六西格玛设计与TRIZ集成和应用研究教材.doc

六西格玛设计与六西格玛设计与 TRIZTRIZ 集成和应用研究集成和应用研究 摘摘 要要 DMADV 是以 6 质量水平为目标的设计方法 DMADV 主要在产品 流程需要重新 设计 或需要对产品 流程进行重大的突破性改进时使用 它按照合理的流程 运用科 学的方法准确理解顾客需求 开发出创新性强的产品 实现 6 甚至更高的质量水平 众 多国内外大型企业通过实施 DMADV 项目 提高了企业的竞争力 为企业带来了巨大的 经济效益 在实施 DMADV 过程中 设计人员常常采用传统方式获取和分析顾客需求 这种方 式偏重于改善已有需求 而很难提出潜在的新需求 在确定产品设计概念时 设计人员 往往因为缺少一种用来生成 评价 选择产品的设计概念的系统化 结构化的方法或流 程而导致产品概念缺乏创新性 竞争力 本论文在分析和研究 DMADV 的基础上 针对在实施 DMADV 过程中的测量顾客需 求阶段及分析产品设计概念阶段存在的一些不足 将 TRIZ 中的需求进化定律 技术进化 定律及其路线 冲突解决原理 物质 场分析及 76 个标准解 9 窗口法等设计方法及工 具集成到 DMADV 中 应用需求进化定律获取 分析已有需求和提出新需求 应用技术 进化定律确定创新性高的产品设计概念 并通过冲突解决原理改善产品设计概念 进而 建立基于 TRIZ 的需求进化定律和技术进化定律与 DMADV 集成模型 本论文首先介绍了 DMADV 以及 TRIZ 的需求进化定律 技术进化定律 冲突解决 原理 物质 场分析 76 个标准解等设计方法及工具 然后将 TRIZ 的相关工具 方法与 DMADV 集成 建立基于 TRIZ 的需求进化定律和技术进化定律与 DMADV 集成模型 最后通过对新型指甲刀概念设计和塑料导爆管自动切割机的改进设计对 DMADV 与 TRIZ 的集成流程模型进行验证 关键词 关键词 六西格玛设计 DMADV TRIZ 需求进化定律 技术进化定律 冲突解决原 理 RESEARCH ON INTEGRATED AND APPLICATION OF DESIGN FOR SIX SIGMA AND TRIZ ABSTRACT DMADV is a design method based on 6 quality level DMADV is mainly used in product need to redesign or breakthrough improvement It s according to reasonable flows using scientific methods to accurately understand needs developing innovative products to achieve 6 even a higher quality level Many large enterprises at home and abroad through the DMADV projects improve the competitiveness and bring the enormous benefits to enterprises In the process of DMADV implementation designers often adopt the traditional way to obtain and analyse needs This way focus on improving the existing needs but it is difficult to put forward new needs In determining the concepts designers often as lacking a systematic structural method or flow used to generate evaluation selection concepts cause concepts lack of innovation competitiveness Based on the analysis and study DMADV aiming at some shortages in the Measure and Analyse integrate the Laws of needs evolution Laws of technological evolution principle of contradiction Su Field Analyse 76 Standard Solutions Multi screen approach into DMADV Application Laws of needs evolution to obtain and analyse existing needs and put forward new needs application Laws of technological evolution to determine design concepts through principle of contradiction to improve concepts then set up DMADV and TRIZ integrated model based on coordination of Laws of needs evolution and Laws of technological evolution This paper firstly introduces DMADV and the related tools of TRIZ and then integrate DMADV and TRIZ set up DMADV and TRIZ integrated model Finally through the novel nail clipper concept design and the automatic shearing machine for the nonel tube to verify the integration model of DMADV and TRIZ KEY WORDS Design for Six Sigma DMADV TRIZ Laws of needs evolution Laws of technological evolution principle of contradiction 目录目录 第一章第一章 绪论绪论 1 1 1 1 课题研究背景 1 1 2 DFSS 研究现状 1 1 2 1 国外 DFSS 研究现状 2 1 2 2 国内 DFSS 研究现状 2 1 2 3 目前 DFSS 存在的不足 3 1 3 课题研究的意义 5 1 4 课题研究的主要内容 6 1 4 1 课题研究的主要内容 6 1 4 2 论文的组织结构 6 1 5 本章小结 7 第二章第二章 六西格玛设计概述六西格玛设计概述 8 8 2 1 引言 8 2 2 DFSS 的产生与发展 8 2 3 DFSS 的定义 9 2 3 1 六西格玛的基本含义 9 2 3 2 DFSS 的定义 10 2 4 DFSS 项目选择及团队组建 10 2 4 1 DFSS 项目选择 11 2 4 2 DFSS 团队组织结构及成员角色 11 2 5 DFSS 的目的及意义 12 2 6 DFSS 的设计流程 12 2 6 1 DFSS 的指导思想 13 2 6 2 DFSS 的设计流程 13 2 6 3 DMADV 模式 15 2 7 DMADV 与 DMAIC 的关系 17 2 7 1 DMADV 与 DMAIC 的联系 17 2 7 2 DMADV 与 DMAIC 的不同 17 2 8 本章小结 18 第三章第三章 TRIZ 概述概述 1919 3 1 引言 19 3 2 TRIZ 的定义 19 3 3 TRIZ 的体系结构 20 3 4 TRIZ 解决发明问题的一般流程 21 3 5 需求进化定律 21 3 5 1 需求的定义 特征及其分类 22 3 5 2 需求进化定律 22 3 6 技术进化定律 24 3 6 1 技术成熟度预测技术 24 3 6 2 技术进化定律 26 3 7 冲突解决原理 28 3 7 1 技术冲突解决原理 28 3 7 2 物理冲突解决原理 29 3 8 物质 场及 76 个标准解 30 3 9 9 窗口方法 31 3 10 本章小结 31 第四章第四章 DMADV 与与 TRIZ 集成研究集成研究 3232 4 1 引言 32 4 2 DMADV 与 TRIZ 集成的必要性和可行性 32 4 3 需求进化定律在测量阶段的应用 34 4 3 1 需求进化定律在测量阶段应用的可行性 34 4 3 2 基于需求进化定律的顾客需求获取及分析 36 4 4 技术进化定律 冲突解决原理等在分析阶段的应用 38 4 4 1 技术进化定律在分析阶段的应用 38 4 4 2 冲突解决原理在分析阶段的应用 41 4 4 3 评价和选择概念 43 4 4 4 基于技术进化定律确定产品设计概念的过程模型 47 4 5 DMADV 与 TRIZ 集成模型 49 4 6 本章小结 52 第五章第五章 DMADV 与与 TRIZ 集成应用研究集成应用研究 5353 5 1 引言 53 5 2 新型指甲刀的概念设计 53 5 2 1 应用背景 53 5 2 2 新型指甲刀的概念设计 54 5 3 塑料导爆管自动切割机的改进设计 58 5 3 1 应用背景 58 5 3 2 塑料导爆管自动切割机的改进设计 58 5 4 本章小结 69 第六章第六章 结论与展望结论与展望 7070 6 1 主要结论 70 6 2 未来展望 71 参考文献参考文献 7272 致谢致谢 7676 符号说明符号说明 缩写词 DFSS Design for Six Sigma 六西格玛设计 DMADV Define Measure Analyse Design Verify 定义 测量 分析 设计 验证 DMAIC Define Measure Analyse Improve Control 定义 测量 分析 改进 控制 VOC Voice of the Customer 顾客之声 CTQ Critical to Quality 关键质量特性 TRIZ Theory of Inventive Problem Solving 发明问题解决理论 IFR Ideal Final Result 最终理想解 Su Field Substance Filed 物质 场 第一章第一章 绪论绪论 1 11 1 课题研究背景课题研究背景 随着经济全球化的发展 科学技术的突飞猛进 产品竞争越来越激烈 企业面临以顾客需求为拉 动的市场环境 如何实现技术和产品的创新 开发出满足新的顾客需求的新产品以及如何提高产品市 场竞争力 已经成为决定企业是否能够长久生存和快速发展的关键 提高企业自主开发能力和加快创 新速度已经成为我国经济结构调整的重要战略任务 企业未来的经济增长点就是持续的开发出满足顾 客新需求的产品 产品首先是设计出来的 先进的管理理论和科学的创新方法是提升企业创新力的核 心和重要保障 因此 企业最关心的问题是通过不断应用具有创新性的理论及其设计工具 方法 最 大程度的开发出满足顾客需求的产品 以及实现企业战略和目标 形成企业核心竞争力 现代质量管理经历了质量检验阶段 统计质量控制阶段 全面质量管理阶段 1 日本企业大力推 行全面质量管理 其产品占领了大部分美国市场 迫使美国企业不得不采取更有竞争力的生产管理模 式 20 世纪 80 年代 Motorola 公司实行了六西格玛管理 DMAIC 给企业带来了前所未有的效益 DMAIC 经过在 GE 公司的发展 现在已经演变成为许多公司文化理念 DMAIC 是以顾客为中心 以质量经济性为原则 以数据为基拙 以近乎完美为目标 实现企业 持续领先和卓越绩效的一套管理系统 DMAIC 核心是以系统科学和统计科学为手段 通过定义问题 测量顾客需求 分析问题的根本原因 改进并优化产品和控制改进的性能等阶段对产品进行改进 2 然而 通过 DMAIC 对流程的改进作用是有限的 产品的质量仍无法无限接近产品的设计质量 即所谓的 五西格玛墙 应用六西格玛设计 DFSS 可以解决 五西格玛墙 的问题 DFSS 是对 产品 流程或服务进行以 6 质量为目标的设计 它作用于产品 流程或服务生命周期的早期阶段 3 DFSS 常用的一个模式是 DMADV 它能将产品 流程或服务设计过程中使用到的方法 工具进行系 统化的整合 用来对产品 流程或服务进行重大改进或重新设计 以满足顾客的需求和期望 DFSS 的目标是激发创新能力 4 DFSS 能够让设计者找出问题的根本原因 提出富有创新性的产 品设计概念 创造出一种鼓励企业与个人快速成长 发展的环境 从而在整体上加快企业创新的速度 增强企业的竞争力量 因此 对 DFSS 进行深入的研究 可使企业在激烈的市场竞争中占据产品设计 和开发领域的制高点 1 2 1 2 DFSS 研究现状研究现状 DFSS 是新产品 新流程的开发与设计方法 能避免企业在设计过程中或设计完成之后想再通过 试错法 质量控制 质量改进等方法来试图提高质量 降低了不必要的成本费用 减少了大量的时间 的浪费 能够为企业提供高额利润 同时能够以高质量的产品 流程或服务为顾客提供最大的价值 为企业在新产品 流程或服务的市场上建立强大的竞争优势 基于上述 DFSS 所能为企业带来巨大的经济效益以及在开发新产品方面的优势 国内外越来越多 的学者对 DFSS 进行了多方面的探索与研究 1 2 1 国外国外 DFSS 研究现状研究现状 Basem El Haik David M Roy 教授 5 对六西格玛改进及六西格玛设计进行了研究 并对在设计流程 中应用到的 QFD DFX TRIZ FEMA 等设计方法和工具进行了详细论述 Subir Chowdhury 4 基于 DFSS 的 IDDOV 模式 采用一种浅显易懂的方式对 DFSS 五大步骤中的任务 采用的设计方法等进行 了论述 Maurice L Berryman Associate 教授 6 通过对比传统六西格玛与 DFSS 的不同 论述了 DFSS 设计流程注重从设计源头解决问题 并通过顾客与产品需求的关系 开发和分析内部需求 制造过程 对产品性能的影响的三个方面解释了 DFSS 设计思想 Larry R Smith 教授 7 建立了基于公理设计四个 设计域和设计过程三个思维层次两者集成的新产品开发模型 研究并确定了在不同设计域和不同的设 计思维层次中采用相应的设计工具和设计方法 并论述了在设计思维结构层采用 DFSS 与 TRIZ AD 集成的方法来进行新产品的设计开发是未来的发展趋势 Geoff Tennant 8 从设计学角度出发 在充分 研究 DFSS 产生的背景和基础框架之下 对 DFSS 设计流程进行了论述 重点研究了顾客需求分析 产品设计概念等内容 Clyde M Creveling 等学者 9 主要论述了六西格玛设计在技术和产品开发中的应 用 针对关键参数管理 创新和概念生成等关键过程进行了深入的研究 并详细阐述了在设计开发过 程中使用的 QFD RD 等工具 Chantal Baril 等学者 10 通过整合可靠性设计和考虑决策者偏好的交互 式多目标方法 开发出一种提高顾客满意度的 DFSS 方法 即基于可靠性的帕累托最优解决方法 这 个方法包括了基于可靠性的优化 稳健设计和多目标优化等领域的许多概念 Carl Berardinelli 等学者 11 通过论述 DFSS 五个设计阶段及其相关工具 如 QFD PMAP Pugh 矩阵等 的应用 阐明了 DFSS 是一个能达到产品无缺陷设计的流程 并用 Delpi 德尔福 公司塑料激光透射焊接的设计过程 进行了实例验证 Yousef Amer Lee Luongd 等人 12 论述了 DFSS 设计流程 5 个阶段的目的及任务 将 DFSS 设计流程与模糊逻辑学相结合 并建立基于 DFSS 流程的供应链管理活动过程模型 用于消除在 订单执行的关键过程中货品延期 损坏等问题 Yang Kai Basem El Haik 教授 3 详细的论述了六西格玛 设计流程在产品开发过程中的具体步骤 对 QFD AD TRIZ DOE 稳健设计 优化设计等工具进 行了详细介绍 并提出了融合多种设计工具和设计方法的六西格玛设计集成模型 Dana Ginn Evelyn Varner 等学者 13 对六西格玛设计流程的 DMADV 模式五个阶段进行了详细论述 并阐述了五个步骤的 目的 意义以及采用的具体的设计工具 使企业在新产品的开发过程中实行 DFSS 有很强的指导意义 Chiao Tzu Huang 等学者 14 论述 DFSS 的 DMADV 设计流程在产品创新设计和提高设计质量方面的优 势 通过对 DMADV 设计流程的步骤及应用进行深入研究 并将提高监控摄像机质量的项目过程按着 DMADV 设计流程的五个步骤进行 从而确定出提高产品质量的方法 1 2 2 国内国内 DFSS 研究现状研究现状 何桢 梁昭磊等学者 15 通过探讨六西格玛设计和六西格玛改进的关系 论述了六西格玛设计的基 本流程 主要工具 并指出企业在实施六西格玛设计过程中存在的一些问题以及注意事项 邵云飞 谢建民等学者 16 深入分析了 TRIZ 与六西格玛设计集成的依据 得出两者的共同点及互补点 分别从 TRIZ 六西格玛的角度出发 建立并研究了 TRIZ 与 DMAIC 的集成框架以及 TRIZ 与 DMADV 的集 成框架 朱正礼等学者 17 通过阐述 DFSS 模式的步骤及其在技术创新中的作用 结合新能源汽车电子 产品的要求 通过设计实例表明 DFSS 是提高产品质量和竞争力的重要推动力 顾青峰 18 通过论述 TRIZ 冲突解决原理以及六西格玛设计中 DMADV 模式产品开发的设计流程 提出了一套 TRIZ 在 DMADV 中解决问题的模式 可有效的激发设计灵感 缩短设计时间 得到最佳方案 戴雀桥 祁明 19 在分析了六西格玛改进和六西格玛设计流程的基础上 针对企业在实施六西格玛管理过程中创新力 度不够的情况 将 TRIZ 应用到企业的创新模型中 帮助企业实现质量与创新的双赢 邹峰 20 通过对 DFSS AD TRIZ 稳健设计等设计理论的深入分析与研究 提出了以 AD 设计过程为主线 融合 TRIZ QFD 稳健设计等设计工具与方法的公理化六西格玛设计的方法 马彦辉 何桢 21 通过论述 QFD TRIZ 和 DOE 的相关知识 分析了其集成的可能性 提出了基于 QFD TRIZ 和 DOE 集成框架 的 DFSS 模式 并以此作为将顾客需求转化为可量化的设计特性的重要支撑工具 陈娜 朱玉锋 22 分 析了六西格玛改进 六西格玛设计各个阶段在实施过程中所存在的问题和遇到的瓶颈 论述了 TIRZ 中的重要工具与六西格玛结合的可行性 并在此基础上提出了如何具体的解决问题的模式 赵有 23 针 对 DFSS 中缺乏对顾客需求获取及分析深入研究的问题 提出了基于 Web 和 CRM 的顾客需求获取方 法 并研究了基于模糊 c 划分的顾客需求模糊聚类分析 李龙一 蒋媛媛 24 通过对比 DMAIC 与 DFSS 的区别以及论述 DFSS 的一般流程 作者提出了基于 DFSS 的产品创新设计流程模型 并对顾客 需求分析 产品概念设计 优化设计等阶段以及各阶段所涉及到的重要问题进行了深入研究 张志红 等 25 首先简要论述了设计质量的重要性 然后通过分析研究目前常用的 DFSS 的设计流程模式之间存 在的区别与联系 并基于 DFSS 的指导思想 从设计学和顾客角度出发 提出了 DFSS 的 DDOVP 设 计流程模式 胡廉卿 26 结合传统六西格玛与 DFSS 的比较 阐述了 DFSS 在企业中产品创新的意义 并对 DFSS 不同阶段使用的主要工具 如 QFD 系统设计 可靠性设计等 进行了分析与研究 徐 秋莹等学者 27 基于对 DFSS 中 DMADV 模式五个步骤的研究 通过确立项目 获取顾客需求 提出设 计概念等 将 DMADV 产品设计应用到农村医疗药箱设计中 胡艳等学者 28 通过对 DFSS 的深入研 究 提出一种基于 QFD FBS CDOE 集成的 DFSS 方法 并将该方法应用于弥补 DFSS 在新产品设 计时缺乏具体实现工具的不足中 1 2 3 目前目前 DFSS 存在的不足存在的不足 通过对目前国内外学者对 DFSS 不同方面研究 可知其研究方向主要体现在以下几个方面 1 从设计方法学 设计的本质 设计目的及经济的角度出发 综合考虑 DMAIC 在产品 流程 实施过程中存在的一些不足 从整体上论述了实施 DFSS 的必要性和可行性 探讨了 DFSS 研究的基 本内容 如图 1 1 所示 从经济学角度来看 DFSS 比 DMAIC 更具优越性 IDDOV DFSS 的一个流 程模式 在项目实施阶段的初期收益低于 DMAIC 但是随着项目的开展 IDDOV 的增长速率以及收 益要远远高于 DMAIC IDDOV DMAIC 收 益 0 项目实施时间 6 5 图 1 1 IDDOV 与 DMAIC 的对比 4 Fig 1 1 IDDOV versus DMAIC 4 2 由于不同行业 不同领域以及不同的企业对产品的改进与设计的侧重点不同 设计人员在系 统地 详细地应用与研究 DFSS 时提出了多种计流程模式 最常用的 DFSS 模式有以下几种 1 DMADV Define Measure Analyze Design Verify 模式 即定义 测量 分析 设计 验证 13 2 IDDOV Identify Define Develop Optimize Verify 模式 即识别 定义 设计 优化 验证 4 3 CDOV Concept Design Optimize Verify 模式 即概念 设计 优化 验证 9 4 DCCDI Define Customer Concept Design Implement 模式 即定义 顾客 概念 设计 实 现 8 5 IDDOVP Define Design Optimize Validate Plan 模式 即定义 设计 优化 验证 计划 25 另外 还有其他一些比较常用流程模式 如 DMADOV 模式 DMEDI 模式 DMCDOV 模式 DOCV 模式 DMADIC 模式等 3 对 DFSS 流程中使用的设计工具 方法 如 测量顾客需求阶段对顾客需求获取 分析的工 具 分析产品设计概念阶段的概念生成及评选工具等 进行深入研究 DFSS 的目标是激发创新能力 要求经过实施 DFSS 项目后的产品 流程要有创新性和竞争力 因此 在实行 DFSS 项目中的不同阶 段 要集成来自统计质量控制 全面质量管理等其他设计理论或思想方面的相应的设计工具 方法 发挥每个工具的优势 实现 6 质量水平目标 如图 1 2 所示 FMEA 参数和容差设计 验证 测试 VA VE 系统工程 SPC 检验和报 废 返工 测试 TRIZ 定向进化理论 QFD 担保请求和 顾客抱怨 AD TRIZ 过程域物理域功能域 顾客域 结构层 AD TRIZ DFM DFA 事件层 行为层 DFSS DMAIC 图 1 2 DMAIC 和 DFSS 关注的不同层次 7 Fig 1 2 Focus of DMAIC and DFSS 7 随着对 DFSS 理论上的深入研究和在实践中广泛应用 DFSS 也出现了一些不足或不完善的地方 主要体现为在 DFSS 的整体流程框架下 如何有效的集成其他相关领域 相关学科的相关设计理论 工具及方法达到 6 质量水平目标 具体说 存在以下几个方面的不足 1 聚焦于产品机构工作原理的实现及优化方面 对产品设计实施和验证阶段的工具 如 稳健 设计 优化设计 可靠性分析 应用研究较多 而对获取及分析顾客需求 确定产品设计概念研究较 少 而这两方面正是 DFSS 的核心阶段 2 在确定产品设计概念时 由于缺少一种系统化 结构化生成并评选产品设计概念的流程而导 致产品的概念缺陷 3 由于 DFSS 主要作用于产品设计流程的概念设计阶段 此阶段属于产品生命周 期的上游阶段 需要在此阶段集成更多的 能产生具有竞争力的创新性想法的创新性的设计工具 而 非传统的统计 控制类的工具 1 3 1 3 课题研究的意义课题研究的意义 在当今以顾客需求为中心的产品开发设计中 为继续维持较高的市场占有率和开辟国内外新兴市 场 提高企业竞争力 实现产品的高质量水平 企业必须不断地将新理论或工具应用到企业的一切设 计活动中 必须根据顾客需求的发展动向调整产品结构 研发适应市场需要的新产品 在科学技术和经济全球化迅猛发展的形势下 企业产品的创新力决定了企业在激烈市场竞争中的 地位和未来的命运 开发高质量的新产品己成为企业长久生存和快速发展的关键 创新是设计的灵魂 设计是产品开发过程中首要和核心环节 产品设计可决定产品总体成本的 70 80 以上 如果产品缺 乏创新 设计质量不高 产品功能不能适应时刻变化的顾客需求 将使企业在激烈市场竞争中缺乏竞 争力 产品创新的关键阶段就在产品设计的初期阶段 概念设计阶段 因此概念设计的优劣决定着整 个产品设计质量的高低 29 30 概念设计是运用新的设计理论 方法与工具创新性的解决企业所遇到的 技术 管理等方面的问题 寻求解空间范围内理想解的过程 是一个多学科交叉 多职能部门合作的 决策过程 这个过程中所用的经验 知识结构以及设计工具 方法要包含多个领域 只有这样才能保 证最终设计出的产品与企业的整体战略目标以及顾客需求相吻合 并且 顾客需求是产品设计概念的 输入 是产品设计概念的基础以及评价和选择最优概念的依据 因此 如何更加全面地获取及分析顾客需求 如何将顾客需求转化为可量化的设计特性 并以此 为基础得到最优产品概念 使新产品的开发达到高质量水平和最大化顾客满意度 己成为国内外学术 界和企业界日益关注的焦点 这也正是 DFSS 和 TRIZ 所关心和要解决的问题 DFSS 综合运用科学的方法及工具对顾客需求进行精确的分析 使新产品或新流程本身在设计之 初具有较高的固有质量 消除产品或流程的潜在缺陷 从而使产品或流程具有较强的抗干扰能力 达 到 6 甚至更高的质量水平 最终最大程度的满足顾客需求 虽然 DFSS 通过使用相关流程和工具 为 企业提供了一种便于把性能特性融入其产品生产与开发流程的方法 但是缺少一种更为全面地 系统 地 结构化地创新设计方法来解决流程中所发现的难以解决的关键问题 进而帮助企业加快发明创造 的进程 提高创新的效率 更有效地进行技术创新 TRIZ 能够为产品设计人员提供一套科学有效的问题解决工具 31 TRIZ 拥有一套具有系统化 结 构化的理论体系结构的设计工具 有助于设计者拓宽思路 突破思维障碍 打破思维惯性 准确地发 现现有产品或流程设计中存在的问题 为设计人员提供问题解决思路和解决方案方向性的指导 虽然 TRIZ 采用一套系统化的创新方法和工具来解决企业的某些关键问题 但是 TRIZ 在对问题的准确界定 描述等方面仍没有很理想的方式 更多的是依靠人们的经验总结 所以 在实施 DFSS 项目时 企业产品研发人员和设计人员如果掌握了 TRIZ 中解决技术问题和 实现产品创新的方法和工具 就能更为科学有效地对 DFSS 项目进行产品研发和设计 并对产品的未 来发展做出更为准确的预测 进而在概念设计开发阶段就能够对产品开发设计方向的正确性予以有力 的保证 开发出更有竞争力的新产品 使产品达到 6 质量水平的目标 1 4 1 4 课题研究的主要内容课题研究的主要内容 1 4 1 课题研究的主要内容课题研究的主要内容 论文主要对 DMADV 流程的五个阶段及在各个阶段中使用的设计工具 方法进行较深入的研究 针对测量顾客需求阶段及分析设计概念阶段存在的不完善之处 根据 TRIZ 中的相关工具 方法及其 之间的关系 提出一种基于 TRIZ 的需求进化定律和技术进化定律与 DMADV 的测量顾客需求阶段 分析产品设计概念阶段集成的模型 因此 本论文从以下五个方面展开 1 深入研究 DFSS TRIZ 的设计方法 概念 目的 意义以及实施的工具 过程 2 针对 DMADV 流程中测量顾客需求阶段存在的一些不足 如使用传统的顾客调查问卷 市场调 研等方式获取顾客需求的成本高 信息差异性大等 以及在为新产品开发提供有效需求信息的能力不 强等问题 采用 TRIZ 的需求进化定律获取及分析顾客需求 发展已有需求并预测新的顾客需求 从 而为后续的产品设计阶段提供准确的设计方向 3 针对 DMADV 流程中分析产品设计概念阶段存在的一些不足 如使用头脑风暴 类比法 试错 法等创新技法生成的设计概念存在创新力不强等问题 采用 TRIZ 的技术进化定律及路线分析 确定 满足顾客需求的新一代产品的创新型概念 4 由技术进化定律及其路线生成的若干产品设计概念可能存在冲突 采用 TRIZ 中的冲突解决原 理 物质 场分析及 76 个标准解 确定消除冲突的解决方案 改善产品的设计概念 产生更具竞争力 的产品设计概念 5 通过新型指甲刀概念设计和塑料导爆管自动切割机改进设计的实例验证 TRIZ 与 DMADV 集成 模型的创新性 1 4 2 论文的组织结构论文的组织结构 通过对国内外 DFSS 研究与应用现状的分析 可以得出当前企业在实施和研究 DFSS 过程中存在 的一些不足或不完善的方面 结合 TRIZ 及其主要的工具 方法和过程 对 DFSS 存在的不足进行深 入研究与分析 通过集成 TRIZ 与 DMADV 两者的优势 建立 TRIZ 与 DMADV 集成的流程和方法 确定并提出具有创新力的问题解决方案 论文的组织结构如图 1 3 所示 相 关 理 论 问 题 解 决 方 案 存 在 问 题 归 纳 总 结 第四章 DMADV 与 TRIZ 集成研究 第二章 DFSS 概述 第五章 DMADV 与 TRIZ 集成应用研究 第三章 TRIZ 概述 第一章 绪论 第六章 结论与展望 图 1 3 论文组织结构 Fig 1 3 Roadmap of the thesis 全文共分为六章 各章的研究内容安排如下 第一章 绪论 概述 DFSS 研究现状 界定并阐明本课题研究的问题 目的及意义 第二章 DFSS 概述 本章主要介绍了 DFSS 的产生与发展以及 DFSS 的基本知识 并论述了 DMADV 流程的具体步骤及主要的设计工具 方法 第三章 TRIZ 概述 介绍了 TRIZ 的基本概念 主要工具及解决问题流程等 并详细介绍了需求 进化定律 技术进化定律及冲突解决原理等工具 第四章 DMADV 与 TRIZ 集成研究 本章首先分析了 TRIZ 与 DMADV 集成的可行性 确定两 者集成的切入点 其次 将 TRIZ 的需求进化定律 技术进化定律与 DMADV 的测量顾客需求阶段 分析产品设计概念阶段集成 建立具有较强创新力的 DMADV 与 TRIZ 集成模型 第五章 DMADV 与 TRIZ 集成研究应用 针对具体的设计实例进行分析 验证理论模型的正确 性 根据建立的 DMADV 与 TRIZ 集成模型 对新型指甲刀概念设计 塑料导爆管自动切割机改进设 计 提出具有较强创新力的解决方案 第六章 结论与展望 总结本课题的研究主要内容 提出本课题的创新点 指出本课题仍需要进 一步深入研究的方面 最后是对本课题未来研究方向的展望 1 5 1 5 本章小结本章小结 本章通过对国内外学者对 DFSS 研究现状的分析 阐述了目前 DMADV 在获取顾客需求信息方面 的复杂性 产品设计概念创新性不足等问题 最后阐述了本课题研究的主要内容 对论文的组织结构 以及各章内容安排进行了介绍 第二章第二章 六西格玛设计概述六西格玛设计概述 2 2 1 1 引言引言 随着全球经济一体化进程的加快 国内外企业都处在以顾客需求拉动企业发展的市场环境中 DFSS 的核心特征是以顾客需求为中心 要求企业的产品 流程或服务设计的出发点和落脚点都是以 顾客满意度为中心 并且后续产品的概念选择等步骤都以顾客满意度作为评价指标 六西格玛从 DMAIC 向 DFSS 的演变 是从改进质量 降低产品或过程缺陷到设计产品质量 避免产品或过程在后 续阶段中出现问题再进行检查 测试 改进的进化 DFSS 更加注重预防的思想 2 2 2 2 DFSS 的产生与发展的产生与发展 现代质量管理的发展与科学技术的发展是密不可分的 根据解决产品质量所使用的技术手段和工 具的不同 可将现代质量管理分为质量检验阶段 统计质量控制阶段 全面质量管理阶段 六西格玛 改进阶段 六西格玛设计阶段 其具体阶段如图 2 1 所示 专职检验 事后把关 质量检验阶段 统计质量控制阶 段 预防性控制 强调统计 全面质量管理阶段 全员参与 自下至上 六西格玛改进阶段 领导作用 持续改进 顾客为中心 集中控制 改 进 六西格玛设计阶段 集中设计初期 突破5 墙 稳健设计 19002000198019601940 时间 阶 段 图 2 1 质量管理发展史 Fig 2 1 The development of quality management 质量管理的前三个阶段 第一阶段从 19 世纪末到 20 世纪 30 年代末 通过检验的方式控制和保证 产品质量 称为质量检验 Quality Inspection QI 阶段 第二阶段从 20 世纪 40 年代到 50 年代末 通过数理统计方法与质量管理相结合的方式控制产品质量 称为统计质量控制 Statistical Quality Control SQC 阶段 第三阶段从 20 世纪 60 年代到 80 年代 把质量问题作为一个整体进行综合研究 实施全员 全过程 全企业的管理 称为全面质量管理 Total Quality Management TQM 阶段 1 日本企业大力推行全面质量管理 其产品在美国市场占有率很高 很多美国企业面临严重的考验 20 世纪 80 年代 Motorola 公司实行了 DMAIC DMAIC 注重对现有产品或流程进行持续地改进 消除 操作错误 使产品或流程趋于完美 后经联合信号公司 GE 公司等大型跨国公司的发展与推广 DMAIC 已经发展为企业持续改进 不断提高顾客满意度的管理理念和企业文化 然而 通过 DMAIC 模式对流程改进空间还是有限的 当过程接近 5 质量水平时 很难再通过大 幅度的资金投入取得更高质量 即所谓的 五西格玛墙 32 DFSS 能够解决 五西格玛墙 的问题 通过对现有产品 流程进行以 6 质量为目标的突破性改进设计或重新设计 可以使产品 流程达到 6 甚至更高的质量水平 DFSS 以 6 质量水平为目标 以顾客需求为中心 基于并行工程 面向产品 全生命周期 综合运用科学的系统的设计方法 深入分析顾客需求 通过突破性地改进或重新设计开 发产品 流程或服务 从而提高顾客满意度 达到 6 质量水平 1998 年 GE 公司宣布未来所有新产品 新业务都要采用 DFSS 截至 2000 年 GE 公司有 30 个产 品系列采用了 DFSS 2003 年 Microsoft 公司宣布新产品将全部采用 DFSS 随着 Motorola Honeywell 等著名公司不断加入 DFSS 的行列中 DFSS 给企业和社会带来多方面的利益 并产生了巨大的经济效 益 提高了企业综合竞争力 33 2 2 3 3 DFSS 的定义的定义 2 3 1 六西格玛的基本含义六西格玛的基本含义 sigma 为希腊字母 是概率统计中的一个术语 即 标准差 2 1 n i i xx n 1 2 1 1 式 2 1 用来表示任意一组产品数据或过程输出结果的离散程度的指标 是一种评估产品或生产 过程特性波动大小的统计量 34 如图 2 2 所示 在 DFSS 中可使用 水 平的高低来表示产品 过程质量的优劣 质量水平是将过程输出的平均值 标准差同 顾客需求的目标值 规格限比较 是过程的 平均值与规格限的距离中包含 的倍数 质量水平是对产品 过程满足顾客需求能力 的一种度量 质量水平越高 过程满足顾 客要求的能力就越强 反之 过程满足顾客 要求的能力就越低 概率统计学中的 6 为 0 0018ppm 的缺 陷概率 在实际生产过程中的 6 质量水平 3 进程 6 进程 M 6 3 4 2 1 0 5 2 1 5 4 3 6 6 0 3 6 3 USLLSL 图 2 2 3 进程和 6 进程 Fig 2 2 3 process and 6 process 要考虑生产过程在长期运行中出现的波动 漂移等因素 需将过程中心偏移 1 5 后 即通常所说的 6 质量水平代表 3 4ppm 的缺陷概率 然而 六西格玛的含义已经超越了统计学的范围 它可以作为 企业进行质量创新和达成顾客满意的经营战略 也可作为 第一次就把事情做对 的企业质量文化 表 2 1 质量水平与合格率 缺陷数之间的关系 35 Table 2 1 Sigma level as percent variation and defects per million 35 水平合格率 ppm 缺陷数 短期 ppm 缺陷数 长期 偏移 1 5 1 68 26 317400 697700 2 95 46 45400 308700 3 99 73 2700 66810 4 99 9937 63 6210 5 99 999943 0 57 233 6 99 9999998 0 0018 3 4 2 3 2 DFSS 的定义的定义 六西格玛通过在新产品开发设计初期 系统地采用无缺陷的过程设计 面向六西格玛的设计 并 对现有产品进行持续改进 消除过程缺陷和无价值作业 从而提高产品质量 降低成本 缩短运转周 期 达到顾客满意 增强企业竞争力 以下是国外和国内一些学者对 DFSS 的定义 Subir Chowdhury 认为 DFSS 在产品或流程的开发阶段解决问题 创造新的 更好的设计方案 不 允许问题进入后续控制 生产阶段 并把顾客需求变成优质产品和增加利润的源泉 4 Geoff Tennant 对 DFSS 的定义 以六西格玛能力和性能为目标的新产品或新服务的设计 8 何桢等学者认为 DFSS 是一种实现无缺陷的产品 流程或服务设计方法 15 DFSS 基于并行工程 面向产品的全生命周期 采用系统化的解决问题的方法 把顾客需求融入到产品 流程或服务设计过 程中 从而确保产品 流程或服务的开发速度和质量 降低产品 流程或服务生命周期成本 为企业 解决产品 流程或服务设计问题提供有效的解决方法 Beth Hendricks 指出 对于 DFSS 并没有一个统一的定义 它是任何一个想要超越顾客需求 保持 顾客忠诚度的组织从事创造性设计的一个设计原则 36 Andreas Kleinert 指出 DFSS 是以 6 质量水平 为目标的新产品开发的设计方法 DFSS 并没有形成统一的定义 通常每个企业或培训组织定义的 DFSS 各不相同 很多情况下 企业将实施适合企业自身业务 技术和文化的 DFSS 正是因为如此 DFSS 与其说是个方法 不如将它定义为一个方法论 37 虽然 DFSS 的定义并不统一 但是国内的学者马林对 DFSS 的定义取得了国内学者比较广泛的认 可 马林认为 DFSS 是按照合理的流程 运用科学的方法准确理解和把握顾客需求 对新产品或流 程进行稳健设计 使产品或流程本身具有抵抗各种干扰的能力 从而在低成本下实现 6 甚至更高的质 量水平 2 2 4 4 DFSS 项目选择及团队组建项目选择及团队组建 DFSS 流程的实施是从确定项目开始的 项目的选择必须以企业战略和最终顾客需求为基础 8 如 何确定项目是决定 DFSS 能否成功实施的最关键的一个方面 而 DFSS 项目能达到既定的 6 质量水平 的一个原因是 由高层领导担任设计团队主要职务 形成一个致力于打造高质量产品的团队体系 2 4 1 DFSS 项目选择项目选择 成功实施 DFSS 项目对企业经营战略的实现 关键绩效指标以及提高顾客满意度有着举足轻重的 影响 并且对员工观念的转变 企业文化的塑造有着重要意义 项目的选择必须要有领导层的参与 并组织跨职能 跨部门的设计团队 以保证采用并行工程思想从产品的全生命周期来考虑产品的设计 在 DMADV 项目中 可以考虑以下几种潜在的来源确定项目的方向 1 企业需要一个新的过程 产品或服务 设计与当前不同的过程 产品和服务 从产品生命周 期的一开始就设计出高质量的过程 产品和服务来满足顾客需求 减少纠错成本 2 企业现有的过程 产品需要重大的突破性改进 待开展的项目必须能消除对现有过程 产品 经过一般的改进方法仍达不到目标的问题 消除目前过程 产品多项不能满足顾客需求的不足和缺陷 等 3 为了超过竞争对手和获得竞争优势而制定的措施 4 实施管理 认证的要求 5 满足新顾客要求的需要 另外 项目选择还要考虑待选择项目必须能解决产品 过程中的关键问题以及项目要有一定复杂 度等 因此 项目的确定主要考虑以下两个方面 1 能实现顾客满意度持续提高的项目 DFSS 以顾客 包括内部顾客和外部顾客 需求为导向 在最初确定项目时就充分考虑顾客需求 其必须支持所有能使顾客兴奋的需求 充分挖掘顾客潜在的 需求 这样才能在最大程度上满足顾客需求和企业业务需求 2 支持企业长期战略目标的项目 可以通过分析竞争对手产品的当前质量水平或根据其自身战 略的延续性 确定企业产品的总体发展方向 确立与企业战略紧密相关的项目 不断缩小与行业领先 者的差距 追求卓越绩效 2 4 2 DFSS 团队组织结构及成员角团队组织结构及成员角 色色 DFSS 的组织结构以及成员角色和 DMAIC 基本相同 1 由企业执行领导 者 倡导者 黑带大师 黑带及绿带 组成了一个以 6 质量水平为目标的团 队组织体系 35 如图 2 3 所示 DFSS 执行领导者 黑带大师 倡导者 黑带 1黑带 2黑带 n 绿带 1绿带 2绿带 n 领导层 部署战略 审核过程 指导层 培训指导 监督管理 操作层 具体实施 DFSS 项目 图 2 3 DFSS 团队组织及成员角色 Fig 2 3 The organization and role of DFSS project 团队成员的职责如下 1 执行领导者 执行领导者一般有企业最高领导人或 CEO 担任 并且往往要求其有卓越的领 导才能 主要负责企业的战略部署 他对整个设计项目成功的影响比任何人都要大 2 倡导者 倡导者由企业高层或中层领导组成 确定实施的 DFSS 项目