功能结构法

功能结构法

2010-10-02 来源：汇新网 作者：古 真

一、技法概述

功能和结构是系统论中的两个重要概念。

功能是指事物在特定环境中发挥的作用或能力。如，电灯能够发光、照明，电冰箱能够冷藏物品，

手表能够显示时间，电脑能够进行信息储存和计算，这些都是它们各自的功能。

结构是指事物内各要素的组织形式。事物不是要素的简单相加，而是按一定的规则组织起来的要

素，这个规则、组织形式就是结构。各种事物都存在着结构，分子有分子的结构，原子有原子的结构；

社会结构就是社会制度、社会关系，它将人与人组织起来。

功能和结构是事物的两个方面，结构是事物的内在构成，是横向的、相对静态的方面；功能是系

统的外在行为，是纵向的、动态的方面。结构联结着事物与要素，功能联结着事物与环境。好比一个

人的结构是四肢、骨骼、心肺肝脏、大脑神经，而其功能则是衣食住行、喜怒哀乐等外在活动。结构

作为内在根据决定着事物的功能，结构不同，事物的功能也不同。

石墨和金钢石都是由碳元素组成的，但由于两者的排列次序和组成方式即结构不同，因而功能也

迥然各异。石墨中的碳原子是六方层状结构，就像一幅叠起来的扑克牌，原子间的结合力非常弱，很

容易滑动散开（下左图），石墨性能柔软，工业上用作润滑剂。金刚石中碳原子以立方结构排列，原

子间以共价键形式结合，每个碳原子都紧密地与其他4个碳原子直接连接，构成一个牢固的结晶体(下

右图)，金钢石比钢还硬，能划玻璃、制首饰。若把石墨变成金钢石，只需改变石墨中原子排列的形

式即可。可见功能和结构是密不可分的。

石墨结构图 金钢石结构图

但功能不仅仅被结构所决定，而且以反馈调节为中介，能动地改变着事物的结构，从而使事物更

加完善。这就是说，结构和功能互相联系、互相作用、互相改变。达尔文进化论认为，生物为了适应

环境，会改变自己的活动方式，从而发生变异，使物种发生变化。例如，由于海水下降，陆地上升，

一部分水生动物就爬上岸生活，变成两栖类、爬行类。这就是由于环境的改变，动物生活习性也发生

改变，最后结构发生改变，从而更好地适应环境。

功能和结构并不是一一对应的关系。一种结构可以有多种功能，即一构多功。这在日常生活中是

常见的，几乎任何一个事物都不止一种功能。衣服可以蔽体，又可以御寒，还具有装饰功能。另外，

一种功能可以有多种结构，即同功异构。例如，人脑是由许多神经元组成的，而电脑是由许多电子原

件组成的，它们的结构完全不同。电脑与人脑的相似之处不在于结构，而在于功能。这就告诉我们，

为达到一个目标，获取一种功能，可以有多种途径，多种办法。

掌握系统论中功能结构方面的知识，对指导创造活动具有重要作用，为人们如何进行发明创造提

供了一条功能结构方法。这就是在发明创造或创造性解决问题的过程中，应以社会需要的功能要求为

出发点，首先确定满足某种社会需要的功能，然后研究实现该功能的手段和方法，或开拓新的结构，

或调整已有结构，以合理的结构保证功能的实现。

二、运作艺术

1、发明的实质是追求社会需要的新功能

人类为什么要进行发明创造？人类发明创造活动的实质究竟是什么？

事实上，任何创造发明者的活动，都是为了满足某种社会的需要，需要是创造之母。社会需要是

客观存在的社会现象，它是人们为了自身的生存和维持社会发展而对政治、经济、教育、文化、科技

等方面产生的追求。但是对需要的满足只有通过劳动才能实现。对已有东西的需要，人们只需进行重

复性劳动即可获得。对尚不存在的，但又期望得到的东西，则需要人们进行创造性的劳动。也就是说，

社会需要是产生创造发明的基本推动力。正是各种不断增长的社会需要，推动着人们去叩开创造的大

门，摘取满足人们需要的各种创造成果。爱迪生的座右铭就是：“我探求人类需要什么，然后我就迈

步向前，努力去把它发明出来。”袁隆平的籼型杂交水稻、侯德榜制碱法、倪志福钻头等无数发明创

造，无不是适应社会的迫切需要而产生的。

表面上看，人们不断发明创造各种新的物品是因为需要这些物品。其实，人们真正需要的是这些

物品所提供的功能。人们购买物品的实质是购买功能。购买一支日光灯，是因为它能照明。为了照明，

决不会去买一支不会发光的日光灯。购买钟表，是因为钟表具有显示时间的功能。瑞士的机械表能显

示时间，日本的石英表也能显示时间，相比之下，价格不菲的瑞士机械表就远远不是物美价廉的日本

石英表的对手了。

千百年来，人们为了追求省力、快捷、舒适这个功能目标，相继发明了牛车、马车、汽车、自行

车、摩托车、火车、轮船，为了追求更省力、更快捷、更舒适，又发明了飞机、高速列车、卧铺汽车、

轿车等。每一项发明的实现都是满足社会需要的新功能的实现。这就是麦尔斯所说的：“人需要的不

是物，而是功能。”因此，可以说，发明创造的实质就是对社会需要的新功能的追求和实现。

2、以合理的结构保证新功能的实现

人类发明创造活动的实质，是对社会所需要的某种功能的追求，而某种功能总是以它的具体结构

来保证的。

美国麻省理工学院李跃滋教授认为，一项创新构思的产生，是发现某种需要和得到技术解决办法

两者的结合。发现某种需要，即是确定追求某种新功能的目标；得到技术解决办法，即是设计出保证

新功能实现的合理结构。李跃滋风趣地把发现某种需要看成是发明创造的母亲，把得到技术解决办法

看成是发明创造的父亲，两者结合而产生的孩子即是发明创造的成果。

那么，如何以合理的结构保证新功能的实现？可以结合其他创新技法来进行，如5W1H法、中山

正和法、类比模拟法等。

如设想构思洗衣机时，不直接设想它的具体结构，而是先抽象思考它的功能。

第一步，问题。人工洗涤衣物很费劲，劳动量大，能否发明一种机械代替人工洗涤。

第二步，关键功能。这种机械的主要功能是清洗衣物，确定关键功能清洗。

第三步，问题类推。运用联想、类比、发散思维等方法，把各种各样的清洗方法都列举出来，如

按板搓洗、刷子刷洗、棒槌敲打、河中漂洗、流水冲洗及各种工业洗涤方法等。

第四步，背景提问。运用集中思维，把点的记忆联结成线的记忆，对设想出来的各种洗涤方法从

本质上进行研究，也就是找出各种洗涤方法共同的实质性东西。上述各种方法中，最本质的是加速水

的流动，加上洗涤剂，通过摩擦，将粘附在衣服上的污物冲洗掉。

第五步，概念提问。运用发散思维，充分发挥想象力，列举出各种各样可以加速水流速度的机构，

如泵、转盘、喷嘴、超声波发生器等，从中寻找新的启示。

第六步，形成新概念。根据功能可靠、制造方便、成本低廉等技术经济条件进行评价，选用转盘

甩水加速水流与内桶摩擦相结合方案。

由此可见，用功能结构法发明洗衣机，不是先去设想它的具体结构，而是先把主要功能抽象出来，

找出能反映洗衣机本质的关键功能。然后，围绕功能思考结构，这样就可跳出原来的洗衣概念的旧框

来，并集中精力研究其实现的手段和方法，以取得发明创造的最佳成果。

需要强调的是，功能的确定是一个非常重要的环节。进行功能确定就是以简洁明确的语言对功能

加以描述。这里要求描述的是功能，而不是事物的结构。确定功能的方法，通常用一个动词加一个名

词来表示。如“润滑剂”可表述为“减少摩擦”，变压器可表述为“变换电压”，打火机可表述为“发

火”。

功能概念中的动词，要求准确而概括，只有准确才不会引错构思方向，只有概括才不会束缚人的

思路。如想设计一种加工孔的设备，要给加工孔的工艺下个定义。如果定义为“钻孔”，一下就会想

到钻床，思路很窄。如果将“钻孔”改为“切削孔”，那么除钻床之外还会想到铣床、车床、插床、

冲床等。如果再定义为“加工孔”，思路可以更加开阔，除了会想到上述切削机床之外，还会想到火

焰切割、激光打孔、电火花加工等。

3、调整结构优化功能

结构是实现整体大于部分之和的关键。贝塔朗菲曾提出一个著名的公式：1+I>2。合理的结构才

能充分发挥事物的整体效应，通过调整结构可以达到优化功能。

战国时代，军事家孙膑在贵族田忌家做门客。田忌常和齐王赛马，按上、中、下三个等级分别进

行。他们赛了几场，田忌都输了。有一次，孙膑给田忌出了个主意：以下马对齐王的上马，以上马对

齐王的中马，以中马对齐王的下马。结果这次田忌两胜一负，赢了千金。这次田忌为什么能赢呢？就

是因为孙膑对其不合理的赛马结构进行了调整，在马的组合上选取了最佳结构，发挥了最好的整体功

能。

倪志福在北京永定机械厂当工人期间，他所在的车间接到一批特种钢材零件加工打眼任务。可是

用普通钻头打眼，三天竟烧坏了12根钻头，照此下去很难完成加工任务。倪志福仔细观察那些被磨

损的钻头，发现每个用过的钻头的头部和两角都被烧坏。他突然产生了一个大胆的创意：把磨损和烧

坏的部位干脆去掉。经过反复试验，一种新型钻头发明成功了。经过这种结构的调整，“倪志福钻头”

在切削力、耐用度、分屑、断屑等切削性能的提高上都比较全面。倪志福的这一重要发明，在20世

纪60年代初期我国实施奖励制度开展的首次评奖中，荣获国家发明奖。

王仁忠设计的新型木地板，解决了木地板“干缩潮胀”起拱变形的世界性难题，也是调整结构获

得优越功能的成功范例。王仁忠原是武汉市一名下岗职工，为了生活，四处奔波。他在装修木地板时

发现，铺得好好的地板，过了不久就起拱变形。专家告诉他，这是由木材本身遇水发胀的特性决定的，

连号称“地板王国”的德国都没有解决这一难题。从小对木工手艺情有独钟的王仁忠决心解决木地板

变形问题。经过数年艰苦探索，终于获得成功。他改变木地板的单片形状，把单片设计成S形，并拢

后成一组组正弦曲线的镶嵌式地板。根据力分解原理，这种曲线地板的变形内应力可以互相抑制抵消，

令人烦恼的木地板起拱变形难题迎刃而解。

功能结构是一个比较系统、比较全面的创新思路与方法，不仅适用于产品的创新，也适用于社会

政治经济组织的改革。

（摘自《创造力培养》 古真/编著）