QFD与DOE集成

1基于质量设计的QFD与DOE集成模式研究——中国制造企业运作方法浅析摘要：面向质量的设计是一种面向产品质量的设计理念，强调在产品设计阶段，运用合理的理论与方法，准确把握市场需求。本文在比较、分析质量功能展开(QFD)与试验设计(DOE)两种方法的基础上，提出了将两者集成应用的设计思想与集成框架，这不仅能弥补单一一种方法的不足，而且能更好提高产品的设计质量。关键词：质量设计，质量功能展开，试验设计1引言产品设计是制造业的灵魂，也是企业生存和持续发展的内在动力。这是因为产品质量首先是设计出来的，其次才是依靠先进的制造技术生产出来的。在产品设计阶段所做的设计决策对整个生命周期的质量和成本影响最大，至少80%的产品质量是在设计阶段决定的。设计决定着产品的固有质量，产品设计质量的好坏最终决定了产品能否满足顾客需求、能否为企业和社会带来效益。因此，要提高产品质量必须从头做起。于是，“面向质量的设计”应运而生。面向质量的设计(DesignforQuality,DFQ)的概念产生于20世纪80年代末，基本思想是将产品质量需求和质量特性融入到产品设计过程中，在设计过程中准确地把握市场和顾客需求，全面考虑产品整个生命周期内各个阶段的质量需求与质量目标，确保设计质量，缩短设计时间，降低设计成本。其中，如何将顾客需求转化为可量化的设计特性是一个良好设计所必须具备的重要特征。在目前的设计理论中，质量功能展开(QualityFunctionDeployment,QFD)可以解决“做什么”的问题，试验设计(DesignofExperiment,DOE)可以解决“怎么做”的问题，将两者进行有机的结合，能为产品面向质量设计提供强有力的集成化支持工具。为此，本文将对两者的集成模式进行分析和研究。2QFD与DOE集成的理论基础2.1QFD20世纪70年代日本企业最早应用质量功能展开(QualityFunctionDeployment,QFD)，并取得了显著的效果，80年代被引入美国，后来逐渐推广到其他国家。QFD是一种将顾客需求和产品质量紧密联合起来的产品设计方法，2在产品开发设计和实施过程中，它要求始终围绕顾客的需求。QFD的具体做法是把顾客对产品的要求，首先转化为产品的功能特性，并把功能特性进一步展开成所需要的要素技术，通过明确所需要的要素技术及其重要程度，为产品设计和工艺设计指明方向。它通过图表和数据，形象地为产品开发各个阶段的设计决策提供依据。QFD的核心组成部分是质量屋(HouseOfQuality,HOQ)，它是QFD的载体，如图1所示，采用矩阵的瀑布式分解，建立顾客需求和设计需求之间的关系，并支持设计及制造的全过程。图1质量屋的构成QFD是把顾客所有与产品相关的信息收集起来，并且把产品的一些重要问题、相关特征及目标价值追溯到顾客需求中，使之达到一致性，从而减少顾客需求和产品制造商之间存在的隔阂。QFD作为一种顾客驱动的产品系统设计方法，可以有效地保证将需求准确无误地转化为下一阶段的要求。因此，在产品开发过程中引入QFD，可以保证在产品整个寿命周期内，顾客的需求不被曲解，避免不必要的冗余功能，减少在使用过程中的维修和运行消耗，使企业产品在最大限度满足需求的情况下，获得最大的经济效益和社会效益。2.2DOE试验设计(DesignofExperiment,DOE)是一种用于安排试验、分析试验数据的数理统计方法。发展到今天，主要形成了两个主流支派：一个是以美国统计学家G.E.P.Box为代表所研究的经典试验设计，主要包括比较试验、全因子试验(或析因试验)、部分因子试验、响应曲面模型(ResponseSurfaceMethod,RSM)等；另一个是日本质量管理专家田口玄一(Taguchi)博士提出田口方法(TaguchiMethod)，他成功地将试验设计与成本概念结合起来，并提出了三次设计、损失关系矩阵技术矩阵设计要求相关矩阵及其重要性顾客要求计划矩阵3函数、信噪比、内外表等概念。虽然这两种试验设计方法所采用的技术不尽相同，但都利用了统计方法实现产品、工艺稳健性设计及优化。DOE是一个主动的设计行为、一种线外质量控制方法。其目的在于理解输入和输出之间的关系，找出影响产品、工艺质量特性的主要因素，并确定产品、工艺质量特性的最优水平与控制范围，从根本上提高了产品的质量与性能。3QFD与DOE集成模式研究由前述可知QFD与DOE都有其特有的主要功能，QFD是根据顾客的需求来开发产品，层层展开，保证设计的质量与可靠性。DOE是通过对试验设计数据的统计分析，找出性能最稳定、成本最低廉的设计方案，从而更好的满足顾客需求。但两者具有相同的目的：都是以顾客满意、社会损失最小为驱动，寻求减少质量损失的途径，提高设计质量，生产符合顾客要求的产品。它们从不同的角度、不同的方面对产品质量设计进行了保证。因此，将QFD与DOE集成一体，用于产品设计质量控制，将有助于优化产品的设计、开发与制造过程，改进和提高产品质量。QFD和DOE之间的集成，并不会打乱原有的产品开发过程，而是在现有的产品开发过程的基础上，将其融入其中。产品开发过程包括明确任务、概念设计、初步设计、详细设计四个阶段，如图2所示。它是QFD和DOE集成的基础，四个阶段既可以顺序进行，也可以并行进行。QFD和DOE在此基础上，将各自的理论和方法融入产品开发过程，为产品开发过程的各个阶段提供有力的支持。图2产品设计质量过程首先，在传统的QFD中，分辨不同产品的质量特性之间、产品质量特性与过程质量特性之间、零件质量特性和过程参数之间的关系时，通常是根据人的经市场调查产品设想可行性分析明确任务概念设计初步设计详细设计功能结构设计工艺技术设计系统功能分析原理方案设计初步结构设计总功能分析功能分解功能组合质量策划质量问题分析质量目标分解质量要素优化4验确定的。特别是在“计划矩阵”阶段，通常会聘请专家或顾客对本企业和竞争企业的产品就每一项顾客需求进行评价，评价采取给产品的每项顾客需求赋予不同分值的做法，分值越高表明企业产品在满足顾客需求方面做得越好。由于评价人员的主观性，上述评价方法存在一定的误差，因此，需要依据客观的标准对不同企业产品满足顾客需求的情况讲行评定，方法是利用试验设计中田口方法里的质量损失函数来确定不同企业的产品在顾客心目中的价值，损失越小，说明企业产品的稳定性越好，顾客对产品的评价越高。这样，企业能够定量确定产品的质量。同时，在QFD的“顾客要求及其重要性”阶段，也可利用试验设计方法，选取现有产品的不同质量特性作为因子，以质量特性的不同特性值作为水平，进行因子试验，通过数理统计了解现有质量特性的哪些特性值是顾客需求的，使新产品的开发设计更具有针对性。其次，DOE这一工具的主要作用就是确定产品或过程的目标值与其影响因素之间的相关关系，在产品和过程的设计与开发阶段被广泛应用，但DOE作为工程上的一种工具，对顾客的需求考虑较少。通过与QFD的集成，可以保证DOE更加符合顾客驱动的目标。因此，综合应用QFD和DOE两种工具可以弥补各自的不足，使其长处得以更好的发挥。具体的基于QFD和DOE集成模型，如图3所示。5图3QFD与DOE集成模型4结论虽然QFD与DOE各自存在着局限性，但是两者又存在着相似性，因此，将两者集成使用，能够互相弥补各自的缺陷，发挥更大的优势。QFD与DOE的集成模式是一个强大的产品设计和质量控制工具，它从不同侧面、不同角度保证了产品设计质量，并使生产出的产品更加符合顾客的要求。随着21世纪的到来，市场竞争日趋激烈，企业的研发人员和工程师等更应了解和掌握这一方法，并将其应用于实际工作中，开发、设计出满足顾客需求的高质量的产品，这样才能使企业始终保持竞争优势。生产计划阶段制造要求工艺参数零件设计阶段零件特征设计要求产品规划阶段设计要求顾客要求工艺设计阶段工艺参数零件特征田口方法经典试验设计6参考文献[1][2]