1
新产品开发与
项目管理 之五
产品功能规划
浙江大学管理学院 葛亚力 高级工程师
Email,gyl@sba.zju.edu.cn
2
产品功能规划
? 功能的产品设计作用
? 功能元及其实现
? 功能的搜索与整理
? 功能水平定位
3
一、功能的产品设计作用
功能与产品
功能与成本的导向作用
功能系统图
4
1、功能与产品
? 功能是用户的本质要求
功能 产品
用户
满足需要
产品设计
市场需求
产品的本质
5
功能与产品
? 产品是功能的实现形式，企业通过产品
设计来满足用户的需要
整体功能
功能部件
元件功能 元件功能
元件 元件
部件
产品
功能部件
元件功能 元件功能
元件 元件
部件……
……
6
2、功能与成本的导向作用
? 现代产品的开发设计应遵循市场的导向
原则。市场对产品的要求集中表现在功
用和价格两方面。因此，建立功能与成
本的导向约束机制，是产品开发创新的
重要内容。
? 功能与成本导向约束机制的基本原则是
按功能和成本进行设计，它包括后面三
项内容：
7
功能与成本的导向作用
? 1、将 功能规划 和 成本设计 纳入产品设计
过程，导向后续的 结构设计, 工艺设计
和 营销设计
? 2、建立功能目标系统和成本目标系统
? 3、运用功能目标和成本目标导向，约束
方案的创造、评价和优化。
8
功能与成本的导向作用
? 功能与成本的导向作用至少有三点：
? 明确目标市场，准确定位产品方案
? 激发创意，便于提出富有成效的设计方案
? 引导与约束产品开发设计
9
3、功能系统图
? 产品结构系统存在对应的产品功能系统，
后者更具有本质意义。功能系统图是批
按目的功能居左、手段功能置右、同位
功能并列的原则，将各项功能连接起来
所形成的一个完整的功能体系，它揭示
了功能之间的内在联系，为方案创造提
供了一个创新的思路和本质模型。
10
3.1、功能系统图的结构
? 根据产品开发的范围和深度，功能系统
图有简单与复杂之分。下图是功能系统
示意图。
F0
F1
F2
F3
F4
F5
F6
F8
F9
F7
第一级 第二级 第三级
11
功能系统图的结构
? 1、整体功能与设计功能
? 在功能系统图中，最左边的功能是产品整体
功能，如图中的 F0，是用户的直接要求和最
终实现目标；右边的所有功能都是设计功能，
是由设计者规划、设计的，它们是实现整体
功能的直接或间接手段功能。
? 整体功能是必须保证的功能，而设计功能是
可以改变的。
12
功能系统图的结构
? 2、功能级别
? 功能级别的划分是依据功能与整体功能相隔
的功能数来定的，它反映了各级功能与整体
功能关系的紧密程度。
? 3、目的功能与手段功能
? 目的与手段的关系是相对的。目的功能就自
己实现的另一目的功能来说，又是手段功能；
手段功能就实现自己的另一手段来说，又是
目的功能
13
功能系统图的结构
? 4、上位功能与下位功能
? 上位功能与下位功能是目的功能与手段功能
的代名词。它们之间的区别在于，目的功能
与手段功能强调功能本身的目的与手段之间
的关系，而上位功能与下位功能强调目的功
能与手段功能在系统图上的位置关系。在图
上，上位功能居左，下位功能居右，两者相
差一级。具有同一上位功能 的多个下位功能
称为同位功能。
14
功能系统图的结构
? 5、中间功能与未位功能
? 既有手段功能又有目的功能的功能称为中间
功能，只有目的功能没有手段功能的功能称
为未位功能。
? 6、功能区
? 功能区是指由目的功能和实现这一目的功能
的直接和间接手段功能组成的功能区域。整
个功能系统图是一个大功能区，它由若干个
小功能区组成。
15
3.2、功能系统图的类型
? 全新产品的开发与设计主要围绕整体功
能进行；老产品改进则应在对老产品深
入剖析的基础上，通过功能定义与整理，
建立功能系统图而进行。
? 功能系统图有两种类型：
? （ 1）结构式功能系统图
? （ 2）原则式功能系统图
16
（ 1）结构式功能系统图
? 从产品整体、部件、组件直至零件进行
逐级功能定义，然后依据相互间的目的
手段关系和同位并列关系将各功能连接
起来。这种连接方式由于功能区与产品、
部件、组件结构完全对应，故把以这种
方式建立起的功能系统图称为结构式功
能系统图。
17
结构式功能系统图实例
自
行
车
中轴系统
中 轴
左右脚蹬
链 条
飞 轮
滚 珠
车 架
车 把
前 叉
车 座
车闸系统
衣 货 架
车 轴
轴 套
辐 条
轮 圈
内 胎
前后轮系统
外 胎
滚 珠
代
步
、
载
货
传递力矩
固定足蹬
转变动力
传递力矩
单向传递力矩
减少摩擦
连接各部件、构成车体
控制方向
连接前轮
承载乘员
减低速度
承载货物
固定车轮
与轴配合
承受拉力
支撑车胎
保持气压
承重、转动
承受压力、摩擦
减少摩擦
自行车的结构与
结构式功能系统图
18
（ 2）原理式功能系统图
? 原理式功能系统图是指围绕产品整体功
能的实现，以产品工作原理为内容，从
抽象到具体逐级定义出中间功能，并根
据目的手段关系和同位并列关系把零件
或非解部件（不分解到零件进行功能定
义的部件）的功能作为未位功能，分级
分区地连接起来所构成的功能系统图。
19
原理式功能系统图实例
抽
排
气
体
提供抽排
气道
形成抽气口、
排气口
连通泵腔与抽
气道、排气道
形成双抽气道、
双排气道
产生定半径转动
产生转动
形成液环动
变真空腔
处理混杂水
气
支撑全泵
和电机
消除噪音
排放积水
形成泵腔
形成轮腔
产生离心力
供给液体
密封泵腔
形成外观
形成抽气道、
排气道
连通泵腔与补充液流管
保护泵轴
保护轴承
减轻转动
摩擦
支承泵轴
和轴承
输入动力
供给补充液
连通润滑、冷却体与液流管
形成密封槽
稳定转动
供给润滑、冷却体
传递扭矩
增强密封
压紧填料 2YK-27型水环真空泵的原理式功能系统图
减轻磨损
隔离泵轴
与分配器
形成泵轴
冷却缘
固定轴承
外圈
润滑轴承
密封轴承
转换能量
输出动力
固定轴承
内圈
传递动力
紧固轴承
提供动源
撑托电机
20
二、功能元及其实现
功能与功能载体
性质类功能元
原理类功能元
21
1、功能与功能载体
? 产品及零部件都是功能的载体。任何功能都要
根据一定的技术经济路线来寻求功能解，即功
能的载体。
整体功能 设计功能 解法原理 功能解零部件功能载体 整体功能载体
显示时间
贮能 化学能 — 电能 微型电池
指针式石
英电子表
计时基准 晶体震荡电磁摆 石英晶体震荡器
传动 机械传动 齿轮
显示 指针刻度显示 指针，刻度盘
防护 固体外壳 表壳
调整 人力 旋扭
22
寻求功能解的主要方法
? 1、采用类比方法进行求解。借鉴现有技
术系统，分析同类产品的优缺点，在消
化吸收其优点的基础上进行改进和创新；
通过查阅专利、专业书刊、科技报告、
产品样本和其他技术文献，寻求有用的
解决方案
? 2、利用设计目录求解
? 3、运用创造技法求解
23
2、性质类功能元
? （ 1）、物理功能元
? 基本物理功能元。技术系统中 12对物理功能
典型基本动作，如下：
? 放出 — 吸收；传导 — 绝缘；集合 — 扩散；
? 引导 — 阻碍；转变 — 回复；放大 — 缩小；
? 变向 — 保持；调整 — 波动；联结 — 隔断；
? 结合 — 分离；接合 — 分开；贮存 — 取出
? 常用的物理功能有六个：
能量、物料、讯号的特征 类型 大小 数量 位置 时间
物理功能元 变换 缩放 联结 传导、离合 贮存
24
性质类功能元
? 物理功能元的解法
? 物理功能元可依据物理基本效应求解。机械、
仪器中常用的物理效应有：
? 力学效应：重力、弹性力、惯性力、摩擦力等
? 液气效应：流体静压、流体动压、毛细管效应等
? 电力效应：电动力学、静电、电感、电容、压电
? 磁效应：铁磁、电磁效应等
? 光学效应：反射、折射、衍射、光干涉、偏振等
? 热力学效应：膨胀、双金属效应、热贮存、传导
? 核效应：辐射、同位素效应等
25
性质类功能元
? 同一种功能可用多种物理效应求解，解
法目录就是针对常用的功能元考虑力学、
液气、电、光、磁、热、核等方面的物
理效应，用表格或矩阵形式列出的各种
解法。
26
2、逻辑功能元
? 逻辑功能元主要出现在控制系统中，如
进行运作控制、时间控制等，分为
“与”、“或”、“非”三种。
? 逻辑功能元可从机电、电子、射流、气
体、液体等领域寻求实现途径。
27
3、原理类功能元
? 从工作原理考察，系统功能一般由动力
功能元、传动功能元、控制功能元和工
作功能元组成。
? （ 1）动力功能元。动力功能元为工作系
统提供动力，其功能载体有电动机、汽
轮机、内燃机、泵、空压机等
? （ 2）传动功能元。传动功能元传递、变
换运动和动力，以满足工作机的需要。
可由一般常用传动机构求解。
28
原理类功能元
? （ 3）控制功能元。包括检测、控制、提
供信息等功能。检测功能用于测定力、
位移、转角、速度等系统的工作状态。
目前应用的检测机构大多是电测传感器
和显示器。控制功能用于控制讯号和电
路断通，可由手柄、开关、继电器、阀
等发出控制命令。提供信息功能是向系
统提供信息，功能结构有逻辑线路、软
件等
29
三、功能的搜索与整理
整体功能规划步骤；功能规划的信息来源
整体功能的市场搜索；整体功能的技术搜索
功能的分解与组合；设计功能定义
30
1、整体功能规划步骤
? 明确企业实力与经营目标
? 广泛采集企业内外相关信息
? 研究市场需求和技术发展
? 用一定方法提出整体功能的规划方案
? 对提出的多个方案进行评价、比较，从
中选出一个最合适的方案作为新新产品
开发的功能目标
31
2、功能规划的信息来源
? 企业职工
? 顾客
? 销售商
? 供应商
? 竞争者
? 发明家行业
32
3、整体功能的市场搜索
? 三程序理论是功能市场搜索的有效方法
? 第一程序，市场细分。按照某种特性或标准，将市
场上的顾客划分为若干个顾客群，每一个顾客群构
成一个具有共同特征的子市场，不同子市场之间，
需求存在明显差异。
? 第二程序，根据企业经营战略，评估选择对本企业
最具吸引力的细分市场，作为为之服务的目标市场。
? 第三程序，功能定位。分析目标市场上顾客需求及
竞争状况，结合企业条件和可选择技术，确定新产
品的功能规划方案。
33
整体功能的市场搜索
? 进行静态细分市场的同时，还应充分注意到市
场的动态变化，预测其发展趋势。下面十种类
型的产品是当今新产品发展的普遍趋势：
? 1）节能型
? 2）多用型
? 3）轻微型
? 4）工艺型
? 5）安全型
? 6）系列型
? 7）自控型
? 8）智力型
? 9）边缘型
? 10）高精尖型
34
4、整体功能的技术搜索
? 1）现有技术的功能搜索
? 技术移植
? 技术综合
? 要素更新
? 2）潜在技术的功能搜索
? 基础理论中的新技术胚芽
? 实验过程的新发现
? 生物界中的新技术胚芽
35
5、功能的分解与组合
? 基本功能与辅助功能组合
? 多项基本功能组合 功能组合
? 使用功能与美观功能组合
? 功能动态组合
? 按使用要求分解功能
? 按技术要素分解功能 功能分解
? 按生产要素分解功能
整
体
功
能
规
划
方
法
36
6、设计功能定义
? （ 1）、设计功能定义的依据
? 设计功能是实现整体功能的手段，设计功能的定义
总是与实现整体功能的方式方法相关
? 设计方案构想：如何实现整体功能，设计者可提出一定的
设计方案构想，构想可以是初步的、方向性的。依据设计
构想，逐层定义出功能要素
? 老产品零部件组成：老产品的改进要依据零件、部件、产
品整体的功能定义，建立功能系统，提出产品的改进方案
? 老产品技术原理：依据技术原理定义的功能是功能体系中
的中间功能，建立的是原理式功能系统图，据此易于冲破
现有框架的束缚，提出新方案
37
（ 2）、定义设计功能的原则
? 定义设计功能的过程是对原方案或构想
抽象化，系统化的过程，也是语言表达
的过程，它必须遵循以下三个原则：
? 定义设计功能必须以实现整体功能为目的，
任何偏离这一目的或无益于整体功能实现的
功能都是不必要功能和多余功能
? 定义设计功能必须有利于引导方案创造，易
于激发创意，开阔设计思路
? 定义设计功能要简练明确，也就是功能的定
义要表达简洁、内容明确、含义清晰
38
（ 3）、定义设计功能的方法
? 为了做到简明扼要，定义功能一般采用
“两词法”，即用两个词组成的词组来
定义功能。根据评级的结构方式，功能
定义又分为动宾词组型功能定义和主谓
词组型功能定义
? 某个零部件的功能表现为对某个被作用对象
的运作行为，只要认清了这个动作及其被作
用对象，也就明确了这个零部件的功能。
? 主谓词组型主要用来表述功能的一些特征要
求。如收音机要求收台清晰、音质宏亮等
39
四、功能水平定位
40
1、功能水平的概念
? 具有同样功能的不同产品，给用户带来的满足
程度是不同的。功能水平是功能的实现程度，
由一系列技术经济指标和综合特性表示。
? 功能和性能指标，如电视的类型、规格、清晰度、
失真率、可靠性、安全性、能耗、寿命等
? 外观和使用的方便性，如显示屏大小、体积、外形
美观、维修使用的方便性等
? 服务过程满足用户需要的程度，即产品售前、售中、
售后服务过程中满足用户需要的程度，具体体现在
服务时间、服务能力、服务方式、服务态度以及提
供的质量保证等方面
41
2、功能水平定位模型
? 定位功能水平有如下三种理论模型，它
们从不同侧面给出了一种方法思路，实
际中通常是这三种模型的混合运用。
? 最大利润模型
功能水平 f为自变量
制造成本 C (f)
产品价格 P (f)
企业利润 B(f)=P(f)-C(f)
Bmax
功能水平
金额 P(f)
C(f)
f r
42
功能水平定位模型
? 最小成本模型
产品购置成本 C1(f)
产品使用成本 C2(f)
产品总成本 C (f)
C min
功能水平
费
用
C1(f)
f e
C (f)
C2(f)
43
功能水平定位模型
? 最大需求模型
? 合理的功能水平决定于市场需求，其中用户的使
用要求和经济能力是重要制约因素。使用要求决
定了功能水平不能低于某个最低限值，否则难以
达到使用效果；经济能力决定了功能水平不能高
于某个最高限值，否则因价格过高而失去市场。
在两个限值之间，使市场需求量达到最大的功能
水平，应成为功能的定位水平
R max
功能水平
需
求 R (f)
f e
经济能力
决定上限使用功能
决定下限
44
3、功能水平定位策略
? （ 1）差异化策略，大体可分为三个层次
? 使用特性差异化,主要是寿命、可靠性、安全
性、经济性水平上的差异，它决定产品内在
质量档次上的差异
? 外观特性差异化，它决定产品在风格上、魅
力上的差异，同时也是产品内在质量差异的
体现
? 服务差异化，它决定向用户提供服务方式及
向用户负责程度的差异
45
(2)寿命周期策略
? 引入期定位策略：
? 产品特性组合应突出一个“新”字
? 成长期定位策略
? 产品特性组合应突出一个“好”字
? 成长期定位策略
? 产品特性组合应突出一个“延”字
? 成长期定位策略
? 产品特性组合应突出一个“换”字
46
（ 3）针对购买心理的定位策略
心理类型 特性 功能水平定位对策
求实心理
追求商品使用价值，
注重经济实惠，经
久耐用
重点提高性能、寿命、可靠性、经济性、
服务水平
求新心理 追求商品的时尚、新颖，赶时髦 使用特性层和外观特性层要用能表现独特新异，富有时代感的特性项目
求廉心理 追求廉价商品 产品特性要突出经济性
求美心理 追求商品的欣赏价值和美术价值 以目标用户的审美情趣和审美经验为依据，突出产品造型、包装，注重外观美
求安心理 追求安全和健康 产品特性突出安全性、可靠性、环保性
求名心理
“显名”、“炫耀”
自我，追求卓越的
产品品位
产品品牌要高档，使用特性稳定，外观
要体现高贵，产品服务要树立企业良好
形象
47
4、功能水平量化
? 功能水平量化的作用
? 功能水平量化后，才能据以评价和比较方案，
发现和揭示现有方案功能过剩或功能不足的
矛盾，提出并选择切实可行的产品载体新方
案。如某厂生产的轴瓦在正常工作备件下，
经常发生破碎，而且生产成本也高于一般企
业。经过测试和与经过界定后得到的功能系
统图比较发现，轴瓦的材料强度过低、韧性
不足是导致轴瓦破裂的主要原因；过高硬度
和刚性成为过剩功能，使成本额外增加
48
功能水平量化
? 整体功能界定
? 整体功能是产品设计的前提条件，也是界定
其他设计功能的根本依据。界定整体功能应
考虑以下三个问题：
? 产品标准，分为国际标准、国家标准、行业标准和企业标
准四个等级。应根据功能内容、可能的实现方式、未来的
市场范围和影响，合理选择标准等级，界定功能
? 用户要求，整体功能最终要提供给用户，用户的要求是界
定整体功能的重要依据。
? 寿命周期，直接决定着实现整体功能的方式选择及一定方
式下的强度设计、可靠性设计，也是影响成本的直接原因
49
（ 3）设计功能界定
? 设计功能的界定是在一定的整体功能目标下进
行的，具体来说应综合考虑以下因素：
? 等参数。是指各设计功能的量值必须与有关的整体
功能参数大小相匹配
? 等强度。各设计功能的强度、刚度、稳定性等应与
整体功能的要求一致，即两者的抗疲劳能力必须一
致
? 等寿命。设计功能与整体功能寿命界定一致
? 等外观。各设计功能的外观要求应与整体功能的外
观要求相协调，最终使得产品有一个和谐、协调的
造型和外观
新产品开发与
项目管理 之五
产品功能规划
浙江大学管理学院 葛亚力 高级工程师
Email,gyl@sba.zju.edu.cn
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产品功能规划
? 功能的产品设计作用
? 功能元及其实现
? 功能的搜索与整理
? 功能水平定位
3
一、功能的产品设计作用
功能与产品
功能与成本的导向作用
功能系统图
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1、功能与产品
? 功能是用户的本质要求
功能 产品
用户
满足需要
产品设计
市场需求
产品的本质
5
功能与产品
? 产品是功能的实现形式，企业通过产品
设计来满足用户的需要
整体功能
功能部件
元件功能 元件功能
元件 元件
部件
产品
功能部件
元件功能 元件功能
元件 元件
部件……
……
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2、功能与成本的导向作用
? 现代产品的开发设计应遵循市场的导向
原则。市场对产品的要求集中表现在功
用和价格两方面。因此，建立功能与成
本的导向约束机制，是产品开发创新的
重要内容。
? 功能与成本导向约束机制的基本原则是
按功能和成本进行设计，它包括后面三
项内容：
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功能与成本的导向作用
? 1、将 功能规划 和 成本设计 纳入产品设计
过程，导向后续的 结构设计, 工艺设计
和 营销设计
? 2、建立功能目标系统和成本目标系统
? 3、运用功能目标和成本目标导向，约束
方案的创造、评价和优化。
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功能与成本的导向作用
? 功能与成本的导向作用至少有三点：
? 明确目标市场，准确定位产品方案
? 激发创意，便于提出富有成效的设计方案
? 引导与约束产品开发设计
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3、功能系统图
? 产品结构系统存在对应的产品功能系统，
后者更具有本质意义。功能系统图是批
按目的功能居左、手段功能置右、同位
功能并列的原则，将各项功能连接起来
所形成的一个完整的功能体系，它揭示
了功能之间的内在联系，为方案创造提
供了一个创新的思路和本质模型。
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3.1、功能系统图的结构
? 根据产品开发的范围和深度，功能系统
图有简单与复杂之分。下图是功能系统
示意图。
F0
F1
F2
F3
F4
F5
F6
F8
F9
F7
第一级 第二级 第三级
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功能系统图的结构
? 1、整体功能与设计功能
? 在功能系统图中，最左边的功能是产品整体
功能，如图中的 F0，是用户的直接要求和最
终实现目标；右边的所有功能都是设计功能，
是由设计者规划、设计的，它们是实现整体
功能的直接或间接手段功能。
? 整体功能是必须保证的功能，而设计功能是
可以改变的。
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功能系统图的结构
? 2、功能级别
? 功能级别的划分是依据功能与整体功能相隔
的功能数来定的，它反映了各级功能与整体
功能关系的紧密程度。
? 3、目的功能与手段功能
? 目的与手段的关系是相对的。目的功能就自
己实现的另一目的功能来说，又是手段功能；
手段功能就实现自己的另一手段来说，又是
目的功能
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功能系统图的结构
? 4、上位功能与下位功能
? 上位功能与下位功能是目的功能与手段功能
的代名词。它们之间的区别在于，目的功能
与手段功能强调功能本身的目的与手段之间
的关系，而上位功能与下位功能强调目的功
能与手段功能在系统图上的位置关系。在图
上，上位功能居左，下位功能居右，两者相
差一级。具有同一上位功能 的多个下位功能
称为同位功能。
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功能系统图的结构
? 5、中间功能与未位功能
? 既有手段功能又有目的功能的功能称为中间
功能，只有目的功能没有手段功能的功能称
为未位功能。
? 6、功能区
? 功能区是指由目的功能和实现这一目的功能
的直接和间接手段功能组成的功能区域。整
个功能系统图是一个大功能区，它由若干个
小功能区组成。
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3.2、功能系统图的类型
? 全新产品的开发与设计主要围绕整体功
能进行；老产品改进则应在对老产品深
入剖析的基础上，通过功能定义与整理，
建立功能系统图而进行。
? 功能系统图有两种类型：
? （ 1）结构式功能系统图
? （ 2）原则式功能系统图
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（ 1）结构式功能系统图
? 从产品整体、部件、组件直至零件进行
逐级功能定义，然后依据相互间的目的
手段关系和同位并列关系将各功能连接
起来。这种连接方式由于功能区与产品、
部件、组件结构完全对应，故把以这种
方式建立起的功能系统图称为结构式功
能系统图。
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结构式功能系统图实例
自
行
车
中轴系统
中 轴
左右脚蹬
链 条
飞 轮
滚 珠
车 架
车 把
前 叉
车 座
车闸系统
衣 货 架
车 轴
轴 套
辐 条
轮 圈
内 胎
前后轮系统
外 胎
滚 珠
代
步
、
载
货
传递力矩
固定足蹬
转变动力
传递力矩
单向传递力矩
减少摩擦
连接各部件、构成车体
控制方向
连接前轮
承载乘员
减低速度
承载货物
固定车轮
与轴配合
承受拉力
支撑车胎
保持气压
承重、转动
承受压力、摩擦
减少摩擦
自行车的结构与
结构式功能系统图
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（ 2）原理式功能系统图
? 原理式功能系统图是指围绕产品整体功
能的实现，以产品工作原理为内容，从
抽象到具体逐级定义出中间功能，并根
据目的手段关系和同位并列关系把零件
或非解部件（不分解到零件进行功能定
义的部件）的功能作为未位功能，分级
分区地连接起来所构成的功能系统图。
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原理式功能系统图实例
抽
排
气
体
提供抽排
气道
形成抽气口、
排气口
连通泵腔与抽
气道、排气道
形成双抽气道、
双排气道
产生定半径转动
产生转动
形成液环动
变真空腔
处理混杂水
气
支撑全泵
和电机
消除噪音
排放积水
形成泵腔
形成轮腔
产生离心力
供给液体
密封泵腔
形成外观
形成抽气道、
排气道
连通泵腔与补充液流管
保护泵轴
保护轴承
减轻转动
摩擦
支承泵轴
和轴承
输入动力
供给补充液
连通润滑、冷却体与液流管
形成密封槽
稳定转动
供给润滑、冷却体
传递扭矩
增强密封
压紧填料 2YK-27型水环真空泵的原理式功能系统图
减轻磨损
隔离泵轴
与分配器
形成泵轴
冷却缘
固定轴承
外圈
润滑轴承
密封轴承
转换能量
输出动力
固定轴承
内圈
传递动力
紧固轴承
提供动源
撑托电机
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二、功能元及其实现
功能与功能载体
性质类功能元
原理类功能元
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1、功能与功能载体
? 产品及零部件都是功能的载体。任何功能都要
根据一定的技术经济路线来寻求功能解，即功
能的载体。
整体功能 设计功能 解法原理 功能解零部件功能载体 整体功能载体
显示时间
贮能 化学能 — 电能 微型电池
指针式石
英电子表
计时基准 晶体震荡电磁摆 石英晶体震荡器
传动 机械传动 齿轮
显示 指针刻度显示 指针，刻度盘
防护 固体外壳 表壳
调整 人力 旋扭
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寻求功能解的主要方法
? 1、采用类比方法进行求解。借鉴现有技
术系统，分析同类产品的优缺点，在消
化吸收其优点的基础上进行改进和创新；
通过查阅专利、专业书刊、科技报告、
产品样本和其他技术文献，寻求有用的
解决方案
? 2、利用设计目录求解
? 3、运用创造技法求解
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2、性质类功能元
? （ 1）、物理功能元
? 基本物理功能元。技术系统中 12对物理功能
典型基本动作，如下：
? 放出 — 吸收；传导 — 绝缘；集合 — 扩散；
? 引导 — 阻碍；转变 — 回复；放大 — 缩小；
? 变向 — 保持；调整 — 波动；联结 — 隔断；
? 结合 — 分离；接合 — 分开；贮存 — 取出
? 常用的物理功能有六个：
能量、物料、讯号的特征 类型 大小 数量 位置 时间
物理功能元 变换 缩放 联结 传导、离合 贮存
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性质类功能元
? 物理功能元的解法
? 物理功能元可依据物理基本效应求解。机械、
仪器中常用的物理效应有：
? 力学效应：重力、弹性力、惯性力、摩擦力等
? 液气效应：流体静压、流体动压、毛细管效应等
? 电力效应：电动力学、静电、电感、电容、压电
? 磁效应：铁磁、电磁效应等
? 光学效应：反射、折射、衍射、光干涉、偏振等
? 热力学效应：膨胀、双金属效应、热贮存、传导
? 核效应：辐射、同位素效应等
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性质类功能元
? 同一种功能可用多种物理效应求解，解
法目录就是针对常用的功能元考虑力学、
液气、电、光、磁、热、核等方面的物
理效应，用表格或矩阵形式列出的各种
解法。
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2、逻辑功能元
? 逻辑功能元主要出现在控制系统中，如
进行运作控制、时间控制等，分为
“与”、“或”、“非”三种。
? 逻辑功能元可从机电、电子、射流、气
体、液体等领域寻求实现途径。
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3、原理类功能元
? 从工作原理考察，系统功能一般由动力
功能元、传动功能元、控制功能元和工
作功能元组成。
? （ 1）动力功能元。动力功能元为工作系
统提供动力，其功能载体有电动机、汽
轮机、内燃机、泵、空压机等
? （ 2）传动功能元。传动功能元传递、变
换运动和动力，以满足工作机的需要。
可由一般常用传动机构求解。
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原理类功能元
? （ 3）控制功能元。包括检测、控制、提
供信息等功能。检测功能用于测定力、
位移、转角、速度等系统的工作状态。
目前应用的检测机构大多是电测传感器
和显示器。控制功能用于控制讯号和电
路断通，可由手柄、开关、继电器、阀
等发出控制命令。提供信息功能是向系
统提供信息，功能结构有逻辑线路、软
件等
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三、功能的搜索与整理
整体功能规划步骤；功能规划的信息来源
整体功能的市场搜索；整体功能的技术搜索
功能的分解与组合；设计功能定义
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1、整体功能规划步骤
? 明确企业实力与经营目标
? 广泛采集企业内外相关信息
? 研究市场需求和技术发展
? 用一定方法提出整体功能的规划方案
? 对提出的多个方案进行评价、比较，从
中选出一个最合适的方案作为新新产品
开发的功能目标
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2、功能规划的信息来源
? 企业职工
? 顾客
? 销售商
? 供应商
? 竞争者
? 发明家行业
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3、整体功能的市场搜索
? 三程序理论是功能市场搜索的有效方法
? 第一程序，市场细分。按照某种特性或标准，将市
场上的顾客划分为若干个顾客群，每一个顾客群构
成一个具有共同特征的子市场，不同子市场之间，
需求存在明显差异。
? 第二程序，根据企业经营战略，评估选择对本企业
最具吸引力的细分市场，作为为之服务的目标市场。
? 第三程序，功能定位。分析目标市场上顾客需求及
竞争状况，结合企业条件和可选择技术，确定新产
品的功能规划方案。
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整体功能的市场搜索
? 进行静态细分市场的同时，还应充分注意到市
场的动态变化，预测其发展趋势。下面十种类
型的产品是当今新产品发展的普遍趋势：
? 1）节能型
? 2）多用型
? 3）轻微型
? 4）工艺型
? 5）安全型
? 6）系列型
? 7）自控型
? 8）智力型
? 9）边缘型
? 10）高精尖型
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4、整体功能的技术搜索
? 1）现有技术的功能搜索
? 技术移植
? 技术综合
? 要素更新
? 2）潜在技术的功能搜索
? 基础理论中的新技术胚芽
? 实验过程的新发现
? 生物界中的新技术胚芽
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5、功能的分解与组合
? 基本功能与辅助功能组合
? 多项基本功能组合 功能组合
? 使用功能与美观功能组合
? 功能动态组合
? 按使用要求分解功能
? 按技术要素分解功能 功能分解
? 按生产要素分解功能
整
体
功
能
规
划
方
法
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6、设计功能定义
? （ 1）、设计功能定义的依据
? 设计功能是实现整体功能的手段，设计功能的定义
总是与实现整体功能的方式方法相关
? 设计方案构想：如何实现整体功能，设计者可提出一定的
设计方案构想，构想可以是初步的、方向性的。依据设计
构想，逐层定义出功能要素
? 老产品零部件组成：老产品的改进要依据零件、部件、产
品整体的功能定义，建立功能系统，提出产品的改进方案
? 老产品技术原理：依据技术原理定义的功能是功能体系中
的中间功能，建立的是原理式功能系统图，据此易于冲破
现有框架的束缚，提出新方案
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（ 2）、定义设计功能的原则
? 定义设计功能的过程是对原方案或构想
抽象化，系统化的过程，也是语言表达
的过程，它必须遵循以下三个原则：
? 定义设计功能必须以实现整体功能为目的，
任何偏离这一目的或无益于整体功能实现的
功能都是不必要功能和多余功能
? 定义设计功能必须有利于引导方案创造，易
于激发创意，开阔设计思路
? 定义设计功能要简练明确，也就是功能的定
义要表达简洁、内容明确、含义清晰
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（ 3）、定义设计功能的方法
? 为了做到简明扼要，定义功能一般采用
“两词法”，即用两个词组成的词组来
定义功能。根据评级的结构方式，功能
定义又分为动宾词组型功能定义和主谓
词组型功能定义
? 某个零部件的功能表现为对某个被作用对象
的运作行为，只要认清了这个动作及其被作
用对象，也就明确了这个零部件的功能。
? 主谓词组型主要用来表述功能的一些特征要
求。如收音机要求收台清晰、音质宏亮等
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四、功能水平定位
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1、功能水平的概念
? 具有同样功能的不同产品，给用户带来的满足
程度是不同的。功能水平是功能的实现程度，
由一系列技术经济指标和综合特性表示。
? 功能和性能指标，如电视的类型、规格、清晰度、
失真率、可靠性、安全性、能耗、寿命等
? 外观和使用的方便性，如显示屏大小、体积、外形
美观、维修使用的方便性等
? 服务过程满足用户需要的程度，即产品售前、售中、
售后服务过程中满足用户需要的程度，具体体现在
服务时间、服务能力、服务方式、服务态度以及提
供的质量保证等方面
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2、功能水平定位模型
? 定位功能水平有如下三种理论模型，它
们从不同侧面给出了一种方法思路，实
际中通常是这三种模型的混合运用。
? 最大利润模型
功能水平 f为自变量
制造成本 C (f)
产品价格 P (f)
企业利润 B(f)=P(f)-C(f)
Bmax
功能水平
金额 P(f)
C(f)
f r
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功能水平定位模型
? 最小成本模型
产品购置成本 C1(f)
产品使用成本 C2(f)
产品总成本 C (f)
C min
功能水平
费
用
C1(f)
f e
C (f)
C2(f)
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功能水平定位模型
? 最大需求模型
? 合理的功能水平决定于市场需求，其中用户的使
用要求和经济能力是重要制约因素。使用要求决
定了功能水平不能低于某个最低限值，否则难以
达到使用效果；经济能力决定了功能水平不能高
于某个最高限值，否则因价格过高而失去市场。
在两个限值之间，使市场需求量达到最大的功能
水平，应成为功能的定位水平
R max
功能水平
需
求 R (f)
f e
经济能力
决定上限使用功能
决定下限
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3、功能水平定位策略
? （ 1）差异化策略，大体可分为三个层次
? 使用特性差异化,主要是寿命、可靠性、安全
性、经济性水平上的差异，它决定产品内在
质量档次上的差异
? 外观特性差异化，它决定产品在风格上、魅
力上的差异，同时也是产品内在质量差异的
体现
? 服务差异化，它决定向用户提供服务方式及
向用户负责程度的差异
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(2)寿命周期策略
? 引入期定位策略：
? 产品特性组合应突出一个“新”字
? 成长期定位策略
? 产品特性组合应突出一个“好”字
? 成长期定位策略
? 产品特性组合应突出一个“延”字
? 成长期定位策略
? 产品特性组合应突出一个“换”字
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（ 3）针对购买心理的定位策略
心理类型 特性 功能水平定位对策
求实心理
追求商品使用价值，
注重经济实惠，经
久耐用
重点提高性能、寿命、可靠性、经济性、
服务水平
求新心理 追求商品的时尚、新颖，赶时髦 使用特性层和外观特性层要用能表现独特新异，富有时代感的特性项目
求廉心理 追求廉价商品 产品特性要突出经济性
求美心理 追求商品的欣赏价值和美术价值 以目标用户的审美情趣和审美经验为依据，突出产品造型、包装，注重外观美
求安心理 追求安全和健康 产品特性突出安全性、可靠性、环保性
求名心理
“显名”、“炫耀”
自我，追求卓越的
产品品位
产品品牌要高档，使用特性稳定，外观
要体现高贵，产品服务要树立企业良好
形象
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4、功能水平量化
? 功能水平量化的作用
? 功能水平量化后，才能据以评价和比较方案，
发现和揭示现有方案功能过剩或功能不足的
矛盾，提出并选择切实可行的产品载体新方
案。如某厂生产的轴瓦在正常工作备件下，
经常发生破碎，而且生产成本也高于一般企
业。经过测试和与经过界定后得到的功能系
统图比较发现，轴瓦的材料强度过低、韧性
不足是导致轴瓦破裂的主要原因；过高硬度
和刚性成为过剩功能，使成本额外增加
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功能水平量化
? 整体功能界定
? 整体功能是产品设计的前提条件，也是界定
其他设计功能的根本依据。界定整体功能应
考虑以下三个问题：
? 产品标准，分为国际标准、国家标准、行业标准和企业标
准四个等级。应根据功能内容、可能的实现方式、未来的
市场范围和影响，合理选择标准等级，界定功能
? 用户要求，整体功能最终要提供给用户，用户的要求是界
定整体功能的重要依据。
? 寿命周期，直接决定着实现整体功能的方式选择及一定方
式下的强度设计、可靠性设计，也是影响成本的直接原因
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（ 3）设计功能界定
? 设计功能的界定是在一定的整体功能目标下进
行的，具体来说应综合考虑以下因素：
? 等参数。是指各设计功能的量值必须与有关的整体
功能参数大小相匹配
? 等强度。各设计功能的强度、刚度、稳定性等应与
整体功能的要求一致，即两者的抗疲劳能力必须一
致
? 等寿命。设计功能与整体功能寿命界定一致
? 等外观。各设计功能的外观要求应与整体功能的外
观要求相协调，最终使得产品有一个和谐、协调的
造型和外观
