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淺談基于質(zhì)量技術(shù)特征改善率的并行優(yōu)化模型分析論文
論文關(guān)鍵詞：質(zhì)量技術(shù)特征；質(zhì)量功能配置(QFD)；客戶需求；優(yōu)化模型
論文摘要：將用戶需求的目標(biāo)客觀地反映在產(chǎn)品質(zhì)量技術(shù)特征中是質(zhì)量功能配置(QFD)應(yīng)用的重要內(nèi)容。本文根據(jù)用戶需求的目標(biāo)值及QFD建立的質(zhì)量屋信息，提出了基于產(chǎn)品質(zhì)量技術(shù)特征改善率的并行優(yōu)化方法，建立了止回閥質(zhì)量技術(shù)特征并行優(yōu)化模型，得到了優(yōu)化后止回閥質(zhì)量技術(shù)特征改善率，為該類產(chǎn)品應(yīng)用QFD方法進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)提供了科學(xué)依據(jù)。
質(zhì)量功能配置(Quality Function Deployment，簡稱QFD)是一種用戶驅(qū)動(dòng)的產(chǎn)品開發(fā)和質(zhì)量保證方法。它采用系統(tǒng)的、規(guī)范化的方法調(diào)查和分析客戶的需求，并采用結(jié)構(gòu)化的框架將其轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品開發(fā)過程中的各種技術(shù)特征信息，使得設(shè)計(jì)和制造的產(chǎn)品能真正地滿足客戶需求。
QFD是通過對產(chǎn)品質(zhì)量技術(shù)特征指標(biāo)值的改進(jìn)來滿足用戶需求，提高用戶對新設(shè)計(jì)產(chǎn)品或改進(jìn)產(chǎn)品的滿意度。在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)或改進(jìn)過程中，對某個(gè)用戶需求評價(jià)目標(biāo)值的改善，是通過與之相關(guān)的質(zhì)量特征性能指標(biāo)的改善來獲得的。為了對產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn)，必須準(zhǔn)確地描述出用戶需求評價(jià)目標(biāo)值與具體的質(zhì)量特征指標(biāo)值之間的內(nèi)在關(guān)系。要準(zhǔn)確地描述出用戶需求評價(jià)目標(biāo)值與質(zhì)量特征之間的函數(shù)關(guān)系，在具體實(shí)施上存在很大的困難。因?yàn)樗鼈兲幱诓煌臉?biāo)度上，前者屬于離散的或連續(xù)的順序標(biāo)度，后者則不然，而且每個(gè)質(zhì)量特征指標(biāo)的度量單位也是不一樣的。將一順序標(biāo)度變量表達(dá)為非順序參數(shù)辨識(shí)，尤其是當(dāng)增加質(zhì)量特征時(shí)，還需要重新設(shè)計(jì)系統(tǒng)辯識(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)辯識(shí)，這在實(shí)際應(yīng)用中顯然是不合理的。為了解決質(zhì)量技術(shù)特征并行優(yōu)化中所面臨的這一問題，基于質(zhì)量技術(shù)特征改善率的優(yōu)化策略不失為一種有效方法。
1質(zhì)量功能配置
質(zhì)量功能配置(QFD)在20世紀(jì)60年代末，由日本學(xué)者Yoji Akao(赤尾洋二)教授首次提出。該方法綜合運(yùn)用系統(tǒng)工程思想，是企業(yè)提高產(chǎn)品質(zhì)量和競爭力的有力工具之一。QFD是把顧客對產(chǎn)品的需求進(jìn)行多層次的演繹分析，轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求、零部件特性、工藝要求、生產(chǎn)要求的質(zhì)量工程工具。它的基本思想是:在產(chǎn)品設(shè)計(jì)或開發(fā)過程中，所有的活動(dòng)都由“顧客的聲音”VOC ( Voice of Custourer)驅(qū)動(dòng)，并把顧客的需求體現(xiàn)到產(chǎn)品設(shè)計(jì)中去，在滿足顧客需求前提下，全面考慮開發(fā)時(shí)間、質(zhì)量、成本、服務(wù)、環(huán)境的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化。
質(zhì)量功能配置的核心是在獲取和綜合用戶需求的基礎(chǔ)上，采用科學(xué)和系統(tǒng)的方法，將用戶需求分解為產(chǎn)品技術(shù)特征、零部件技術(shù)特征、制造過程工藝特征及質(zhì)量控制方法。QFD最常用的方法是四階段分解方法:產(chǎn)品規(guī)劃(Product Pl arming )、零部件配置(Parts Deployment )、工藝規(guī)劃(Process Planning )及生產(chǎn)規(guī)劃(Production Planning )。它將用戶需求分層地轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品技術(shù)特征、零部件特征、工藝特征和生產(chǎn)質(zhì)量控制方法等一系列能測量的、可操作的事件、活動(dòng)或指標(biāo)。為制訂產(chǎn)品規(guī)劃、工藝計(jì)劃、生產(chǎn)計(jì)劃，以及產(chǎn)品和工藝的連續(xù)質(zhì)量改進(jìn)，提供決策支持。在展開過程中，上一步的輸出就是下一步的輸人，構(gòu)成瀑布式分解過程。如圖1所示，每一分解階段對應(yīng)一個(gè)質(zhì)量屋。
質(zhì)量屋的規(guī)劃過程分為質(zhì)量屋的建立和質(zhì)量屋的決策兩個(gè)過程。質(zhì)量屋的決策部分是利用質(zhì)量屋中的各部分信息，對質(zhì)量特征進(jìn)行并行優(yōu)化，確定每個(gè)質(zhì)量特征的性能指標(biāo)目標(biāo)值。因此，質(zhì)量屋的決策部分的關(guān)鍵是產(chǎn)品規(guī)劃中質(zhì)量特征的并行優(yōu)化問題。通過質(zhì)量特征并行優(yōu)化后的質(zhì)量特征目標(biāo)值，是QFD分解過程中最為重要的輸出信息，是開發(fā)新產(chǎn)品及改進(jìn)現(xiàn)有產(chǎn)品的重要依據(jù)和重點(diǎn)。
2質(zhì)量技術(shù)特征并行優(yōu)化方法
2.1用戶需求改善率與質(zhì)最技術(shù)特征改善率的關(guān)系
設(shè)yi,(i=1,2…m)為用戶需求改善率，xj(j = 1,2,…m)為質(zhì)量技術(shù)特征的改善率，則yi和xj存在下列關(guān)系:
利用QFD建立的質(zhì)量屋獲取的各部分信息以及用戶需求的改善率，來優(yōu)化得到質(zhì)量技術(shù)特征改善率，根據(jù)原有產(chǎn)品的性能指標(biāo)值，就可確定改進(jìn)產(chǎn)品對應(yīng)技術(shù)特征的目標(biāo)值。
2. 2質(zhì)且技術(shù)特征并行優(yōu)化模型
線性規(guī)劃是一種解決優(yōu)化資源分配問題的重要方法。不同的質(zhì)量特征并行優(yōu)化策略，對應(yīng)不同的線性規(guī)劃優(yōu)化模型。根據(jù)線性規(guī)劃中的目標(biāo)規(guī)劃，結(jié)合產(chǎn)品開發(fā)的目標(biāo)和其所具備的各種資源，做出一個(gè)有效的產(chǎn)品設(shè)計(jì)規(guī)劃，同時(shí)能夠分析設(shè)計(jì)的產(chǎn)品達(dá)到各種目標(biāo)的程度和差距。在目標(biāo)規(guī)劃中，產(chǎn)品開發(fā)的所有目標(biāo)可以在一個(gè)或幾個(gè)函數(shù)里加以考慮，然后求最優(yōu)解。這個(gè)過程是使這些規(guī)定的目標(biāo)離差最小，即最大程度地接近目標(biāo)。用yi-代表未達(dá)到第i個(gè)目標(biāo)的目標(biāo)離差量，用yi+代表超出第i個(gè)目標(biāo)的目標(biāo)離差量。這些離差變量必須出現(xiàn)在目標(biāo)函數(shù)和目標(biāo)約束中。
如果目標(biāo)規(guī)劃只有單個(gè)目標(biāo)，則稱為單目標(biāo)規(guī)劃;有多個(gè)目標(biāo)就稱為多目標(biāo)規(guī)劃。質(zhì)量特征并行優(yōu)化單目標(biāo)規(guī)劃模型為:
其中:i為用戶需求下標(biāo)，i=1，2，…m；j為質(zhì)量特征下標(biāo)，,j=1,2,…,fi認(rèn)為第i個(gè)用戶需求和質(zhì)量特征的函數(shù)關(guān)系，反應(yīng)在質(zhì)量屋的關(guān)系矩陣中;gi為第j個(gè)質(zhì)量特征和其他質(zhì)量特征的函數(shù)關(guān)系，反應(yīng)在質(zhì)量屋的自相關(guān)矩陣中;U為質(zhì)量特征改善和所需單位總成本的函數(shù)關(guān)系;V為質(zhì)量特征改善和所需單位實(shí)施時(shí)間的函數(shù)關(guān)系;Rk為除了成本和時(shí)間外的其他產(chǎn)品開發(fā)資源約束函數(shù);wi為歸一化后第i個(gè)用戶需求的權(quán)重;xi為第j個(gè)質(zhì)量特征的改善率，為多目標(biāo)優(yōu)化的決策變量;Lj為第j個(gè)質(zhì)量特征允許的最小改善率;Mj為第j個(gè)質(zhì)量特征允許的最大改善率; Y‘為第i個(gè)用戶需求的目標(biāo)改善率;Yi為未達(dá)到第i個(gè)用戶需求目標(biāo)改善率的目標(biāo)離差量;Y廣為超出第i個(gè)用戶需求目標(biāo)改善率的目標(biāo)離差量;;C為預(yù)先確定的質(zhì)量特征實(shí)施所能提供的單位總成本的上限值;T為預(yù)先確定質(zhì)量特征實(shí)施所能提供的單位時(shí)間的上限值;b*為除了成本和時(shí)間外的其他產(chǎn)品開發(fā)資源約束常數(shù)。
該模型是以用戶需求的改善率為優(yōu)化模型的目標(biāo)，其目的是使未達(dá)到用戶需求目標(biāo)改善率的目標(biāo)離差量總合最小。
3實(shí)例
以閥門產(chǎn)品中的止回閥為例。應(yīng)用QFD方法對止回閥進(jìn)行產(chǎn)品規(guī)劃，在產(chǎn)品規(guī)劃質(zhì)量屋中確定了9項(xiàng)用戶需求，分別為噪音低、不滲漏、體積小重量輕、抗沖擊性好、價(jià)格適中、水力損失小、易于裝拆維修、安全可靠、使用壽命長;;9項(xiàng)技術(shù)特征，分別為止回原理恰當(dāng)、密封性、結(jié)構(gòu)尺寸、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度好、成本、流阻系數(shù)、零部件標(biāo)準(zhǔn)化、可靠性、使用壽命。對用戶需求重要度進(jìn)行歸一化處理，得歸一化的用戶需求重要度向量:
根據(jù)QFD質(zhì)量屋中規(guī)劃矩陣確定的用戶需求改善率為:
根據(jù)QFD質(zhì)量屋信息，得到歸一化的用戶需求和技術(shù)特征關(guān)聯(lián)強(qiáng)度系數(shù)矩陣如下:
將上述式(4)、式(5)及系數(shù)矩陣代人公式(2)和(3)，得到止回閥質(zhì)量技術(shù)特征并行優(yōu)化數(shù)學(xué)模型如下:
上述優(yōu)化模型是以止回閥用戶需求的改善率為優(yōu)化模型的目標(biāo)，其目的是使未達(dá)到止回閥用戶需求目標(biāo)改善率的目標(biāo)離差量總和最小，同時(shí)也考慮了各用戶需求的重要度。用單純形法求解止回閥質(zhì)量技術(shù)特征并行優(yōu)化模型，得到止回閥質(zhì)量技術(shù)特征改善率如表1:
通過以上的優(yōu)化計(jì)算得到了各質(zhì)量特征的改善率xj，它表示了各個(gè)質(zhì)量特征項(xiàng)需要的相對改進(jìn)程度，由于1.0≤xj≤1.5，當(dāng)xj=1. 0時(shí)，理解為“產(chǎn)品該質(zhì)量技術(shù)特征保持原來的程度，不做改進(jìn)”;當(dāng)xj=1. 5時(shí)，則理解為“產(chǎn)品該質(zhì)量技術(shù)特征應(yīng)做大的改進(jìn)，使其達(dá)到同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平”;當(dāng)1.0<xj<1. 5時(shí)，則理解為“產(chǎn)品該質(zhì)量技術(shù)特征的改進(jìn)在前兩種改進(jìn)程度之間的某個(gè)值”。由此看出，為滿足用戶需求的目標(biāo)值，應(yīng)優(yōu)先考慮在止回閥的止回原理、結(jié)構(gòu)尺寸和可靠性方面做較大的改進(jìn);其次應(yīng)在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、流阻系數(shù)和使用壽命方面做相應(yīng)的改進(jìn);而在密封性、成本和零部件標(biāo)準(zhǔn)化方面可保持不變。
4結(jié)束語
在產(chǎn)品的改進(jìn)設(shè)計(jì)中，如何針對用戶需求目標(biāo)的改進(jìn)，將其客觀地反映在產(chǎn)品質(zhì)量技術(shù)特征的改進(jìn)中，這是QFD方法在產(chǎn)品改進(jìn)設(shè)計(jì)中應(yīng)用的關(guān)鍵。根據(jù)QFD建立的質(zhì)量屋信息，建立基于質(zhì)量技術(shù)特征改善率的并行優(yōu)化模型并求解，便得到產(chǎn)品質(zhì)量特征中需要進(jìn)行不同程度改進(jìn)的特征項(xiàng)，為下一步具體提出產(chǎn)品質(zhì)量技術(shù)特征的目標(biāo)值提供了科學(xué)依據(jù)。值得注意的是，優(yōu)化模型是建立在用戶需求信息和質(zhì)量屋信息的基礎(chǔ)上，其中質(zhì)量屋信息包含同類產(chǎn)品競爭對手相關(guān)信息，它是一個(gè)綜合信息，這些信息獲取的準(zhǔn)確性直接影響優(yōu)化結(jié)果。所以在該方法應(yīng)用的前期，準(zhǔn)確地收集各類信息是相當(dāng)重要的。
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