形态分析法的应用流程

兹维基教授把形态分析法的应用流程分为5个步骤，具体如图3.5所示。本部分结合新型单缸洗衣机发明的案例对形态分析法的应用做详细介绍。

（1）明确地提出问题，并加以解释。在现如今生产力发达的时代，人们对于生活品质的要求越来越高，需要不断研发新的产品来提升生活质量，传统的洗衣机已不能满足人们日益增长的需求，因此，需要研发一种具有新型功能的洗衣机。

（2）把问题分解成若干个基本组成部分，每个部分都有明确的定义，并且相互不交叉，即因素分析。对洗衣机进行因素分析，确定完成洗净衣物所必备的基本因素。对洗衣机这类工业产品来说，最好是用功能来代替因素，以利于形象思考。先确定洗衣机的总体功能，再进行功能分解，就可得到若干分功能，这些分功能就是洗衣机的基本因素。如果我们定义洗衣机的总功能是“洗净衣物”，那么以此为目的去寻找其实现手段，便可得到“盛装衣物”“洗涤去污”和“控制洗涤”三项分功能。

图3.5　形态分析法的应用流程

（3）确定上一步骤得到的因素所对应的技术手段或方法，即形态分析。对各分功能进行形态分析，确定实现这些功能要求的各种技术手段或功能载体。为此，发明创造者要进行信息检索，广泛思考各种技术手段或方法，对一些新方法可能还需要进行试验，以了解其应用的适用性和可靠性。在上述三种分功能中，“洗涤去污”是最核心的一项，确定其功能载体时，要针对“分离”二字进行深入思考，从机、电、热等技术领域去寻找具有此功能的技术手段。通过以上工作，最终可以确定的形态有：机械摩擦、电磁振荡、超声波、热胀分离。盛装衣物的实现方式有铝桶、塑料桶、玻璃钢桶以及陶瓷桶；控制时间的实现方式有人工手控、机械控制和电脑控制三种。

（4）以独立因素与各因素的可能形态分别作为列与行，组成形态分析表，在这个表中应包含所有可能的总的解决方案。经过因素与形态分析，即可建立如表3.3所示的洗衣机形态分析表。

表3.3　新型洗衣机的形态分析表

（5）将各种形态排列组合成多种方案，对各个可行的总方案进行比较，从中选出一个最佳的总方案，即方案优选。利用形态分析表，可以进行各功能之间的形态要素的排列组合，从理论上说，从洗衣机的形态分析表中能够得到4×4×3＝48种方案。对48种组合进行分析后，我们可以发现组合方案a1－b1－c2属于普通的波轮式洗衣机。这种洗衣机的工作原理是靠电动机驱动传动装置，使波轮旋转，产生水与衣物的机械式摩擦，配合洗涤剂的作用而使衣物与脏物分离。洗涤的时间由机械定时器控制。它的缺点是衣物磨损严重，耗电量大，洗涤效率低，易发生故障。那么有没有不用波轮的新型洗衣机呢？经过分析，便可发现组合方案a1－b2－c3、a1－b3－c2和a2－b4－c1等都属于非机械摩擦式的洗衣机方案。下面对这三种方案做简要的分析。

由a1－b2－c3构成的洗衣机可以说是一种电磁振荡式自动洗衣机。它没有波轮，也不用电动机，而是利用电磁振荡可以分离物料的原理洗涤去污。据国外科研人员试验，按此开发的洗衣机具有洗净度高、不易损坏衣物的优点。此外，如果把桶内的水排干，还可直接甩干衣物，具有一机两用的特点。

由a1－b3－c2构成的洗衣机，应该叫作超声波洗衣机，如图3.6所示。它也没有波轮和电动机。设计这种洗衣机的技术关键是要产生20 000赫兹以上的超声波。这种超声波能产生很强的水压，使衣物纤维振动，使洗涤剂乳化，从而使脏物与衣物分离，达到洗涤去污的作用。在结构上，这种洗衣机离不开气泵、风量调节、送风管道、空气分散器等基本部件。由技术分析和试验可知，超声波洗衣机也具有磨损轻、洗净度高、无噪声、节水、节电等优点。

图3.6　超声波洗衣机工作原理图

由a2－b4－c1构成的洗衣机，利用热水使纤维膨胀，在桶内水流作用下造成脏物脱离的原理设计，是一种简易的小型手摇洗衣机，如图3.7所示。它主要由旋转桶、支架所组成，工作时要往桶内灌装热水和洗涤剂，用手旋转洗衣桶。市面上曾出现过这种热压式洗衣机，虽然结构简单且价格低廉，但因技术相对落后，很快就被市场淘汰。

对于其他的组合方案可采用类似方法进行分析，在此不一一赘述。

在实施形态分析法过程中，有以下几个注意事项：

（1）必须十分确切地说明所要解决的问题或所要实现的功能。

（2）必须明确研究问题或设计对象的因素，即确切地说明所研究问题或设计对象要实现的功能的自然结果，这需要研究者的能力保证。

（3）每个因素必须再分解为有明显区别的形态。

（4）需要有分析各种组合的性能和可行性的一般方法。形态分析法要从大量的组合方案中剔除不相容或不可行的方案，并筛选出最佳方案。因此，在运用形态分析过程中要注意把握好技术因素分析和技术手段的确定这两道关。比如在对洗衣机的技术因素进行分析时，应着重从其应具备的基本功能入手，对次要的辅助功能可以忽略。在寻找实现功能要求的技术手段时，要按照先进、可行的原则进行考虑，不必将那些根本不可能采用的技术手段填入形态分析表中，以避免组合表过于庞大。当然，一旦形态分析法能结合计算机的应用，从庞大的组合表中进行最佳方案的探索也是可以实现的。

图3.7　手摇式洗衣机