1QFD与产品创新设计
QFD是在产品创新设计的早期阶段，依据顾客需求，运用多层次演绎分析的方法将顾客需求转换为产品创新设计开发中的技术参数和技术特性，并采取多种措施对顾客需求的满足予以保证，从而全方位保证产品的适用性的系统方法［13］。QFD提供了一种可将顾客需求转化为对应于产品创新设计的适当的技术要求的途径。QFD技术的运用主要通过构建质量屋的方式来完成顾客需求到产品技术特性的转换［14］，它以顾客需求为依据，抽取与顾客需求相关联的技术特性并探讨顾客需求与技术特性之间的相关关系，从而将模糊和多义的顾客的语言转换成为定义相对明确且可测量的技术的语言。QFD以系统展开表和矩阵图为特征，在产品创新设计开发过程中可视化和定量化顾客需求与产品技术特性之间的映射关系，再通过控制产品技术参数与技术特性使得产品创新设计过程有效满足顾客需求。
2基于QFD的产品创新设计方案评价模型
本文所提出的基于QFD的产品创新设计方案评价模型如图1所示。首先，从顾客原始信息中整理构建层次化结构的顾客需求展开表，并计算顾客需求相对重要度;然后，利用质量屋工具将顾客需求及其重要度信息转换为技术特性重要度信息，并利用技术特性重要度信息构建技术特性组合决策模型，获取可最大化顾客满意度的技术特性组合;接着，运用MATLAB进行备选方案设计;最后，运用优选算法从所有备选方案中筛选出设计方案优选序列。本文提出的基于QFD的产品创新设计方案评价模型其具体实施步骤如下:步骤1获取顾客需求。运用访谈、问卷调查、座谈会等多种形式搜集顾客需求信息。顾客需求的原始信息往往是繁杂、重复和多义的，这就需要运用亲和图法(KJ法)对其进行分析和整理，形成层次化结构的顾客需求展开表。步骤2计算顾客需求相对重要度。将层次分析法用于计算顾客需求之间的相对重要度。逐一对比顾客需求之间的相对重要性，构建判断矩阵。检验判断矩阵的一致性比率(ＲatioofConsistenceIndex，)是否小于等于0.01，并计算顾客需求相对重要度［15］。步骤3构建关系矩阵与自相关矩阵。根据顾客需求抽取与顾客需求相关的技术特性，分析顾客需求与技术特性之间的相关程度，构建相关关系矩阵。同时，考察技术特性之间的相关关系，构建自相关矩阵。步骤4计算修正了的关系矩阵。本文采用Was-serman提出的修正了的关系矩阵计算方法，该计算方法将技术特性自相关矩阵纳入到顾客需求－技术特性相关程度的计算中［16］，可以更为全面地反映产品创新设计方案评价中专家和设计人员的意见，其计算公式为:G，gip———顾客需求与技术特性间的相关关系矩阵;顾客需求i与技术特性p的相关程度;γ，γpj———技术特性间的自相关矩阵;技术特性p与技术特性j之间的相关程度;Ｒ，γij———修正后的顾客需求－技术特性关系矩阵，修正后顾客需求i与技术特性j的相关程度。步骤5获取技术特性的设计成本系数和设计时间系数。假设产品创新设计的总成本为C*，总时间为T*，通过产品创新设计质量屋确定满足顾客需求的技术特性有n项。设变更第j项技术特性值需要投入费用的区间估计为［c－j，c+j］，其中c－j≤c+j;对第j项技术特性进行设计需要时间的区间估计为［t－j，t+j］，其中t－j≤t+j。可以通过引入决策态度因子将区间估计决策信息映射为点决策信息［17－20］。以设计费用cj为例，设cj为对第j个技术特性进行设计的费用，则:εj———设计成本决策态度因子(|εj|≤0.5)，表示设计开发人员对决策问题的态度，可将其分为悲观型、中间型和乐观型，相应的取值范围为－0.5≤εj＜0，εj=0，0＜εj≤0.5。类似地，可以计算技术特性的设计时间系数:步骤6求解整数规划模型。用hj表示第j项技术特性的重要度，也代表设计指标对顾客满意度的贡献度。其计算公式为:Q，qj———技术特性设计决策向量，第j项技术特性的设计决策;Yk，ykj———设计方案k的技术特性设定值向量，设计方案k的第j项技术特性设定值;Y0，y0j———基准产品的技术特性设定值向量，基准产品第j项技术特性设定值;对上述模型进行求解，能够在有限的资源C*和T*的条件下，确定实现顾客满意度最大化的技术特性组合，从而明确了产品创新设计的重点。步骤7计算顾客需求满足度增加率。根据实际需要，按照顾客需求满足度总增加率，选取最优方案排序。运用Mintab15.0进行方案设计，得到个设计方案。第个设计方案带来的顾客需求满足度总增加率为:δk———设计方案k可带来的顾客需求满足度总增加率;λk，λki———第k个设计方案顾客需求满足度增加率(减少率)向量，第k个设计方案第i项顾客需求满足度增加率(减少率)。
3实例研究
3.1分析步骤为进一步验证说明本文所提出的设计方案评价方法，下面以变速器的产品创新设计为例，验证该评价方法的可行性和有效性。步骤1获取、分析顾客需求。顾客需求可根据需要分为几个一次水平的需求项目，每个需求项目再展开为二次水平的需求项目，以此方法定量地逐步导出需求的层级结构。如图2所示。选取九个二层次需求项目纳入变速器产品创新设计质量屋，分别为外型尺寸小(x1)、密封性好(x2)、承载能力大(x3)、速度变化小(x4)、振动噪声低(x5)、传动效率高(x6)、故障率低(x7)、使用寿命长(x8)和维修方便(x9)。步骤2计算顾客需求重要度。两两对比九个顾客需求项目的重要度，得到判断矩阵如图3所示。该判断矩阵一致性比率C.Ｒ.=0.01，顾客需求相对权重如图3所示。步骤3构建关系矩阵与自相关矩阵。根据顾客需求，导出技术特性，分别为外型尺寸(y1)、密封性(y2)、承载能力(y3)、速度变化范围(y4)、最大噪音(y5)、润滑情况(y6)、传动效率(y7)、可靠性(y8)和使用寿命(y9)。关系矩阵G与自相关矩阵γ如图3所示。gip取0－1－3－9，分别表示不相关—弱相关—中等相关—强相关;γpj值区间范围为［－1，1］，γpj取负值表示两个技术特性之间负相关，自相关矩阵γ为对称矩阵。步骤4计算修正后的关系矩阵。根据公式(1)，计算修正后的关系矩阵，得:步骤5利用公式(2)—公式(7)计算技术特性的设计成本系数和设计时间系数。进行技术特性的设计成本区间估计、设计成本决策态度因子估算、设计时间区间估计、设计时间决策态度因子估算，如表3所示。步骤6求解整数规划模型。根据表3中所给出的数据和公式(8)—公式(11)，计算得到技术特性的设计成本系数和设计时间系数，产品创新设计总成本预算为10万元，总时间预算为90天。构建整数规划模型如公式(14)所示，求解得技术特性设计决策向量如表4所示。采用该技术组合的设计成本为9.06万元，设计时间为86.3天。步骤7计算顾客需求满足度增加率。运用Mint-ab15.0中的全因子设计进行方案设计，因子总数为6，各因子水平数为2，总共生成64个设计方案，按照公式计算第k个设计方案带来的顾客需求满足度总增加率δk。按照模型测算值降序，根据实际需要选取前8个设计方案序列为:方案8—方案15—方案13—方案4—方案5—方案20—方案28—方案6，如表5所示。3.2讨论由实例分析可以看出，本模型通过质量屋将影响顾客满意度的因素—顾客需求相对重要度(实例中变速器的九项顾客需求的相对重要度向量为(0.04，0.05，0.23，0.06，0.05，0.16，0.10，0.16，0.17))转化为技术特性的相对重要度(实例中变速器的九项技术特性的相对重要度为(0.13，0.20，0.13，0.06，0.05，0.11，0.10，0.10，0.12))，从而为设计决策如何影响顾客满意度提供了最直接的证据。然后，通过公式(2)—(11)计算各项技术特性的设计成本系数(实例中变速器的技术特性设计成本系数向量为(2.40，1.16，1.15，1.40，2.80，1.90，1.20，0.50，1.25))和设计时间系数(实例中变速器的技术特性设计时间系数向量为(17，10，11，13.8，20.8，15，18，10.4，15.3))，可有效将设计成本和设计时间控制在预算内(实例中设计成本预算为10万元，采用目标技术组合的设计成本为9.06万元;设计时间预算为90天，用目标技术组合的设计时间为86.3天。)同时最大化顾客满意度。最后，利用公式(12)和公式(13)计算不同技术特性值下设计方案所带来的顾客需求满足度增加率。根据不同的技术特性取值，利用MINITAB15.0中的全因子方案设计生成64个方案，按照模型测算的顾客满意度增加率降序排列，得到设计方案的优选序列。从实例的计算过程和计算结果来看，模型涵盖了设计决策过程如何最大化顾客满意度的主要影响因素，可以得出设计方案的优选序列，作为产品创新设计方案评价决策的依据。
4结束语
本文运用QFD的研究框架，构建了由质量屋、0－1整数规划模型、全因子方案设计、顾客满意度评价构成的产品创新设计方案评价模型。该模型运用质量屋实现了产品创新设计方案的定量评价;利用0－1整数规划模型解决了技术特性组合优选的问题;并通过设计方案优选算法筛选出了设计方案优选序列。实例研究表明，该方法可以全面而有效地对产品创新设计方案进行评价和优选，能够得到设计方案的优选序列，并提供丰富的设计评价决策信息。
作者：王娟丽 熊伟 单位：浙江水利水电学院经济与管理工程系 浙江大学管理学院
