（3）功能結構組合設計原則第一，獨立性原則：功能結構係統是由多個子功能構成的有序集合，每個子功能單元應具有相對獨立性和獨立的結構作用與效能。第二，整體性原則：功能結構係統是兩個以上子功能的集合，子功能間彼此相關形成內在聯係，具有整體的特性與效能。
第三，有序性原則：功能結構按設計目的，形成時空域的有序組合。子
功能間具有連續性、銜接性、不幹涉性。子功能之間按功能層次呈現目的與
手段（上位功能為下位功能的目的，下位功能為上位功能的手段）關係。
第四，目的性原則：功能結構各功能元，子係統選擇與組合均有明確的目的，並相互作用為設計目的服務。第五，動態性原則：功能結構處於相對穩定狀態，而絕對地處於動態，具有可再創造性，可控製性、抗幹擾性和反饋性。第六，科學性原則：功能結構應具有科學的合理性，技術的先進性和經濟的可行性。第七，適應性原則：功能結構不但與設計條件相適應，還應與環境條件相適應，且不能對環境造成汙染。
2．功能論設計方法
方法是各個領域中的行為方式，是用以達到某一目的的手段的總和。創
造性設計思維和實踐活動中所采用的各種方式，即為設計方法。設計方法的
好壞直接影響到設計的效果。設計方法應具有科學性和可操作性，功能論設
計方法是創新設計中一種行之有效的方法。
功能論設計方法，實現了以設計對象具體結構為中心的構思（係統性構思）
轉變為以功能為中心抽象的構思，從而有利於尋求更為新穎、理想的設計方案。
在實施功能論設計方法過程中，要關注如下幾方麵問題：
（1）抽象化設計本身是個繁雜、多解的問題，很容易受到傳統思維方式和經驗主義幹擾而束縛了創造力。
抽象化就是針對設計目的，暫時摒棄偶然的情況和枝節乃至輔助性問題，用抽象概括，突出設計的核心問題，掌握基本功能和主要約束條件，“顯化”設計主要矛盾、拓寬視野和思考範圍、便於實現突破和創新。
（2）“黑箱”
對於所涉及的產品在求解之前，視為一個看不清內部結構的“黑箱”；子功能，尤其是總功能都可以用“黑箱”的形式抽象表達。“黑箱”可以明確設
·第七章.創造、創新實踐活動·
計產物的輸入、輸出量，以及它們同外界環境關係；“黑箱”可以擺脫具體的功能結構係統，而隻按功能來思考，避免過早地確定某種原理方案，更有利於啟發設計人員擴展思維，尋找新的、更好的方案、實現創造的目的。“黑箱”的表現形式如圖7-16 所示：
對外界的影響
物料
物料
輸出
能量
輸入
能量
信號
信號
來自外界的影響
圖7-16“黑箱”的表現形式
（3）功能分析
創造性設計的全過程一般是通過直覺、分析、認識的思維過程，發現問題，產生創造性設計動機，並通過可行性分析、論證，製定設計目標，開始創造性設計工作的。由於目標繁雜，很難抓住主要矛盾，功能分析就是要通過抽象概括，從中尋求主要矛盾，以突出創造性設計的主要問題。
下麵以汽車為例來說明抽象化與功能分析問題：汽車設計的主要性能指標有動力性、通過性、平順性、操縱穩定性、製動性和燃油經濟性等多項指標，又與外界條件中的道路狀況（附著力、坡度等）、
“風阻”等密切相關。要通盤考慮這些問題是難以集中精力實現創新設計的。如果我們深入分析汽車的功能就會發現：行駛、載客（貨）是汽車的主要功能；汽車行駛應為汽車的實質總功能，載客、運貨是行駛功能的延續。如果保證汽車有足夠的動力驅動行駛，就實現了總功能，達到了設計的主要目的，而影響汽車驅動性所涉及的主要問題是將熱能轉化為機械能；實現驅動輪的驅動功能，使汽車行駛。影響汽車動力性的主要邊界條件，有“風阻”和道路阻力與附著力兩項。通過上述分析，設計者就可以抓住驅動功能這一主要問題，集中精力進行創造性思維了。汽車“黑箱”如圖7-17 所示。
從圖中不難發現，這裏不但顯示了總功能的轉化問題，其他子功能的轉化問題也是一目了然的。功能分析，不但是抽象出總功能，更應對功能實質進行理性分析，並為功能結構設計打下良好的基礎。
“功能”是天然或人造自然物品客觀存在的效能，有其科學屬性，並不以人的主觀意識為轉移。目的是主觀的，科學的認識來源於對客觀的研究和認識；因此，目的是建立在對功能的客觀認識的基礎上的。“目的”是對“功能”認識基礎上，有限範圍內歸納總結劃定的可行性範圍，而功能則是事物存在的效能作用，在目的範圍內的體現，因此可以認為，功能是創造性設計的起點和歸宿，功能本質分析是實施創造性設計的根本途徑。
汙振噪染熱動聲
燃料
廢氣
空氣
已損耗的冷卻劑
冷卻劑
已損耗的潤滑油
潤滑劑
操縱能
熱量
（人或動力）
驅動能
驅動力
信號動能
製動力
起動
指示信號
控製
信號
指示
灰風溫道條塵阻度路件
圖7-17.汽車黑箱示意圖
我們再以洗衣機為例來進行功能分析：洗衣機的功能是將衣物清洗幹淨。不幹淨的衣物就是沾有汙垢的衣物，因此，洗衣機的功能是清除衣物上的汙垢；再進一步說，是破壞汙垢與衣物的吸附力與黏結力，並使其脫離；這才是實現洗衣機功能的關鍵所在。
3．原理結構組合設計
原理結構組合設計，在設計學中相當於方案設計，是在設計目的與功能分析的基礎上，依據科學技術效應，尋求子功能的解，並根據功能係統組合原則，組合成適於總功能解的係統結構。原理結構組合設計是工程設計（功能載體設計）的基礎。
（1）科學原理與技術效應
所有的科學研究、試驗、創造與工程設計，無不以科學原理為理論基礎的：如物理作用原理、化學作用原理、生物化學作用原理、仿生學原理等。這些原理大多數都具有將給定的輸入量轉變為所屬輸出量的特性，如物態、材料性能的轉變、能量類型的轉換、訊號種類的轉換以及運動形式的轉換等。創造性設計中的“功能”是通過抽象的概念來直接或間接描述輸入量和輸出量
·第七章.創造、創新實踐活動·
的作用關係的，而事物客觀存在的功能是一種事實存在的作用和效能，是運用一定的科學原理和物質載體來實現轉換和輸出的。如提升重物這一功能是應用物理學中的杠杆原理，用起重機的起重臂來實現的。
技術效應是指在科學、技術領域將科學原理通過一定結構形式、方式、裝置等在工程技術中應用所生的實際效果，它包括技術物理效應、生物化學效應等。
可以在科學技術中應用的技術效應很多，如力學原理（杠杆原理、重力、彈性力、摩擦力等）、流體效應（流體動壓、負壓效應、虹吸效應等）、電磁效應、熱力學效應、光效應等。隨著新的交叉科學、邊緣科學的產生與發展，技術效應的可應用範圍不斷擴大，也就為創造性設計提供了更為廣闊的領域和途徑。
（2）子功能求解
子功能求解是功能係統組合設計方法的關鍵問題。係統的總功能是由子功能的綜合作用（而非簡單加和）與效能實現的。子功能的解及子功能間的科學、合理的組合將決定總功能實際效能、各項經濟、技術指標和創造性效果。
子功能求解與設計目的、總功能與總功能有效作用對象密切相關。在子功能求解中除遵守基本原則，還應對功能實質效應、功能作用對象作具體分析。在深入了解作用對象的物理特性、技術特性、需求作用原理的基礎上，選擇有效的技術效應，以獲得最佳的作用手段來實現總功能。子功能求解一般可采用以下方式：
第一，根據“功能”解需求，對可以通用、常用的或標準化的可供選用的元部件，可優先選用。
第二，對需要探索、解決的加工原理，首先，應對“作用對象”進行分析，了解其狀態、性能。
第三，根據功能作用對象的特性、特點，選擇對應的技術效應。對功能作用對象主要從結構狀態、物理特性、幾何特性等方麵分析；根據作用對象的特性，可供選擇的技術效應有多種類型。設計者可根據實際情況擇優選取。
在子功能求解過程中應注意下列問題：第一，充分考慮設計目的和有關要求，在滿足總功能要求的前提下，力求原理簡單，有良好的技術工藝特性和技術經濟特性。第二，在子功能求解過程中，設計者針對子功能自身功能求解基礎上，
還應兼顧係統的綜合性能和相關性，不能產生幹涉。第三，如有可能，盡可能對多個子功能選擇同一技術效應，以簡化功能係統結構。第四，對子功能的解，可采用多種形式、多種技術效應，以便於在方案
構思中有優化選擇餘地。第五，在子功能求解過程中，應力求先進性和創造性。我們仍以洗衣機為例來說明子功能求解問題。前文已經說明，洗衣機
的總功能就是將衣服清洗幹淨，有時還要求除去水分。衣服是各種麵料做成的，有較好的柔韌性和一定的強度，所以要清洗是因為衣服上沾上了汙垢和灰塵，因此，洗衣的功能本質是清除汙垢和灰塵的問題。汙垢，可能是自然物品，如泥土、菜汁等，也可能是化學物品，如膠、油脂、顏料等；汙垢形成的原因也各不相同，可能是附著、浸漬，也可能是黏結；因此，我們把洗衣服的作用功能歸結為：破壞汙垢與衣物的結合力，並用外力使汙垢與衣物分離的問題。據此，我們可以采用物理原理中的力學效應，用衝擊、摩擦、揉搓、振動等手段；也可以采用化學原理中的分解、揮發的化學效應；同時可以兩者混合使用，通過化學效應使汙垢軟化、分解，再通過力學效應去除。如果想取得更好的效果，還可以采用熱效應用加溫的辦法促進分解和清洗。
洗衣機的功能係統結構如圖7-18 所示：
信號
終止
程序
衣物水水混合液
衣
物
振動衝擊
熱
電能
洗滌劑
圖7-18 洗衣機功能係統圖
·第七章.創造、創新實踐活動·
洗衣機功能傳遞程序如圖7-19 所示：
基本功能
目的手段
圖7-19.洗衣機目的功能與手段功能傳遞
（3）功能技術矩陣的建立
在實施創造性設計過程中，實現功能可應用的原理和技術效應是多種多樣的。總功能係統的原理方案，正是由這些行之有效的子功能技術效應通過不同形式組合形成的。運用功能技術矩陣（又稱形態學矩陣、模幅箱）是進行功能係統組合簡便有效的工具，有利於直觀，係統地進行方案組合。
功能技術矩陣及其組合方案如表7-2（a）、（b）所示，縱向為功能欄，欄內的G1、G2、……Gi……Gm分別代表各項子功能；橫向為技術途徑欄，Ji（1）、Ji（2）……Ji（j）……Ji（n），則代表功能Gi的實現途徑。以此類推，當子功能實現技術途徑數不足n時，以0代之。
表7-2（a）.功能技術矩陣表7-2（b）.功能技術矩陣組合方案
功能 技術途徑
G1 J1（1） J2（2） …… J1（i） …… J1（n）