第六章 设计质量控制原理与应用

1、第六章第六章 设计质量控制原理与应用设计质量控制原理与应用 质量功能展开原理及应用质量功能展开原理及应用 质量功能展开的起源与发展 质量功能展开(Quality Function Deployment, QFD)是一种立足于在产品开发过程中最大限度 地满足顾客需求的系统化、用户驱动式质量保 证方法。 内务及内容：质量功能配置; 质量功能部署 质量功能展开于七十年代初起源于日本，进入八十年 代以后逐步得到欧美各发达国家的重视并得到应用。 目 前 ， Q F D 已 成 为 先 进 生 产 模 式 及 并 行 工 程 (Concurrent Engineering, CE)环境下质量保证最热 门的

2、研究领域。它强调从产品设计开始就同时考虑质 量保证的要求及实施质量保证的措施，是CE环境下面 向质量设计(Design For Quality, DFQ)的最有力工具， 对企业提高产品质量、缩短开发周期、降低生产成本 和增加顾客的满意程度有极大的帮助。 质量功能展开的起源与发展 质量功能展开的起源与发展 丰田公司于70年代采用了QFD以后，取 得了巨大的经济效益，其新产品: 开发成本下降了61%， 开发周期缩短了1/3， 产品质量也得到了相应的改进。 世界上著名的公司如: 福特公司、 通用汽车公司、 克莱思勒公司、 惠普公司、 麦道公司、 施乐公司、 电报电话公司、 都相继采用了QFD。 从Q

3、FD的产生到现在二十年来，其应用已涉及 汽车、家用电器、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、教育、医疗等各个领域。 开发周期 3060% 成本 2040% 设计更改变动次数 4060% 技 术 开 发 产 品 设 计 工 艺 设 计 返 修 故 障 质 量 提 高 成 本 下 降 生 产 过 程 1:100 1:1 1:1000 1:10 质质 量量 质量功能展开原理质量功能展开原理 目前尚一个没有统一的QFD定义，但对QFD的 一些认识是共同的。 QFD的概念 1、QFD的最显著的特点是要求企业不断地倾听 顾客的意见和需求，并通过合适的方法、采取

4、适当的措施在产品形成的全过程中予以体现这 些需求。 QFD的概念 2. QFD是在实现顾客需求的过程中，帮助在产品形成过 程中所涉及到的企业各职能部门制订出各自相应的技 术要求的实施措施，并使各职能部门协同地工作，共 同采取措施保证和提高产品质量。 3. QFD的应用涉及了产品形成全过程的各个阶段，尤其 是产品的设计和生产规划阶段。被认为是一种在产品 开发阶段进行质量保证的方法。 QFDQFD瀑布式分解模型瀑布式分解模型 实施实施QFD的关键是将顾客需求分解到产的关键是将顾客需求分解到产 品形成的各个过程，将顾客需求转换成品形成的各个过程，将顾客需求转换成 产品开发过程具体的技术要求和质量控产

5、品开发过程具体的技术要求和质量控 制要求。通过对这些技术和质量控制要制要求。通过对这些技术和质量控制要 求的实现来满足顾客的需求。求的实现来满足顾客的需求。 产品计划 零件配置 工艺计划 工艺/质 量计划 技术要求 零件特性 工艺步骤 工艺/质量 控制参数 用 户 需 求 转换 严格地说，QFD只是一种思想，一种产品开发 管理和质量保证的方法论。 对于如何将顾客需求一步一步地分解和配置到 产品开发的各个过程中，还没有固定的模式和 分解模型，可以根据不同目的按照不同路线、 模式和分解模型进行分解和配置。 典型的QFD瀑布式分解模型示意图 关键工艺/质 量控制参数 产品规 划矩阵 顾 客 需 求

6、产品技 术需求 零件规 划矩阵 产 品 技 术 需 求 关键零 件特性 工艺/质量 控制矩阵 关 键 工 艺 步 骤 工艺规 划矩阵 关 键 零 件 特 性 关键 工序 几种典型的QFD瀑布式分解模型 1. 分解为5个质量屋矩阵； 子系统详细 技术要求 供应商详细技 术要求 系统详细 技术要求 制造过程详 细技术要求 零件详细技 术要求 顾顾 客客 需需 求求 QFD瀑布式分解模型 2. 按顾客需求（分解为5个质量屋矩阵） 技术需求(重要、困难和新的性能技术要求） 子系统/零部件特性(重要、困难和新的子系统/零 部件技术要求) 制造过程需求(重要、困难和新制造过程技术要求) 零件技术要求 统计

7、过程控制(重要、困难和新的过程控制参数)。 QFD瀑布式分解模型 3. 按顾客需求 （分解为4个质量屋矩阵） 产品需求 零件特性 工艺步骤 工艺及质量控制参数。 QFD瀑布式分解模型 4. 按顾客需求 （分解为6个质量屋矩阵） 工程技术特性 应用技术 制造过程步骤 制造过程质量控制步骤 在线统计过程控制 成品的技术特性 三、三、QFDQFD的分解步骤的分解步骤 顾客需求是QFD最基本的输入。顾客需求的获 取是QFD实施中最关键也是最困难的工作。要 通过各种先进的方法、手段和渠道搜集、分析 和整理顾客的各种需求，并采用数学的方式加 以描述。 1.确定顾客的需求 由市场研究人员选择合理的顾客对象，

8、利 用各种方法和手段，通过市场调查调查，全面收集收集 顾客对产品的种种需求，然后将其总结总结、整理 并分类分类，得到正确、全面的顾客需求以及各种 需求的权重(相对重要程度)。在确定顾客需求 时应避免主观想象，注意全面性和真实性。 2.产品规划 产品规划矩阵的构造在QFD中非常重要，满足顾 客需求的第一步是尽可能准确地将顾客需求转换成为 通过制造能满足这些需求的物理特性。 产品规划的主要任务是将顾客需求转换成设计用的 技术特性。并根据顾客需求的竞争性评估和技术需求 的竞争性评估，确定各个技术需求的目标值。 QFD在产品规划过程中要完成的任务 完成从顾客需求到技术需求的转换； 从顾客的角度对市场上

9、同类产品进行评估； 从技术的角度对市场上同类产品进行评估； 确定顾客需求和技术需求的关系及相关程度； 分析并确定各技术需求相互之间制约关系； 确定各技术需求的目标值。 3.产品设计方案确定 依据上一步所确定的产品技术需求目标值， 进行产品的概念设计和初步设计，并优选出一 个最佳的产品整体设计方案。这些工作主要由 产品设计部门及其工作人员负责，产品生命周 期中其它各环节、各部门的人员共同参与，协 同工作。 4.零件规划 基于优选出的产品整体设计方案，并按照在产 品规划矩阵所确定的产品技术需求，确定对产品 整体组成有重要影响的关键部件/子系统及零件的 特性，利用失效模型及效应分析(FMEA)、故障

10、树 分析(FTA)等方法对产品可能存在的故障及质量问 题进行分析，以便采取预防措施。 5.零件设计及工艺过程设计 根据零件规划中所确定的关键零件的特性 及已完成的产品初步设计结果等，进行产品的 详细设计，完成产品各部件/子系统及零件的 设计工作，选择好工艺实施方案，完成产品工 艺过程设计，包括制造工艺和装配工艺。 6.工艺规划 通过工艺规划矩阵，确定为保证实现关键 产品特征和零部件特征所必须给以保证的关键 工艺步骤及其特征，即从产品及其零部件的全 部工序中选择和确定出对实现零部件特征具有 重要作用或影响的关键工序，确定其关键程度。 7.工艺/质量控制 通过工艺/质量控制矩阵，将关键零件特性 所

11、对应的关键工序及工艺参数转换为具体的工 艺/质量控制方法，包括控制参数、控制点、 样本容量及检验方法等。 质量屋质量屋 质量屋(House of Quality, HOQ) 的概念是由美 国学者J. R. Hauser和Clausing在1988年提出的。质 量屋为将顾客需求转换为产品技术需求以及进一步将 产品技术需求转换为关键零件特性、将关键零件特性 转换为关键工艺步骤和将关键工艺步骤转换为关键工 艺/质量控制参数等QFD的一系列瀑布式的分解提供了 一个基本工具。 屋顶 顾 客 需 求 技术评估 竞 争 分 析 关 系 矩 阵 技 术 特 性 质量屋质量屋 关系矩阵 竞 争 分 析 技术特性

12、 顾 客 需 求 技术评估 屋顶 一、质量屋结构（部分）一、质量屋结构（部分） 绝 对 权 度 Wi 绝 对 权 度 Wai 重 要 度 Ii 销 售 点 Si 改 进 比 例 Ri 目 标 T 本 企 业 U 企 业 A 零 件 特 性 np 零 件 特 性 4 零 件 特 性 3 零 件 特 性 2 零 件 特 性 1 屋顶 顾客需求4 顾客需求3 顾客需求2 r11 顾客需求1 顾客需求 Ci 竞争分析 企 业 B r12r13r14 r21r22r23r24r2np r1np r31 r41 rnc1 顾客需求ncrnc2rnc3 rnc4 rnc np r32r33r34r3np r

13、4npr42r43r44 质量屋结构质量屋结构 （技术评估部分）（技术评估部分） 技术指标值 相对重要程度Tj 重要程度Tai 本企业 企业B 企业A 技 术 评 估 零 件 特 性 np 零 件 特 性 4 零 件 特 性 3 零 件 特 性 2 零 件 特 性 1 屋顶 竞争分析 r11 顾客需求1 顾客需求 Ci r12r13r14r1np rnc1 顾客需求nc rnc2rnc3 rnc4rnc np 质量屋内容质量屋内容 一个完整的质量屋包括6个部分。 1.顾客需求及其权重，即质量屋的“什么(What)”。 2.技术需求(最终产品特性)，即质量屋的“如何 (How)”。 3.关系矩阵

14、，即顾客需求和技术需求之间的相关程度关 系矩阵。 4.竞争分析，站在顾客的角度，对本企业的产品和市场 上其它竞争者的产品在满足顾客需求方面进行评估。 5.技术需求相关关系矩阵，质量屋的屋项。 6.技术评估，对技术需求进行竞争性评估，确定技术需 求的重要度和目标值等。 二、质量屋中参数的配置及计算 下面以产品规划矩阵为例说明质量屋中参数的 配置及计算。 1、顾客需求及权重 首先，对顾客需求按照性能(功能)、可信性(包括可用 性、可靠性和维修性等)、安全性、适应性、经济性 (设计成本、制造成本和使用成本)和时间性(产品寿命 和及时交货)等进行分类，并根据分类结果将获取的顾 客需求直接配置至产品规划

15、质量屋中相应的位置。然 后，对各需求按相互间的相对重要度进行标定。具体 可采用19数字分10个级别标定各需求的重要度。数值 越大，说明重要度越高；反之，说明重要度低。 2、技术需求 在配置技术需求时，应注意满足以下三个条件： (1)针对性，即技术需求要针对所配置的顾客需求。 (2)可测量性。为了便于实施对技术需求的控制，技术需 求应可测定。 (3)宏观性。技术需求只是为以后的产品设计提供指导和 评价准则，而不是具体的产品整体方案设计。对于技术 需求，要从宏观上以技术性能的形成来描述。 3、关系矩阵 顾客需求与技术需求之间的关系矩阵直观地说明了技 术需求是否适当地覆盖了顾客需求。如果关系矩阵中

16、相关符号很少或大部分是“弱”相关符号，则表示技 术需求没有足够地满足顾客需求，应对它进行修正。 关系矩阵中nc和np分别指的是顾客需求和技术需求的 个数，rij(i=1,2,3, nc；j=1,2,3, np)指的是 第i个顾客需求与第j个技术需求之间的相关程度值。 4、竞争分析 通过对其它企业的情况以及本企业的现状进行分析， 并根据顾客需求的重要程度以及对技术需求的影响程 度等，确定对每项顾客需求是否要进行技术改进以及 改进目标。竞争能力用15五个数字表示，1表示最差， 5表示最好。然后根据本企业现状和改进目标计算出对 顾客需求的改进程度(比例)，最后，再根据改进程度、 重要性等计算出顾客需

17、求的权重(绝对值和百分比)。 5、技术评估 技术评估的配置主要是完成对各技术需求的技术水平 及其重要性的计算与评估。 任务之一是通过与相关外企业状况的比较，评估本企 业所提出的这些技术需求的现有技术水平； 任务之二是利用竞争分析的结果和关系矩阵中的信息， 计算各项技术需求的重要程度(绝对值和百分比)，以 便作为制定技术需求具体技术指标或参数的依据。 6、屋顶 屋顶表示出了各技术需求之间的相互关系，这 种关系表现为三种形式：无关系、正相关和负 相关。 屋顶中的内容不需要计算，一般只是用单圆圈 表示正相关，用符号X表示负相关，标注到质 量屋屋顶的相应项上，作为确定各技术需求具 体技术参数的参考信息

18、。 QFD中的顾客需求的获取及整理 一、顾客需求的KANO模型 卡诺(Noritaki Kano) 博士将顾客需求分为三 种类型，即基本型、期 望型和兴奋型。这种分 类有助于对顾客需求的 理解、分析和整理。 基本型 需求 顾客需求 实现率 期望型 需求 兴奋型 需求 顾 客 满 意 度 1.基本型需求 基本需求是顾客认为产品应该具有的基本 功能，一般情况下顾客不会专门提出，除非顾客 近期刚好遇到产品失效等特殊事件，牵涉到这些 需求或功能。 基本需求作为产品应具有的最基本功能， 如果没有得到满足，顾客就会很不满意；相反， 当完全满足这些基本需求时，顾客也不会表现出 特别满意。 2.期望型需求 在

19、市场上顾客经常谈论的通常是期望型 需求。期望型需求在产品中实现的越多，顾客 就越满意。企业要不断调查和研究顾客的这种 需求，并通过合适的方法在产品中体现这种需 求。如汽车的耗油量和驾驶的舒适程度就属于 这种需求。 3.兴奋型需求 兴奋型需求是指令顾客意想不到的产品特 性。如果产品没有提供这类需求，顾客不会不满 意，因为他们通常就没有想到这类需求。 随着时间的推移，兴奋型需求会向期望型 和基本型需求转变，因此，为了使企业在激烈的 市场竞争中立于不败之地，应该不断地了解顾客 的需求，包括潜在的需求，并在产品设计中体现。 二、顾客需求的获取 顾客需求的提取是QFD实施过程中最为关键也 是最难的一步。

20、顾客需求的提取具体包括顾客 需求的确定、各需求的相对重要度的确定以及 顾客对市场上同类产品在满足他们需求方面的 看法等。顾客需求的获取主要通过市场调查， 然后整理和分析而得到。 顾客需求提取的一般步骤 1.选择调查对象 顾客需求提取的一般步骤 2.进行市场调查，收集情报 用户对产品的质量要求用文字表达出来就是原始情报， 而提出这些质量要求的用户特征(年龄、性别、职业等) 数据就是属性资料。 市场调查的基本方法有两大类，一类是向用户直接了 解的问卷调查和访谈研究方法；另一类是利用企业现 有的情报，这些情报主要包括用户投诉意见、企业内 部行业信息等。一般为了收集直接的来自顾客声音， 倾向于采用问调

21、查的访谈研究。 企业开发新产品时，关心的是该产品能否让用户接受， 所以首先必须了解掌握用户的需求。 理想的问卷调查应该达到以下目的： 能够断定产品是否满足了用户的需要； 能够了解到与竞争对手的差距； 能够了解市场容量； 能够从中获得策划进入市场战略的启示。 三、顾客需求的分析与整理 带到企业来的是各种各样的，有要求、意见、 抱怨、评价、希望的，有关于质量的，有涉及 功能的，还有涉及价格的，所以必须对从用户 那里收集到的情报进行分类、整理。通过对调 查信息的分析与整理，形成QFD配置所需的顾 客需求信息及形式。 对顾客需求信息的分析整理主要工作 1.概括合并顾客需求 在概括顾客需求时，注意不要歪

22、曲顾客原意。这 样，当产品设计人员在阅读QFD产品规划矩阵时就 象在同顾客交谈一样。 在用简洁明了的语言概括顾客需求后，应将表达 同一含义或相似含义的顾客需求进行合并，因为 顾客需求总数越少，管理QFD矩阵越容易。建议 将总顾客需求数最好控制在25个以下，最多不要 超过50个。 对顾客需求信息的分析整理主要工作 2.将原始资料变换成要求质量 原始情报本来是用户的声音，要对用户发 出的信息进行翻译，将其变换成规范的质量要 求。通常是先将原始资料变换成为要求项目， 然后再将要求项目转换为要求质量。 2.将原始资料变换成要求质量 (1)将原始资料转换成要求项目 譬如，将一次性打火机的原始资料转换成要

23、求 项目的一个示例。 该变换应包括原始资料、使用场面和要求项目 等内容。要求项目是根据原始资料想到的也可 以将原始资料直接转记过去。使用场面可以从 使用人、地点、时间以及如何使用等方面考虑。 2.将原始资料变换成要求质量 (2) 将要求项目转换成要求质量 即将打火机的要求项目转换成要求质量的转换 表示例。 在进行质量要求的转换时，要从要求项目中抽 取出用简洁语言表示的质量要求，每一个质量 要求中不能包括两项以上的内容。 对顾客需求信息的分析整理主要工作 3.质量要求的分类与展开 整理后的顾客需求是随意排列的，对它们合理的 分类有助于QFD矩阵的方便构造。例如，把所有有 关汽车运行性能的需求分在

24、同一组将有利于对顾 客需求的分析并把它们转换成技术需求。 减速箱是机械传动中很常用的一种装置，它的 质量可以影响到整个设备的工作情况。下面以 减速箱为例，说明QFD在其设计质量控制中的 应用。 QFD在减速箱研制过程中的应用 一、顾客需求 经过调查、分析和整理后的减速箱顾客需求如 图所示。 4 功能要求 经济性 可靠性 9 结 构 性 能 价 格 外形尺寸小 承载能力大 密封性好 速度变化小 振动噪声低 价格适中 传动效率高 维修方便 安全可靠 使用寿命长 效 率 无故障性 耐用性 维修性 5 5 6 8 6 9 8 7 维修性 该顾客需求用类似系统图树形结构，图中将顾客 的需求按减速箱的功能

25、、经济性、可靠性和维修 性分成四大类，每一类又有相应的要求指标。最 后一级的需求前的数字表示顾客需求的重要程度， 即权重，它也是通过市场调查、分析得到的。 二、产品规划 构造产品规划矩阵的主要步骤（6个）： 1.1.顾客需求到产品技术需求的转换顾客需求到产品技术需求的转换 在将顾客需求转换成产品技术需求时，要注意所 选的技术特性要具有针对性、可测量性和全局性。 构造产品规划矩阵的主要步骤 2.2.关系矩阵的确定关系矩阵的确定 技术需求和顾客需求之间的关系程度是不同的， 即某项技术需求对顾客需求的影响程度是不一 样的，要将技术需求和顾客需求之间的关系密 切程度用量化指标表示出来。 构造产品规划矩

26、阵的主要步骤 3.3.关系矩阵的评审关系矩阵的评审 检查关系的每一行和每一列，看是否有空行或空列存在。 如果某一行行无关系符号或只有“弱”的关系，则表示已 有的技术需求没有足够地满足顾客的需求，应补充新的 技术需求。如果某一列列无关系符号或只有“弱”的关系， 则意味着其对应的技术需求是多余的，应予以剔除。一 般填充率应大于25%-40%。 构造产品规划矩阵的主要步骤 4.4.顾客竞争评估顾客竞争评估 顾客竞争评估是从顾客的角度对本公司的产品 和竞争者的产品的满足他们需求方面的的评估。 一般将顾客对某类产品的满意程度用量化指标表 示，分为5个等级，分别用数字1-5表示。5表示满 意程度最高，1表

27、示最不满意。以便确定本公司产 品的销售重点。 构造产品规划矩阵的主要步骤 5.5.技术竞争评估技术竞争评估 技术竞争评估是QFD产品规划矩阵是的重要部 分，它包括技术需求目标值的确定、技术竞争 的评估和技术需求重要度的计算。 5.5.技术竞争评估技术竞争评估 (1) 技术竞争评估 由于各技术需求采用的测量单位不同，为 了便于评估，要将它们转换成统一的规范，一 般也用数字1-5表示技术竞争评估的级别，分别 表示其它公司和本公司产品在市场中的竞争能 力的大小。5表示最好，1表示最差。 5.5.技术竞争评估技术竞争评估 (2) 技术需求目标值的确定 产品技术指标一般可分三类，一是越大越 好，如传动效

28、率、承载能力和使用寿命等，就 要对它们规定下限值；二是越小越好，如外形 尺寸、速度变化范围和噪声等，要对这些指标 规定上限值。 5.5.技术竞争评估技术竞争评估 (3) 技术需求的重要度计算 技术需求重要度的计算采用下式计算。 重要程度的绝对值 Taj=rijIi 重要程度的相对值Tj = (Taj / Taj )100% 其中 i 表示顾客需求的编号， j 表示技术需求的编号， rij 是关系矩阵值， Ii 是顾客需求的权重。 5.5.技术竞争评估技术竞争评估 (4) 技术需求之间的关系确定(屋顶) 各技术需求之间的关系用符号“和X”表 示，分别表示技术需求之间的正相关和负相关。 例如“外形

29、尺寸”和“承载能力”是负相关的， 意味着增大承载能力则可能增加外形尺寸。 又如“可靠性”和“使用寿命”是正相关 的，意味着可靠性和提高也同时延长了使用寿 命。 构造产品规划矩阵的主要步骤 6.6.下一级展开的技术需求的选择下一级展开的技术需求的选择 开发QFD矩阵主要是为了促使企业同顾客进行 接触，了解他们的需求，同时帮助企业在有限的资 源约束下确定零件规划阶段的技术需求以使顾客的 满意度最大。一般来说，不必选择太多的技术需求 项进入下一阶段的展开。选择进入下一阶段展开的 技术需求时，原则上是根据以上所计算的技术需求 的重要程度进行，选择一些重要度大的技术需求进 入下一阶段的展开。 三、零件规划 零件规划矩阵仅包括了矩阵的几个基本组成部分， 即技术需求、关键零件特性、关系矩阵和关键零件特 性目标值。 零件规划矩阵的开发过程同产品规划矩阵基本相 同。值得注意的是：由于QFD的分解过程同产品设计的 相关过程是并行交叉进行的，关键零件特性只有在产 品设计方案确定之后才能确定。因此，在进行零件规 划之前先应选择能满足顾客需求的产品最佳设计方案。 减速箱的零件规划矩阵 1.技术需求。从产品规划矩阵中选择后转移到 该矩阵，为了简单起见，从产品规划矩阵是选 取了“可靠性”、“使用寿命”和“价