应用组件功能分析检核表的案例

下面列举几个组件功能检核的例子，说明系统组件功能分析检核表的应用。

例1:豆浆机的功能分析。

上面曾经画出豆浆机的功能系统图和结构系统图。作为例子，这里仅对组件过滤网罩(图7－14)，应用《系统组件功能检核表》进行功能检核。

表7－3　豆浆机系统组件功能分析检核表

详细说明如下:

1.解决物理矛盾

过滤网罩(图7－15)是需要的，又是不需要的，相反的要求，是一个物理矛盾，采用分离原理解决这个物理矛盾，满足矛盾双方的要求。在4种分离原理中，选择空间分离。在空间分离与创新原理的对应表中选择创新原理，可选择到一条有用的创新原理:抽取。这就提示将过滤网罩从豆浆机中抽出来，这样打豆浆的时候，就没有过滤网罩，打豆浆的时候没有过滤，满足了“希望没有”的一方;哪又如何过滤豆渣呢?打完了豆浆把豆浆往碗里倒的时候再过滤。时间分离。这时用一个如图所示的简单好清洗的过滤盘(图7－16)，于是，这又满足了另一方“希望有”的要求。

解决这个物理矛盾的结果，将过滤网罩裁剪掉了，它的功能转移到系统外，由一个简单的过滤盘代替实现。

2.最终理想解

不用过滤。就是说连过滤盘都是不需要的。显然，满足不用过滤的条件是没有豆渣或豆渣打得很细，连同豆浆一起喝下。打得很细是可以做到的。这就把过滤的功能转移到打磨功能上，从而取消过滤功能。再选取U形加热管进行功能检核。

豆浆机结构分上下两部分。下部只是一个大容器杯，功能组件都安装在上部。U形加热管(图7－17)插到下部的容器中加热豆浆。

图7－15　过滤网罩

图7－16　过滤盘

图7－17　U形加热管

表7－4　豆浆机系统组件功能分析检核表

详细说明如下:

解决物理矛盾:加热管是需要的，又是不需要的，相反的要求，是一个物理矛盾，采用分离原理解决这个物理矛盾，满足矛盾双方的要求。在四种分离原理中，选择空间分离。在空间分离与创新原理的对应表中选择创新原理，可选择到一条有用的创新原理:抽取。

把加热管抽出来，这就满足了一方的要求，不会出现豆渣粘贴。另一方的要求是，加热这个功能还是需要的。空间分离，就看加热功能或加热组件是转移到系统外还是转移到系统内。转移到系统外，就是把豆浆打好以后，倒到锅里在炉子上烧开，就麻烦了。还是要在系统内转移。一个比较恰当的地方就是容器内豆浆下方的底座内。不与豆浆接触，而满足了加热一方的要求。裁剪、转移，完成了豆浆机的功能分析。过滤网罩、加热管都裁剪掉了，就只剩下了一个刀头，如图7－18，好清洗了。

例2:液压蝶阀的功能分析。

首先介绍一下蝶阀。如图7－19，蝶阀用在管道中对流体实行开关。蝶阀结构简单，主体就是一块可以在管中转动的圆板，称为蝶板。图7－19是一个手动蝶阀，手轮带动圆板的轴转动，就可以将管道关闭或打开。

液压蝶阀(图7－20)是由液压操作的快速动作蝶阀。

工作原理:左侧上方是一个单向油缸，靠活塞杆下方的弹簧复位;其活塞杆带有一个齿条，与齿条啮合的齿轮，安装在转动蝶板的转轴上。油缸上方进油，活塞带动齿条下行，一面将下端的弹簧压缩，一面推动齿轮转动并带动转轴转动，联动的蝶板转动打开阀门。当油缸上方回油失压，下端压缩弹簧推动活塞杆向上复位，蝶板也反转复位将阀门关闭。完成一个开关循环。从图上可以看到转轴不在径向位置。为了减少蝶板与阀座之间的摩擦磨损，转轴没有与蝶板直接相连，而是在轴向偏移一段距离，又在径向偏移一段距离，是双偏心传动轴，用连杆与蝶板相连。

图7－18　只有一个刀头

图7－19　手动蝶阀

图7－20　液压蝶阀

液压蝶阀的功能系统图和结构系统图如图7－21所示。左边为功能系统图，右边为结构系统图。

图7－21　液压蝶阀功能结构系统图

下面选取液压油缸，进行功能检核。

表7－5　液压蝶阀系统组件功能分析检核表

详细说明如下:

1.其他可选择能量形式

液压油缸属于一个液压系统，所以，所用能量形式就是液压，还得有一个专用的液压泵站。一般说来，液压系统是比较复杂而昂贵的系统。所以，如果有其他简单而经济的方法，就不要用液压系统。这里要实现的功能是直线位移，应该还有一些其他的方法及其能量形式。寻找这些方法及其能量形式，可以应用《物理效应功能对应表》。

2.可用科学效应

应用《物理效应功能对应表》寻找可用科学效应。这里要实现的功能是直线位移，在对应表中就是“控制物体位移”，实现这种功能的科学效应一共有9种，已用的液压压强也在其中;根据这里的情况，选择电磁力这个物理效应实现这里的直线位移比较合适。根据电器知识，靠电磁力产生位移的东西就是电磁铁。这个大的方向就决定了用电磁铁代替油缸。

电磁铁也有多种型式，有短位移的，也有长位移的。显然这里要用长位移的。

长位移的电磁铁就是螺管线圈电磁铁。如图7－22。这种电磁铁结构简单，就是一个中空的圆柱形线圈，中间插有一根软铁圆棒——铁芯，铁芯也可以与一个复位弹簧连接。给线圈通电，铁芯就会运动，产生位移。给线圈断电，铁芯就会在弹簧力的作用下复位。用螺管线圈电磁铁代替油缸，就在油缸的位置换上一个圆柱形电磁铁，代替油缸实现直线位移。于是，包括油缸在内的全部液压系统全都裁剪掉了，结构大大简化，成本大大降低。液压蝶阀变成了电动蝶阀。图7－23是这种电动蝶阀的原理图。

图7－22　螺管电磁铁

图7－23　电动蝶阀原理图

例3:梁式抽油机的功能分析。

抽油机(图7－24)是油田从油井下把原油抽到地面的动力装置。

其工作原理如下:电动机的传动经皮带轮、变速箱、曲柄连杆机构，带动横梁杠杆上下摆动，再通过钢丝绳、抽油杆带动井下深井泵的柱塞作上下运动，从而不断地把井下的原油抽上地面。所以，抽油机的总功能，也就是基本功能，是要为油井下抽油泵的柱塞提供一个上下运动的动力，也就是产生往复直线位移。由于油井很深，抽油杆可长达3000米，很重，所以要加配重。抽油机耸立在地面，体积是很庞大的，重达几十吨，而电能的利用率只有20%～30%。

梁式抽油机的功能系统图与结构系统图如图7－25，左边是功能，右边是结构。

图7－24　抽油机

图7－25　抽油机功能结构系统图

以组件横梁作为功能检核对象。

表7－6　抽油机系统组件功能分析检核表(详细说明列于表后)

详细说明如下:

1.解决技术矛盾

分析、解决矛盾，就是要寻求新的原理、结构、功能，以代替原有的原理、结构、功能，即对原有系统进行裁剪。梁式抽油机，这是一种普通机械设备，具有通用性，可以作为技术矛盾的改善一方:35通用性;结构庞大笨重复杂就是其对应的恶化一方:36系统的复杂性。这一对技术矛盾在《矛盾矩阵表》上，可以查得4个创新原理:15动态化、28机械系统替换、29气压或液压结构、37热膨胀。其中有用的创新原理是28、29。28提示用非机械系统代替现有的机械系统。用什么非机械系统?29提示用气压或液压结构。用气压不行，力量不够;用液压会有环境污染、温度问题，而且液压也是由电能转换来的，效率不高。所以，这个非机械系统应该用直接把电能转换成直线位移的电力系统。在前面“液压蝶阀”的例子中，曾用了一个直接把电能转换成直线位移的电力系统，就是螺管电磁铁。这里又遇到同一类型的问题。这里不用螺管电磁铁，因为它的效率比较低。还有一种与螺管电磁铁类似的电器是直线电动机，这里可以用直线电动机。直线电动机可以看成是由旋转电动机变来。把旋转电动机沿径向切开、摊平，原来带线圈的圆形定子成了平面定子，原来圆形的转子成了平面的动子，给定子线圈通电，动子就会沿直线方向跑动起来，成了直线电动机。和螺管电磁铁相似，这种直线电动机也可以做成圆柱形的，功率增大。图7－26就是圆柱形直线电动机驱动的抽油机。圆筒定子是固定的线圈组，中间活动的动子由磁铁做成，通过钢丝绳、滑轮与抽油杆连接。由于抽油杆很长很重，所以还需要配重平衡重量。由于直接用电动机驱动，结构简单，效率提高。外观如图7－27。

显然，还存在的一个问题是，连接起来长达3000米的抽油杆，由于种种原因，容易出现故障。要是没有抽油杆，工作更可靠了。抽油杆可以裁剪掉吗?用直线电动机与抽油泵直接组合在一起，一起沉到油井下的原油中，长达9米的直线电动机在井下工作，直接推动油泵，这样就把抽油杆裁剪掉了，不要抽油杆了。这就是潜油式直线电动机抽油机，如图7－28所示，地面就没有抽油机了。

图7－26　直线电机抽油机

图7－27　直线电机抽油机外观

图7－28　潜油式直线电机抽油机

例4:天线站(图7－29)的功能分析。

(1)雷达天线站的功能系统图和结构系统图(图7－30)。

图7－29　雷达天线和避雷针

图7－30　天线站功能系统图与结构系统图

选取组件避雷针进行组件功能检核分析。

表7－7　天线系统组件功能分析检核表

详细说明如下:

图7－31　空气电离避雷针

解决物理矛盾:由于金属避雷针会吸收电波，减少了天线吸收电波的数量，影响了天线的工作，所以在一般情况下，不希望避雷针存在，但在雷电袭来时，避雷针必须出现，将雷电引入地下。这是一个相反要求的物理矛盾，避雷针不要出现，又要出现。物理矛盾采用分离原理解决，显然这里要采用时间分离。平时不需要防雷功能，显然这时候的避雷针是不导电的非金属体;来雷电的时候，避雷针要出现，也就是说，这时要把不导电的非金属体，变成导电体，将雷电引入地下。这是一个功能问题，什么东西具有这种功能?这也是一个效应问题，什么东西具有这种效应?我们应用《物理效应与功能对应表》解决这个问题。在表中找到一个相应的功能:改变物体的空间性质。根据我们这里是要把非导电体，变成导电体，这一改变物体空间性质的要求，在这个功能之下包含的25个效应之中，选择有用的效应。这其中有一个效应值得研究，就是“电离”。联系“雷电袭来”，这雷电就成了一种可用的资源。联系中学学过的知识，雷电会使什么东西电离?就是空气。空气电离就是把非导体变成了导体。空气具有这种功能。于是，就可以用空气做避雷针。空气稀薄易于电离，把低压空气装进玻璃球，用非金属杆支起来，就成为一个空气电离避雷针，如图7－31所示。用这种空气电离避雷针，代替金属避雷针，实现防雷的功能，就将金属避雷针裁剪掉了。空气电离避雷针是非导体，不吸收电波，当雷电袭来时成为导体，将雷电引入地下，实现防雷的功能，雷电过后，又恢复成非导体。