周小軍, 楊 勤
(貴州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,貴州 貴陽(yáng) 550025)
基于QFD的產(chǎn)品兩次創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法
周小軍, 楊 勤
(貴州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,貴州 貴陽(yáng) 550025)
面對(duì)激烈的市場(chǎng)行業(yè)競(jìng)爭(zhēng),產(chǎn)品應(yīng)當(dāng)滿足用戶需求且具有應(yīng)用創(chuàng)新性的狀況,基于對(duì)用戶需求和影響兩次創(chuàng)新的主要因素的分析,提出了基于質(zhì)量功能展開(kāi)理論(QFD)的產(chǎn)品兩級(jí)創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法。該設(shè)計(jì)方法通發(fā)掘用戶對(duì)目標(biāo)產(chǎn)品的需求,運(yùn)用QFD分析顧客需求并結(jié)合兩創(chuàng)新級(jí)用戶因素,建立基于QFD的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)模型和實(shí)現(xiàn)步驟,從而準(zhǔn)確地得到相應(yīng)的技術(shù)解決途徑和方案。并在此方法上通過(guò)電動(dòng)滑板車的設(shè)計(jì)實(shí)例,驗(yàn)證該設(shè)計(jì)方法和流程的實(shí)用性和科學(xué)性。
質(zhì)量功能展開(kāi)理論;顧客需求;兩次創(chuàng)新;設(shè)計(jì)方法;電動(dòng)滑板車
產(chǎn)品創(chuàng)新源于市場(chǎng)需求,運(yùn)用有效的創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法是提升產(chǎn)品適應(yīng)顧客需求度的基礎(chǔ)和保證[1-2]。目前,有關(guān)產(chǎn)品創(chuàng)新的研究在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)成為企業(yè)技術(shù)與產(chǎn)品創(chuàng)新理論研究的熱門(mén)課題[3],在諸多的產(chǎn)品創(chuàng)新方法中,兩次創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法是基于創(chuàng)新思維庫(kù),經(jīng)過(guò)第一次和第二次創(chuàng)新,解決創(chuàng)新和應(yīng)用實(shí)現(xiàn)中可能出現(xiàn)的問(wèn)題和矛盾,以保證達(dá)到預(yù)期目標(biāo)[4]。
然而,兩次創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法在“概念提出-目標(biāo)實(shí)現(xiàn)”過(guò)程中仍然摻雜著較強(qiáng)的主觀性,因此在應(yīng)用兩次創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法完成顧客需求和創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中存在一定的不足。質(zhì)量功能展開(kāi)(quality function deployment,QFD)理論可以為企業(yè)根據(jù)客戶的意愿和偏好設(shè)計(jì)和生產(chǎn)符合質(zhì)量要求的產(chǎn)品,是近年來(lái)國(guó)際上常用的管理質(zhì)量技術(shù)和方法[5]。因此,本文提出一種基于 QFD的產(chǎn)品兩次創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法。
1.1 QFD多層次分析模型
QFD理論的核心是“質(zhì)量屋”。質(zhì)量屋是一種確定顧客需求和相應(yīng)產(chǎn)品(或服務(wù)能效)之間聯(lián)系的圖示方法[6],本文提出了以分析客戶的需求產(chǎn)品特性和過(guò)程作為特點(diǎn)的質(zhì)量屋矩陣,如圖1所示。
圖1 質(zhì)量屋模型
1.2 QFD質(zhì)量屋模型與產(chǎn)品兩級(jí)創(chuàng)新的關(guān)聯(lián)因素分析
產(chǎn)品兩次創(chuàng)新在質(zhì)量功能展開(kāi)的過(guò)程中,核心依然是顧客需求,QFD把用戶的需求轉(zhuǎn)換成對(duì)設(shè)計(jì)人員的相關(guān)性技術(shù)要求,避免了用戶需求和新產(chǎn)品形成過(guò)程的脫鉤現(xiàn)象[7]。QFD的構(gòu)成模塊就是對(duì)兩級(jí)產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)的規(guī)范和補(bǔ)充,二者有著緊密的聯(lián)系:
(1) 顧客需求中心原則。QFD充分地獲取顧客需求信息,用系統(tǒng)的、科學(xué)的方法轉(zhuǎn)化為技術(shù)特征[8-9],使技術(shù)特征對(duì)應(yīng)顧客需求[10]。同時(shí),顧客需求貫穿 QFD系統(tǒng)構(gòu)架中的橫向矩陣,是以用戶為中心的產(chǎn)品開(kāi)發(fā),建立在利用專業(yè)研究技術(shù)探求消費(fèi)者需求的基礎(chǔ)上的設(shè)計(jì)方法。
(2) 顧客需求與工程特性。產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)過(guò)程是一個(gè)從顧客需求向工程特性、再向產(chǎn)品方案映射的過(guò)程[11],QFD則是實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程的有效方法和工具。兩次產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)過(guò)程中的第二次則是工程特性與顧客需求關(guān)聯(lián)度的體現(xiàn),工程特性及其重要度以及其他設(shè)計(jì)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)是實(shí)現(xiàn)由工程特性到產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案映射的依據(jù)[12]。
(3) 需求實(shí)現(xiàn)與問(wèn)題重構(gòu)。在實(shí)際的產(chǎn)品規(guī)劃中,由于受資源等方面的制約,不可能將所有的技術(shù)特性都配置進(jìn)去[13],存在優(yōu)化配置決策問(wèn)題,也就是如何保證在相應(yīng)的資源約束以及具備相應(yīng)技術(shù)能力的情況下,使配置的技術(shù)特性最大限度地滿足用戶需求[14]。
2.1 基于QFD的產(chǎn)品兩次創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法模型
QFD收集產(chǎn)品規(guī)劃信息,輸入產(chǎn)品所反映用戶的情感需求信息,再依靠此產(chǎn)品的信息借助技術(shù),零部件設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃和生產(chǎn)規(guī)劃等因素轉(zhuǎn)化成新的產(chǎn)品。根據(jù) QFD的優(yōu)勢(shì)特征和兩次創(chuàng)新設(shè)計(jì)理論,提出了基于 QFD的產(chǎn)品兩次創(chuàng)新設(shè)計(jì)模型。如圖2所示,產(chǎn)品的顧客需求是此設(shè)計(jì)模型的出發(fā)點(diǎn),采用質(zhì)量屋的顧客需求-技術(shù)特征相關(guān)矩陣與技術(shù)特征間的自相關(guān)矩陣,對(duì)顧客需求進(jìn)行分析得出產(chǎn)品的技術(shù)問(wèn)題;針對(duì)技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行重構(gòu),作為第二次創(chuàng)新元素,最終方案具體化到產(chǎn)品中則得到新的概念產(chǎn)品,從而實(shí)踐整個(gè)設(shè)計(jì)方法模型。
圖2 基于QFD的產(chǎn)品兩次創(chuàng)新設(shè)計(jì)模型
2.2 基于QFD的產(chǎn)品兩次創(chuàng)新設(shè)計(jì)流程
為了保證產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量,使產(chǎn)品最大限度地滿足用戶需求,在產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)過(guò)程中,需要從用戶需求中抽取工程技術(shù)人員可以理解和操作的技術(shù)特征,構(gòu)建顧客需求與技術(shù)特征轉(zhuǎn)換質(zhì)量屋[15],基于 QFD的產(chǎn)品兩次創(chuàng)新設(shè)計(jì)包括從需求獲取、需求轉(zhuǎn)換到概念解的生成、最終產(chǎn)品方案,具體流程如圖3所示。
圖3 基于QFD的產(chǎn)品兩次創(chuàng)新設(shè)計(jì)流程
基于QFD的產(chǎn)品兩次創(chuàng)新設(shè)計(jì)流程主要經(jīng)過(guò)4個(gè)環(huán)節(jié):
(1) 顧客需求分析。需求分析是設(shè)計(jì)的依據(jù),決定了產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)的目標(biāo)。按照質(zhì)量屋的工作方法對(duì)顧客需求異同進(jìn)行劃分,用顧客需求的權(quán)重來(lái)表示顧客需求的重要性,把顧客需求輸入產(chǎn)品質(zhì)量屋,在質(zhì)量屋的工程技術(shù)特性矩陣中輸入影響不同需求的技術(shù)特性,某些技術(shù)特性可以同時(shí)滿足若干項(xiàng)顧客需求,顧客的某種需求也可能對(duì)應(yīng)若干項(xiàng)技術(shù)特性,進(jìn)而確定顧客需求與工程技術(shù)特性之間的關(guān)系,該關(guān)系一般存在弱相關(guān)、一般相關(guān)和強(qiáng)相關(guān)3個(gè)層次。
(2) 定義第一次創(chuàng)新概念。對(duì)問(wèn)題進(jìn)行組建和屬性的分解,組件是具有屬性的實(shí)體,通過(guò)對(duì)組件和屬性的分析,得到問(wèn)題系統(tǒng)。再對(duì)問(wèn)題系統(tǒng)進(jìn)行重構(gòu),形成涵蓋產(chǎn)品本身所涉及到的各種信息和知識(shí)的焦點(diǎn);從零部件的功能屬性出發(fā)所映射出的針對(duì)產(chǎn)品用戶的使用體驗(yàn)及試用期望,尋找創(chuàng)新點(diǎn)。
(3) 策略選擇和調(diào)整(即第二次創(chuàng)新)。在零部件展開(kāi)的評(píng)價(jià)與判斷的基礎(chǔ)上,包含重構(gòu)策略和折中策略,重構(gòu)策略根據(jù)零部件展開(kāi)而提出,涵蓋產(chǎn)品功能、用戶特殊需求、功能多用、形態(tài)與結(jié)構(gòu)等。此環(huán)節(jié)是第一次創(chuàng)新的優(yōu)化的結(jié)果,既要達(dá)到產(chǎn)品創(chuàng)新,也滿足顧客需求。然而,在面向設(shè)計(jì)與制造的問(wèn)題時(shí),創(chuàng)新設(shè)計(jì)會(huì)遇到結(jié)構(gòu)與功能、材料與形態(tài)的矛盾,阻礙設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。此時(shí)就要采用折中策略,將重構(gòu)策略各項(xiàng)因素與折衷策略權(quán)衡。
(4) 概念評(píng)價(jià)。針對(duì)環(huán)節(jié)(3)產(chǎn)生的概念策略,結(jié)合產(chǎn)品本體,形成解決問(wèn)題的具體方案,綜合用戶需求實(shí)現(xiàn)、線面體構(gòu)成、材質(zhì)形態(tài)特征、色彩情感因素進(jìn)行評(píng)價(jià)與選擇,生成最終的概念產(chǎn)品。
本文利用電動(dòng)滑板車(圖 4)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)案例,運(yùn)用基于 QFD的產(chǎn)品兩次創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法。電動(dòng)滑板車是較新出現(xiàn)的微型個(gè)人交通工具,其設(shè)計(jì)研發(fā)涵蓋了市場(chǎng)、用戶需求、工程技術(shù)、科學(xué)規(guī)范等多項(xiàng)指標(biāo),相對(duì)于一般產(chǎn)品而言兼?zhèn)渲T多復(fù)雜因素,因此不容易得到理想的方案。以下針對(duì)顧客需求,依據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法得到兩次創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案。
圖4 市場(chǎng)當(dāng)前的折疊電動(dòng)滑板車標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)造
為了壓縮物理空間來(lái)適應(yīng)當(dāng)前有限的公共社會(huì)空間資源,電動(dòng)滑板車也開(kāi)始了折疊方向的研究,當(dāng)前的電動(dòng)滑板車的折疊方式是把立與踏板前端坐折疊結(jié)構(gòu),圍繞折疊鎖扣將把立向下旋轉(zhuǎn) 90°扣在后泥板上實(shí)現(xiàn)折疊。
運(yùn)用基于QFD的產(chǎn)品兩次創(chuàng)新設(shè)計(jì)流程對(duì)電動(dòng)滑板進(jìn)行優(yōu)化,具體分為4個(gè)步驟:
步驟 1. 用戶調(diào)查信息采集,獲取用戶需求和顧客對(duì)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的評(píng)價(jià);將用戶需求分類整理,確定用戶需求權(quán)重;將用戶需求、用戶需求權(quán)重、用戶期望、技術(shù)特征、顧客競(jìng)爭(zhēng)力評(píng)價(jià)等因素輸入產(chǎn)品質(zhì)量屋;分析用戶需求和技術(shù)特征之間的關(guān)系、技術(shù)特征與技術(shù)特征之間的關(guān)系,確定技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力和目標(biāo)值進(jìn)而形成的質(zhì)量屋,如圖5所示。
圖5 電動(dòng)滑板車產(chǎn)品開(kāi)發(fā)車質(zhì)量屋
顧客基本需求問(wèn)題因素確定為:滑板車整體尺寸、承載力、使用壽命、整體性能安全性、續(xù)航能力、避震性和價(jià)格等方面。用戶期望需求問(wèn)題因素確定為:折疊效率、踏板防滑功能、制動(dòng)性能、功能(個(gè)性功能)可選擇及部件可拆卸、設(shè)計(jì)潮流等方面。
步驟2. 根據(jù)質(zhì)量屋中的顧客需求分類,定義第一次創(chuàng)新關(guān)注點(diǎn)。針對(duì)顧客使用期望和體驗(yàn),在必需的部件、整體外形、顏色風(fēng)格、功能、基礎(chǔ)上構(gòu)建整體用戶需求。在現(xiàn)存的電動(dòng)滑板車的基礎(chǔ)上問(wèn)題確定為:①滑板車整體尺寸應(yīng)當(dāng)符合大多數(shù)用戶需求;②承載力略高于或者達(dá)到現(xiàn)存踏板承載參數(shù);③使用壽命較長(zhǎng),且整體性能安全可靠;④續(xù)航能力較長(zhǎng)以及良好的避震性。用戶期望需求確定為:①折疊效率高,即縮短橫向空間,且折疊后依然可以推行;②金屬踏板應(yīng)該帶有防滑層;③由于滑板車運(yùn)行過(guò)程用戶重心較高,安全性受影響,而傳統(tǒng)的V剎制動(dòng)性能相對(duì)較弱;④在現(xiàn)有把套材質(zhì)的基礎(chǔ)上考慮把套造型與受力因素。此外,手機(jī)導(dǎo)航與行程數(shù)據(jù)信息反饋已經(jīng)成為許多用戶的必備需求,因此電動(dòng)滑板車要滿足顧客期望需求應(yīng)該考慮功能選擇的因素;新時(shí)期的審美角度下設(shè)計(jì)應(yīng)該簡(jiǎn)約明朗。
步驟 3. 在顧客具體需求和期望的基礎(chǔ)上構(gòu)想一種理想的產(chǎn)品狀態(tài),能夠滿足顧客的基本需求和期望需求。運(yùn)用產(chǎn)品第二次創(chuàng)新的方法,依據(jù)工程特性綜合重構(gòu)策略和折中策略為最大程度實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品物理狀態(tài)提供有效方法。
根據(jù)步驟2采用重構(gòu)策略,具體構(gòu)想出顧客期望的物理狀態(tài)為:①電動(dòng)滑板車整體尺寸符合國(guó)標(biāo)參數(shù);②由于部分用戶體重超過(guò)正常值,同時(shí)考慮用戶心理修正量的因素,因此滑板車承載力應(yīng)當(dāng)略高于常規(guī)參數(shù);③針對(duì)不同顧客身高參數(shù),將嵌套式把立設(shè)計(jì)成可調(diào)節(jié)高度裝置,調(diào)節(jié)區(qū)間50~250 mm;④最大承載重量預(yù)設(shè)為125 kg(標(biāo)準(zhǔn)最大載重為120 kg);⑤在續(xù)航能力上,延長(zhǎng)常規(guī)續(xù)航里程 15~20 km,達(dá)到水平運(yùn)行最大里程 45 km;⑥針對(duì)部分用戶在使用電動(dòng)滑板車的過(guò)程中會(huì)將手機(jī)功能作為行程信息反饋,因此設(shè)計(jì)手機(jī)托架裝置,托架底面無(wú)線充電板,滿足用戶的手機(jī)供電、托起功能,且能夠根據(jù)用戶需求隨時(shí)拆裝;⑦對(duì)滑板車的縱向空間與橫向空間問(wèn)題比較,提出折疊效率更高的縱向折疊法,從而壓縮橫向空間(即水平空間),對(duì)踏板進(jìn)行縱向折疊,達(dá)到縮短滑板車長(zhǎng)度同時(shí)可以推行;⑧踏板表面設(shè)置防滑塑膠層,達(dá)到防滑功能;⑨符合手掌抓握特征的把套設(shè)計(jì),最大程度降低抓握的疲勞;⑩采用碟剎制動(dòng)部;?配備前燈、尾反光燈、L ED顯示屏等基本部件。
由于電動(dòng)滑板車是復(fù)雜產(chǎn)品,因此在顧客需求實(shí)現(xiàn)方面必須充分考慮工程特性與工藝的可行性,實(shí)現(xiàn)過(guò)程中部分問(wèn)題通過(guò)采用折衷策略來(lái)解決,滑板車采用踏板中部折疊方法,而電池組通常情況下是一個(gè)整體,這就要求對(duì)電池組分成兩部分放置于踏板下方的電池槽中,限制的條件是電池槽空間有限,因此電池則需要縮小體積同時(shí)保證蓄電能量,因此采用鋰電池組,既可以支持電池組分段,也保證蓄電能量。
步驟4. 將步驟3整合出的設(shè)計(jì)概念具體化,形成經(jīng)過(guò)兩次創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法流程的產(chǎn)品方案,得到的最終概念產(chǎn)品(如圖6所示)。
圖6 電動(dòng)滑板車最終設(shè)計(jì)方案
兩次創(chuàng)新設(shè)計(jì)后所得的電動(dòng)滑板車方案:標(biāo)示1為踏板中部旋轉(zhuǎn)軸;標(biāo)示2~4分別為防滑墊、防震器、碟剎,提升舒適度與制動(dòng)性能;標(biāo)示5為可拆卸的可無(wú)線充電手機(jī)托架,托架內(nèi)的無(wú)線充電板與踏板電池組連接,手機(jī)固定托架后托板可以自行對(duì)手機(jī)電池充電,方便顧客使用手機(jī);標(biāo)示6為碼表;標(biāo)示 7為把套,其外形設(shè)計(jì)成能夠通過(guò)增加接觸面來(lái)減緩肌肉壓力;標(biāo)示8和14為前燈和尾燈,增加此設(shè)置可提高使用安全性;標(biāo)示 9為把立調(diào)節(jié)器;標(biāo)示10為踏板與把立連接件旋轉(zhuǎn)軸,通過(guò)兩次旋轉(zhuǎn)與折疊得到圖 7的折疊效果,從而實(shí)現(xiàn)縮短橫向空間且折疊后滿足推行移動(dòng);標(biāo)示11為鋰電池單元;標(biāo)示12為鋰電池組,其被分成兩部分放置在底部U型槽,加蓋踏板;標(biāo)示13為踏板底部大梁。
在現(xiàn)存的產(chǎn)品基本工程特性的基礎(chǔ)上運(yùn)用上述設(shè)計(jì)方法,有效對(duì)應(yīng)了顧客需求以及符合工程特性條件,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的兩次創(chuàng)新設(shè)計(jì),為市場(chǎng)提供了可靠的微型交通工具。
本文提出基于 QFD的產(chǎn)品兩次創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法研究及應(yīng)用,首先根據(jù)QFD基礎(chǔ)理論和產(chǎn)品兩次創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法建立設(shè)計(jì)方法模型,基于設(shè)計(jì)方法模型規(guī)劃相對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)流程,依據(jù)設(shè)計(jì)流程詳細(xì)分解步驟,將顧客需求分析、第一次創(chuàng)新設(shè)計(jì)概念和第二次創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)相結(jié)合,建立每個(gè)步驟的模型,保證顧客需求與工程特征有效結(jié)合。在此基礎(chǔ)上,采用需求分類分析法對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)新方案給予測(cè)評(píng),得到基于 QFD的產(chǎn)品兩次創(chuàng)新設(shè)計(jì)定位,滿足顧客需求。電動(dòng)滑板車設(shè)計(jì)實(shí)例驗(yàn)證了本文方法的科學(xué)性和創(chuàng)新性,形成一種系統(tǒng)科學(xué)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法加以推廣應(yīng)用。
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Two Stepped Innovation Design Method of Products Based on the QFD
Zhou Xiaojun, Yang Qin
(School of Mechanical Engineering, Guizhou University, Guiyang Guizhou 550025, China)
The article presented two stepped innovative design method of products based on quality function deployment (QFD), through the analysis of user needs and the main factors affecting two innovative, in status of products should meeting the needs of users and having the application of innovation in the fierce market competition. The design method establish the model of product innovation design based on QFD and implement steps through exploring clients’ demand for target product, using QFD to analyzing customer’s needs and combining two innovative customer factors, and get obtain the appropriate technology and solutions. on this method the article verify practicability and Scientificity of the design methods by electric scooter design example.
quality function deployment; customer demand; two stepped innovation; design method; electric scooter
TB 472
10.11996/JG.j.2095-302X.2016030394
A
2095-302X(2016)03-0394-06
2015-10-12;定稿日期:2015-11-18
周小軍(1990–),男,江西安福人,碩士研究生。主要研究方向?yàn)楫a(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)。E-mail:2519567502@qq.com
楊 勤(1962–),男,黑龍江哈爾濱人,教授,碩士。主要研究方向?yàn)樵O(shè)計(jì)思維與方法、人機(jī)工程學(xué)。E-mail:qyang@gzu.edu.cn