3.4.2 基于减件运行法的功能结构分析
减件运行法是一种逆向思维方法，其基本原理是功能的分解。产品的总功能是相对复杂而完整的，可以分解为一系列的子功能，而子功能又能继续分解到可以实现为止，这样一个使问题的复杂程度不断通过分解而降低的过程称为功能分解。功能分解的目的在于将复杂问题简单化，并在产品设计的过程中将用户的需求映射到产品功能的描述中去。功能分解开始于产品总功能的描述，然后将总功能分解为复杂程度比较低、较为简单的分功能或功能元，从而使问题的复杂程度降低，有利于产品功能的结构求解。
不论在新设计还是再设计中，功能分解是产品设计过程中一个极其重要的步骤。通过功能分解建立功能模型有助于理解产品，功能分解的过程实际上是对产品不断加深认识的过程。对于如何进行功能分解，研究人员有不同的观点。艾伦（Allen）将功能分解分为层次分解和非层次分解两类。系统化设计方法将功能定义为输入输出之间以完成任务为目的的总的相互关系。功能分解在能量流、物料流和信号流的基础上进行。首先确定系统的总功能，如果系统是复杂的，再将总功能分解成伴有能量流、物料流和信号流的功能集合，分功能根据需要再分解，最终形成功能层次模型，即功能结构。这一过程如图3-10所示。
图3-10 基于流的功能分解过程
当产品的功能达到相对独立的程度，我们可以根据独立的模块进行设计活动，采用局部设计的方法提升创造力，寻求最佳的设计方案。当通过功能分解将用户的需求映射到功能上，就可以通过许多系统的方法解决设计中存在的问题，当创建出足够多数量的解决方案时，我们很可能从中得到较优的方案进行产品开发。
公理化设计将功能分解过程归纳为从功能域中的功能要求（functional requirements，FR）到结构域中的设计参数（design parameters，DP）的“之”字形映射变换过程，并在变换的过程中利用独立公理判断设计的合理性，利用信息公理选择最优的设计，如图3-11所示。
图3-11 功能域到结构域的“之字形”映射示意图
库蒂希（Kuttig）提出用功能模块描述功能结构中功能或子功能的特征，用功能模块之间的关联关系定义功能关系，并用内模块关系和相互模块关系的分析与合成作为建立功能结构的依据。居伊（Gui）在功率键合图理论、模糊逻辑和知识表示的基础上将基于特征的建模与功能建模集成在一起。斯特奇斯（Sturges）等提出用有向功能块图表示功能结构中纵向和横向关系模型，并提出“支持功能”作为功能分解终止的判断依据。陈（Chen）依据类、级和层定义了一种功能表示结构。
现有研究主要依据功能结构中纵向的组成、依赖和实现关系来进行功能分解，而忽略同级子功能之间的关系。实际上，功能结构中功能间的横向关系与纵向关系同等重要，必须予以考虑。减件运行法适用于已经实际存在的或已成型的形式化概念的产品（见图3-12）。
从已有产品不可再分的最底层最小功能单元出发，先将产品中一个实现最小功能单元的组件结构去除，然后运行产品（或是在设计人员的头脑中实现），从而发现该组件结构在产品中的实际功能。依此类推，然后按产品的装配结构将这些功能组合起来，构成产品的功能树模型，其能够对功能进行逐层分解，清楚表达出各个分功能之间的因果关系。减件运行法是一种基于常识的逻辑化过程，建模过程方便易懂，能层次化地表达出分功能间的因果关系，但这种建模方法并不能详细地表达出分功能间复杂的作用关系，也不能以一种可重现的方式对输入和输出之间的关系进行描述，且缺乏与客户需求间的联系。
图3-12 减件运行法功能树模型