ze sprzeczności technicznej.
28. Rozdzielenie sprzecznych wymagań (w przestrzeni, czasie, relacji, na poziomie systemowym, w kierunku), spełnienie sprzecznych wymagań, obejście sprzecznych wymagań.
29. Rozdzielenie sprzecznych wymagań jest najczęstszym sposobem rozwiązywania sprzeczności fizycznej.

Zadania do sprzeczności fizycznej:

Zadanie 10.

a. Stworzyć model problemowy w postaci sprzeczności fizycznej (opisać).
Musimy ciągnąć za banknot, aby go wydostać spod butelki
ALE
Nie możemy ciągnąć za banknot aby się butelka nie przewróciła.

b. Zidentyfikować metodę (metody) rozwiązania sprzeczności fizycznej (wskazać).
Rozdzielenie sprzecznych wymagań:
a) W przestrzeni (gdzie?) – nie można rozdzielić sprzecznych wymagań w przestrzeni, ponieważ butelka i banknot znajdują się w tej samej przestrzeni.
b) W czasie (kiedy?) – nie można rozdzielić sprzecznych wymagań w czasie, wyciąganie banknotu odbywa się w tym samym czasie co kontakt butelki z banknotem.
c) W relacji (dla kogo?) – można rozdzielić sprzeczne wymagania w relacji, ponieważ nie tylko butelka może dotykać banknotu, ale również banknot butelkę.
d) W kierunku (w jakim kierunku?) – nie można rozdzielić sprzecznych wymagań w kierunku, ponieważ butelka i banknot mają być rozdzielone w jednym kierunku.
e) Na poziomie systemowym – rozdzielenie na poziomie systemowym nie jest możliwe: ponieważ rozdzielenie butelki i banknotu powinien być w tym samym systemie.

c. Zidentyfikować zalecane zasady wynalazcze (wskazać).
Zasady wynalazcze (dla rozdzielenia na poziomie relacji):
Zasada materiałów kompozytowych (40), materiały porowate (31), zasada kopiowania (26), zasada miejscowej jakości (3), zasada działań okresowych (19), zasada przejścia w inny wymiar (17)

d. Zastanowić się, jak można zastosować zidentyfikowane zasady i opisać pomysły (jeżeli czas pozwoli).
Wybrana zasada wynalazcza: zasada przejścia w inny wymiar (17):
a) Zastąpić płaski banknot – rolowanym
b) Ciągnąć banknot nie w linii prostej, a pod skosem

Proponowane rozwiązanie:
Zrolowanym banknotem „popychać” butelką, aż nie będzie stała na banknocie.

Zasoby systemów technicznych

Pytania do zasobów systemów technicznych:

30. Zasobem może być dowolna substancja, przedmiot wykonany z dowolnej substancji, zapas energii, wolny czas, miejsce, informacja, możliwość wykonania dodatkowych funkcji i wykorzystania tych funkcji, wraz z dodatkowymi efektami naukowymi wynikającymi z dodatkowych funkcji.
31. Zasoby można podzielić na dwie kategorie:
    1. Dostępność zasobów:
       1. Zasoby wewnętrze – przypisane do tego, z czego składa się system.
       2. Zasoby zewnętrzne – pochodzące z otoczenia systemu.
       3. Pozostałe zasoby pochodzące z supersystemu, ogólnodostępne i niedrogie.
    2. Gotowość do wykorzystania zasobów:
       1. Zasoby możliwe do wykorzystania od zaraz.
       2. Pochodne.
32. Idealność systemu technicznego to suma wszystkich pożytecznych funkcji i korzyści podzielona przez sumę wszystkich kosztów, efektów szkodliwych oraz rezultatów niepożądanych.
33. Typy zasobów: zasoby substancji, zasoby pola, zasoby przestrzenne, zasoby czasowe, zasoby funkcjonalne, zasoby informacyjne, zasoby systemowe (superefekty), zasoby specyficzne dla systemu, zasoby strukturalne, zróżnicowane parametry, zasoby zmian, zasoby ewolucyjne, zasoby marketingowe, zasoby niskokosztowe, zasoby szkodliwe.

Zadania do zasobów systemów technicznych:

Zadanie 11.

Zasoby żelazka to np.: substancje, z których wykonane jest żelazko (metal, plastik), kształt, masa, zasoby pola: pole termiczne, pole grawitacyjne, pole elektryczne, zasoby czasowe: czas nagrzewania się do określonej temperatury, zasoby funkcjonalne: przewód z wtyczką, zasoby informacyjne: lampka sygnalizująca osiągnięcie zadanej temperatury.

Zadanie 12.

Zasoby telefonu komórkowego to np. substancje, z których wykonany jest telefon (plastik, metal, szkło), kształt, masa, zasoby pola: zapas energii, zasoby funkcjonalne: bateria, zasoby informacyjne: wyświetlacz, diody, oprogramowanie, zasoby czasowe: czas między rozmowami telefonicznymi, zasoby marketingowe: istnienie docelowych grup klientów – użytkowników, marka.

Zadanie 13.

Darmowe zasoby, które są zawsze dostępne, to powietrze i grawitacja.