3.2.2 产品功能的分类
从上述对功能定义的分析可以看出，目前产品设计领域对功能的认知多种多样，可将上述功能定义的三种观点进一步归结为两大类，即目的功能和操作功能。目的功能属于功能的目的论认识，是设计人员对设计目的或设计意图的抽象描述，即设计对象将来是用来做什么的。操作功能反映了功能的操作论认识，是对一个设计对象所表现出的有用行为的抽象表达，即设计对象的功能体现在它能完成什么样的操作，上述功能定义的系统论观点和行为论观点都可划归为操作功能。目的功能和操作功能的分类给产品功能设计研究提出了以下要求：若要给出能够适用于整个概念设计过程的产品功能模型，需兼顾目的功能和操作功能的表达诉求，研究能够同时涵盖设计需求和实现功能的行为，且具有统一描述形式的产品功能表达方法，而从功能的内涵和外延的角度研究功能的相关问题则更能够反映功能在概念设计阶段中的变化过程。
上文是从功能的认知抽象的视角分为目的功能和操作功能两大类。其实，功能分类是由功能理解派生的一个重要研究分支，用于确定产品的功能。在知识集成系统中，功能分类可以作为不同产品功能相似性的分析工具。例如，光盘和磁带是两种不同的产品，但它们具有相同的功能，即存储信息。基于功能的相似性，两种产品之间的数据传输具有理论和实际的可能性。为了规范产品功能，学者们进行了大量研究，如林德（Lind）从工程设计的角度将功能分为物质和能量功能、作用功能，以便于设计者使用；阿钦斯坦（Achinstein）将功能分为设计功能、使用功能和服务功能；科勒（Koller）认为技术系统中一切过程都可以归诸于12对基本功能；帕尔（Pahl）和贝茨（Beitz）定义了5种通用功能；Altshuller定义了30种通用功能，以规范说明限定产品的功能空间；Stone提出了功能基的概念，由用来表达功能元的功能集合和流集合组成，其中功能集合包括130多种功能，流集合包括100多种流，主要应用于机电领域；科林斯（Collins）等开发了用于直升机设计的105个主要的功能，包括46个关键词和40个前置形容词。
由上述文献综述可知，各种功能分类有的只面向特定领域设计者或具体设计过程，有的则面向通用设计，但过于抽象不适合后续方案的构建，还有的虽然同时关注设计者和使用者，但未考虑各类功能的内在联系。由功能理解可知，功能是多因素的综合体，一个产品就是一个功能体系，功能体系中各个功能相互区别又相互联系，下文按功能结构表达和功能结构设计视角将功能进行分类。
3.2.2.1 基于功能结构表达的功能分类
功能表示的目的在于为功能的描述和处理提供语义和语法支持，以准确、完整地反映设计意图及相应的转换关系。功能设计是产品设计的重要阶段。在功能设计过程中，设计者需要将由客户需求确定的总功能分解为若干分功能，然后将分功能与物料流、能量流、信息流组成待设计产品的功能结构。因此，功能结构是一种层次结构，由相互区别、相互联系而又相互作用的要素组成，是一个有机结合的整体，具有系统的一般特性。
功能结构不仅描述了流在系统中的流动，而且描述了实现产品总功能的各分功能之间的关系。功能结构由功能链和功能树组成，如图3-3所示。在功能链中，分功能间以串联、并联、环形和控制的关系连接，描述功能树中同一层分功能之间的相互作用关系，以揭示分功能间的物理和逻辑组合的可能性。在功能树中，分功能间以“逻辑与”和“逻辑或”的关系连接，描述分功能之间的纵向层次关系，以揭示每一层的设计目的。
图3-3 功能结构中的功能树与功能链
功能设计是概念设计的重要阶段，产品是功能的实现载体，研究和实现产品功能是产品概念设计的核心内容。功能设计是在对客户需求和现有产品进行功能调查分析的基础上，对产品具有的目标功能系统进行概念上的结构设计过程。功能设计由面向流的设计和面向关系的设计两类组成。
（1）功能链构建是面向流的设计，反映给定的输入流向输出流转换的过程，主要是流的类别转换或流的特征变化或流之间关系的变化。功能链可以由若干分功能链组成，是系统某一工作状态的过程描述，系统工作状态不同，则功能链相应发生变化。
（2）功能树构建是面向关系的设计，反映系统各工作状态下各功能之间的组合关系，是实现客户需求的各功能链中功能层次化组合关系的描述。功能树中某一组合方式体现为系统某一工作状态，对应一个功能链。
在新产品开发中，功能设计的主要目标是建立功能结、确定功能原理解，需要先进行功能链设计以确定各分功能，再构建功能树；已有产品改进设计中功能设计的主要目标是通过对产品功能的分析研究，正确、合理地确定产品的主要冲突，通过功能创新来增加必要功能，消除不必要功能，加强不足功能，削弱过剩功能，调整、替代现有功能来满足客户需求，该过程应先通过系统组件分析以构建功能树，再确定功能链。
［定义］操作：是指依据功能和流的定义，将输入/输出之间流、流的属性或关系进行转换。
操作用动词（verb）表示；流是功能所描述操作的承受者，用名词（noun）表示；属性是对流的状态描述，用名词表示。不同类型的功能的表达形式也不尽相同。根据输入流与输出流的转换形式不同，功能可分为以下两类。
1.属性转换型功能
（1）质变型功能指属性类型的转变，即流的性质变化。该类功能以流为中心，由操作和流构成，采用动词+名词（verb+noun）或动词+名词+介词/连词+名词（verb+noun+preposition/conjunction+noun）的表达形式，如产生气体，电能转变为机械能。
（2）量变型功能指属性值的改变，即流的数量变化。该类功能以流的属性为中心，由操作、流和属性构成，采用动词+名词+名词（verb+noun+noun）的表达形式，如增加液体黏度。
2.关系转换型功能
关系转换型功能指流之间关系的变化。该类功能以流之间的二元关系、元组关系、继承关系和集成关系为中心，由操作和流构成，采用动词+名词+介词/连词+名词（verb+noun+preposition/conjunction+noun）的表达形式，如去除液体中杂质。
3.2.2.2 基于功能结构设计的功能分类
功能是在一定环境下用以实现设计意图的输入和输出之间关系的抽象描述。功能本身是为了满足消费者的需求，通过功能来体现产品之间的差异性。通过语义和语法描述对功能进行处理，能够准确完整地反映设计意图及相应的转换关系。可以通过流来描述功能之间的输入与输出关系。输入流和输出流通过属性类型和属性值的变化进行属性转换。为便于设计者从功能角度理解客户需求，将抽象的设计任务具体化以建立功能结构，确定功能实现原理和技术载体，完成功能评价以及功能创新，实现上述目标需要对功能进行分类。
3.2.2.2.1 总功能和分功能
按总体与局部分类，产品的功能可划分为总功能和分功能。
（1）总功能
在进行功能设计时，会对所要设计的产品提出各种各样的要求，列出一些约束或限制条件，这些要求和约束或定性或定量，或主要或次要，通常还具有一定的模糊性和不确定性。因此，通过这些信息抽取来设计任务，进而确定总功能具有很大的难度。总功能描述的是总的输入输出关系，通常将待抽取的总功能，看成一个不透明的不知道其内部结构的“黑箱”，利用对未知系统的外部观测，分析并确定系统与环境之间的输入和输出，并利用输入流和输出流抽象描述待开发的系统或设计任务。人们之所以采用“黑箱”的方法，是因为人们难以一下子认识、模拟和控制一些复杂的系统和问题，将其视为一个不透明的、不知其内部结构的“黑箱”，进而分析黑箱与周围环境的信息联系，以了解其功能、特性，进一步寻求其内部机制及结构，如图3-4所示。
图3-4 总功能的“黑箱”模型
确定产品总功能的方法有多种，最常见的是黑箱法。黑箱法是指在不清楚系统内部结构的情况下，根据外部的输入信息，通过系统内部发生作用后所输出的信息及周围环境的变化来研究判断系统功能和特性的一种方法，从而进一步获得系统的工作机制与结构。黑箱模型是对总功能输入和输出的物料流、能量流和信息流之间转换关系的抽象表达，可暂时忽略次要因素，只对3个基本要素的输入和输出关系进行集中考虑，从而使设计者集中考虑系统的输入和输出关系，寻求系统的总功能。在了解清楚系统总貌之后，再由总体到局部，逐步进行功能分析和功能协调的细化研究。黑箱模型可使设计者仅关注产品最重要的功能，一般包括物质、能量和信息的输入和输出。这类方法的适用面广，能够在一定程度上体现功能的本质特点，但在表达某些输入输出流不明显的功能对象时存在不足，而且物质流、能量流和信息流这3种要素涉及的概念范围极广，对其规范化需要建立输入输出所涉及的概念间的层次关系模型，这需要大量的专业领域知识。
（2）分功能
总功能由若干相互联系而又相互作用的分功能组成，并通过分功能实现系统输入流与输出流之间的转换。分功能与物质流、能量流、信息流组成有机结合的整体，即构成功能结构。因此，分功能是总功能实现的基本单元和手段，总功能是分功能组合的依据和目的。
功能结构是一种层次结构。每一层分功能都有其对应的设计任务或要实现的客户需求。各分功能还包含比其级别低的各级分功能，而且功能级别越高，包含的功能层次也越多。不同级别的分功能，其作用对象不同，满足人们需求的程度不同，影响范围也就不同。由此可见，分功能的作用范围与各分功能层次或级别相对应。
分功能对其作用对象或其他功能的影响随距离增加而递减，递减遵从指数衰减规律，即从某分功能往外，随距离增加，开始时影响程度急剧下降，随着距离加大，递减速度逐渐减慢。影响递减的特点可以表示为：
式中，eij表示功能i对功能j的影响衰减分值；fi表示功能i的分值；r表示相对距离，是功能i距功能j实际距离与功能i影响半径之比。r的数值在（0，1）之间变化。离中心近时，r趋近于0；距离达到影响半径时，r趋近于1；r越小，eij越接近fi；r越大，eij越接近1。简单计算时采用直线衰减方式。如果以纵坐标表示功能级别，横坐标表示影响半径，可以得到某功能级别影响曲线，如图3-5所示。
图3-5 功能影响程度曲线
3.2.2.2.2 主要功能和附加功能
按照功能对客户重要程度的不同，可分为主要功能和附加功能两类。在功能结构设计中，优先进行主要功能设计，再进行附加功能设计。
（1）主要功能
主要功能是指实现客户主要需求所必不可少的功能，是产品必须具有的功能，也是与制品直接相关的功能，如洗衣机的主要功能是去除衣物上的污渍。如果产品的主要功能发生变化，则产品的类别或用途也将随之改变，如将洗衣机的主要功能更改为改变空气温度，那么洗衣机就会失去了洗衣功能，作为空调更加合适。
主要功能的确定应该从以下三方面来考虑：一是从客户角度出发判定需求是否是必需的、基本的；二是判断对应产品用途是否是主要的；三是分析产品作用改变后，产品的性质是否会全部改变。根据客户主要需求的不同，一个产品可以同时存在多个主要功能，如多功能一体机中打印、传真、复印均为其主要功能。
（2）附加功能
附加功能是为了满足客户多样化的需求，在主要功能以外附加的功能，可以依据客户需求的变化而改变。根据客户需求确定的功能中，除去主要功能之外的是附加功能。例如，石英钟的基本功能是显示时间，但有的石英钟附加了播放音乐、显示温度等功能。
在功能设计中，产品主要功能改变或将附加功能强化为主要功能通常意味着新产品的出现，对应着突破性创新或破坏性创新。如果主要功能不变而只是附加功能改变，就可能形成渐进性创新或破坏性创新。
3.2.2.2.3 基本功能和辅助功能
按照功能实现的必要性不同，分为基本功能和辅助功能。主要功能和附加功能的实现都需要基本功能和辅助功能的支撑。
（1）基本功能
基本功能是产品固有的东西，是能满足某种需求的不可或缺的功能，即实现主要功能和附加功能必不可少的功能，是满足客户基本需求的功能。基本功能是与设计产品用途和主要目的直接相关的产品设计的基础。在不同条件下，一个产品可以包括一个或多个基本功能。例如，热水器的主要功能是提高水温，基本功能是提供电能、转变电能为热能、结合热能提供热水。
（2）辅助功能
辅助功能是基本功能产生作用的直接原因，它可以是产品的次要功能，也可以是附加功能。辅助功能是为了更有效地实现主要功能和附加功能，而在基本功能基础上添加的功能，是满足客户预期需求或兴奋需求的功能。例如，热水器的功能中添加调节电流、测量水温、控制水温等辅助功能，可以显著提升产品性能，更好地满足客户需求。
功能设计中，实现主要功能和附加功能的基本功能和辅助功能均可改变，通常基本功能变化意味着对应的主要功能和附加功能的核心技术改变，可形成突破性创新或破坏性创新；辅助功能变化一般不涉及核心技术变化，通常是渐进性创新或破坏性创新。
功能的分类方法还有很多。①按功能的用途可分为使用功能和美学功能。使用功能是实现产品使用价值的功能，与经济、技术直接相关，如空调改变温度、打火机提供火源等。美学功能是起美化作用的功能，与人的感官相关，在产品使用功能相差无几的情况下，美学功能通常会影响购买者的主观意愿，往往在市场竞争中起着重要的作用。②按功能的重要程度可分为必要功能和多余功能。必要功能是能满足客户需求的任何功能，可以是基本功能、辅助功能、使用功能或是美学功能，当必要功能不能满足客户需求时就会表现为功能不足。多余功能一般是客户不需要或暂时无法享用的功能。