为便于区分产品的主流功能与非主流功能，更加细化区分功能的相对研究密集程度，在本节中提出了功能角色的分类、功能层结构的概念，以有效获取新市场破坏性创新产品的功能集合。

1.功能角色与功能集合

在关于系统故障分析的科技文献中，曾提到过“功能角色模型”的概念。张海等[164]提到功能角色模型是将基本功能单元按照一定关系构成的复杂网络；王川等[165]提到功能角色模型是系统元件按能量流动时的作用关系所组成的复杂网络结构。

本研究中的“功能角色”是指子功能在产品功能集合中的职能体现。通常情况下，一个复杂的机械产品包括不止一项功能。从应用的角度观察，这些子功能受用户的关注程度存在着差异，即其在功能集合中扮演着不同的角色。根据产品子功能（下文中以“功能”进行表述）受关注程度的不同，将功能角色（R）划分为3类：主导性角色（Ra）、次要性角色（Rb）和配备性角色（Rc）。主导性角色受设计人员或用户的关注度高，是标志产品存在价值的关键要素；次要性角色是功能角色组成的重要元素，受关注程度低于主导性角色；配备性角色是常被部分用户忽视的角色，近乎处于“闲置”的状态，是产品的储备性元素。Ra、Rb、Rc三类功能角色的受关注程度依次降低。对已有的产品而言，三类角色受企业关注的程度依次降低，受竞争的强度逐渐降低；对待开发的产品而言，三类角色受研发设计人员的关注程度逐渐降低，被赋予的重视程度逐渐降低。

与Ra、Rb、Rc相对应的功能分别称为主导功能（Fa）、次要功能（Fb）和配备功能（Fc）。通常情况下，对于复杂的产品，具有同种角色的功能不止一项，应用集合的形式分别将其表示为：主导功能集合A={Fa1，Fa2，…，Fap}；次要功能集合B={Fb1，Fb2，…，Fbq}；配备功能集合C={Fc1，Fc2，…，Fcm}。对于已有产品，主导功能、次要功能、配备功能被用户使用的频次依次减少；而对于新开发的产品，通常是由设计人员根据设计目标对3类功能角色赋予功能集合。在对已有产品的功能进行角色划分时，可通过用户使用情况调查、专利分析等方式完成。专利分析工具中包括国际专利分类（International Patent Classification，IPC）[166]排名分析，IPC分类对应着结构、材料等内容，因此，通过对专利IPC技术构成的分析可获知某产品的各子系统或某些特征的研究密集程度。结构与功能间存在着对应关系，因此，通过结构的相对研究密集程度可间接获知产品各项子功能的相对研究密集程度，由研究密集度从高到低分别分配主导性角色、次要性角色、配备性角色。基于IPC技术构成分析划分功能角色的过程如图5.1所示。

图5.1　基于专利IPC技术构成分析的功能角色划分

功能角色（R）包括Ra、Rb、Rc，三类功能角色Ra、Rb、Rc分别对应着功能集合A、B、C，产品的功能总集（F）可描述为F=A∪B∪C。为便于量化描述与比较不同类功能角色在功能集合中的重要程度，提出了功能角色系数的概念。应用IRa、IRb、IRc分别表示主导功能、次要功能、配备功能三类功能的功能角色系数，三者之间存在着这样的关系：IRa＞IRb＞IRc，分别赋予权重值0.5、0.3、0.2，即IRa=0.5，IRb=0.3，IRc=0.2，三者之和为1。功能角色系数的值越大，表明此种角色对产品的重要程度越高。

2.功能层结构

为便于新市场破坏性创新产品的功能差异化设计，提出了功能层结构的概念。根据功能角色的不同，分别将产品的功能归置于相应的存储层，进而建立功能层结构。如图5.2所示，应用空间坐标系OXYZ来表示功能层搭建的空间，平面XOY是功能层结构建立的基底，平面OABC、DEFG与侧平面OAED、OCGD、BCGF、ABFE6个平面所围成的封闭立体空间为功能层结构建立的有效空间。有效空间被平行于平面OABC的平面HIJK、MNPQ分割为3部分，由平面OABC、平面HIJK及平面OAIH、ABJI、BCKJ、OCKH相交构成的主导功能层，用来储存主导功能Fa1，Fa2，…，Fap，此层是功能层结构的根基，是分析或建立功能层结构的首要操作对象。平面HIJK、平面MNPQ及平面MHIN、NPJI、PQKJ、MQKH相交构成的封闭空间为次要功能层，用来存储次要功能Fb1，Fb2，…，Fbq，它位于主导功能层的上方，是在主导功能层搭建后进行分析或设计的对象。位于顶层的空间是配备功能层，它由平面MNPQ、平面DEFG及平面DMNE、EFPN、FGQP、DGQM相交构成，用来存储配备功能Fc1，Fc2，…，Fcm。功能层结构沿着Z轴正向建立，处于同一功能层的功能具有相同的功能角色，且三类功能角色的受关注度沿着Z轴正向递减。

功能层结构的建立，既适用于对已有产品的功能角色进行分析，又适用于在新产品开发过程中对功能的设计。在对已有产品的功能角色进行划分、建立功能层结构时，可借助专利检索与分析平台，通过对研究主题下的相关专利进行检索与技术构成分析，从而获知目前市场中对各项功能的研究密度[167]，完成对功能角色的划分。

图5.2　功能层结构(www.daowen.com)

3.新市场破坏性创新设计中功能层结构的建立

新市场破坏性创新产品的功能层结构的建立过程不是针对产品的某项功能进行改进，而是通过对主流产品的功能角色执行动作，“破坏”现有的功能层结构，提供一组异于主流产品的功能集合以吸引新用户的过程。在功能角色分类的基础上，根据新市场破坏性创新的定义及新市场破坏性创新技术的特征，可总结出以下3种对功能实施操作的类型（参照图5.3）。

图5.3　NDI产品的功能层结构建立过程

（1）去除具有某种功能角色的功能。如图5.3中操作①所示，根据设计目标的要求，当原主流产品的功能层结构中存在冗余角色时，采取“去除”操作，包括3种情况：去除具有Ra角色的某项功能；去除具有Rb角色的某项功能；去除具有Rc角色的某项功能。新市场破坏性创新产品设计类型中包括产品功能的简化或单一化设计，尤其在为某用户群体进行产品定制化设计、开辟新市场时，功能简化或单一化的设计特征体现得尤为突出。例如，相对于传统存取款一体机为用户提供存款、取款、转账、缴费等多项服务，自助缴费机并没有停留在对传统存取款一体机的改进设计中，而是另辟蹊径，只提供缴费的功能，以功能单一、操作方便的特征吸引了一部分用户，开辟了新市场。

（2）添加主导性角色（Ra）或次要性角色（Rb）的某项功能。如图5.3中操作②所示，根据设计目标的要求，当角色需要时，添加相应的功能。新市场破坏性创新的目标用户是新用户，这部分用户由于原产品不能满足其需求而未选择购买或使用原产品，原产品所缺少的功能对于主流产品或许是不重要的，但对于新用户是必不可少的，因此它具有主导性角色或次要性角色。例如，世界上第一部拍照手机——夏普和I-PHONE合作推出的J-SH04手机，手机的主导功能是通话功能，而随着数字移动电话技术的出现，使得手机上的集成照相功能成为可能，照相功能的添加激发了部分新用户的需求，这部分用户因为产品具有照相功能而选择购买此产品[78]。由于破坏性创新产品的设计目标是向着结构更简单、体积更小、更易操作的方向发展，因此，在新市场破坏性创新产品的功能层结构建立过程中，不再添加几乎处于闲置状态的配备性功能。

（3）转变某些功能的角色。Ra、Rb、Rc的受关注程度由高到低变化，通过转变功能的角色，调整功能的受关注程度，操作类型包括以下几种（如图5.3中的操作③所示）：Ra向Rb或Rc转变，Rb转变为Ra或Rc，Rc转变为Ra或Rb。新市场破坏性创新改变了产品的性能竞争基础，关注的性能组合有所改变，而性能是功能的表象特征，因此新市场破坏性创新允许产品关注的功能组合产生变化，即转变功能的角色。在转变功能角色过程的单次操作中，移动的对象有且只有一个，角色是“转变”而非“交换”。例如，具有拍照功能的智能手机与美颜手机都具有拍照功能，对于前者，拍照功能的受关注程度不是最高的，功能角色为次要性角色，而对于拍照手机，拍照功能的功能角色被上调为主导性角色，吸引看重拍照功能的用户购买此产品。

产品的新市场破坏性创新设计过程是面向新用户的需求进行产品创新的过程，因此，对主流产品的功能角色调整工作需要由创新设想转化生成的设计目标指导完成。相比于主流产品，新市场破坏性创新产品具有结构简单、体积小、易操作等特征，为减少设计方案产生之后的反复修改工作，新市场破坏性创新产品的功能层结构的建立过程中对功能角色的施加动作须满足以下条件。

（1）功能角色“上调”的功能数量不大于功能角色“下调”的功能数量。“上调”指的是受关注程度提高，在功能层结构中表现为由上层向下层的跳跃，包括：配备性角色跳向次要性角色或主导性角色，次要性角色跳向主导性角色；“下调”在功能层结构中表现为由下层向上层的跃迁，包括：主导性角色跳向次要性角色或配备性角色，次要性角色转变为配备性角色。

图5.4　NDI产品的功能层结构

（2）功能层结构建立结果中的主导功能、次要功能、配备功能的数量依次减少。根据功能角色的差异，在建立新市场破坏性创新产品功能层结构的过程中，应减少配备性功能的数量，以为满足结构简单的设计目标做好准备。在新市场破坏性创新产品的功能层结构中表现为三类功能角色的存储空间逐渐减小，功能存储空间呈现出锥台形状，如图5.4所示。

当操作执行结束后，各功能层获得了新的功能集合，对各功能层的功能进行统计，NDI设计主导功能层的功能集合A={F′a1，F′a2，…，F′ap}，次要功能层的功能集合B={F′b1，F′b2，…，F′bq}，配备功能层的功能集合C={F′c1，F′c2，…，F′cm}。