第四章 工业产品的功能设计
功能设计，是指以使用者的潜在需求为依据，创造产品的实用价值，经过功能成本的定价分析，由专业技术人员进行产品设计、企业安排生产、开展针对性的营销，将产品交到目标消费者手中的设计过程。功能是指进行设计产品时，应当考虑到产品所具有的目的和效用，功能性是现代设计的首要原则。在这里，功能包含若干层面：就产品功能而言，指其功用、效能、目的、用途等；在人的工作和活动的层面上，指目的、任务、作业和操作。
第一节 品功能分类
现代设计的功能性有其丰富的内涵，产品设计对象不同，功能也就不同。一般来说，按照功能的重要程度可以分为基本功能和辅助功能；按照功能的性质可以分为物质功能与精神功能或者说是使用功能和品位功能。在这里我们按照后者的分类来阐释设计的功能（图4-1）。
图4-1 产品功能分类
一、物质功能
工业设计的物质功能包含了产品的物理功能和实用功能。
（一）物理功能
物理功能是指产品设计的性能、可靠性、安全性、稳定性等。
人们在购买如电视机、电冰箱、空调器、电动自行车等电器时，会首先考虑产品对人体是否安全，往往会选择对人体辐射小，安全系数高的产品。从原始人使用石器做成武器来防止野兽侵袭，到现代的武器设计，可以看出安全感是人的渴望。任何一种设计如果缺乏安全性，可靠性，就会引起人们的忧虑，从而使产品的应用性受到社会消费心理的抵制。
物理功能还体现在设计品本身的耐久性。在使用的过程中，质量是体现产品性能与稳定性的一个重要标志，不能良好长久使用的产品，不管是对于消费者还是生产者来说，都会造成浪费与损失，而罪魁祸首还是设计者。
此外，工业产品的认知性也是物理功能的一个方面，即设计师的设计是否容易被人们认知，是否能够准确的传达信息，是否便于使用，操作是否简洁方便。越是简洁方便、操作简单的物品，其适用性也越强。目前，一些国内厂家喜欢用外文注解说明，以表示产品的国际化，却给
许多国内民众的生活带来了不便。因此，设计师在进行设计时，应当尽量避免此类问题。
（二）实用功能
实用功能主要指设计品使用的方便性、舒适性、宜人性等。
图4-2 埃及图坦卡蒙墓出
从克里特岛克诺索斯王宫中的王座，法国凡尔赛宫中的御座，到中国故宫太和殿中的御座，这些座椅基本上都是为了提高统治者的威严，而不是为了减轻他们背部肌肉的紧张度。虽说是金碧辉煌，却很少考虑人体工程学的因素。随着科技的发展，人们的物质生活水平的不断提高，人们对于产品的舒适性、宜人性要求越来越高。设计师在进行设计时，对产品的生理功能考虑得也越来越多，这也是“以人为本”的人性化设计的一个主要方面。
以计算机的设计为例，产品的实用功能包括计算机操作界面是否符合人们使用的习惯，键盘是否会使人的手指感到疲劳，显示器的角度是否符合人的视觉习惯等。工业设计师运用人机工程学的知识，发现产品中存在的问题或者用户的新的需求点，运用设计手段解决这些问题从而实现产品的方便性与舒适性，体现出产品对用户人性化的关怀。
意大利设计师莱温特于1997年设计的休闲床具（图4-3），以其舒适而引起市场的积极反应，这个设计可以被称为是“具有真正的舒适感的设计”，让人感到坐上去就会安然入睡的舒适。美国著名建筑设计师和工业设计师埃罗·沙里宁在家具方面的设计，特别是椅子设计也是非常成功的。他把人体工程学运用于设计中，设计的椅子
图4-3 莱温特于19 97年设计的休闲床具
可以与人体相应部位（主要包括背、臀、腰、腿）相符合，坐起来非常舒适，同时，也减轻了劳动给人带来的健康危害，减少了颈椎和腰椎病的发生，深得大众所喜欢。
图4-4 郁金香椅 埃罗·沙里宁 1956年
二、精神功能
精神功能是由设计外观造型及物质功能所表现出来的审美、象征、教育等功能。
从设计到生产，产品的审美功能始终伴随着实用功能而存在。创作者的意象一旦转化为具体的存在形式——产品，它必然成为审美的对象，具备了审美的功能。
（一）审美功能
产品设计的审美功能和实用功能是有机的联系在一起的，它尤其能诱导人们的注意力。同时，设计的竞争也离不开美学价值，这主要体现在同类、同质的产品设计之中。
审美功能包括产品设计的造型、色彩、肌理和装饰等要素给人的心理感受。产品设计不只具有实用功能，它还能通过它的外在形式唤起人们的审美感受，满足人们不同的审美需要，这种审美功能是在物质功能的基础上产生的精神功能，也可称之为心理功能。例如在进行产品设计时，对表层选材强调素材的肌理、木材质地、金属质感等表面装饰，加以精密的工艺加工，以显示出素材的肌理效果或本来面目。这种追求自然的造型和肌理效果，往往会带给人们全新的自然的感受，使人们产生心理上的愉悦。
产品设计的审美功能还体现在设计者与使用者之间的沟通。由人们各自的审美经验而形成的对于产品的感受，这种感受是以满足人们心理需求为目标的。现代产品设计给人们的审美感受主要由两个因素所决定：
一是人们对产品造型、色彩、表面等方面所产生的美的概念；
二是不同人的不同心理感受。
图4-5 选自2005年纽约设计周工业产品设计展
具体表现在，优秀的产品设计其总体效果——线条、肌理、色彩、明暗、形体组合等组成“有意味的形式”，诉诸于人的视觉器官、触觉器官等给人以情感上的愉悦和美的享受（图4-5）。
（二）象征功能
象征功能是精神功能的重要组成部分，指的是由设计物品而激发人们联想起已往的经验与感受，表现出某种特殊意义，这便是产品设计的象征功能。
图4-6 模块化设计的酒架（可以多个拼接，采用ABS塑料，设计：Gideon Dagan）
工业产品设计一般是以某种美感因素而达成其功效的，如造型、色彩、装饰和质感等。
由某件产品设计所体现出某种特定地位与特定人群使用的功效，则称为地位象征；而对某些使用者具有特殊意义的设计物则称为人为象征的设计物，它是以特定社会的惯例为基础的。地位象征意义，虽然在某一时期可代表少数人的地位，但随其时间的推移，使用人数的剧增，则会失去原有地位象征，而产生新的地位象征。由此，国外系统性消费行为研究证明：若某设计产品的声誉得到社会认可，这种设计产品的附加价值则具有满足消费者的新的需求的可能性。如世界名车保时捷、奔驰、克莱斯勒、法拉利等，之所以能够成为人们争宠的对象，是因为它们的象征意义远远大于其实际的实用价值。
图4-7 Pagani Zonda （由与法拉利赛车制造合作的Mode na设计工作室设计）
图4-8 布加迪EB16.4威龙（目前最为昂贵的车之一）
第二节 产品功能分析的作用
设计的第一要义是功能，各种功能价值是设计追求的第一目标。在设计中所运用的功能分析正是在这一目标的实践中发展起来的科学方法，它将设计所追求的功能进行具体的分析、综合整理，以系统工程的方式制作功能系统图表，形成完整细致的、高效的结构构思设计，最终完成设计任务。
产品功能分析是产品设计功能方法论的重要环节，主要研究的是功能与成本之间的关系，寻找功能与成本之间最合理的对应配比，以尽量小的代价或消耗取得尽可能大的经济效益和社会效益，提高设计对象的价值。
产品设计的功能分析主要包含以下几个方面：
首先是确定技术上的功能应该达到的程度，它一般是用产品的性能参数来表示；
其次是产品功能成本分析，也就是在相同功能的各种可行性设计方案中找到成本低的方案；三是产品可靠性的定量及定性分析，这些细化分析为新的设计方案奠定了基础。
进行功能分析主要是从对产品结构的思考转为对它的功能思考，以便做到不受现有形态结构的束缚，形成新的设计构思，提出具有创造性的设计方案来。对具体产品设计来说，功能是指产品的效能、用途和作用。
通常，在不同的条件下利用不同的属性，同一件产品也可实现不同的功能。采用功能分析法进行产品设计时，按下列步骤进行工作：（1）将设计任务抽象化，确定总功能，抓住产品的本质，扩展思路，寻找多种解决问题的方法；（2）将要进行的设计产品的总功能分解为分功能直至功能元；（3）寻求解决分功能（功能元）的方法；（4）将所有的解决方法组合，形成多种设计方案；（5）进行方案评价与决策。
一、确定总功能
1. 对产品设计任务进行抽象化处理
确定产品的总功能，需要对产品设计任务进行抽象化处理。例如，采煤机可以抽象为物料分离和移位的设备；载重汽车可以抽象为长距离运输物料的工具；洗碗机就可以抽象为除去餐具上污垢的装置……
产品设计任务抽象化的方法，是在设计任务书中，列出了多种要求和愿望，在抽象过程中，要抓住本质、突出重点、淘汰次要条件、对主要部分进行充分地扩展。在这里主要是描述设计任务，不涉及具体解决办法。例如，要设计一件核桃开启器，对其设计任务的抽象表达描述如下：
若用“砸”则已暗示了解决方法，同时，我们从外部的压力来考虑，可以采用的方法有“挤”、“压”、“夹”等。如果是侧向思维，可以想象是否可以将核桃皮变脆，这样会较容易将其开启等等诸如此类的抽象思维，可以帮助我们解决这一产品设计的本质是从“砸壳”到“分离壳与核仁”。因而较抽象的表达可能得到思路更开阔的解答。
图4-9 核桃夹
2. 黑箱法
利用对所设计产品未知系统的外部进行观测，分析该系统与环境之间的输入和输出，通过输入和输出的转换关系确定产品系统的功能、特性，进一步寻求能实现该功能、特性所需具备的工作原理与内部结构，这种方法称为黑箱法。一般会被运用到对大型工业产品设计的功能分析中去。
二、总功能分解
产品的总功能可以分解为分功能（或称一级分功能、二级分功能……），分功能再分解为功能元（最小单位）。所以功能是有层次的，是能逐层分解的。
（一）功能元
功能元是产品功能的基本单位。在工业产品设计中用的基本功能元有：物理功能元（系统中能量、物料、信号变化的物理基本动作）。数学功能元（它反映数学的基本动作，如加和减、乘和除、乘方和开方……），其功能元主要用于机械式加减和乘除中，如差动轮系、机械式计算机等。逻辑功能元包括“与”、“或”、“非”三元的逻辑动作，主要用于控制功能。
（二）功能结构
产品功能分析过程中，表达分功能关系的图称为功能结构图，它能清晰的显示出产品设计的出发点和思路，是产品在设计上，反映需求功能要求的方式。一般的功能结构图，由下面三种基本结构形式组成∶
（1）串联结构，又称顺序结构，它反映了分功能之间的因果关系或时间、空间顺序关系。（2）并联结构，用几个分功能作为手段共同完成一个目的，或同时完成某些分功能后才能继续执行下一个分功能，则这几个分功能处于并联关系。
（3）环形结构，又称循环结构，输出结构反馈为输入结构的循环系统。这种结构是按逻辑条件分析，满足一定条件而循环进行的。
建立产品功能结构图的步骤：
（1）通过技术过程分析，划定技术系统的边界，确定其总功能。
（2）划分功能及功能元。通常首先考虑应完成的主要工作过程的动作和作用，具体做法可参见功能分解。
（3）建立功能结构图，根据产品的物理作用原理、经验或参照已有的类似系统，首先排定与过程有关的分功能或功能元的顺序，通常先提出一个粗略方案，然后检验并完善其相互关系，再补充其他部分。为了选出较优的方案，一般应同时考虑几个不同的功能结构。
（4）评比，选出最佳的功能结构方案。进行评比的方面一般包括∶实现的可能性；复杂程度；是否易于获得解答方案；是否满足特定要求等。通常可取少数较好的方案进一步具体化，直至寻求到最佳的解决方案。
（三）功能元求解
功能元求解是产品方案设计中重要的“搜索”阶段，它就是要寻求实现产品功能元的技术实体——功能载体。功能元求解的基本思路是：功能—工作原理—功能载体。
一般采用的方法有以下几种：
（1）直觉法∶直觉法是设计师凭借个人的智慧、经验和创造能力，来寻求产品的各种分功能解决方案。
（2）调查分析法∶调查分析已有的工业产品，如同类型的样机，进行功能和结构分析，哪些是先进可靠的？哪些是陈旧落后的、需要更新改进的？这都对开发新产品，构思新方案，寻找功能原理解法大有益处。
（3）设计目录法：所谓设计目录法（也称解法目录）是把实现某种功能的各种原理和结构综合在一起的一种表格或分类资料。
此外，功能元（分功能）的求解还需要丰富的实践经验，细心的观察，流畅的联想和一定的机遇。
三、变体分析
对于产品的零件、机构、形态的发展变化进行系统的分析，称为变体分析。这是一种动态分析方法。变体分析的目的是：将产品的零件、结构、形态的演化过程，按一定原则分类排列，用以总结变化规律，找出进一步发展的方向，并可以发现空白点，及时设计新产品来填补空白。
图4-10 随存储容量的大小而改变形状的存储器
通过变体分析可以归纳出产品变异操作方法。为该产品的发展提供主要线索。然后依据某一工作原理开发新产品。开发过程中出现有较大突破性的产品，称为改良型产品。
变体分析是从动态方面分析产品、机构、零件的演化规律，为确定产品发展方向、判定分功能较优解提供根据。它们将对产品设计工作提供一种有益的工具。
四、原理方案综合
原理方案综合是把分功能解合成为一个整体解以实现总功能的过程。在这里我们着重了解有关形态学的相关内容，这对进行产品外观设计的人员来说尤为重要。
在功能分析阶段，确定了产品的分功能后，通过对分功能的求解，再经选择与变异，得到一些分功能载体的备选方案。在变体分析中，对主要分功能解的发展有了较清楚的认识，对各个备选方案在产品发展演化中的地位有了大致的了解；在这些工作的基础上，把分功能解加以组合，寻求整体方案最优。
形态综合法建立在形态学的基础上，通过系统的分解和组合寻找各种答案。
分功能解之间必须相容，否则不能组合；优先选用主要分功能的较佳解决方法，由该解法出发，选择与它相容的其他分功能解；剔除对设计要求、约束条件不满足或令人不满意的设计方案，如成本偏高、效率低、污染严重、不安全、加工困难等等。
从大量可行方案中选定少数方案作进一步设计时，继承与创新是贯穿于设计过程中的一对矛盾，设计人员要处理好这一对矛盾。
功能分析在产品设计中具有很多优点：
（1）它一直以产品的功能作为设计的核心，设计构思以功能系统为主；
（2）能够克服单一思维模式的桎梏，是一种推陈出新的创新设计方法；
（3）在功能分析中能够有效地排除不必要的功能，从而降低成本，高效地实现产品的价值；
（4）以功能为中心的设计方法，最大限度的保障了产品的实用性和可靠性；
（5）功能分析融入了系统的思想，将功能分析与产品造型要素相结合，为产品设计提供了新的设计思路。
从功能出发，用系统工程价值中的概念和方法，系统构架和分析设计对象物化的技术途径和手段，有利于克服传统设计方法中仅从产品结构和造型进行设计的欠缺，使设计各功能要素之间的结构更合理。
