4.1　引言

功能创新原理方案构建技术主要包括功能分解技术、功能-结构映射技术和功能结构创新技术。功能分解是一个深刻认识设计问题的过程，通过分解来获得对所设计产品的清晰认识。已有研究从不同的角度分析了功能分解的过程。如何对系统的总功能进行分解，以及分解到何种程度为止，是功能分解中较难把握的问题，分解过程主要取决于设计者的经验。功能结构如何建立由问题的具体情况、复杂程度、设计者的经验和设计目的等多方面的因素共同决定。仅依靠功能树和功能链组合规则逻辑推理可能的功能分解路线，对于实际设计过程具有极大的局限性。

功能到结构的映射是一个已引起关注的重要问题，目前主要存在两种映射模型。基于功能-结构映射的典型产品概念设计模型包括系统化设计、公理化设计、目录搜索模型、智能优化设计模型和分布层次网络模型等。在功能-结构映射模型中，功能仅是搜索结构的索引，忽视了对映射过程中思维活动的支持，所得到的结果缺乏创新性，或者创新方法仅支持组合创新，缺乏对多种创新方法和多层次创新的支持。功能-行为-结构映射最先由悉尼大学杰罗（Gero）教授提出，随后提出的各种扩展模型包括功能-行为-状态模型（FBS）、功能-环境-行为-结构（FEBS）模型和结构-行为-功能（SBF）模型等。这类模型认为功能与结构必须通过行为才能建立起联系，因而将概念设计看作功能、行为和结构依次映射的过程，能够分层描述设计的对象和过程，统一不同设计特征到同一框架中。相比于功能-结构映射模型，该模型更符合设计者的思维习惯，更有利于实现产品的创新。

在功能创新研究方面，陈圻提出了基于功能的蓝海战略思想，建立了功能创新的一些策略与方法。佩特罗夫（Petrov）认为功能进化受客观规律支配并归纳为4条功能进化定律。曹（Cao）扩展Petrov的4条功能进化定律，提出了3条功能组织定律和10条功能改进定律。刘（Liu）提出了基于TRIZ的功能组合冲突解决方法。李（Li）提出了功能创新过程模型。渠口（Mizoguchi）建立了功能本体，以规范说明功能组合关系。斯通（Stone）提出了知识库驱动的功能失效设计方法（FFDM）。功能进化、功能组合和功能失效分析可以分别对产品的功能系统进行更新、重组和优化，是实现功能创新的三个关键使能技术。现有研究虽然在功能创新关键使能技术方面取得了一定成果，但仍属于初步探索阶段，在功能进化趋势预测、功能配置方法、功能失效产生机制和演化规律等方面需要开展深入研究。另外，目前尚未见系统化功能创新过程模型研究。

本章将首先研究功能创新原理方案构建关键技术，主要包括扩展效应和效应链推理技术、基于扩展效应的单元映射技术和设计过程映射技术、功能进化与预测技术。其次依据功能和科学原理特征，建立多流多极效应模型并提出效应链推理方法，在此基础上进一步研究功能、行为、效应和结构间的映射关系，形成基于扩展效应的单元映射技术和设计过程映射技术，为功能原理解的建立提供支撑途径。最后基于专利知识挖掘抽取功能进化定律，通过功能预测实现功能结构创新和优化，最终支持功能创新原理方案的构建。