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(hù)需求；優(yōu)化模型
論文摘要：將用戶(hù)需求的目標客觀(guān)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)應用的重要內容。本文根據用戶(hù)需求的目標值及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(lèi)產(chǎn)品應用QFD方法進(jìn)行改進(jìn)設計提供了科學(xué)依據。
質(zhì)量功能配置(Quality Function Deployment，簡(jiǎn)稱(chēng)QFD)是一種用戶(hù)驅動(dòng)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和質(zhì)量保證方法。它采用系統的、規范化的方法調查和分析客戶(hù)的需求，并采用結構化的框架將其轉換為產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中的各種技術(shù)特征信息，使得設計和制造的產(chǎn)品能真正地滿(mǎn)足客戶(hù)需求。
QFD是通過(guò)對產(chǎn)品質(zhì)量技術(shù)特征指標值的改進(jìn)來(lái)滿(mǎn)足用戶(hù)需求，提高用戶(hù)對新設計產(chǎn)品或改進(jìn)產(chǎn)品的滿(mǎn)意度。在產(chǎn)品的設計或改進(jìn)過(guò)程中，對某個(gè)用戶(hù)需求評價(jià)目標值的改善，是通過(guò)與之相關(guān)的質(zhì)量特征性能指標的改善來(lái)獲得的。為了對產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn)，必須準確地描述出用戶(hù)需求評價(jià)目標值與具體的質(zhì)量特征指標值之間的內在關(guān)系。要準確地描述出用戶(hù)需求評價(jià)目標值與質(zhì)量特征之間的函數關(guān)系，在具體實(shí)施上存在很大的困難。因為它們處于不同的標度上，前者屬于離散的或連續的順序標度，后者則不然，而且每個(gè)質(zhì)量特征指標的度量單位也是不一樣的。將一順序標度變量表達為非順序參數辨識，尤其是當增加質(zhì)量特征時(shí)，還需要重新設計系統辯識數據進(jìn)行系統辯識，這在實(shí)際應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(wèn)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。該方法綜合運用系統工程思想，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，轉化為產(chǎn)品的設計要求、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)品設計或開(kāi)發(fā)過(guò)程中，所有的活動(dòng)都由“顧客的聲音”VOC ( Voice of Custourer)驅動(dòng)，并把顧客的需求體現到產(chǎn)品設計中去，在滿(mǎn)足顧客需求前提下，全面考慮開(kāi)發(fā)時(shí)間、質(zhì)量、成本、服務(wù)、環(huán)境的關(guān)系，實(shí)現最優(yōu)化。
質(zhì)量功能配置的核心是在獲取和綜合用戶(hù)需求的基礎上，采用科學(xué)和系統的方法，將用戶(hù)需求分解為產(chǎn)品技術(shù)特征、零部件技術(shù)特征、制造過(guò)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)品規劃(Product Pl arming )、零部件配置(Parts Deployment )、工藝規劃(Process Planning )及生產(chǎn)規劃(Production Planning )。它將用戶(hù)需求分層地轉化為產(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。為制訂產(chǎn)品規劃、工藝計劃、生產(chǎn)計劃，以及產(chǎn)品和工藝的連續質(zhì)量改進(jìn)，提供決策支持。在展開(kāi)過(guò)程中，上一步的輸出就是下一步的輸人，構成瀑布式分解過(guò)程。如圖1所示，每一分解階段對應一個(gè)質(zhì)量屋。
質(zhì)量屋的規劃過(guò)程分為質(zhì)量屋的建立和質(zhì)量屋的決策兩個(gè)過(guò)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)量特征的性能指標目標值。因此，質(zhì)量屋的決策部分的關(guān)鍵是產(chǎn)品規劃中質(zhì)量特征的并行優(yōu)化問(wèn)題。通過(guò)質(zhì)量特征并行優(yōu)化后的質(zhì)量特征目標值，是QFD分解過(guò)程中最為重要的輸出信息，是開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品及改進(jìn)現有產(chǎn)品的重要依據和重點(diǎn)。
2質(zhì)量技術(shù)特征并行優(yōu)化方法
2.1用戶(hù)需求改善率與質(zhì)最技術(shù)特征改善率的關(guān)系
設yi,(i=1,2…m)為用戶(hù)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(hù)需求的改善率，來(lái)優(yōu)化得到質(zhì)量技術(shù)特征改善率，根據原有產(chǎn)品的性能指標值，就可確定改進(jìn)產(chǎn)品對應技術(shù)特征的目標值。
2. 2質(zhì)且技術(shù)特征并行優(yōu)化模型
線(xiàn)性規劃是一種解決優(yōu)化資源分配問(wèn)題的重要方法。不同的質(zhì)量特征并行優(yōu)化策略，對應不同的線(xiàn)性規劃優(yōu)化模型。根據線(xiàn)性規劃中的目標規劃，結合產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的目標和其所具備的各種資源，做出一個(gè)有效的產(chǎn)品設計規劃，同時(shí)能夠分析設計的產(chǎn)品達到各種目標的程度和差距。在目標規劃中，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的所有目標可以在一個(gè)或幾個(gè)函數里加以考慮，然后求最優(yōu)解。這個(gè)過(guò)程是使這些規定的目標離差最小，即最大程度地接近目標。用yi-代表未達到第i個(gè)目標的目標離差量，用yi+代表超出第i個(gè)目標的目標離差量。這些離差變量必須出現在目標函數和目標約束中。
如果目標規劃只有單個(gè)目標，則稱(chēng)為單目標規劃;有多個(gè)目標就稱(chēng)為多目標規劃。質(zhì)量特征并行優(yōu)化單目標規劃模型為:
其中:i為用戶(hù)需求下標，i=1，2，…m；j為質(zhì)量特征下標，,j=1,2,…,fi認為第i個(gè)用戶(hù)需求和質(zhì)量特征的函數關(guān)系，反應在質(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)量特征的函數關(guān)系，反應在質(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)間的函數關(guān)系;Rk為除了成本和時(shí)間外的其他產(chǎn)品開(kāi)發(fā)資源約束函數;wi為歸一化后第i個(gè)用戶(hù)需求的權重;xi為第j個(gè)質(zhì)量特征的改善率，為多目標優(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(hù)需求的目標改善率;Yi為未達到第i個(gè)用戶(hù)需求目標改善率的目標離差量;Y廣為超出第i個(gè)用戶(hù)需求目標改善率的目標離差量;;C為預先確定的質(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(kāi)發(fā)資源約束常數。
該模型是以用戶(hù)需求的改善率為優(yōu)化模型的目標，其目的是使未達到用戶(hù)需求目標改善率的目標離差量總合最小。
3實(shí)例
以閥門(mén)產(chǎn)品中的止回閥為例。應用QFD方法對止回閥進(jìn)行產(chǎn)品規劃，在產(chǎn)品規劃質(zhì)量屋中確定了9項用戶(hù)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(cháng);;9項技術(shù)特征，分別為止回原理恰當、密封性、結構尺寸、結構強度好、成本、流阻系數、零部件標準化、可靠性、使用壽命。對用戶(hù)需求重要度進(jìn)行歸一化處理，得歸一化的用戶(hù)需求重要度向量:
根據QFD質(zhì)量屋中規劃矩陣確定的用戶(hù)需求改善率為:
根據QFD質(zhì)量屋信息，得到歸一化的用戶(hù)需求和技術(shù)特征關(guān)聯(lián)強度系數矩陣如下:
將上述式(4)、式(5)及系數矩陣代人公式(2)和(3)，得到止回閥質(zhì)量技術(shù)特征并行優(yōu)化數學(xué)模型如下:
上述優(yōu)化模型是以止回閥用戶(hù)需求的改善率為優(yōu)化模型的目標，其目的是使未達到止回閥用戶(hù)需求目標改善率的目標離差量總和最小，同時(shí)也考慮了各用戶(hù)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(guò)以上的優(yōu)化計算得到了各質(zhì)量特征的改善率xj，它表示了各個(gè)質(zhì)量特征項需要的相對改進(jìn)程度，由于1.0≤xj≤1.5，當xj=1. 0時(shí)，理解為“產(chǎn)品該質(zhì)量技術(shù)特征保持原來(lái)的程度，不做改進(jìn)”;當xj=1. 5時(shí)，則理解為“產(chǎn)品該質(zhì)量技術(shù)特征應做大的改進(jìn)，使其達到同類(lèi)產(chǎn)品的先進(jìn)水平”;當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(mǎn)足用戶(hù)需求的目標值，應優(yōu)先考慮在止回閥的止回原理、結構尺寸和可靠性方面做較大的改進(jìn);其次應在結構強度、流阻系數和使用壽命方面做相應的改進(jìn);而在密封性、成本和零部件標準化方面可保持不變。
4結束語(yǔ)
在產(chǎn)品的改進(jìn)設計中，如何針對用戶(hù)需求目標的改進(jìn)，將其客觀(guān)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)設計中應用的關(guān)鍵。根據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，為下一步具體提出產(chǎn)品質(zhì)量技術(shù)特征的目標值提供了科學(xué)依據。值得注意的是，優(yōu)化模型是建立在用戶(hù)需求信息和質(zhì)量屋信息的基礎上，其中質(zhì)量屋信息包含同類(lèi)產(chǎn)品競爭對手相關(guān)信息，它是一個(gè)綜合信息，這些信息獲取的準確性直接影響優(yōu)化結果。所以在該方法應用的前期，準確地收集各類(lèi)信息是相當重要的。
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