G2 J1（1） J2（2） …… J2（i） …… J2（n）
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Gi Ji（1） Ji（2） …… Ji（i） …… Ji（n）
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Gm Jm（1） Jm（2） …… Jm（i） …… Jm（n）
功能
技術途徑
J1（1）
J2（2）……J1（i）
……J1（n）
G1
J1（1）J2（2）……J2（i）……J2（n）
G2
·
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·
······
·
······
Ji（1）Ji（2）……Ji（i）
……Ji（n）
Gi
·
······
·
·· ···
·
······
Jm（1）Jm（2）……Jm（i）……Jm（n）
Gm
（4）原理方案的組合（功能係統組合）與選擇
顯然，從功能技術矩陣中，針對每個分功能的技術途徑任選其一組合起來的係統功能結構，就是總功能的原理方案。這樣的組合有nm 個，方案優劣，很難一一檢查，實際設計中也根本沒有必要。一般比較科學的辦法是采用實踐經驗設計與科學分析論證相結合的辦法。原理方案的組合與選擇的具體過程如下：
首先，根據經驗，去掉分功能方案中明顯的效果較差或技術上比較陳舊、落後的和對環境有影響等有明顯不利因素的方案組合的技術途徑。
其次，對剩餘各分功能的原理方案之間在原理效應上的相容性進行鑒別。這項工作，主要考察功能結構中的“流”（能量、物料、信號）的流動是否暢通，並不受任何幹擾；在此基礎上，檢查功能原理結構與載體結構在幾何學、運動學上是否有幹涉及其他不相容之處。在這一階段，一般可以通過直覺判斷、進一步剔除不相容的組合方案，最後確定備選方案，如表7-2（ｂ）所示。
再次，從技術經濟角度，憑借經驗比較或簡單分析中挑選出一些較好的方案組合。最後，對選定的方案進行綜合技術經濟分析（先進性、可靠性、適應性、成本、工期優異性等），優化最終方案。一項設計工作完成原理組合方案設計後，就要進行載體結構方案的選擇
·第七章.創造、創新實踐活動·
確定（工程設計中的技術設計）。所謂功能載體結構是能實施功能的實體結構，如前文所述的提升重物采用杠杆原理，實際結構是起重機的吊臂，則吊臂結構即為功能載體結構；同樣，通、斷電時開關的結構，“流”與“止”時閥門的結構均屬於功能載體結構。功能載體結構組合，主要應注意結構間的相容性、連接性和可加工性等；與之相關的技術經濟分析與空間幾何尺寸位置分析等，在此就不一一贅述了。
四、方案設計舉例
1．設計題目概述
開發題目為適於平原作業的聯合收割機，主要工作地區為華北平原地區、三江平原等地區，最低作業溫度為18℃，其設計要求如表7-3 所示。
2．設計問題抽象化題目概述
（1）根據設計要求表進行抽象設計要求表中許多要求和願望，也有主次之分，在抽象過程中要圍繞主
要功能、抓住本質、突出重點、淘汰次要條件，選擇主要要素。
基本參數：
整機質量≦ 2600kg；
發動機功率：55~60kw、使用柴油機；
自走式聯合收割機，一次完成割、脫粒、分選作業，主要收割作物為小麥（大
麥、燕麥）水稻。作業尺寸：割幅2.5m；割茬高度：40~200mm；喂入量：＜5kg/s；地麵平度：≦3~5%；接地比壓：不大於200kpa。
（2）
定性描述
柴油機驅動自走聯合收割機；
收割小麥、水稻；
作業過程：自走、割麥、輸送、脫粒、分選。
（3）
高度概括抽象
柴油動力自走式聯合收割機；
收割機總動能：割麥、脫粒、分選。
表7-3.聯合收割機設計要求
產品名稱 設計要求明細表 日期
聯合收割機 年月日
序號 要求與希望 要求內容 附注
1 要求 適用於平原地區小麥聯合收獲（收割、脫粒、分離）也能在地麵承載壓力≧200KPa狀況下，平展地塊的水稻聯合收割。
2 要求 地麵不平度縱向≯100∶5，橫向≯100∶3。
3 要求 基本參數：割幅≧230mm；作業生產率：0．4～1．2hm2/h；整機質量（滿載）≦5*103kg；發動機功率：70～90kw；發動機轉數：2600r/min；機速：前進速度（作業0～10km/h、行走0～15km/h）；後退：行走速度0～7km/h。
4 要求 選用柴油機。
5 要求 基本作業參數：作業小時生產率：小麥0.5～0.8hm2/h、水稻0.3～0.5hm2/h；喂入量≦5kg/s；割茬高度：40mm～200mm；適應倒伏率：順割≧85°、逆割≧70°；破損率：小麥≦1、水稻≦1.5；含雜率：小麥≦1.5、水稻≦2；總損失率：小麥≦1.2%、水稻≦3%。
6 希望 空氣濕度＜10%。
7 願望 滿足作業條件下，體積小、緊湊造型美觀。
8 要求 操作方便、省力、視野寬廣，信號儀表顯示、控製方便。
9 要求 安全可靠有過載保護，故障少、易排除、維修。
10 希望 有安全、故障示警。
11 希望 有較大的調整範圍、無級變速。
…
… …
n 要求 適於遠距離運輸。
m 希望 生產成本低於同類產品10%。
·第七章.創造、創新實踐活動·
3．建立功能結構圖
（1）通過分析輸入和輸出的關係，得出聯合收割機的總功能和輸入、輸出的轉換關係，建立總功能結構圖，如圖7-20 所示。
振噪灰動熱聲塵
能量
物料 （整顆麥稻）
信號
灰溫濕塵度度
圖7-20.聯合收割機功能結構圖
（2）建立技術過程流程圖。
一般機器都由五部分組成，即原動機、傳動係統、工作機構、支撐與機架和控製裝置，如圖7-21 所示。
相鄰技術係統
環境係統
人
圖7-21.聯合收割機技術過程流程圖
基本工作流程是：原動機—傳動係統—控製—工作機構，四個部分按相關關係安裝在支撐部件與機架上。
工作機構即為每台機器（係統）的執行機構，輸出係統有用及無用功能。為了表示這種技術過程及周圍環境關係，可用技術流程圖表示。建立技術過程流程圖必須明確以下幾點：
①圖內虛線框圖以內部分為技術係統。係統本身是相對概念如果把某些環境條件納入係統則就形成更高一層次的係統。比如，機器中的發動機，一般應納入係統功能結構，此時輸入能量則為燃油與空氣，並在係統內的發動機中將能量實現轉換而作動力輸出。
②環境是指係統以外的所有條件，此例中的環境中的人即為信號源，因而必須在設計中考慮人—機的接口問題，即人機工程學設計相關問題，如操作方便、舒適省力及操縱機構的準確性、靈活性及可靠性。
③氣候、地形、作業條件均屬外界環境，在本例中地形、氣候條件等十分重要，也將直接影響到機器的結構設計：如地形的不平度直接影響割茬的高度及整齊性並與收割台的設計高度直接相關，不平度太大會產生插土現象；溫度太高濕度小又可能炸粒；濕度過大秸稈韌性增大還會產生纏繞阻塞滾筒等。因此，環境條件對設計也是必須考慮的問題。
④相鄰技術係統是指運輸車輛的種類，運輸車可以是汽車，也可為拖拉機，設計時不僅要考慮卸麥高度還應注意相鄰並行車的寬度與同步性。
流程圖隻能是了解機械的技術輪廓，其技術係統是很複雜的，流程圖可以為總功能分解提供依據，卻不可能直接求得總功能解。
4．總功能分解
總功能分解目的在於尋找功能元或子功能結構，可以按技術解要求分解為二級子功能、三級子功能……直到能求得原理解一層次為止。總功能分解如圖7-22 所示。
總功能（切割、脫粒、分選）
行走功能（整機移動）
控製功能
輔助功能支承和聯接
執行功能控製行走功能控製儀表顯示
照明
其它
圖7-22.聯合收割機總功能分解圖
·第七章.創造、創新實踐活動·
5．功能結構圖細化
在初建功能結構圖後，為了求原理解，必須將功能結構圖進一步細化，建立一級、二級或三級功能結構，本例擬建二級功能結構圖為尋求原理解做準備，聯合收割機具體功能結構圖如圖7-23 所示。
圖7-23.聯合收割機功能結構圖
6．尋求原理解和原理解組合
建立功能結構圖後，就可尋找各功能的原理解，然後用係統綜合法進行原理解組合，便可以得到設計方案的多種解。
對於複雜的機械開發設計中當選定可行原理解後將有數以萬計乃至更多的原理解組合。這時應根據設計要求和已有的經驗與現有功能元件使用效果進行綜合分析判斷選擇最佳組合。聯合收割機原理解組合如圖7-24 所示。
本例中組合成兩種機型送交評價與決策，兩種機型分別是：
（1）
履帶式前置割台聯合收割機，應用往複式切割器、由螺旋攪龍集束輸送到脫粒裝置，脫粒滾筒、凹板均為釘齒式。經脫粒後的麥（稻）經逐蒿器與篩相繼分離獲得98% 以上的純淨麥粒。
（2）
輪式側置割台聯合收割機，乃采用往複式切割器，用鏈杆式輸送帶
輸送，采用滾筒脫粒。分離方式與一方案相同。兩方案相同子功能部分是比較成熟的技術方案。
序號技術物理解子功能 1 2 3 4
割台形式 前置（T型） 側置Γ型
切割形式 往複式 回轉式 衝切式
輸送 螺旋式 鏈杆式
滾筒形式 紋杆式 釘齒式 彈齒式
脫粒形式 徑向輸出 軸向輸出 雙滾筒
逐蒿分離 鍵齒式 帶（杆）式
分離方式 篩分離 風力分離 複合分離（篩+風） 離心分離
分離篩形式 單層異向振動篩 雙層異向振動篩
能量轉換 增壓柴油機 汽油機 柴油機
能量分配 齒輪箱 油泵
執行機構傳動 三角帶輪 韌鐵鏈 套筒滾與鏈
變速 行走 齒輪液力 液力式 齒輪式
工作部分 三角帶 齒輪式
行走 履帶 輪胎 半履帶式
圖7-24.聯合收割機原理解組合圖