3.4.7 功能结构分析的特征
功能结构本身是一种耗散结构具有开放性、动态性、有序性等特征，需要不断地调整、协调内部诸要素，以完善其结构组成提高理想化水平。当用户需求、科学技术、可用资源等外部因素满足功能产生的条件时，通过适当的连接关系将功能要素组织起来，形成新功能。功能结构是产品设计知识、设计意图的最直接表达，将设计活动集中在功能需求的满足，实现对产品更为本质的分析和评价，在产品设计和分析中具有重要的作用。功能结构的建立是为获得对所设计产品的清晰认识，是通过寻找和确定各分功能并根据需求进行组合的推理过程，其对功能设计支持的关键在于为创造性思维提供环境和条件，该过程有以下几个特征：
（1）功能总是以流的存在为前提，没有功能对象的存在，功能也就没有意义，功能进化包括新功能产生和已有功能发展两个方面。
（2）上下层功能间具有一种目的-手段关系，下层功能的组合实现上层功能要求，上层功能是下层功能的实现目的，限定其组合方式。
（3）一个功能的分功能间的关系可以是物理关系、因果关系、逻辑关系和数学关系等。
物质-能量-信息流模型和物质-场模型是工程领域中两种典型的功能结构表达方式，图形表示可以比语言或者语义表达更直观地反映系统的技术信息，且为工程设计人员所熟悉和使用。
功能设计的最终目的是构建满足需求功能的原理解。在新产品开发中，需要通过功能设计来实现需求到功能的转化，进而确定功能实现原理和结构。已有产品改进同样需要建立功能结构，以明确客户需求或产品最初设计意图，然后从功能层面确定改进目标和途径。
图3-17显示了太阳能电池沉积源的功能流模型，该模型清晰地反映了功能流转换过程，适用于新产品开发中自顶向下的功能方案规划。但因其表达方式过于抽象，难以指导和转换为后续原理方案设计。反之，对于已有产品的改进设计，同样难以从系统结构方案转换成物质-能量-信息流模型。
图3-17 太阳能电池沉积源的功能流模型
图3-18显示了汽车排气阀的物质-场模型，该模型主要描述系统、超系统和制品间组成和作用关系，适用于已有产品改进设计中组件分析。该模型主要针对系统组件关系，不涉及功能流及其转换原理，故难以由物质-场模型抽取系统功能结构并了解系统最初设计意图及确定客户需求与系统组成的对应关系。
图3-18 汽车排气阀的物质-场模型
为全面描述功能结构信息，并使其更好地与功能设计过程融合，本章集成并扩展物质-能量-信息流模型和物质-场模型，以构建功能结构表达符号系统和功能单元模型，如图3-19所示。
图3-19 功能结构表达符号系统和功能单元模型
功能结构表达符号系统主要改进之处包括以下几点：
（1）对系统、超系统、系统对象加以限定，系统包括系统组件和流，超系统包括可用资源和终端产物。
（2）统一各种类型的流和组件作用符号，可有效区分流与作用关系。
（3）按照功能分类对属性类型转变、属性值变化和关系转换功能加以界定，对不同类型功能的功能单元形式进行相应调整的。例如，系统输入/输出端的功能单元，如果对应可用资源或终端产物，则由其替代系统对象，相应的作用符号调整为流符号，如图3-20所示。
（4）功能单元同时反映功能载体、作用关系及功能操作对象（流、属性和关系）转换信息。实际使用时，功能单元可以为模板逐步完善相关信息，如新产品开发中可先确定流模型再逐步完善组件模型，而已有产品改进设计中可先确定组件模型再逐步完善流模型。因此，该符号系统可实现物质-能量-信息流模型和物质-场模型的转换，更好地适用于各类功能设计过程。
（5）功能单元之间可通过相同的流、属性、对象或组件进行连接，扩展形成复杂功能单元或建立功能结构。
图3-20 系统输入/输出端的功能单元
图3-21显示了利用功能结构表达符号系统和功能单元模型建立的干鞋机原理的功能结构。该功能结构图全面清晰地反映了系统信息，既描述了系统组件与系统可用资源和系统对象之间的作用关系，又描述了系统中流的转换过程和传递路径。
图3-21 干鞋机原理的功能结构