劉航

（鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院管理科學(xué)與工程學(xué)院，鄭州450007）

基于粗糙QFD方法的復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)波形推進(jìn)模型

劉航

（鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院管理科學(xué)與工程學(xué)院，鄭州450007）

文章探討了將需求導(dǎo)入復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)的特殊意義和促進(jìn)作用，從用戶需求的角度出發(fā)提出了CoPS的波形創(chuàng)新模型，并著重對(duì)模型中用戶需求篩選這一核心步驟進(jìn)行研究。根據(jù)CoPS產(chǎn)品的特殊性，提出了結(jié)合粗糙集理論的改進(jìn)質(zhì)量功能展開方法對(duì)用戶需求進(jìn)行重要性排序。案例分析表明該粗糙QFD方法具有較好的可操作性和可行性。

復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)；需求；波形模型；粗糙集；QFD

0 引言

復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)（CoPS）由大型技術(shù)系統(tǒng)演化而來，包括航空航天、大型電信通訊、船只、高速列車、信息系統(tǒng)等。復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)的概念是由英國的學(xué)者M(jìn)iller和Hobday在20世紀(jì)90年代中期提出的，特指一些研究開發(fā)成本大、技術(shù)含量高、小批量定制化、集成度高的大型產(chǎn)品、系統(tǒng)或基礎(chǔ)設(shè)施[1，2]。與一般產(chǎn)品不同的是，用戶高度參與整個(gè)復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)開發(fā)過程?？蛻粜枨笕谌氲疆a(chǎn)品開發(fā)中是CoPS開發(fā)成功的必要因素之一。所謂需求融入,就是把客戶需求轉(zhuǎn)化為具體的產(chǎn)品特征及屬性。CoPS集成開發(fā)商通過對(duì)用戶需求的挖掘和轉(zhuǎn)化,并根據(jù)自身的技術(shù)能力和創(chuàng)新能力對(duì)轉(zhuǎn)化后的產(chǎn)品屬性進(jìn)行識(shí)別和細(xì)分，通過產(chǎn)品屬性的不同組合或不同表現(xiàn)形式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)創(chuàng)新。對(duì)用戶的需求的深入研究對(duì)復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)成功開發(fā)有著至關(guān)重要的意義，本文擬在此領(lǐng)域進(jìn)行探討。

1 復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀及理論回顧

復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)同規(guī)模化生產(chǎn)的產(chǎn)品有明顯的不同。因此，大規(guī)模生產(chǎn)的相對(duì)成熟的理論體系無法移植到復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)創(chuàng)新過程。目前，CoPS創(chuàng)新還沒有一套公認(rèn)的模式。Andrew Davies[3]以蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)為例分析了CoPS生命周期各階段的特征及關(guān)鍵問題，研究了政府在CoPS創(chuàng)新中的作用；Huaglory和Tianfield[4]建立了一種新型的生命周期模型，命名為環(huán)生命周期模型，模型中將并行工程、生命周期工程、虛擬樣機(jī)、跨企業(yè)信息集成軟件工程等各種現(xiàn)有的模式有機(jī)地結(jié)合起來；而陳勁[5，6]認(rèn)為CoPS并沒有明顯的生命周期發(fā)展模式及該模式存在的條件；齊二石等[7]認(rèn)為虛擬組織模式是開發(fā)CoPS的有效模式，建立了基于虛擬組織的CoPS全生命周期管理體系；Massimo和Andrea[8]以航空武器裝備系統(tǒng)為例，說明采用虛擬組織形式管理CoPS創(chuàng)新是不合適的。Hardstone G.A.P[9]比較了原有企業(yè)和出現(xiàn)CoPS企業(yè)功能、結(jié)構(gòu)和戰(zhàn)略的差異，認(rèn)為基于項(xiàng)目的組織是進(jìn)行CoPS生產(chǎn)和創(chuàng)新的理想組織形式；Mike Hobday[10]將基于項(xiàng)目的組織形式（PBO）與傳統(tǒng)功能矩陣組織進(jìn)行了比較研究，指出CoPS中多種組織形式存在的必要性以及選擇適合組織形式的主要因素。所有這些學(xué)者的研究成果主要集中在復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)的過程以及組織形式，還沒有研究者從需求的角度進(jìn)行分析。此外，目前對(duì)復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)的研究多停留在定性的層面上，很少有研究者從定量的方面進(jìn)行具體操作方法的研究。因此，本文從用戶需求的層面，運(yùn)用質(zhì)量功能展開的方法對(duì)復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)進(jìn)行研究，提出了基于用戶需求開發(fā)的復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)創(chuàng)新模型。

2 基于用戶需求的復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)波形創(chuàng)新機(jī)理分析

復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)具體的設(shè)計(jì)指標(biāo)和方案是在開發(fā)過程中由用戶需求轉(zhuǎn)化而來并最終確定的。用戶需求能引導(dǎo)CoPS創(chuàng)新的方向,CoPS創(chuàng)新又能進(jìn)一部能提升用戶需求的層次,創(chuàng)新與需求形成動(dòng)態(tài)的良性循環(huán)。從轉(zhuǎn)化機(jī)理來看,該過程主要包括產(chǎn)品開發(fā)、用戶需求、創(chuàng)新程度三個(gè)維度，整個(gè)創(chuàng)新鏈呈現(xiàn)波形前進(jìn)態(tài)勢（如圖1所示）。當(dāng)目前的CoPS創(chuàng)新暫時(shí)滿足用戶需求后,隨著用戶對(duì)系統(tǒng)功能認(rèn)知程度的增強(qiáng)和內(nèi)、外部環(huán)境的變化,又會(huì)產(chǎn)生新的隱性需求。這就促使CoPS的集成開發(fā)商進(jìn)行第二輪的開發(fā)，整個(gè)創(chuàng)新鏈呈現(xiàn)波形交織前進(jìn)。

整個(gè)轉(zhuǎn)化及創(chuàng)新過程可分為以下四個(gè)步驟：需求的識(shí)別和預(yù)測；需求的開發(fā)甄選；需求向產(chǎn)品功能指標(biāo)的轉(zhuǎn)化；以及最后的CoPS新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、試制和生產(chǎn)。其中，從識(shí)別出的需求集合中挑選出恰當(dāng)?shù)男枨筚Y源進(jìn)行開發(fā)是復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)創(chuàng)新成功的核心步驟。

與其他的是物質(zhì)資源不同，用戶需求資源是抽象、動(dòng)態(tài)和復(fù)雜的。資源的限制使得對(duì)所有用戶需求進(jìn)行轉(zhuǎn)化不具現(xiàn)實(shí)意義。復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)的集成開發(fā)商在進(jìn)行需求甄選時(shí)應(yīng)采用動(dòng)態(tài)的優(yōu)化方法。需求甄選的風(fēng)險(xiǎn)通常表現(xiàn)在兩個(gè)方面：需求選擇錯(cuò)誤以及超預(yù)期開發(fā)。需求的錯(cuò)誤選擇會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品創(chuàng)新方向的偏離，由此開發(fā)出的新產(chǎn)品不能獲得顧客滿意。此外，在識(shí)別出的所有需求中，有些深度需求所對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品屬性可能要在相當(dāng)常的一段時(shí)間之后才能顯現(xiàn)出其實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。因此，若對(duì)需求進(jìn)行過度或不當(dāng)開發(fā)，不僅會(huì)增加創(chuàng)新難度和成本，延長開發(fā)周期，同時(shí)會(huì)因過度提供短期內(nèi)沒有實(shí)用價(jià)值的附加功能而被用戶詬病。因此，需要找出一種方法能夠要將多種需求綜合考慮，對(duì)用戶需求重要度進(jìn)行分析，從中篩選出能最大程度上達(dá)到用戶滿意的需求集合并將其轉(zhuǎn)化為新產(chǎn)品指標(biāo)。質(zhì)量功能展開(QFD)方法的作用和目標(biāo)恰恰在與適當(dāng)?shù)貪M足用戶要求。

3 基于粗糙集的QFD中用戶需求重要度的確定

質(zhì)量功能展開(QFD)是面向顧客的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開發(fā)的一種計(jì)劃過程，是由日本著名質(zhì)量管理專家Shigeru Mizuno和Yoji Akao在20世紀(jì)60年代末提出的。顧客需求最終重要度的確定是QFD的重要應(yīng)用領(lǐng)域。在傳統(tǒng)的QFD方法中，需求重要度的確定需要用戶需要提供盡可能詳細(xì)、全面和準(zhǔn)確的信息，這對(duì)復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)而言是不太可行的。本文根據(jù)CoPS產(chǎn)品用戶需求的模糊性、不分明性和不確定性的特點(diǎn),在質(zhì)量功能展開中引入了粗糙集理論，提出了適用于模糊用戶需求的粗糙QFD方法，通過適當(dāng)?shù)哪Ｐ痛_定需求中真正的關(guān)鍵項(xiàng)目,為CoPS的創(chuàng)新提供重要的研究和設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。

3.1 粗糙集相關(guān)理論

粗糙集(rough set)理論是一種有效處理不精確和不完全信息的數(shù)學(xué)工具,由波蘭學(xué)者Pawla于1982年提出(11,12)。其主要思想是通過數(shù)據(jù)約簡,導(dǎo)出問題的決策和分類規(guī)則。運(yùn)用粗糙集理論，可以直接在不完全信息系統(tǒng)上進(jìn)行決策。同時(shí)，粗糙集理論中對(duì)象的隸屬度值是從所需處理的數(shù)據(jù)中直接計(jì)算得到，可以在很大程度上避免主觀因素的影響。

理論1：假設(shè)A=(M,N,V,f)為一個(gè)表達(dá)系統(tǒng)。稱M為論域，M={m1,m2,…，mn},表示對(duì)象的非空有限集;N表示屬性的非空有限集合。假設(shè)條件屬性集表示為T，決策屬性集表示為J，則是屬性ni的值域；f是一個(gè)信息函數(shù)，它為每個(gè)對(duì)象的每個(gè)屬性賦予一個(gè)信息值，即n∈N，m∈M，f（m,n）∈Vn

理論2：假設(shè)有一個(gè)等價(jià)關(guān)系，表示為R，r∈R。若ind(R)=ind(R-｛r｝),則稱r在R中可被約去。

理論3：假設(shè)M中存在一個(gè)等價(jià)關(guān)系：P和Q。M中所有分類M/P的信息可以準(zhǔn)確地劃分到關(guān)系Q的等價(jià)類中的對(duì)象集合稱為Q的P正區(qū)域，記為Pos P(Q)。

理論4：設(shè)一個(gè)決策表，表示為B，B=(M,N,T,J)。其中T表示條件屬性，J表示決策屬性。若J在B中以程度α（0≤α≤1）依賴于T，則

其中，Pos T(J)表示J的T正區(qū)域。同時(shí)，稱β(n)為屬性n的重要性

上述內(nèi)容是下文提出方法的理論基礎(chǔ)。

3.2 基于粗糙集的QFD方法的用戶需求重要度的確定

復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)創(chuàng)新中的用戶需求最終重要度的確定應(yīng)按以下步驟進(jìn)行：

步驟1：根據(jù)用戶及市場調(diào)查結(jié)果,確定n項(xiàng)用戶需求CD1,CD2,…,CDi,…,CDn。將上述結(jié)果再次進(jìn)行用戶及市場調(diào)查,得到關(guān)于用戶滿意度水平的初始數(shù)據(jù)，記做SL。定義條件屬性集合TN,TN=﹛CD1,CD2,…,CDn﹜；定義決策屬性集合JS,JS=﹛SL1,SL2,…,SLn﹜。各屬性的值域由實(shí)際情況確定。由此，可得到一個(gè)決策系統(tǒng),記作JT=(M,TN∪{JS})。

步驟2：將步驟1所獲得的初始數(shù)據(jù)進(jìn)行粗糙轉(zhuǎn)換得到?jīng)Q策表。以決策表的總的分類為基準(zhǔn),相對(duì)于此基準(zhǔn),考察刪除各個(gè)屬性后的變化情況。如果刪除一個(gè)屬性后決策不發(fā)生改變,則該屬性的重要度較小，稱為可約去的屬性，不需進(jìn)入下一步驟。反之則重要度大，需進(jìn)行重要度排序。

步驟3：決策表中每一個(gè)條件屬性的重要度可相應(yīng)的用于度量QFD中用戶需求基本重要度。根據(jù)條件屬性CDi的重要度βi=β(CDi,SL),確定相應(yīng)的顧客需求CDi的基本重要度向量g=(g1,g2,…,gn)。

步驟4：需求重要度修正因子的確定。步驟3所得出的重要度是由用戶直接需求評(píng)定得出的，沒有考慮其他因素對(duì)用戶需求的影響。因此，需要進(jìn)行修正。根據(jù)CoPS產(chǎn)品的特點(diǎn)，定義市場競爭排他性優(yōu)勢為基本重要度的修正因子，由γi表示。在計(jì)算γi時(shí)需要引入幾個(gè)概念。

（1）用戶需求序位的計(jì)劃改進(jìn)序位增量ΔOi

計(jì)劃改進(jìn)序位增量ΔOi由用戶需求CDi的競爭力的現(xiàn)狀Oi（根據(jù)QFD中的競爭性評(píng)估矩陣確定）以及競爭力的計(jì)劃目標(biāo)（根據(jù)集成開發(fā)商的資源狀況和意愿確定需求）計(jì)算得來。例如,某項(xiàng)用戶需求的競爭力現(xiàn)狀排位第6位,而其競爭力在企業(yè)中的計(jì)劃目標(biāo)為第2位,則該項(xiàng)用戶需求序位的計(jì)劃改進(jìn)增量為4。通常情況下，一項(xiàng)用戶需求的計(jì)劃改進(jìn)序位增量愈小，開發(fā)商將其實(shí)現(xiàn)的可能性愈大，反之亦然。用戶需求序位的計(jì)劃改進(jìn)序位增量ΔOi為期望增量，不考慮其實(shí)現(xiàn)可能性；考慮實(shí)現(xiàn)可能性的用戶需求序位增量用用表示。

(2)單位改進(jìn)增量的可能性因子Ki。某項(xiàng)用戶需求CDi的競爭序位的單位改進(jìn)增量的實(shí)現(xiàn)可能性一般可表現(xiàn)為一個(gè)常數(shù)，記作Ki。,則

(3)顧客需求CDi的市場競爭排他性優(yōu)勢SPi

排他性優(yōu)勢能夠反映該需求對(duì)用戶的重要度同時(shí)也能反映出其他競爭對(duì)手的表現(xiàn),記為SPi。例如，一個(gè)排他性優(yōu)勢強(qiáng)的需求說明該需求對(duì)用戶很重要且其他競爭對(duì)手在該領(lǐng)域的表現(xiàn)也不能讓用戶滿意。通常把排他性優(yōu)勢分為3個(gè)等級(jí),分別對(duì)應(yīng)數(shù)值1.5,1.2和1.0。通過上述概念可知,某項(xiàng)顧客需求Ci的基本重要度的修正因子γi為

用戶需求重要度的修正向量表示為γ=(γ1,γ2,…,γn)。

綜上所述，最終重要度=基本重要度×修正因子。將最終重要度表示為Zi,歸一化后可得：

4 實(shí)例研究

根據(jù)用戶及市場調(diào)查結(jié)果,確定某復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)開發(fā)中共有4項(xiàng)顧客需求CD1，CD2,CD3和CD4以及上需求影響下的滿意度水平SL。通過用戶調(diào)查獲得樣本集,刪除重復(fù)和冗余數(shù)據(jù),得到由用戶需求和滿意度水平分成低、中、高三個(gè)等級(jí)，分別對(duì)應(yīng)數(shù)值1、2、3，構(gòu)成的決策表(表1)。表1中條件屬性t1，t2,t3,t4分別代表用戶需求CD1,CD2,CD3,CD4;決策屬性j代表用戶滿意度SL。

表1 決策表

根據(jù)決策表進(jìn)行用戶需求的篩選，判斷是否有用戶需求是可約去的?？杉s簡的需求不需進(jìn)入下一步驟的重要度考量。根據(jù)公式（1）和理論2可知,屬性t1,t2,t3,t4相對(duì)于決策屬性j都是不可約去的,因此需要對(duì)這四個(gè)需求進(jìn)行重要度排序。

利用表1數(shù)據(jù)，根據(jù)公式(2)可計(jì)算得出,相對(duì)于用戶滿意度的決策屬性J、用戶需求CD1的條件屬性t1的依賴度:

α(T,J)=SUM(PosT(J))/SUMJ(M)=(ΣVJm-(VJ32+VJ37))/ΣVJm=0.946,（VJm指決策屬性j的值域）

同理可得，α(T-｛t1｝,J)=0.595

根據(jù)公式(3)可計(jì)算重要度為：β(t1)=α(T,J)-α(T-｛t1｝,J)=0.351

重復(fù)以上步驟，其他屬性的依賴度和重要度均可計(jì)算得出，結(jié)果顯示在表2。

根據(jù)公式(4)，用戶需求的基本重要度向量g=(0.176,0.122,0.351,0.351)

通過調(diào)查及專家評(píng)估，得到用戶4項(xiàng)需求的競爭力的現(xiàn)狀、競爭力的計(jì)劃目標(biāo)、單位改進(jìn)增量的可能性因子和市場競爭排他性優(yōu)勢的相關(guān)數(shù)據(jù)，其結(jié)果如表3所示。

表3 其它相關(guān)數(shù)據(jù)

表3數(shù)據(jù)運(yùn)用公式(5)計(jì)算可得，用戶4項(xiàng)需求的基本重要度的修正因子向量γ=(γ1,γ2,γ3,γ4)=(0.203，0.269，0.380，0.148)。最后，根據(jù)公式(6)計(jì)算得到該復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)用戶需求的最終重要度向量Z=(z1,z2,z3,z4)=(0.138，0.114，0.448，0.300)。Z3的值最大，說明CD3的最終重要度最高。

由以上結(jié)果可知，在進(jìn)行復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)創(chuàng)新開發(fā)時(shí)，應(yīng)首相考慮需求CD3，并將該需求轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)論

在基于對(duì)復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)深入研究的背景下,構(gòu)建了基于需求轉(zhuǎn)化開發(fā)的復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)創(chuàng)新波形模型。因?yàn)镃oPS生產(chǎn)的非重復(fù)性,慣例性的學(xué)習(xí)通常是無法形成的,知識(shí)的利用率很低。本文提出的創(chuàng)新模型可以形成相同的實(shí)施環(huán)節(jié)，相關(guān)經(jīng)驗(yàn)都可作為知識(shí)進(jìn)行沉淀,形成一個(gè)不斷循環(huán)、不斷積累的過程，從而提高CoPS的創(chuàng)新開發(fā)能力。在此基礎(chǔ)上，著重研究了基于粗糙QFD方法的需求甄選方法。粗糙QFD方法的提出解決了以往用戶需求篩選過程主要依靠主觀判斷的風(fēng)險(xiǎn)，使排序過程得以量化，是一種簡明、有效、易于實(shí)現(xiàn)的決策方法。粗糙QFD方法的運(yùn)用同時(shí)提高了波形模型的實(shí)用性。

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F224.12

A

1002－6487（2011）07－0174-03

河南省科技廳2010年軟科學(xué)基金資助（102400450190）

劉航(1980-),女，山東菏澤人，碩士，講師，研究方向：系統(tǒng)工程，項(xiàng)目管理。

（責(zé)任編輯/浩天）