功能论的设计方法概述

信息流可以是各种测量值、输入指令、图像、数据等 能量流可以是机械能、电能、热能、光能等，通过设计对象进 行能量的转换。 输入的物料流可以是气体、液体或固体，如原材料、毛坯等， 设计对象要对其进行混合、分离、移动等变化，输出的是变化
后的物料。
功能创新设计方法的步骤：

1、首先是认识总功能。
无论是新产品的开发设计还是老产品的改进设计，都有一个明
发，有几项功能就下几项功能的定义。
功能定义
总功能

切削铅笔
存放笔屑
电冰箱的功能定义
夹紧铅笔 切削铅笔
总功能
保鲜食品 各分功能
存放食品 致冷 保冷 温度控制
各分功能
削笔器的功能定义
功能定义
功能定义的目的：

1、通过功能定义可以明确用户的需求，从以事物为中心转
向以功能为中心。

2、功能创新设计方法的一个特点在于能发现设计对象中不 必要的功能，这主要是通过功能定义来做到的。

3、功能定义有助于开拓设计思路，克服思维定势。 4、便于进行下一步的功能评价。
功能定义
功能定义一般是用一个动词和一个名词来构成，名词称为是 目的词，动词称为是手段词。 其中的动词表明功能实现的手段、方法和途径。 动词的选择要注意简练、准确，要利于打开思路，找出尽可 能多的实现功能的方法，避免由于表达不清造成的含糊和误 解，以至于无法定出实现该功能的技术途径。 空调的功能定义：调节温度 降低温度

功能定义
任何设计对象，都有许多的组成要素。这些组成要素在设 计对象中各执行一定的功能，各部分相辅相成，共同完成设
计对象的总功能。功能定义就由两部分组成：
设计对象的总功能定义。 设计对象的各组成要素的功能定义――分功能定义。 设计对象及其及其组成要素不一定具有一种功能，可能有 两种或两种以上的功能，在给功能下定义时，就要从实际出
i 1 i n i 1
n
Pmax g i

Pg
i 1 i
n
i
理想方案技术价=1 可选方案技术价>=0.65
Pmax
第三章 评价与决策方法
二、经济评价
对方案进行经济评价——求方案的经济价
H1 0.7 H 2 We H H
H ——实际制造成本，包括材料费、工资 费、管理费等（估算值） H2——允许制造成本（<市场最低价格） H1——理想制造成本（=0.7 H2 ） 理想方案经济价=1 可行方案经济价>=0.7
具体的评价目标一般6 -10项，过多可能影响主要功能目标。
为比较各目标的重要程度，定量评价时要设加权系数。 一般各加权系数qi <1，而∑qi=1。 总目标为b，一阶子目标为b1，b2…，二阶子目标为b11， b12，…，b21，b22，…。依此类推。 加权系数也有一阶加权系数q1 ，q2，…，二阶加权系 数q11 ，q12，…，q21 ，q22，…。
W2 Wt 2WW 2 0.64 0.625 0.632
W3 Wt 3WW 3 0.66 0.555 0.605
优度图如图所示
评价决策准备采用滚动轴承方案，要求进一步提高技 术水平。
三 评价与决策方法
一、评价的内容
工程设计的各个阶段，对多种方案都要进行 决策评价，逐步优化，评价目标一般包含三 个方面
停止
提高 增大 减少 膨胀 悬挂 拥有 提取
通过
转换 断开 增强 压缩 保留 放出 改善
连接
形成 阻挡 改变 过滤 维护 放入 提供
产生
限定 储存 吸收 加工 观察 驱动 供给
显示
消除 放大 缩小 扩充 隔绝 制约 弯曲
功能定义
功能定义常用的动词和名词组合
动词 提供 供给 名词 美观 电力 能量 允许 把握 支撑 动词 盛入 名词 燃料 油品 水 重量 动词 传递 阻隔 名词 能量 热量 燃烧 震动

3、寻找各分功能实现的技术途径。
设计者可以查阅各种参考文献，如技术手册、设计原理方案 目录、专利等，尤其是要寻找一些新颖、独特的实现方法。

4、对各种技术途径进行排列组合，优选出最佳的技术原理 方案。（采用形态学矩阵）
实现分功能的各种技术途径的排列组合就是可能的原理方
案，这种组合方案数量很多，但其中许多可能是不可行的， 首先要判断各种技术途径间是否相容，可以排除不相容的组 合。再次对相容的方案进行可行性评价，优选出最佳方案。
第三章 评价与决策方法
三、技术——经济综合评价
1 求总价值
W0 Wt We
第三章 评价与决策方法
We
1
2 作 优 度 图
可选方案
0.7
Wt 0.65 1
第三章 评价与决策方法
四、技术——经济综合评价步骤
初步剔除 初选方案 决 建立目标树，确定评价目标 策
确定重要性系数 gi ，评分 Wij
进入
制动 控制
控制
压力
转动
防止
泄漏
生锈
保持
运动
接收
信号
连结
运动 旋转
传递
动力
扭矩 电流
隔绝
连结 改善
尘土
电路 外观
功能分类

现代产品通常执行的不止一项功能，有的有几种功能，而有
的可能有更多的功能。

为了更清楚地了解产品的各项功能，我们有必要对功能进行 区别和分类，从不同的角度出发，功能有着不同的分类方法。 我们按设计对象的结构层次、功能的重要程度、功能的性质、
第一种只要求具备物质功能，而不要求具备精神功能。这一
评分法
确定评分标准（5分制或10分制）
进行集体评分
统计总分（分值相加法、分值相 乘法、均值法、相对法、加权计 分法）
第三章 评价与决策方法
评分法一般用5分制，以0 ~ 5分表示。对应中间值可用直 线插入法求得。
例1:
A、B、C三种电池的主要性能目标见下表，试评价决策出较 好的电池。
第三章 评价与决策方法
技术价 Wt 经济价 We
分析数据，提 出改进措施， We 0.7 剔除 消除薄弱环节
We 0.65 剔除
总价值 W0
We 将 Wt ， 填入优度图
作价值剖 面图
例 2：
高速专用磨床的主轴前支承有三排深沟球轴承、三瓦
液体动压轴承和球面液体静压轴承三种方案。已知各方
案的技术指标b1i、W2i 、W3i及加权系数qi 如图所示，和
F11 F1 F12 F13 总 功 能 F0 F2
未端功能
未端功能 未端功能 一级功能单元
F21 F22 F31
未端功能 一级功能单元 未端功能 未端功能
F3
F32
F33
未端功能
未端功能
一级功能单元
最 终 目 手段（下位） 的 目的（上位）
手段（下位）
功能系统图
功能分类
2、按功能的重要程度分： 按功能的重要程度分可分为基本功能和辅助功能。 ①基本功能是设计对象的主要功能，是必不可少的功能。 ②基本功能是设计对象能满足用户需求的某种效能，是用 户购买产品的直接原因，基本功能不同，设计对象的用途也 就不同，失去了基本功能，设计对象就失去了存在的基础。 如电视机的基本功能是显示图像，如果不能正常显示，就 失去了使用价值。 ③基本功能可以不止一个。如全自动洗衣机就有洗涤、脱 水、烘干等多种基本功能。数控机床有车削、铣削、镗削、 钻等多种基本功能。日历手表有计时、计日、计星期三种基 本功能。
子目标加权系数之和等于上一级目标的加权系数。 评价目标树如下图所示P31。
二、目标重要性系数（加权系数）
加权系数是反映评价目标重要程度的量化系数，加权系数 越大，重要程度越高； 加权系数通常进行归一化处理。即：
g i 1
加权系数的确定方法： 根据经验人为地确定各 评价目标的加权系数 经验法
第四节
解：评价目标树见下图。
第三章 评价与决策方法
评分线图
求出各方案的相应分值列于下表
评价结果： 方案A各种总分均为最高，为最优方案。但成本 较高，应采取措施降低成本。
技术—经济评价法
一、技术评价
对方案进行技术评价——求方案的技术价
确定评价目标
确定评价指标
技术价总评
确定各对象的技术价
i
Wt
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Pg
动词的使用应尽可能抽象，它的选择要利于揭示该功能中最 本质的东西。
钻孔 、打孔、加工孔哪个合适？ 设计一取核桃仁的工具，功能该如何定义？
功能定义
其中的名词要尽量具体，并是可测量的、可定量的。
功能定义
功能定义常用动词
保持
安装 防止 固定 传递 保护 接受 确定
改变
引导 取消 移动 支撑 装载 接收 降低
功能分类
辅助功能是设计对象的次要的、附带的功能。
它的主要作用是为了使基本功能更完善、或是为了更好地实
现基本功能，使产品更有特色而添加的。 没有辅助功能，产品并不会失去它的使用价值，适当添加必 要的辅助功能可以使设计更完美，还可以增强产品的竞争优 势。 有时根据用户的需求，辅助功能也可以转化为基本功能。如 音乐手机、摄像手机等，则是将音乐和摄像等辅助功能转化 为基本功能。
设计内涵

功能设计方法就是将设计对象视为一个技术系统，用抽象的 方法分析其总的功能，并把实现总功能的低一级功能（分功 能）加以分析，进而寻求实现各分功能的技术途径（或称技
术效应、技术原理等）。
外界环境对设计对象的影响 信息2 能量2 物料2
信息1 能量1 物料1
黑箱 （待设计的技术 系统）
设计对象对外界环境的影响

5、原理方案的具体化。
功能创新设计方法的优点：