摘自《创造与发明》张士军编著

一、 功能分析：

发明创造可以运用功能分析的方法，以发明课题目标为出发点，由最终的功能目标向实现它的基本功能一步步地逆向进行。这种逆向的功能分析方法能够有效地保证有秩序地、可靠地实现发明目标。

功能分析的作用

任何一项发明都必定有它的实际功效，或者说都具有特定的实用性功能，这也是发明得以被人们认可和存在的价值所在。任何一个事物有它的存在价值，必定能描述出它的实际功能来。

功能分析就是从事物存在或事物发明的价值所在为入手点，逐层逐步地摄入分析和研究事物的各种功能以及他们之间的相互关系，从而为具体的发明创造开辟出一条通路，使整个发明创造活动不偏离方向而可靠地实现。

功能分析的具体作用如下：

1、 明确发明对象的功能

功能分析的最主要目的就是要搞清发明事物所应具有的全部功能。从事一项具体的发明，而对它应具备或不需要哪些功能这类问题含糊不清，要完成这一发明是不可想象的事情。如，电冰箱这种产品，它应具备的两项基本功能是食品的保鲜和食物制冷。再如，暖水瓶的基本功能就是储水和保温。

在从事发明活动中，确定事物的功能还需要明确事物的使用对象，以使用对象的角度或身份来确定发明对象的功能，才具有实际意义。比如暖水瓶在欧洲市场上销售很少，就其原因是当地人并不习惯于喝开水。这说明暖水瓶的功能没有得到欧洲人的承认。

2、 为创造方案提供依据

有了明确的各级功能目标，可以为方案的创造或发明设想指明具体的方向。例如，对暖水瓶这一发明对象，当明确了它的储水和保温功能后，头脑中就会建立起一个容器的概念，在确定容器的形状、材料和制作方法时，就需要在确保这两项功能的前提下运用各种发明方法加以实现，任何不能可靠保证功能实现的设想，即使富有创造性和新颖性都毫无意义。发明者必须具有“方法是为目标服务”的清醒认识。

3、 充分掌握各项功能之间的相互关系

功能分析的另一个重要作用就是要充分明确和掌握发明对象中内含的各项功能之间的逻辑关系，功能之间的相互影响。一项发明所具有的基本功能往往是依靠许多其他手段性功能的保证才能得以实现的，在全部功能系统中每一项功能都发挥着一定的作用。只有在充分掌握所有功能之间联系的基础上，才会有效地实现发明对象的最终功能。功能分析的另一个作用就是要认识这种功能之间的联系，研究每一项功能的必要性和所发挥的具体作用所在，确保功能的实现。同时在分析过程中也要检验为达到发明目标要求，是否存在遗漏的功能和多余的功能。例如，为保证暖水瓶基本功能的实现。就要解决蓄水问题、保温问题，此后就要考虑水的倒入倒出的方便性问题，还要考虑存放它的稳定性等一系列相关的问题。

4、 扩大方案创造的设计思路

以功能分析为核心进行方案的设计，能够有效地拓宽思路，构思出价值更高、效果更好的方案来。人们在发明或从事某项设计时，往往事先都有一个发明或者设计原型，或者参照物，在发明过程中总要从中吸取一些结构和要素，进行改进、变换或模仿。这样一来，原有事物中许多旧的药物就会自然而然地被保留或者继承下来，是发明或者设计的方案往往缺乏创新，难以有较大的突破。而功能分析的创造思路，就是要打破这种方案设计模式，不以结构要素违思考点，而是从事物所应具有的功能为思考点，由上至下，自后向前，一个层次一个层次地进行分析和构思方案。从这方面看，它突破了发明原型的思维障碍束缚。在实际应用过程中，事物中的每一项功能是分析和研究的焦点，为实现其中的任何一项功能，在设计中可能需要几个结构要素来完成，也可能一个要素同时可以完成几项功能，那么无论哪一种情况，设计怎样的结构并不重要，重要的是必须保证功能的实现，而其具体的结构形式则是越简单越好。

二、功能的定义

功能定义本身是指用最简洁的语言将事物（包括产品、零部件、服务等）所具有的功能、用途等加以描绘，以深刻反映出事物的基本特征。以产品为例，不同的产品有不同的用途，而同一产品中的不同零件所起的作用也不同，功能定义的任务就是要明确每一个产品或每一个零件所应有和担负的功能。对每一个事物所下的定义，要说明功能的实质，限定功能的内容，并使其与其他功能概念相区别。

给功能下定义主要是抓住功能的本质，准确地掌握发明的功能要求，是发明创造活动有效地进行。不仅如此，恰当的功能定义可以使发明的事物更清晰、更实用，避免出现发明的成果基本用途不明确而缺乏实用性的毛病，不能产生良好的社会效果。

功能定义的要点如下：

1、 功能定义要简洁明了

给功能下定义必须要做到简洁、明了、准确。功能定义一般用一个动词和一个名词来表达。简洁、明了是要求功能定义尽量抽象，以便方案设计时扩大思路。准确是要求功能定义不能含糊不清，产生其他的误解。例如，暖水瓶的功能定义是：贮水和保温”；手表的功能定义是“显示时间”；转动轴的功能是“传递扭矩”；电灯的功能是“提供光源”；变压器的功能定义是“转换电压”，等等。功能定义的动词决定着创造的方向和实现这一功能的方法、手段、和途径，所以必须要准确和概括，不能因此而限定了发明创造的思路。有时为了能够表达得更清楚，可以适当加入形容词予以补充，但应尽量简洁，少用或不用。

2、 功能定义的表达要尽量抽象

功能定义的表达应有利于拓宽创造思路，使思维充分地展开。因此，在使用动词时尽量选择比较抽象的词汇。例如，在给夹紧装置的功能下定义时，表达为“螺旋夹紧”，就自然联想到丝杆螺母机构，其思路就很狭窄。如果表达为“机械夹紧”，就可能会联想到杠杆加紧、凸轮加紧，也包括丝杆加紧等。如果再抽象一些，定义为“压力夹紧，那么就有可能联想到液压装置、气动装置、电气加紧装置等，加上上述的加紧方式，设计方案会增加许多。功能定义越抽象，它引发的构想就会越多，把这种抽象定义所产生的效果，成为抽象台阶，如图所示：

再如，在对钻孔这一装置的发明创造中，所下的定义不同，同样会产生极不相同的效果，如图所是，每上一个台阶创造方案就增加许多。

钻孔------打孔------做孔

3、 功能定义尽可能定量化

所谓功能定义的定量化，是指尽量使用可测定数量的语言词汇来给功能下定义。因为用一个动词和一个名词定义功能，属于定性描述，而在根据功能定义进行创造或方案设计过程中，对采取何种构想影响很大，并且不利于对方案进行评价。发明创造中一般都遵循这尽量简化的原则，而当功能无法定量分析和比较时，必然会给方案的选择带来麻烦。

例如：对桌腿的功能下定义时，使用支撑重量就比支撑桌面要好一些。当需要时，只要加上支撑重量的数值，就可以恰当地选择最合适的形状、材料和加工方法。

在许多情况下，不容易准确概括和描述量值，但只要像前面所下的几个功能定义那样，使用的名次部分能够反映出量值的概念就可以。如，“显示时间”、“转换电压”、“传递扭矩”等。

三、功能的分类

功能的类别很多，从不同的角度出发，会有不同的分类。

按功能的性质分类，可将功能划分为：使用功能和美学功能

1、 使用功能。是指事物或产品的实际用途，即它的实用价值。

2、 美学功能。是指事物或产品的外观功能、艺术功能、保值功能或其他一些功能。美学功能所具有的涵义比较广泛，它包括事物的形态、色彩、图案、暗示作用等。需要指出的是，有些事物或产品可能它的使用功能与美学功能是统一的，其美学功能本身就决定了它的使用功能，如艺术品、名人字画、古玩古董等。

事物的使用功能与美学功能都是通过基本功能或辅助功能来实现的。虽然对大多数事物来说，使用功能是第一位的，但是近年来的发明成果表明，随着人们生活质量的改善，对这两种功能的要求发生了很大的变化。从事发明创造的人应充分注意到这一点，摆好这两者的地位，使这两种功能更好地协调起来，创造出令人满意的发明。

3、 按功能分析和整理的顺序分类

可将功能划分为：上位功能和下位功能。

上位功能又叫做目的功能，下位功能又叫做手段功能。对功能的这种划分完全是为了便于对事物整体功能的分析和整理之用。把功能分成上位和下位，是指对功能所处的不同层次和地位而言的。在后面的功能整理中将会看到，在一个事物的功能系统图里，处于目的位置上的称为上位功能，处于手段位置上的称为下位功能。同一个功能对于目的来说是下位功能，而相对于手段来说又是上位功能。把功能划分为上、下位两种功能，有利于对事物总体功能进行逻辑性分析，有利于弄清各个功能之间的相互关系和从属地位，使功能的整理有序化地进行。

四、功能的整理

所谓功能的整理，就是运用系统的思想方法，分析和明确事物中各个功能之间的内在联系，并按照功能的逻辑体系，由总体通能向局部功能的逐层次地展开分析、研究和方案构思，形成完整的方案设计。

1、 功能整理的作用

功能整理的指导思想是运用系统学的思维方法，从系统的总体可分性、关联性、矛盾性、功能性、统一性去研究功能的全貌。通过对全部功能的整理过程，逐一完成实现总体功能的各具体方案的构想和设计。

其具体的作用如下：

（1）      通过功能整理构想出实现功能的具体方案。

（2）      通过功能整理掌握必要功能，避免出现不必要功能。

（3）      通过功能整理明确各项功能的内在联系。

（4）      通过功能整理对初步设计方案进行价值和可行性分析。

2、 功能整理的逻辑体系

任何一个事物的各个组成部分或构成要素之间都是互相联系，互相制约的，从而构成了事物的结构体系。在这个体系中，各个要素都有着各自的独特功能，这些功能之间存在着上下（从属）关系和并列关系。功能的上下关系是指在一个功能系统中某些功能之间存在着目的与手段的关系。一个功能系统中的任何一个功能都有它的目的，也都有为着实现这个目的功能的手段功能。因此，这些功能间的目的与手段关系都是相对的。A功能是B功能的目的，B功能是实现A功能的手段。而B功能又可能是C功能的目的，C功能则是实现B功能的手段，如此类推下去。为此，把目的功能称为上位功能，把手段功能成为下位功能。上位功能和下位功能显然是相对的，一个功能对它的上位功能来说是手段，对它的下位功能来说则是目的。当对一个功能追问“实现它的手段是什么”时，就可以找到它的下位功能。例如，万能铣头的部分构成要素的功能关系：“旋转主轴”的目的是什么？是“旋转刀具”，“旋转刀具”的目的又是什么？是“提供铣削”，用什么手段、方法实现铣削？用“旋转刀具”这一手段可以实现。这种目的（上位功能）--------手段（下位功能）的关系如图所示：

功能的并列关系是指在较复杂的功能系统中，为了实现同一目的的功能，需要同时有两个以上的手段功能。即对于一个上位功能来说，同时并存着两个以上的下位功能。这样两个以上的功能之间的关系称之为并列关系。如“旋转刀具”和“改变刀具空间位置”就是两个并列的功能，它们都是为实现万能铣削的手段功能。这些并列的功能各自形成一个子系统，构成一个功能区域，称之为“功能领域”或“功能范围”、“功能区”。

按照这种目的---手段、上位与下位之间的功能关系，以及功能之间的并列关系去整理事物的全部功能，就是事物的逻辑功能体系。把这种功能体系用图形表现出来就形成了功能系统图。图4—4所表现的是以F为对象的最上位功能，又可称为一级功能；FFF是F的下位功能，是并列的二级功能；F-F则是并列的三级功能。以此类推。同时，F和F,F,F又组成一个功能领域，F和F也构成各自的功能领域。

3、 功能整理的方法与步骤

进行功能整理的方法和步骤大体有两种，一种是由目的寻找手段，即从上位功能向下位功能逐次分析，其步骤是由前向后，正向进行。这种方法适合于对新事物的发明创造。另一种是由手段确定目的，即从下位功能向上位功能逐次分析，其步骤是由后向前逆向进行。这种方法是和于对已有事物或初步完成的设计方案的深入研究，以寻找改进之处。这里主要介绍第一种功能整理的方法和步骤。

（1）      确定发明对象的总体功能。首先，根据发明目标的要求，对发明事物进行功能定义。此时定义的功能是发明事物的总体基本功能，也是发明对象的基本用途。功能定义时，要注意遵循前面所述的原则和要求，定义既要准确，又要尽量抽象。这一要求的目的是要保证在后面的功能整理与分析的工程中，不偏离发明方向，同时为扩大发明思路创造条件。

（2）      逐级分析和整理下位功能。事物的总体基本功能是事物的最终目的的功能，实现了它也就实现了发明目标，因此，把它成为零级功能。功能整理就是从零级功能开始，逐级向下不断地追问实现它的手段功能，如果实现它的手段功能不止一个时，应列出所有的手段功能，此阶段的功能就是一级功能层次。然后再以一级功能为目标，继续追问实现它的手段功能，如此往复下去，直至整理出发明事物的全部功能。当某个手段功能找不出相对它的手段功能，或不需要追究它的下位功能时，就称这一手段功能为“末端功能”，在这一过程中，应同时绘制出整个的功能系统图。见图4-6。

（3）      依据末端功能构思方案。以事务的功能系统图为基础，由末端功能开始逐项构思创造方案。这一步骤是对发明对象构造出实现各功能的具体设计方案。此时，配合使用各类发明方法，一步步创造和设计，形成一个完整的发明构思。

下面以发明一种载重汽车为例，进行功能整理和功能分析如下：对载重汽车可以将其功能定义为“运载货物”。从原理上看，运载货物至少应有两个手段：“提供货箱”和“移动货箱”，如果4-5所示。

这里略去“提供货箱”这一功能分析。研究“移动货箱”的手段。要想移动货箱，必须有行走机构（如转轴、轴承、车轮等），还要有驱动行走机构（如发动机、传动装置、变速机构等），并且要把行走机构和货箱联成整体，如图4-6所示。

接着，重点分析“驱动行走机构”这一功能。如此逐级向后分析，就可以大体整理出载重汽车的功能系统图，再加以修改和补充，完成功能系统，如图4-7所示。此图还只是一个粗略的功能逻辑关系图，这里指为参考之用，括号内是对应末端功能的构思方案。功能系统图的详细程度可根据需要而定。不同的系统图可有很大差别，粗的只到大部件，如变速箱，设置直到一部机器，如发动机；系的到小零件，如方向盘、照明灯等。就是在同一个功能区域中，细化程度也可以有差别。对于像汽车这样复杂的产品，细化到所有零件是不可能的，必要时可将某些功能单独抽出另作分析。功能系统图中的末端功能都能与零件的功能定义向对应，在功能整理过程中，有时还要调整零件的功能定义。图4-8是万能铣头的功能系统图，供参考之用。

4、 功能系统的检查

对功能系统进行检查，是为了更进一步了解和掌握其完整性和正确性，以便找出不当指出，予以修改和完善。具体的检查办法是通过回答下列提问来进行的。

（1）      是否区分了基本功能与辅助功能？

（2）      是否明确了各项功能的具体目的？

（3）      各项功能实现的手段都找到了吗？

（4）      是否有遗漏的功能？

（5）      是否有不必要的功能？

（6）      是否明确了各个功能领域的具体作用？

（7）      是否有不确切的功能？