功能的表示以及產品效能之間的關係就成為節能設計的首要問題。因此，在現代產品節能設計中，設計人員需要同時面對使用者需求的兩個方面：產品的功能（F）和產品的節能效能（ES），二者共同構建了支援和決定產品節能設計的“F-ES”體系（S）。根據可拓學的可組合性原理[9-10]，“F-ES”體系可形式化的表達為：S=F茌ES。使用者需求的分解對於產品的節能設計是非常有利的，因為在許多產品設計中，在保障產品基本功能的前提下，只需對設計方案中的某些部分做相應的修改或改善，即可大大提升產品效能，從而提高使用者滿意度。
節能產品效能及其表達
運用可拓學有序三元組R=（N，c，v）作為描述機電產品全生命週期能耗模型的基本邏輯單元，稱為節能設計物元。其中N為產品的概念，對不同層次的物元，N可代表不同級別的產品，即可為不同的產品生命週期階段，或具體到某一個生產工藝過程。C為產品特徵，v為產品關於特徵的量值，並把（c，v）稱為特徵元，記為M=（c，v）。當物元R=（N，c，v）中c為功能特徵時，M稱為功能特徵元，記為Mf，同理，當c為效能特徵時，M稱為效能特徵元，記為Mq。產品特徵元由功能特徵元和效能特徵元共同構成，則M=Mf茌Mq。功能特徵元Mf與效能特徵元Mq還可以以子物元的形式出現，還可具體表示為事物元與關係物元。通過上述方法建立的節能設計物元能夠較好的體現“F-ES”體系（S）思想，其中，節能設計物元（R）代表了體系S，功能特徵元（Mf）體現了該體系中的F思想，效能特徵元（Mq）體現了該體系中的ES思想。使用者需求包括客戶對產品功能和效能上的要求，通過物元模型，可以將這些使用者需求按照統一物元（子物元）的形式加以表示，其中每一層為其上一層的子物元模型。
基於共軛檢視的能量元三維識別模型
1基於共軛檢視的能量元三維識別模型
在節能產品設計過程中，為了縮短設計週期，提高其節能效能，必須找出對其節能性起到關鍵影響作用的因素。能量元（Energyunit）：是對產品在全生命週期各階段，對其直接或間接能耗起關鍵作用的效能特徵元。產品節能性的優劣是其能量元作用的結果。能量元的概念具有廣泛的含義，它可以是包含一個特徵元的效能特徵元，也可以是由多個特徵元組成的組合效能特徵元。能量元的有效提取，不僅可以更好的表達產品設計意圖和設計思想，達到規範化的目的，又是對並行設計環境下產品節能設計的有效支援。也就是說，首要解決的問題就是能量元的獲取。可拓學認為，任何物都有對立的兩部分。物的對立性是相對於某一特徵而言的，物關於某特徵的量值是指內部產生正值的部分和產生負值的部分綜合作用的結果，相應的把物關於某特徵的量值取正（負）值的部分稱為物關於該特徵的正（負）部。事物量值的變換引起事物的變換，事物共軛部的變換引起事物功能的改變。產品能量特徵識別模型的技術級別軸主要描述對於產品節能效能等級的作用。給定產品N，特徵為c，能耗值為v，當v（c）≥0時，稱c為N關於節能效能的正部分，記為c+；當v（c）≤0時，稱c為N關於節能效能的負部分，記為c-。N中關於節能性的一切正部分的全體稱為N的正部，記作p（sv）N=c+，N中關於節能性的一切負部分的全體稱為N的負部，記作ng（v）N=c-。面向技術級別軸，產品能量特徵識別模型可記作為N=p（sv）×ng（v）N。
2能量元的拓展
對於產品的節能設計，由於不同的.產品其功能、用途、結構、材料、平均使用壽命等情況的不同，即使相同的產品，由於存在系列化等問題，且工作條件不同，各零部件的能耗在全生命週期各階段也會產生難以估計的變化，這將為產品的節能設計帶來一定的困難。某些產品似乎無法提取能量元，利用可拓學的原理進行拓展，往往可以找到一些相關的方法解決。具體到某一物元或子物元來說，可以對一些無法提取能量元的物元進行可拓變換，找出它們和能耗之間的聯絡，從而間接的獲得待設計產品的能量元。經過對節能設計物元（子物元）變換後得到的能量元，稱為可拓能量元。在尋求可拓能量元時，可通過基本的可拓變換方法，如蘊含分析，積變換、與變換、或變換和逆變換方法。對於一些難於尋找可控能量元的零部件可以通過蘊含式分析進行解決—當上層物元模型中難以尋覓其可控能量元或能量元不符合設計要求時，可以尋找它的下位目標，從最下位的基元進行分析，從而得到上位基元的實現。根據蘊含分析基本原理可得到能量元蘊含系的一般形式，如圖3所示。
實證研究
閥門是流體輸送管路的重要控制裝置，廣泛應用於國民經濟各個領域。如何實現閥門產品的節能設計，是綠色製造領域的重要研究課題。蝶閥產品的物元模型。可以看出，通過提出的方法，運用可拓學蘊含分析方法，可找到閥門產品各零部件的能量元，如端法蘭零件的能量元為：零件材料、零件形狀、零件尺寸、幾何精度、表面狀況等。
結論
進行產品的節能設計是現代綠色設計與製造的當務之急。提出了運用可拓能量元驅動的產品設計方法，對機械產品的功能與效能需求進行可拓學的形式化描述，構建了能量元提取的三維模型，並且給出可拓能量元的求解過程。最後，以蝶閥產品為例，說明該方法在實際機械產品設計中的應用，證明該方法的正確性與實用性。
作者：鄭 輝 吳 越 張付英 單位：天津科技大學 機械工程學院 天津707研究所