李 靖，同淑榮，馬春暉

LI Jing, TONG Shu-rong, MA Chun-hui

（西北工業(yè)大學(xué) 管理學(xué)院，西安 710072）

0 引言

面向質(zhì)量的設(shè)計是指在產(chǎn)品的開發(fā)和設(shè)計過程中，根據(jù)一定的準則和方法將各種需求轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的質(zhì)量特性[1]。在轉(zhuǎn)化過程中，需要產(chǎn)品生命周期知識特別是與質(zhì)量有關(guān)的知識的支持[2,3]。制造信息是產(chǎn)品生命周期知識的重要組成部分，包括產(chǎn)品性能、材料、制造過程、可加工性、可裝配性、可維護性等[4～6]。在實際設(shè)計過程中，制造信息若能及時、準確地反饋給設(shè)計人員，會提高產(chǎn)品開發(fā)效率，降低產(chǎn)品生產(chǎn)成本。

為設(shè)計人員提供支持面向質(zhì)量設(shè)計的制造信息，需要研究制造信息與面向質(zhì)量設(shè)計全過程的關(guān)系，并由此建立支持面向質(zhì)量設(shè)計的制造信息結(jié)構(gòu)，為最終開發(fā)支持面向質(zhì)量設(shè)計的制造信息系統(tǒng)提供基礎(chǔ)。

1 面向質(zhì)量設(shè)計過程分析

1.1 面向質(zhì)量設(shè)計工具

面向質(zhì)量設(shè)計的一個重要工具就是質(zhì)量功能展開(Quality Function Deployment,簡稱QFD)，它將產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品實現(xiàn)過程質(zhì)量綜合在一起，把顧客的需求展開到產(chǎn)品設(shè)計過程中，包括產(chǎn)品規(guī)劃、零部件配置、工藝設(shè)計和生產(chǎn)規(guī)劃四個階段。在展開過程中，上一層的輸出就是下一層的輸入，從而確保設(shè)計的產(chǎn)品在質(zhì)量上滿足用戶的需求。

1.2 設(shè)計各階段任務(wù)

根據(jù)每個設(shè)計階段需要輸入及輸出的內(nèi)容，可確定各階段的主要任務(wù)。每個階段所要完成的任務(wù)不同，所需要的制造信息也不同。不同設(shè)計階段的任務(wù)可用圖1來表示。

圖1 DFQ各階段任務(wù)

2 面向質(zhì)量設(shè)計對制造信息的需求分析

2.1 支持設(shè)計的制造信息分類

結(jié)合面向質(zhì)量設(shè)計各階段所要完成的任務(wù)及所需要輸出的內(nèi)容，在不同階段，需要考慮不同的制造信息。比如，在產(chǎn)品規(guī)劃階段，要確定產(chǎn)品是否選用新材料，這時需要考慮新材料的可獲得性及成本等因素。在工藝規(guī)劃階段，要編制零件工藝卡片，這時需要了解車間設(shè)備的加工能力等因素。

為了清晰地表示產(chǎn)品設(shè)計各階段對不同制造信息的需求并方便收集制造信息，首先對制造信息進行分類。按照產(chǎn)品的生產(chǎn)過程，將制造信息分為以下幾類：

1）生產(chǎn)準備信息。包括材料庫存率，新材料的可獲得性，設(shè)備使用現(xiàn)狀，成本和產(chǎn)量相關(guān)性。其中，成本和產(chǎn)量相關(guān)性是指在生產(chǎn)過程中，有時設(shè)計的產(chǎn)品或零件可以制造出來，但批量生產(chǎn)時，受到設(shè)備穩(wěn)定性或工裝要求等限制，可能會使成本大幅度提高。

2）生產(chǎn)過程信息。這主要是指產(chǎn)品生產(chǎn)過程中影響產(chǎn)品質(zhì)量的因素，包括設(shè)備的加工能力，材料的性能及供應(yīng)現(xiàn)狀，工作人員的業(yè)務(wù)素質(zhì)，零件的工藝流程方法，對質(zhì)量特征值的檢測方法，生產(chǎn)所處的環(huán)境。

設(shè)備的加工能力：設(shè)備可加工的零件，所能達到的精度和粗糙度，設(shè)備運行時的穩(wěn)定性。

圖2 DFQ與制造信息關(guān)系

工作人員的業(yè)務(wù)素質(zhì)：包括設(shè)計人員，工藝人員，制造人員的業(yè)務(wù)熟練水平，對產(chǎn)品質(zhì)量的責(zé)任意識，以及學(xué)歷、年齡、控制自身情緒不穩(wěn)定性的能力等

材料的性能及供應(yīng)現(xiàn)狀：材料的供應(yīng)狀態(tài)，規(guī)格，品種，材料的物理性能、力學(xué)性能及化學(xué)性能，材料的工藝性及加工處理方法。

零件的工藝方法：零件的工藝方法，上下工序的銜接，每道工序的具體加工方法。

對質(zhì)量特征值的檢測方法：產(chǎn)品或半成品的測量指標，采用的測量工具，測量方法，測量的判定標準。

生產(chǎn)所處的環(huán)境：生產(chǎn)車間所處的環(huán)境質(zhì)量狀況，如溫度，濕度，塵埃等與產(chǎn)品質(zhì)量直接相關(guān)的因素。

3）檢驗信息。檢驗部門對各個工序的產(chǎn)品或半成品進行檢驗，記錄相關(guān)的質(zhì)量特征值，嚴禁不合格產(chǎn)品進入下道工序，同時分析產(chǎn)品缺陷的產(chǎn)生原因，對產(chǎn)品實行質(zhì)量控制。

4）裝配信息：零件緊固方法和裝配路徑，零件之間的配合間隙和配合區(qū)段長度，零件的夾持表面。

生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的制造信息一般通過文檔來記錄，通過對制造信息分類，可以根據(jù)各類信息的不同來源由相關(guān)人員錄入到制造信息系統(tǒng)中，從而規(guī)范地記錄制造信息，為設(shè)計者提供參考。

2.2 設(shè)計各階段對制造信息的需求

根據(jù)第二節(jié)對面向質(zhì)量設(shè)計各階段設(shè)計任務(wù)的描述，詳細分析設(shè)計與制造信息的需求關(guān)系。比如在產(chǎn)品規(guī)劃階段，確定是否采用新材料時要考慮現(xiàn)有設(shè)備能夠加工的材料種類；零部件配置階段估算產(chǎn)品性能時則需要考慮所用材料的力學(xué)性能、化學(xué)性能等。面向質(zhì)量設(shè)計與制造信息的關(guān)系具體如圖2所示。

設(shè)計對制造信息的需求貫穿在整個設(shè)計過程之中。隨著設(shè)計階段的不斷深入，對制造信息的考慮越來越多，越來越具體。同時，在設(shè)計的不同階段，又需要共享很多制造信息。

圖3 支持面向質(zhì)量設(shè)計的制造信息結(jié)構(gòu)模型

3 制造信息結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建

在對產(chǎn)品設(shè)計過程、設(shè)計任務(wù)進行描述的基礎(chǔ)上，分析了產(chǎn)品設(shè)計對制造信息的需求。在此基礎(chǔ)上，建立支持面向質(zhì)量設(shè)計的制造信息結(jié)構(gòu)模型如圖3所示。其中，數(shù)據(jù)庫中存儲質(zhì)量檢驗數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)、材料數(shù)據(jù)等，通過系統(tǒng)進一步的數(shù)據(jù)挖掘來生成設(shè)計者所需要的制造信息。知識庫中存儲質(zhì)量標準、以往不同產(chǎn)品與合格率之間的關(guān)系、生產(chǎn)裝配知識等能夠直接為設(shè)計者提供決策支持的知識。模型庫中存儲各種分析方法，對設(shè)計者的問題進行推理，分析，對設(shè)計者的方案進行優(yōu)化，最終為設(shè)計者提出可行性建議。模型庫是系統(tǒng)的核心的部分，因為設(shè)計者很少依靠數(shù)據(jù)直接進行決策，通常都要經(jīng)過模型庫的分析才能支持自己的設(shè)計決策。數(shù)據(jù)庫，知識庫，模型庫既可以單獨為設(shè)計者提供設(shè)計支持，也可以互相提供支持信息。

支持面向質(zhì)量設(shè)計的制造信息功能結(jié)構(gòu)模型建立后，以此為基礎(chǔ)可開發(fā)實現(xiàn)支持面向質(zhì)量產(chǎn)品設(shè)計的制造信息系統(tǒng)。將制造信息按照不同類別錄入系統(tǒng)，系統(tǒng)會通過數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對錄入信息進行處理、存儲并實時更新，使設(shè)計人員能夠查詢與自己所負責(zé)的設(shè)計階段相關(guān)的制造信息，提高設(shè)計質(zhì)量。

4 結(jié)論

采用QFD分析面向質(zhì)量的產(chǎn)品設(shè)計過程，明確產(chǎn)品設(shè)計各階段所需完成的任務(wù)。對制造信息按照產(chǎn)品生產(chǎn)過程分類，便于信息采集與處理。根據(jù)設(shè)計任務(wù)分析設(shè)計對制造信息的需求，建立面向質(zhì)量的產(chǎn)品設(shè)計與制造信息的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，建立支持面向質(zhì)量設(shè)計的制造信息結(jié)構(gòu)模型。模型面向用戶進行開發(fā)設(shè)計，使具有不同任務(wù)的設(shè)計者在設(shè)計決策時能夠考慮制造約束，設(shè)計與制造之間信息共享，為開發(fā)支持面向質(zhì)量設(shè)計的制造信息系統(tǒng)提供基礎(chǔ)。

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