功能論的設(shè)計(jì)方法

設(shè)計(jì)內(nèi)涵

功能設(shè)計(jì)方法就是將設(shè)計(jì)對(duì)象視為一個(gè)技術(shù)系統(tǒng)，用抽象的方法分析其總的功能，并把實(shí)現(xiàn)總功能的低一級(jí)功能（分功能）加以分析，進(jìn)而尋求實(shí)現(xiàn)各分功能的技術(shù)途徑（或稱技術(shù)效應(yīng)、技術(shù)原理等）。

黑箱（待設(shè)計(jì)的技術(shù)系統(tǒng)）信息1能量1物料1信息2能量2物料2外界環(huán)境對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象的影響設(shè)計(jì)對(duì)象對(duì)外界環(huán)境的影響

信息流可以是各種測量值、輸入指令、圖像、數(shù)據(jù)等能量流可以是機(jī)械能、電能、熱能、光能等，通過設(shè)計(jì)對(duì)象進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換。輸入的物料流可以是氣體、液體或固體，如原材料、毛坯等，設(shè)計(jì)對(duì)象要對(duì)其進(jìn)行混合、分離、移動(dòng)等變化，輸出的是變化后的物料。

功能創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法的步驟：1、首先是認(rèn)識(shí)總功能。無論是新產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)還是老產(chǎn)品的改進(jìn)設(shè)計(jì)，都有一個(gè)明確的設(shè)計(jì)任務(wù)，對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象有一個(gè)定性或是定量的描述，由此可明確設(shè)計(jì)目標(biāo)。2、其次對(duì)總功能進(jìn)行分解，把總功能分成若干分功能，分功能還可以進(jìn)一步分解。（形成功能樹）一個(gè)設(shè)計(jì)對(duì)象一般不可能用一個(gè)技術(shù)原理就可以滿足總功能，總是有一些子系統(tǒng)完成各個(gè)分功能，這些分功能按照一定的邏輯關(guān)系連起來來滿足總功能，所以對(duì)總功能的分解是必不可少的。

但功能的分解也不必過細(xì)，一般以能找到實(shí)現(xiàn)該分功能的技術(shù)途徑為宜，過細(xì)會(huì)大大增加不必要的工作量。3、尋找各分功能實(shí)現(xiàn)的技術(shù)途徑。設(shè)計(jì)者可以查閱各種參考文獻(xiàn)，如技術(shù)手冊(cè)、設(shè)計(jì)原理方案目錄、專利等，尤其是要尋找一些新穎、獨(dú)特的實(shí)現(xiàn)方法。4、對(duì)各種技術(shù)途徑進(jìn)行排列組合，優(yōu)選出最佳的技術(shù)原理方案。（采用形態(tài)學(xué)矩陣）實(shí)現(xiàn)分功能的各種技術(shù)途徑的排列組合就是可能的原理方案，這種組合方案數(shù)量很多，但其中許多可能是不可行的，首先要判斷各種技術(shù)途徑間是否相容，可以排除不相容的組合。再次對(duì)相容的方案進(jìn)行可行性評(píng)價(jià)，優(yōu)選出最佳方案。5、原理方案的具體化。功能創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法的優(yōu)點(diǎn)：1、從設(shè)計(jì)對(duì)象本身轉(zhuǎn)向以功能為中心，打破原有的結(jié)構(gòu)限制。2、利于克服思維定勢，開拓思維，推陳出新，創(chuàng)新設(shè)計(jì)。3、排除不必要功能，降低成本。4、功能單元與造型單元構(gòu)造相結(jié)合，提供一種造型設(shè)計(jì)新思路。一、評(píng)價(jià)目標(biāo)樹

工程設(shè)計(jì)的各個(gè)階段，對(duì)多種方案都要進(jìn)行評(píng)價(jià)決策，逐步優(yōu)化。評(píng)價(jià)目標(biāo)一般有三個(gè)方面。3、社會(huì)目標(biāo)國家政策、國際慣例、資源、節(jié)能、環(huán)境污染等。具體的評(píng)價(jià)目標(biāo)一般6-10項(xiàng)，過多可能影響主要功能目標(biāo)。評(píng)價(jià)與決策方法1、技術(shù)目標(biāo)技術(shù)性能、工藝性、可靠性、自動(dòng)化程度等。2、經(jīng)濟(jì)目標(biāo)成本、利潤、投資額、回報(bào)率、市場壽命等。

為比較各目標(biāo)的重要程度，定量評(píng)價(jià)時(shí)要設(shè)加權(quán)系數(shù)。一般各加權(quán)系數(shù)qi<1，而∑qi=1。總目標(biāo)為b，一階子目標(biāo)為b1，b2…，二階子目標(biāo)為b11，b12，…，b21，b22，…。依此類推。加權(quán)系數(shù)也有一階加權(quán)系數(shù)q1

，q2，…，二階加權(quán)系數(shù)q11

，q12，…，q21

，q22，…。子目標(biāo)加權(quán)系數(shù)之和等于上一級(jí)目標(biāo)的加權(quán)系數(shù)。評(píng)價(jià)目標(biāo)樹如下圖所示P31。二、目標(biāo)重要性系數(shù)（加權(quán)系數(shù)）加權(quán)系數(shù)是反映評(píng)價(jià)目標(biāo)重要程度的量化系數(shù)，加權(quán)系數(shù)越大，重要程度越高；加權(quán)系數(shù)通常進(jìn)行歸一化處理。即：加權(quán)系數(shù)的確定方法：經(jīng)驗(yàn)法根據(jù)經(jīng)驗(yàn)人為地確定各評(píng)價(jià)目標(biāo)的加權(quán)系數(shù)第四節(jié)評(píng)分法確定評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)（5分制或10分制）進(jìn)行集體評(píng)分統(tǒng)計(jì)總分（分值相加法、分值相乘法、均值法、相對(duì)法、加權(quán)計(jì)分法）第三章評(píng)價(jià)與決策方法評(píng)分法一般用5分制，以0~5分表示。對(duì)應(yīng)中間值可用直線插入法求得。A、B、C三種電池的主要性能目標(biāo)見下表，試評(píng)價(jià)決策出較好的電池。例1:第三章評(píng)價(jià)與決策方法解：評(píng)價(jià)目標(biāo)樹見下圖。評(píng)分線圖第三章評(píng)價(jià)與決策方法求出各方案的相應(yīng)分值列于下表評(píng)價(jià)結(jié)果：方案A各種總分均為最高，為最優(yōu)方案。但成本較高，應(yīng)采取措施降低成本。技術(shù)—經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)法對(duì)方案進(jìn)行技術(shù)評(píng)價(jià)——求方案的技術(shù)價(jià)一、技術(shù)評(píng)價(jià)確定評(píng)價(jià)目標(biāo)確定評(píng)價(jià)指標(biāo)技術(shù)價(jià)總評(píng)確定各對(duì)象的技術(shù)價(jià)理想方案技術(shù)價(jià)=1可選方案技術(shù)價(jià)>=0.65第三章評(píng)價(jià)與決策方法二、經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)對(duì)方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)——求方案的經(jīng)濟(jì)價(jià)H——實(shí)際制造成本，包括材料費(fèi)、工資費(fèi)、管理費(fèi)等（估算值）H2——允許制造成本（<市場最低價(jià)格）H1——理想制造成本（=0.7H2

）理想方案經(jīng)濟(jì)價(jià)=1可行方案經(jīng)濟(jì)價(jià)>=0.7第三章評(píng)價(jià)與決策方法1求總價(jià)值三、技術(shù)——經(jīng)濟(jì)綜合評(píng)價(jià)第三章評(píng)價(jià)與決策方法2作優(yōu)度圖可選方案11開發(fā)線0.70.65WeWt第三章評(píng)價(jià)與決策方法四、技術(shù)——經(jīng)濟(jì)綜合評(píng)價(jià)步驟初選方案建立目標(biāo)樹，確定評(píng)價(jià)目標(biāo)

確定重要性系數(shù)，評(píng)分

技術(shù)價(jià)

經(jīng)濟(jì)價(jià)

總價(jià)值

將，填入優(yōu)度圖

作價(jià)值剖面圖初步剔除

剔除

剔除分析數(shù)據(jù)，提出改進(jìn)措施，消除薄弱環(huán)節(jié)

決策

高速專用磨床的主軸前支承有三排深溝球軸承、三瓦液體動(dòng)壓軸承和球面液體靜壓軸承三種方案。已知各方案的技術(shù)指標(biāo)b1i、W2i、W3i及加權(quán)系數(shù)qi

如圖所示，和各方案的生產(chǎn)成本Hi

及理想成本HI

，試評(píng)價(jià)決策出較好方案。例2：解：

下圖為技術(shù)評(píng)價(jià)目標(biāo)樹及加權(quán)系數(shù)。第三章評(píng)價(jià)與決策方法技術(shù)評(píng)價(jià)目標(biāo)樹第三章評(píng)價(jià)與決策方法三種軸承的技術(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果如下表。5分制，bmax=5三種軸承的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)如下表三方案的相對(duì)價(jià)W分別為:優(yōu)度圖如圖所示

評(píng)價(jià)決策準(zhǔn)備采用滾動(dòng)軸承方案，要求進(jìn)一步提高技術(shù)水平。一、評(píng)價(jià)的內(nèi)容技術(shù)評(píng)價(jià)：性能指標(biāo)、可靠性、有效性、安全性、操作性、保養(yǎng)性、能源消耗等經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)：成本、利潤、實(shí)施費(fèi)用、經(jīng)營周期（方案的適用周期）、資金回收期等社會(huì)評(píng)價(jià)：政策、環(huán)保、資源利用等等三評(píng)價(jià)與決策方法工程設(shè)計(jì)的各個(gè)階段，對(duì)多種方案都要進(jìn)行決策評(píng)價(jià)，逐步優(yōu)化，評(píng)價(jià)目標(biāo)一般包含三個(gè)方面第二節(jié)功能創(chuàng)新的設(shè)計(jì)方法功能創(chuàng)新的設(shè)計(jì)方法主要包括功能定義、功能分類、功能整理和功能評(píng)價(jià)等。功能定義：用準(zhǔn)確簡明的語言給設(shè)計(jì)對(duì)象及其各組成部分的功能下定義，說明功能的實(shí)質(zhì)，限定功能的范圍。

任何設(shè)計(jì)對(duì)象，都有許多的組成要素。這些組成要素在設(shè)計(jì)對(duì)象中各執(zhí)行一定的功能，各部分相輔相成，共同完成設(shè)計(jì)對(duì)象的總功能。功能定義就由兩部分組成：設(shè)計(jì)對(duì)象的總功能定義。設(shè)計(jì)對(duì)象的各組成要素的功能定義――分功能定義。設(shè)計(jì)對(duì)象及其及其組成要素不一定具有一種功能，可能有兩種或兩種以上的功能，在給功能下定義時(shí)，就要從實(shí)際出發(fā)，有幾項(xiàng)功能就下幾項(xiàng)功能的定義。功能定義電冰箱的功能定義保鮮食品存放食品致冷保冷溫度控制總功能各分功能切削鉛筆夾緊鉛筆切削鉛筆存放筆屑總功能各分功能削筆器的功能定義功能定義功能定義的目的：1、通過功能定義可以明確用戶的需求，從以事物為中心轉(zhuǎn)向以功能為中心。2、功能創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法的一個(gè)特點(diǎn)在于能發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)對(duì)象中不必要的功能，這主要是通過功能定義來做到的。3、功能定義有助于開拓設(shè)計(jì)思路，克服思維定勢。4、便于進(jìn)行下一步的功能評(píng)價(jià)。功能定義功能定義一般是用一個(gè)動(dòng)詞和一個(gè)名詞來構(gòu)成，名詞稱為是目的詞，動(dòng)詞稱為是手段詞。其中的動(dòng)詞表明功能實(shí)現(xiàn)的手段、方法和途徑。動(dòng)詞的選擇要注意簡練、準(zhǔn)確，要利于打開思路，找出盡可能多的實(shí)現(xiàn)功能的方法，避免由于表達(dá)不清造成的含糊和誤解，以至于無法定出實(shí)現(xiàn)該功能的技術(shù)途徑?？照{(diào)的功能定義：調(diào)節(jié)溫度降低溫度動(dòng)詞的使用應(yīng)盡可能抽象，它的選擇要利于揭示該功能中最本質(zhì)的東西。鉆孔、打孔、加工孔哪個(gè)合適？設(shè)計(jì)一取核桃仁的工具，功能該如何定義？功能定義其中的名詞要盡量具體，并是可測量的、可定量的。功能定義功能定義常用動(dòng)詞

保持安裝防止固定傳遞保護(hù)接受確定改變引導(dǎo)取消移動(dòng)支撐裝載接收降低停止提高增大減少膨脹懸掛擁有提取通過轉(zhuǎn)換斷開增強(qiáng)壓縮保留放出改善連接形成阻擋改變過濾維護(hù)放入提供產(chǎn)生限定儲(chǔ)存吸收加工觀察驅(qū)動(dòng)供給顯示消除放大縮小擴(kuò)充隔絕制約彎曲功能定義功能定義常用的動(dòng)詞和名詞組合

動(dòng)詞名詞動(dòng)詞名詞動(dòng)詞名詞提供供給允許美觀電力能量把握進(jìn)入制動(dòng)控制連結(jié)運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)盛入支撐控制保持傳遞燃料油品水重量壓力轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)動(dòng)力扭矩電流傳遞阻隔防止接收隔絕連結(jié)改善能量熱量燃燒震動(dòng)泄漏生銹信號(hào)塵土電路外觀功能定義現(xiàn)代產(chǎn)品通常執(zhí)行的不止一項(xiàng)功能，有的有幾種功能，而有的可能有更多的功能。為了更清楚地了解產(chǎn)品的各項(xiàng)功能，我們有必要對(duì)功能進(jìn)行區(qū)別和分類，從不同的角度出發(fā)，功能有著不同的分類方法。我們按設(shè)計(jì)對(duì)象的結(jié)構(gòu)層次、功能的重要程度、功能的性質(zhì)、用戶的需求及功能的內(nèi)在聯(lián)系等進(jìn)行功能的分類。功能分類1、按設(shè)計(jì)對(duì)象的結(jié)構(gòu)層次分類按設(shè)計(jì)對(duì)象的結(jié)構(gòu)層次來分，可分為總功能和分功能?？偣δ苁堑膶?shí)現(xiàn)是要通過下一級(jí)的分功能的實(shí)現(xiàn)來實(shí)現(xiàn)的，而下一級(jí)的分功能又要依靠它的下級(jí)分功能來實(shí)現(xiàn)，一直細(xì)分下去直到不再需要下一級(jí)功能做為手段為止。功能分類F0F1F2F3F11F12F13F21F22F31F32F33F111F112未端功能總功能最終目的未端功能未端功能未端功能未端功能未端功能未端功能未端功能未端功能一級(jí)分功能三級(jí)分功能二級(jí)分功能一級(jí)功能單元一級(jí)功能單元一級(jí)功能單元二級(jí)功能單元手段（下位）目的（上位）手段（下位）功能系統(tǒng)圖2、按功能的重要程度分：按功能的重要程度分可分為基本功能和輔助功能。①基本功能是設(shè)計(jì)對(duì)象的主要功能，是必不可少的功能。②基本功能是設(shè)計(jì)對(duì)象能滿足用戶需求的某種效能，是用戶購買產(chǎn)品的直接原因，基本功能不同，設(shè)計(jì)對(duì)象的用途也就不同，失去了基本功能，設(shè)計(jì)對(duì)象就失去了存在的基礎(chǔ)。如電視機(jī)的基本功能是顯示圖像，如果不能正常顯示，就失去了使用價(jià)值。③基本功能可以不止一個(gè)。如全自動(dòng)洗衣機(jī)就有洗滌、脫水、烘干等多種基本功能。數(shù)控機(jī)床有車削、銑削、鏜削、鉆等多種基本功能。日歷手表有計(jì)時(shí)、計(jì)日、計(jì)星期三種基本功能。

功能分類

輔助功能是設(shè)計(jì)對(duì)象的次要的、附帶的功能。它的主要作用是為了使基本功能更完善、或是為了更好地實(shí)現(xiàn)基本功能，使產(chǎn)品更有特色而添加的。沒有輔助功能，產(chǎn)品并不會(huì)失去它的使用價(jià)值，適當(dāng)添加必要的輔助功能可以使設(shè)計(jì)更完美，還可以增強(qiáng)產(chǎn)品的競爭優(yōu)勢。有時(shí)根據(jù)用戶的需求，輔助功能也可以轉(zhuǎn)化為基本功能。如音樂手機(jī)、攝像手機(jī)等，則是將音樂和攝像等輔助功能轉(zhuǎn)化為基本功能。功能分類3、按功能的性質(zhì)分：按功能的性質(zhì)，功能可分為物質(zhì)功能（使用功能）和精神功能（美觀功能）。物質(zhì)功能是指設(shè)計(jì)對(duì)象的實(shí)際用途或使用價(jià)值，主要指設(shè)計(jì)對(duì)象能否滿足人們?cè)谏矸矫娴男枰?/p>