（系统工程专业论文）供应商参与下零部件选择及质量屋规划优化器的研究.pdf

东北大学硕士学位论文摘要 供应商参与下零部件选择及质量屋规划优化器的研究 摘要 随着经济全球化和信息技术的高速发展，制造业作为一个体现国家的经济和科技水 平的重要行业，越发显得重要。现代制造业发展的重要趋势是将信息技术、自动化技术、 现代管理技术与制造技术相结合，带动产品设计、制造方法和制造工具的创新，实现产 品设计、制造和管理的信息化和集成化。产品设计与开发，特别是如何在最短的时间里 开发出高质量、低成本、高顾客满意度的新产品已经成为制造企业赢得市场竞争的重要 因素。质量功能展开( q u a l i t yf u n c t i o nd e p l o y m e n t ，q f d ) 技术是系统工程技术在新产 品开发中的应用，是用于新产品开发的质量保证的一种方法。近年来许多国内外学者对 q f d 做了深入的研究与应用。传统的产品开发方式主要是局限在企业内部独立进行，供 应商的积极性和核心设计、开发和生产能力得不到发挥。在基于q f d 的产品质量规划 与设计中，考虑供应商的参与，包括信息共享、零部件和工艺任务分解、零部件规划和 工艺规划等，发挥供应商在新产品开发的质量规划与设计中的积极作用，可以保证产品 质量，降低开发成本缩短开发周期。 本课题作为国家自然科学基金项目( 7 0 4 7 1 0 2 8 ) “供应商参与下基于q f d 的新产品开 发过程规划的优化理论与方法”、教育部优秀青年教师资助计划( 教人司2 0 0 2 - 3 5 0 ) “客 户和供应商参与的新产品质量优化设计关键技术研究”和沈阳市科学基金 ( 1 0 2 2 0 3 6 1 - 0 3 ) “基于i n t e m e t 客户参与的新产品品质设计方法”的重要组成部分，主 要侧重供应商参与下可替代部件的综合评判与选择方法及质量屋规划优化器的研究。本 研究对于供应商参与的新产品开发过程的决策分析理论和方法有重要的学术研究价值。 本学位论文的主要研究工作包括以下几个方面： 1 ) 系统地总结和分析了基于q f d 的新产品开发过程中零部件规划的理论、方法和 工程应用； 2 ) 论述了供应商参与新产品开发过程的必要性，提出供应商参与下零部件规划的 总体过程及基本思路： 3 ) 供应商参与下可替代零部件评价与选择方法的研究，属于理论和方法研究；提 出了供应商参与下可替代部件的评半q 方法与选择模型：以定量的方法来表示可替代部件 一一 东北大学硕士学位论文 摘要 之间的融合程度； 4 ) 结合一个信息系统的升级实例，说明和分析了供应商参与下可替代部件的选择 方法的应用； 5 ) 分析和设计了质量屋规划优化器，包括工作流程、系统功能、体系结构及数据 库。 关键词：质量功能展开( q i ) ；质量设计与规划；模糊综合评判；可替代部件选 择方案；o - 1 整数规划，供应商参与。 i i i 查! ! 垄兰堡主鲎堡垒圭 垒堕! 竺! s t u d yo ns e l e c t i o no f p a r t si ns u p p l i e r si n v o l v e dn p da n dh o q p l a n n i n go p t i m i z e r a b s t r a c t w i t hr a p i dd e v e l o p m e n to fe c o n o m i cg l o b a l i z a t i o na n di n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y , b e i n g r e p r e s e n t a t i o no fac o u n t r y se c o n o m i cs t r e n g t ha n dt e c h n o l o g yl e v e l ，m a n u f a c t u r i n gi sm o r e i m p o r t a n tt h a ne v e r a ni m p o r t a n td e v e l o p m e n tt r e n do fm o d e mm a n u f a c t u r i n gi st op r o p e l i n n o v a t i o no f p r o d u c td e s i g na n dm a n u f a c t u r i n gm e t h o d sa sw e l la st o o l st or e a l i z ei n t e g r a t i o n a n do p t i m i z a t i o nf o r p r o d u c td e s i g n ， m a n u f a c t u r i n ga n dm a n a g e m e n tb yc o m b i n i n g i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y , a u t o m a t i o n , m a n a g e m e n ts c i e n c ea n dm a n u f a c t u r i n gt e c h n o l o g y n e w p r o d u c td e s i g n , p a r t i c u l a r l yh o w t od e s i g nn e w p r o d u c tw i t hh i 曲q u a l i t y , l o wc o s ta n dh i g h s a t i s f a c t o r yi sv e r yi m p o r t a n tf a c t o rf o re n t e r p r i s e ss u c c e s si nc o m p e t i t i o n q u a l i t yf u n c t i o n d e p l o y m e n t ( q f d ) i saw e l l - k n o w nc u s t o m e r - o r i e n t e dm e t h o d o l o g y , w h i c hi sw i d e l yu s e dt o a s s i s td e c i s i o nm a k i n gi np r o d u c td e s i g na n dd e v e l o p m e n ti nv a r i o u st y p o so fp r o d u c t i o ni n r e s p o n s et ot h e v o i c eo fc u s t o m e r ( v o c ) ”a n dt oa s s u r et h eq u a l i t yo f t h ed e s i g n e dp r o d u c t ， a n dt h u sr e c e i v e dm a n ya t t e n t i o n sb yp r a c t i t i o n e r sa n da c a d e m i c i a n sr e c e n t l y t h et r a d i t i o n a l m o d eo fn e wp r o d u c td e v e l o p m e n tf r , r v n ) i sd e v e l o p e di ne n t e r p r i s ei n t e r i o rw i t h o u t c o n s i d e r a t i o no fs u p p l i e r s i n v o l v e m e n t ，a n dt h u ss o m ei n f o r m a t i o no np a r t ss u p p l i e r s ，e g d e s i g nc a p a b i l i t ya n dp r o d u c t i o nc a p a c i t y , r e p u t a t i o ne r ec a nn o tb ea c c e s s e d , r e s u l t si n u n r e l i a b l ep r o d u c tq u a l i t y , h i g hc o s t ，l o n gd e v e l o p i n gt i m e d u r i n gt h ec o u r s eo fp r o d u c t q u a l i t yp l a n n i n ga n dd e s i g n , t oc o n s i d e rt h ee f f e c t so fs u p p l i e ri n v o l v e m e n tw h i c hi n c l u d et o s h a r ei n f o r m a t i o na n dt od e c o m p o s et h ea s s i g n m e n t so fp a r tp l a n n i n ga n dp r o c e s sp l a n n i n g a n dt om a k eu s eo fp o s i t i v ea c t i o n so fs u p p l i e r si nt h ep r o c e s so fn p dc a na s s u r ep r o d u c t q u a l i t y , r e d u c ed e s i g nc o s ta n ds h o r t e nt h ec y c l eo f p r o d u c td e v e l o p m e n t s o m e o v e r s e a sa n d d o m e s t i cr e s e a r c h e r sa n de x p e r t si ns o m ee n t e r p r i s e sh a v ep a i dm o r ea r e n f i o nt ot h ei s s u eo f s u p p l i e ri n v o l v e dn p d ( s i - n p d ) a sa ni m p o r t a n tc o m p o n e n to f n a t u r a ls c i e n c ef o u n d a t i o no f c h i n a ( 7 0 4 7 1 0 2 8 ) ，e n t i t l e d q f d b a s e do p t i m i z a t i o nt h e o r ya n dm e t h o d sf o rn e wp r o d u c td e v e l o p m e n tp r o c e s s p l a n n i n gw i t h i ns u p p l i e r si n v o l v e m e n t ，t h e e x c e l l e n ty o u t ht e a c h e rp r o g r a mo fm i n i s t r y o fe d u c a t i o no fc h i n a ，n a m e da s p i v o t a lt e c h n o l o g i e so nn e wp r o d u c tq u a l i t yo p t i m a l i v 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t d e s i g ni nc u s t o m e r sa n ds u p p u e r si n v o l v e dn p d a n dt h en a t u r a ls c i e n c ef o u n d a t i o no f s h e n y a n gc i t y m e t h o d so fc u s t o m e ri n v o l v e dn e wp r o d u c tq u a l i t yd e s i g ni n i n t e r n e t e n v i r o n m e n t ，t h i st h e s i sf o c u s e dt h ei s s u eo nt h em e t h o do ff u z z ys y n t h e s i se v a l u a t i o na n d s e l e c t i o no fta l t e r n a t i v ep a r t sa n dd e v e l o p m e n to fh o qp l a n n i n go p t i m i z e rw i t h i ns u p p l i e r s i n v o l v e m e n t t h ef i n d i n go ft h i st h e s i si sv e r yi m p o r t a n tt ot h er e s e a r c ho fd e c i s i o na n a l y s i s t h e o r ya n dm e t h o d sa n dp o t e n t i a la p p l i c a t i o n si nt h en p dp r o c e s s 丽t 1 1s u p p l i e ri n v o l v e m e n t s t h em a i na c h i e v e m e n t so f t h i st h e s i sa r eg i v e n 器f o l l o w s 1 ) t h et h e o r y , m e t h o d sa n de n g i n e e r i n ga p p l i c a t i o n so fp a r t sp l a n n i n gi ns u p p l i e r s i n v o l v e dn p db a s e do nq f di ss y s t e m a t i c a l l ya n a l y z e da n ds u m m a r i z e d 2 ) t h en e c e s s i t yt h a ts u p p l i e ri n v o l v e di nn p di sd i s c u s s e da n dt h eo v e r a l lp r o c e d u r e s a n db a s i cp r i n c i p l eo f s u p p l i e ri n v o l v e dn p d a r e p r o p o s e d 3 ) b e i n gt h e o r e t i c a lc o m p o n e n t so f t h et h e s i s ，t h em e t h o d so f e v a l u a t i o na n ds e l e c t i o no f o p t i o n a lp a r t sa r ef o c u s e d a 矗l z z ys y n t h e s i se v a l u a t i o nm e t h o da n da n0 - 1i n t e g e r p r o g r a m m i n g - b a s e ds e l e c t i o nm o d e la r ed e v e l o p e d , b yw h i c ht h er e l a t i o nb e t w e e n t w oo p t i o n a lp a r t sa r ee x p r e s s e di naw a yo f c o n s i s t e n c yd e g r e e 4 ) ae a s es t u d yi sm a d et oi l l u s t r a t et h ea p p l i c a t i o no ft h ee v a l u a t i o na n ds e l e c t i o n m e t h o d so f o p f i o n mp a r t st oa p r o j e c to f i n f o r m a t i o ns y s t e mu p d a t e si na ne n t e r p r i s e 5 ) s y s t e ma n a l y s i sa n dd e s i g no f h o qp l a n n i n go p t i m i z e ri sc o n d u c t e d , w h i c hi n c l u d e st h e w o r k _ f l o w , f u n c t i o n a lc o m p o n e n t ，s y s t e ms t r u c t u r ea n dd a t a b a s e k e yw o r d s ：q u a l i t yf u n c t i o nd e p l o y m e n t ；h o u s eo fq u a l i t y ；f u z z ys y n t h e s i se v a l u a t i o n ； p a r t ss e l e c t i o ns c h e m e ；0 - 1i n t e g r a lp l a n n i n g , s u p p l i e ri n v o l v e m e n t v 东北大学项士学位论文 第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究背景及意义 在全球化、信息化的大浪潮下，当今世界的经济格局发生重大变化，市场结构不断 完善制造业，作为直接创造财富的行业，在各个经济实体中的位置越发显得重要，它 不但能反映一个国家的经济实力，而且映射出一个国家的科技实力，映射出一个国家对 国际市场的把握程度。当今国际市场的特点，顾客的喜好变化无常，产品的种类日益繁 多，产品的生命周期越来越短，对产品质量的要求越来越高，产品的生产越来越模块化， 产品成本结构也发生了重大的变化。市场竞争推动了整个社会的进步，使技术得到了空 前的发展。 制造业的竞争越来越激烈。面对严酷的生存环境，参加激烈的市场竞争，弗在竞争 中求得生存和发展，已成为所有制造企业追求的共同目标。要程这样残酷的市场中得以 生存帮疑丈，产晶的葳爨不容忽视，它是提裹众韭露璐竞争能为的重蘩因素。众韭必缀 在不断竞争中以它的质爨优势由领市场，获得最大的效益。但怒无限制的不断提高产晶 凄量势苓理实，氇苓符会褰家懿利益，覆显枣璐嚣求煞遽势是产菇豹耀户证，越寒越多 的客户希望按照他们的臻求和偏好而不是设计人员的想法来设计和生产产品，这样在有 限豹成本下最丈蘸满是颟客需求，便是企韭争夺市场静鏊奉措旒。僚j 蘸颓窖耱器求变化 莫测，如何正确把握顾客的心璁和市场的脉搏，就成了捷业的熬要挑战；企业还需要搬 熟悉了顾客的心理以后，使得众业豹产龋结构和生产制造方式随其一起调整，不断地设 计和生产出符会顾客心理的畅锩产品，与其产嫩共鸣。因此新声晶设计与舞发，特别是 如何以煅短的时间开发出高质激、低成本、顾客满意度高的新产品已经成为制造企业赢 撂索拯爨争熬繁要因素。 新产品开发( n e wp r o d u c td e v e l o p m e n t - n p d ) ，包括市场研究、产晶规划岛质量设 计、样本、测试、翻造簿多令输袋，涉及对淘、技拳、傣意、物辩、资鑫、夭为、霞耋、 成本等多因素，过程复杂，处珊信息量大。这就要求创造一种先进的技术和规划工具以 确傈新产箍开发成功和谈顾客满意。质鬣功能袋开( q u a l i t y f u n c t i o n d e p l o y m e n t ，简称 q f d ) 技术【，是系统点程技术在瓤产晶开发中的应用，它不假可以用予产品生产的质 量控制，而且可以用予新产品汗发，确保产品开发全过程的质麓。q f d 把顾客的需求 ( v o i c e - o f - c u s t o m e r - - v o c ) 转识失设计工程甥浆语塞，透过产晶援划、零部传筑划、 工艺规划和生产规划将质量控制转换成可度量的产品。q f d 技术已经成为确保新产品开 东北大学硕士学位论文第一章绪论 发质量不可或缺的工具，成为满足顾客需求的重要方法和规划手段( 1 2 , 3 _ j ，丘7 ，引。因此，采 用q f d 技术可以有效地帮助规划与管理新产品的开发和设计，从而解决新产品开发中 的关键问题【2 】a 基于q f d 的新产品开发过程规划的核心任务是综合考虑在有限的开发时间、成本 与资源的条件下，如何尽可能的提高产品的质量，因此对于质量的规划与设计是新产品 开发规划的关键点。而质量规划与设计的主要内容是以顾客需求( c u s t o m e r r e q u i r e m e n t s - c r s ) 为源头，并且合理构建和运用产品的质量屋( h o 璐eo f q u a l i t y - h o q ) ， 确定与新产品质量息息相关的关键工程特性( e n g i n e e r i n gc h a r a c t e r i s t i c s e c s ) 、零部件 特征和工艺特征值及关键工艺参数等。顾客对于产品的设计和生产并不了解，所以顾客 需求表达的含糊性和非清晰性，而且其他关联矩阵之间也存在复杂的关系，包括表述的 模糊性、相关性以及非线性性等，于是在综合考虑有限的成本、时间、资源等因素的情 况下确定新产品工程特性值、零部件和工艺特征值及关键工艺参数、任务分解与分配、 部件匹配与组合、工艺方案的选择与评价、设计资源优化分配等是新产品开发规划与质 量设计决策要解决的关键问题 i , 3 , 6 , 9 , 1 0 , 1 1 , 1 2 , 1 3 ，1 4 , 1 5 , 1 6 , 1 7 l 。目前国内外对这些问题的研究多数 局限于产品规划层，且以确定性模型和传统优化方法为主，没有考虑零部件规划和工艺 规划层的优化设计以及产品规划、零部件规划和工艺规划的集成优化【2 】。 另一方面，随着经济的全球化，制造行业的生产的分工越来越细致，不可能在作为 个独立的生产个体而自行完成从最原始的生产材料到完整产品的制造过程。而现有的 新产品开发理论主要是局限在企业内部独立进行，基于q f d 的产品设计与规划没有全 面地考虑到供应商的参与，供应商对产品设计的早期的积极性和作用没有得到体现和发 挥。零部件的质量、成本、开发时阃以及供应商的供货可靠性和信誉等信息不能作为新 产品设计考虑的因素：霉部件供应商的核心设计、开发和生产能力没有纳入到新产品设 计的指导因素的框架内；零部件供应商不能参与产品零部件和工艺的设计和开发- 这样 使产品规划与零部件规划分离，产品设计与生产分离，使产品的质量得不到可靠的保证， 必然会导致开发成本高，开发周期长。随着网络技术的迅猛发展，企业的研发、生产、 分销和售后服务活动结合的更为紧密，使得企业对外部市场( 包括原材料市场和半成品 市场) 的反应更为敏捷、迅速；对供应商的信息把握的更为准确和及时，为供应商参与 产品设计提供了良好的环境【1 4 ，1 8 旧1 。 虽然目前国外已经开始就供应商参与对新产品质量、开发成本与时间、顾客满意等 方面的影响等进行研究，但基本都是主要局限在问卷调查、案例研究定性分析的方法。 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 没有从定量的角度研究与分析供应商参与对新产品质量设计、开发成本、顾客满意等的 影响；更没有从优化理论的角度研究供应商参与下生产任务分解与分配、零部件和可替 代件选择，部件组合与兼容、工艺方案选择与评价、零部件和工艺特征及关键工艺参数 优化设定方法及资源优化分配等决策问题【2 】。 1 2 研究目标与内容 1 2 1 研究目标 研究的总体目标是在系统地分析和总结基于q f d 的新产品开发过程的基础上，围 绕供应商参与下的零部件规划，针对供应商参与下可替代零部件的评价和选择问题，运 用模糊评价和整数规划的理论和方法、建立考虑部件融合度情况的可替代部件的选择模 型，并且分析设计质量屋规划优化器。 1 2 2 研究内容 本项研究的内容将包括两大部分，一是供应商参与下零部件规划中可替代部件的评 价和选择方法的研究，属于理论和方法研究，需要针对零部件规划问题建立优化模型， 设计开发优化算法；另一部分是质量屋规划优化器的设计与开发，属应用软件系统的设 计与开发。具体包括： 1 1 系统地总结和分析基于q f d 的新产品开发过程中零部件规划的理论、方法和工 程应用； 2 ) 供应商参与下零部件规划方法的研究，属于理论和方法研究；提出供应商参与 新产品下的可替代部件的选择模型；以定量的方法来表示可替代部件之间的融合程度； 3 ) 案例研究。结合一个公司信息系统的升级实例，说明供应商参与新产品开发下 可替代部件选择方法的应用和实施； 4 1 质量屋规划优化器的分析和设计：包括质量屋规划优化器的工作流程和功能需 求，系统功能、体系结构及数据库的设计。 其中，针对前3 个质量屋需要建立优化模型和方法库框架，包括产品规划优化器、 零部件规划优化器和工艺规划优化器。规划优化器提供多种优化模型和优化算法，以支 持设计人员针对不同的情况，选择相应的模型和算法。要求具有友好的人机界厩；提供 模型的描述、适用范围与环境、模型参数的录入与修改、编辑；提供界面便于调整和修 改设计方案。 东北大学硕士学位论文第一章绪论 没有从定量的角度研究与分析供应商参与对新产品质量设计、开发成本、顾客满意等的 影响；更没有从优化理论的角度研究供应商参与下生产任务分解与分配、零部件和可替 代件选择，部件组合与兼容、工艺方案选择与评价、零部件和工艺特征及关键工艺参数 优化设定方法及资源优化分配等决策问题2 】。 坦研究目标与内容 l - 2 1 研究目标 研究的总体目标是在系统地分析和总结基于q f d 的新产品开发过程的基础上，围 绕供应商参与下的零部件规划，针对供应商参与下可替代零部件的评价和选择问题，运 用模糊评价和整数规划的理论和方法、建立考虑部件融合度情况的可替代部件的选择模 型，并且分析设计质量屋规划优化器。 1 2 2 研究内容 本项研究的内容将包括两大部分，一是供应商参与下零部件规划中可替代部件的评 价和选择方法的研究，属于理论和方法研究，需要针对零部件规划问题建立优化模型， 设计开发优化算法；另一部分是质量屋规划优化器的设计与开发，属应用软件系统的设 计与开发。具体包括： 1 ) 系统地总结和分析基于q f - d 的新产品开发过程中零部件规划的理论、方法和工 程应用； 2 ) 供应商参与下零部件规划方法的研究。属于理论和方法研究；提h 供应商参与 新产品下的可替代部件的选择模型；以定量的方法来表示可替代部件之间的融合程度； 3 ) 案例研究。结合一个公司信息系统的升级实例说明供应商参与新产品开发下 可替代都件选择方法的应用和实施； 4 ) 质量屋规划优化器的分析和设计：包括质量屋规划优化器的工作流程和功能需 求，系统功能、体系结构及数据库的设计。 其中，针对前3 个质量屋需要建立优化模型和方法库框架，包括产品规划优化器、 零部件规划优化器和工艺规划优化器。规划优化器提供多种优化模型和优化算法，咀支 持设计人员针对不同的情况，选择相应的模型和算法。要求具有友好的人机界面；提供 模型的描述、适用范围与环境、模型参数的录入与修改、编辑：提供界面便于调整和修 模型的描述、适用范围与环境、模型参数的录入与修改、编辑：提供界面便于调整和修 改设计方案。 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 1 3 研究的技术路线和方法 研究的方法是先从现有的产品规划和部件规划方法入手，查阅国内外文献，进行总 结和综述：在此基础上研究从集成的角度考虑产品规划和部件规划应该需要考虑的特点 和要求( 如可装配性、可靠性等) 以及需要解决的问题；然后扩展到供应商参与下部件 规划的方法。在这个过程中，首先需要从定性地角度研究供应商参与的形式、作用等( 有 现成的参考资料) 、再考虑扩展到定量的方法然后将这些特点嵌入到以前的部件规划方 法中，着重解决其中的几个问题，如零部件任务分解与规划问题、设计方案选择与评价 问题、具有可代替件( o p t i o n ) 的部件选择问题，建立相应的模型和求解算法。 研究的阶段分为两条主线并行进行，划分如下： 主线一理论研究 第一阶段搜集资料与整理参考文献目录。 第二阶段阅读文献。先认真研读国内外相关文献，特别是综述性的文章。系统地 总结和评述前人的工作，包括优势和问题。 第三阶段总结与开题。在前两个阶段基础上，指出一些重要的主题( 包括问题的 扩展、模型的改进) ，结合目前提出的新的算法或方法研究，并提出可能的解决思路和 方法。 第四阶段技术研究针对具体的潜在问题，逐个从技术上研究解决。小结并撰写研 究报告、研究方法、方案、讨论与研究结果。 第五阶段工作总结与学位论文写作。 主线二软件系统的分析和设计 第一阶段分析产品优化器的工作流程与功能需求。分析过程中要结合系统的其他 部分，整体考虑功能需求和可能的功能扩展，由上至下，由主至次，有整体到局部地逐 步分析需求。 第二阶段设计软件模块的数据结构和功能接口。数据结构的设计要基于不破坏和 尽量利用原有系统的数据结构的原则进行，这就要首先对原有系统的数据结构有深入的 了解。 第三阶段根据前两个阶段的工作，完成软件实现的总体设计方案和详细设计方案。 1 4 研究成果 本文以q f d 基本理论为研究基础，对q f d 零部件规划过程及其方法进行了深入、 4 一 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 系统地分析，提出了一些新的观点和方法。研究工作主要包括以下几个部分。 1 ) 总结和分析了基于q f d 的新产品开发过程的模型和其实现的关键理论和方法； 2 ) 提出基于q f d 的对供应商提供的部件可替代部件配置过程的基本思想：提出描 述和度量可替代部件之间的融合度的新概念；提出供应商参与的可替代部件的模糊综合 评判模型； 3 ) 基于零部件规划质量屋提供的部件权重信息，结合对供应商提供的部件可替代件 的模糊评判得到的可替代部件的权重信息，提出部件可替代件的选择过程规划的0 1 整 数规划模型；此模型结合产品规划和部件规划质量屋的信息，综合考虑设计预算和技术 约束； 4 ) 结合一个信息系统的升级实例，说明和分析了供应商参与下可替代部件的选择 方法的应用； 5 ) 完成了质量屋规划优化器的分析与设计。 东北大学硕士学位论文 第二章q f d 简介及其工程应用 第二章q f d 简介及其工程应用 2 1q f d 及其发展过程 质量功能展开技术，是系统工程技术在新产品开发中的应用，是用于新产品开发的 质量保证的方法，确保从开发、设计开始的产品开发全过程的质量。它采用一定的方法 保证将来自于顾客或市场的需求精确无误地转移到产品寿命循环每个阶段的有关技术 和措施中去。促使产品开发人员在产品设计阶段考虑制造问题产品设计和工艺设计交 叉并行进行，因此可使工程设计更改减少4 0 6 0 ，产品开发周期缩短3 0 6 0 ， q f d 强调在产品早期概念设计阶段的有效规划，因此可使产品开发和试制成本降低 2 0 4 0 ：产品整个开发过程以顾客需求为驱动，因此顾客对产品的满意度将大大提 高：通过q f d 的实施，提高全体职工满足顾客需求的意识，对企业的发展有着不可估量 的作用。 2 1 1q f d 的概念 目前尚没有统一的质量功能展开的定义。但对q f d 的如下认识是共同的： 1 ) q f d 最为显著的特点是要求企业不断地倾听顾客的意见和需求，然后通过合适的 方法和措施在开发的产品中体现这些需求。也就是说，q f d 是一种顾客驱动的产品开发 方法。 2 ) q f d 是在实现顾客需求的过程中，帮助产品开发各个职能部门制订出各自的相 关技术要求和措施，并使各职能部门能协调地工作的方法。 3 ) q f d 是一种在产品设计阶段进行质量保证的方法。 4 ) q f d 的目的是使产品以最快的速度、最低的成本和最优的质量占领市场。 一般认为，质量功能展开是从质量保证的角度出发，通过一定的市场调查方法获取 顾客需求，并采用矩阵图解法将对顾客需求分解到产品开发的各个过程和各职能部门中 去，通过协调各部门的工作以保证最终产品质量，使得设计和制造的产品能真正地满足 顾客的需求。简单地说，q f d 是种顾客驱动的产品开发方法。 q f d 是一种用于倾听顾客呼声( v o i c e o f c u s t o m e r ) 的系统性的规划与决策方法，它 将顾客的要求恰如其分地转换成工程设计人员所能理解的产品和零部件的技术特征，以 及配置到制造过程的各工序上和生产计划中，使得设计和制造的产品能真正地满足顾客 需求。q f d 实际上是系统工程理论与方法在产品开发中的具体应用。q f d 的最大优点 东北大学硕士学位论文第二章q f d 简介及其工程应用 之一是能在产品早期设计阶段对产品设计做出有效地规划和预防，从而避免在产品研制 后期出现不必要的返工和重复性工作【2 0 1 。q f d 代表了从传统设计方式( 设计试制一调 整) 向现代设计方式( 主动、预防) 的转变，是系统工程思想在产品设计过程中的具体运用， f 在发展成为具有方法论意义的现代设计理论，成为现代设计方法论的运用典范【2 “。由 于q f d 方法有助于企业提高产品质量、缩短产品开发周期、降低产品成本、增加顾客 满意程度，从而提高产品在市场上的竞争能力，因此，q f d 的应用范围和领域不断扩大， 己被制造企业所广泛接受【2 2 】。 q f d 由多种信息收集，传递技术，决策生产和多次工程实践组成，它从全面分析的 角度出发，通过多种信息的收集获得顾客需求，并采用矩阵图解的方法将对顾客需求的 实现过程分解到产品开发的各个过程和各个职能部门中去，通过协调部门的工作保证最 终产品的质量，使得设计和制造的产品真正地满足顾客需求。 在工程设计的早期阶段，质量的定义对产品有着很大的影响，如果此时质量没有很 好地体现顾客需求，将会导致严重的问题。如果质量最初的定义好，在产品设计阶段和 生产阶段结束、服务阶段开始后，由于满足顾客需求，将要对产品进行修改或再设计， 这样将使最终产品成本持续增加，运用q f d 就可以避免这种情况发生。因为q f d 在产 品设计过程中就增加了同顾客之间的交流，使设计者清楚地认识到顾客真正的需求是什 么，怎样将这些需求转化成质量和工程特性，怎样产生可负担得起的开发目标，怎样将 这些问题与公司的策略、环境方面的要求进行协调等。q f d 虽然不考虑产品开发的全部 细节，但它考虑的是那些满足顾客至关重要的一些问题，帮助设计者找出那些必须作的 事情。因此，q f d 本身尽管不能减少设计时间和工程费用，但运用它可以减少再设计的 次数和工程修改的费用及时间，从而降低最终的工程成本，提高了经济效益。 2 1 2q f d 的起源与发展 q f d 于7 0 年代初起源于日本三菱重工的神户造船厂。为了应付大量的资金支出和 严格的政府法规，神户造船厂的工程师们开发了一种称之为质量功能展开的上游质量保 证技术，取得了很大的成功。他们用矩阵的形式将顾客需求和政府法规同如何实现这些 要求的控制因素联系起来。该矩阵也显示每个控制因素的相对重要度，以保证把有限的 资源优先配置到重要的项目中去。 7 0 年代中期，q f d 相继被其它日本公司所采用。丰田公司于7 0 年代后期使用q f d 取得了巨大的经济效益，新产品开发起动成本累计下降了6 1 ，而开发周期下降了1 3 。 东北大学硕士学位论文第二章q f d 简介及其工程应用 今天，在只本，q f d 已成功地用于电子仪器、家用电器、服装、集成电路、合成橡胶、 建筑设备和农业机械中。 福特公司于1 9 8 5 年在美国率先采用q f d 方法。8 0 年代早期，福特公司面临着竞争 全球化、劳工和投资成本日益增加、产品生命周期缩短、顾客期望提高等严重问题， 采用q f d 方法使福特公司的产品市场占有率得到改善。今天，在美国，许多公司都采 用了q f d 方法，包括福特公司、通用汽车公司、克莱斯勒公司、惠普公司等，在汽车、 家用电器、船舶、变速箱、涡轮机、印刷电路板、自动购货系统、软件开发等方面都成 功应用q f d 的报道。 1 9 7 2 1 9 7 4 年，m i z u n o 在三菱重工生产了最初的品质表，可以显示顾客需求品质技 能与对应的工程特性：1 9 7 5 年，丰田汽车开始应用，1 9 7 7 年应用于丰田全集团；1 9 7 8 年赤尾与水野在日本出版了q f d 的书籍，同本全面应用于各个产业。在美国，1 9 8 3 年 全绿( x e r o x ) 与m i t 最先学习研究q f d ，福特汽车与美国供应学会( a s i ) 最先领会 2 3 1 ；1 9 8 6 年，s u l l i v a n 写了早先具有影响力的q f d 文献，第一个应用案例为冷却感应 器( k e l s e yh a y e s ) ；1 9 8 8 年，哈佛商业评论提出h o q 2 4 艋美国大受欢迎，后来对q f d 的进一步研究也有深远的影响；1 9 8 9 年，密西根出版了q f d 的论文集；1 9 9 3 年，关于 q f d 的学会相继成立。 q f d 除了在美国和日本得到了广泛的应用外，在世界上其他的国家或地区也得到了 应用，其中包括澳洲、北京、巴西、丹麦、芬兰、德国、香港、印度、爱尔兰、以色列、 意大利、韩国、马来西亚、荷兰、苏格兰、新加坡、斯洛文尼亚、瑞典、台湾、土耳其、 英国等。自1 9 9 5 年开始开办q f d 国际研讨会，1 9 9 7 年由赤尾洋二教授主持m i t 组织 起来的跨国学会使得q f d 的技术成为全球化。随着q f d 技术的全球化，有关q f d 的 资源也越来越多，出现了很多q f d 的相关组织，包括研究与培训公司、学会等。 我国在2 0 世纪9 0 年代初期引入了质量功能展开方法，但是主要应用于航空航天、 兵器制造，在其他行业还未得到广泛应用。质量功能展开方法，对降低成本、缩短产品 开发周期、提高产品质量及企业市场占有率都有明显的效果，所以它在美国、日本及许 多其它欧美国家获得了广泛的应用。在中国不少学者进行了这方面的研究，国家也给予 了很大的基金支持，获得了一定的成果。近年来，国家8 6 3 计划c i m s 主题在基础研究 和系统开发方面支持了一些项目，意在推广这种方法在企业中的应用。可以相信，q r d 思想方法在不久的将来在中国民用企业中推广应用有广阔的前景。 随着q f d 的发展，q f d 逐渐形成了三种被广泛接受的模式，分别为综合q f d 模式、 东北大学硕士学位论文第二章q f d 简介及其工程应用 美国供应商协会( a m e r i c a ns u p p l i e ri n s t i t u t e ，a s i ) 的四阶段模式、及劳伦斯成长机会联 盟质量生产力中心( g r o w t ho p p o r t u n i t ya l l i a n c eo fl a w r e n c e q u a l i t yp r o d u c t i v i t y c e n t e r ，g o a l q p c ) 提出的g o a l q p c 矩阵模式。这三种模式代表了q f d 研究和实 践的基本形式，形成了传统的q f d 理论与方法的基础。以上三种模式既有区别又有联 系，综合q f d 模式是起源，而a s i 模式是由其演变而来的。这种演变反映了东西方文 化的差异。q f d 定义的三种模式本质上是相同的，都采用了直观的矩阵展开框架7 1 。我 们在这里所讨论的q f d 模型是以a s i 四阶段模式为基础的。 2 1 3q f d 的应用领域 q f d 最初应用于新产品开发，而且局限于制造业中以装配为主的产品。然而经过二 十几年的发展，在汽车、家用电器、电子仪器、服装、集成电路、合成橡胶、建筑设备、 农业机械、船舶、自动购货系统、软件开发等领域都有成功应用q f d 的报道。q f d 的 应用领域从最初的制造业1 2 5 】己逐步扩展到建筑业( 2 6 】、服务业【2 7 】、软件工程【2 8 1 、战略规 划 2 9 、交通运输 3 0 】等。 在计算机软件开发中，q f d 技术也将发挥重要的作用。q f d 可以用于软件开发， 辅助进行软件需求分析、结构设计和软件测试。 在进行软件需求分析的过程中，运用q f d ，从用户对软件的需求出发，进行展开， 使分析过程可视化，需求分析充分化，需求项目层次化。在软件能力成熟度模型( c m m ) 中，也提出了利用q f d 进行顾客需求分析的思想。 软件结构设计方面，建立功能结构与数据的关系矩阵，进行软件结构的分析和层次 展开，以避免软件结构设计的主观性，提高软件的结构化程度，可以建立软件需求软 件结构要素矩阵，进行软件总体设计方案分析。可以建立软件需求软件结构要素矩 阵，进行软件的总体设计方案设计。 软件测试方面，在软件需求分析质量屋的基础上，进行功能测试计划的演绎展开， 应用抽样检查的方法设计测试用例，根据情景发生的概率确定设计用例的分布和数量， 提高测试的覆盖率。根据软件结构设计质量屋进行结构测试( 白盒测试) 用例的演绎展 开。 质量保证方面，总结上面的需求分析、软件设计和软件测试三个阶段的质量屋进行 质量保证要求的演绎展开【2 0 i 。 q f d 可以用于服务行业。由于服务行业自身的特殊性，q f d 的运用与在制造业中有 东北大学硕士学位论文第二章q f d 简介及其工程应用 所不i 司。 首先，进行广泛的顾客调查，掌握顾客对