功能模拟法的应用流程

功能模拟法的应用流程如图5.8所示，具体描述如下：

图5.8　功能模拟法的应用流程

（1）分析原型和模型之间功能的相似性。功能模拟法只注重功能的移植，这是功能模拟法的精髓。在使用功能模拟法时，要突破传统追求结构或者外在相似的思维，忽略质料、结构和个别要素的分析，单独的研究功能，通过研究对象的功能去把握其结构和性质。

图5.9　功能分解树

（2）建立功能模型来模拟原型的功能和行为。建立功能模型就是采用某个功能表达体系，将技术系统各个层次上的各个子功能和它们之间的约束关系表达成为抽象的符号集合。在功能模拟法中，建立功能模型是非常关键的一步，可以使用功能分解树这一方法建立。首先要对研究对象的功能进行分解，从行为观点来看，功能主要包含行为、活动、反应等。将研究对象的功能进行分解可以得到功能分解树，树根处的功能为研究对象的整体功能，每个功能单元可以进一步分解为下一级子功能单元，直至最终实现每个功能单元为已知的形状和特征为止，如图5.9所示。例如，火警安防系统，通过功能分解树描述其涉及的功能及其之间的关系，如图5.10所示，火警安防系统实时检测判断家庭环境中的正负电荷是否平衡，当空气中的正负电荷不平衡时就会产生微弱电流，当这个电流达到一定的上限时，报警系统就会给出相应的通知。

图5.10　火警安防系统功能分解树

（3）从行为和功能过渡到研究对象的结构研究。在上一步中已经绘制出研究对象的功能分解树，从分解树的最底层开始，将功能研究过渡到结构研究。

（4）揭示出新的未知的特点和属性。功能模拟法通过研究原型的功能最终确定创新发明的结构、原材料以及属性等。在此基础上，可以附加其他的功能。

以下通过一个具体的案例来说明功能模拟法的使用步骤。

在日常生活和工业生产中，水位控制装置有着广泛的应用，如水塔、楼房水箱等。目前使用的水位控制系统已经不需要人工操作，而是采用水位自动控制系统，使水箱中的水位保持在给定的高度。本部分结合功能模拟法的应用流程对供水水箱的水位自动控制系统的发明进行介绍。

应用功能模拟法来设计水位控制系统，首先要研究人和水位自动控制系统功能上的相似性。此处原型是指人，模型是要发明的水位自动控制系统。人能够根据周围环境的变化做出反应，人眼可以观察周围的环境情况，并将信息传递给大脑，大脑通过思考，决定采取何种方式应对周围环境的改变，并向四肢发出命令，人手在接受大脑给定的命令后，采取伸缩、挥舞等动作。水位自动控制系统模仿了人的这些功能，实现水位的自动控制。

建立水位自动控制系统的功能模型。将水位自动控制系统的功能进行分解，绘制功能分解树，如图5.11所示。将自动控制功能分解为“检测水位”“信号处理并发出命令”以及“调高或调低水位”三项子功能，分别寻找能够实现这三项子功能的装置以及这些装置的元器件的构成。

再次，从自动控制的功能过渡到水位自动控制系统的结构研究。根据上一部绘制的功能分解树，找到对应三项子功能转的装置：检测装置、控制器、执行器，并找出对应的并且适合在水箱工作的元器件，将水位自动控制系统的功能研究过渡到结构研究。

最后，确定水位自动控制系统的结构，原材料和属性等。水位自动控制系统的原理如图5.12所示。

图5.11　水位控制系统功能分解树

图5.12　水位自动控制系统原理图

在水箱水位自动控制系统的创新设计中，功能模拟法将人的某些功能应用到机械领域中，检测装置就相当于人的眼睛，控制器完成人脑的功能，执行器代替人的肢体，将人的某些功能转移到机械装置发明创新中。