楊 旭，李文強

（四川大學制造科學與工程學院，四川 成都 610065）

1 引言

產(chǎn)品服務系統(tǒng)（productservicesystem，PSS）作為一種創(chuàng)新策略[1]旨在滿足制造業(yè)差異化競爭需求、用戶對服務的需求等，其核心思想是在物理產(chǎn)品的全生命周期中融入服務元素，為顧客提供一體化解決方案。在PSS的設計中，將有形產(chǎn)品與無形服務相結合可提高企業(yè)競爭力，從而實現(xiàn)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，且能更好的滿足顧客需求[2]。因此，如何實現(xiàn)產(chǎn)品與服務的有效集成是PSS設計急需解決的問題。隨著學術界對PSS的不斷深入研究，國內(nèi)外學者提出了多種產(chǎn)品/服務集成的設計方法與理論框架。文獻[3-4]探討了功能-服務-結構之間的交互關系，建立了服務模型，并將該模型與產(chǎn)品結構設計相結合，實現(xiàn)了產(chǎn)品與服務的集成設計；文獻[5]采用功能-活動交互矩陣提取了服務與產(chǎn)品的交叉屬性及屬性特征，并根據(jù)這些屬性實現(xiàn)了PSS的方案設計；文獻[6]以用戶為中心基于QFD理論框架采用FAST、UCD等方法分析了PSS設計過程；文獻[7]基于TRIZ理想解和功能激勵，分析了從產(chǎn)品到PSS的進化過程，實現(xiàn)了不同進化方向下產(chǎn)品服務系統(tǒng)的創(chuàng)新設計；文獻[8]從功能角度對系統(tǒng)進行了模塊劃分，并通過相關性矩陣確定相關聯(lián)的產(chǎn)品模塊與服務模塊，對相關聯(lián)的模塊進行集成設計；文獻[9-11]對PSS理論和關鍵技術進行了歸納，提出了面向服務的產(chǎn)品設計方法體系。

上述研究考慮了有形產(chǎn)品與無形服務間的映射關系，以功能為載體實現(xiàn)了產(chǎn)品與服務的集成，但忽略了產(chǎn)品/服務系統(tǒng)中服務化程度與系統(tǒng)價值類型的關系，缺少對產(chǎn)品/服務集成設計價值增值方向的研究，且在產(chǎn)品到產(chǎn)品/服務系統(tǒng)進化過程中，沒有系統(tǒng)性的考慮到價值鏈相關者與功能實現(xiàn)活動間的關系。針對上述問題，提出了一種基于灰色關聯(lián)的產(chǎn)品/服務集成設計方法，從產(chǎn)品與服務的比重關系出發(fā)，采用灰色關聯(lián)度模型分析系統(tǒng)價值類型，獲取產(chǎn)品增值的最佳設計方向。并基于相關顧客需求，采用動力學模型構建系統(tǒng)功能，以功能實現(xiàn)活動為載體，形成產(chǎn)品與服務的匹配關系，實現(xiàn)產(chǎn)品與服務的有效集成。

2 集成產(chǎn)品/服務的設計方法與過程模型

相比于功能-服務-結構的集成設計方法，提出的集成過程包含產(chǎn)品/服務集成設計方向選擇、產(chǎn)品/服務系統(tǒng)功能分析、系統(tǒng)方案設計三個步驟。設計框架，如圖1所示。設計方向是對企業(yè)向顧客交付的價值形式的客觀描述，反映的是產(chǎn)品/服務系統(tǒng)的價值類型，即設計方向反映的是能實現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟效益與顧客滿意度相對最大化的設計環(huán)境；系統(tǒng)功能是表達設計者與顧客主觀意圖的載體；功能實現(xiàn)過程是對設計者與顧客主觀意圖實現(xiàn)過程的客觀描述，反映的是功能實現(xiàn)活動執(zhí)行者的服務行為；設計方案反映的是支撐服務行為的物理結構，即基于服務行為的產(chǎn)品結構方案。由于相同的功能在不同的環(huán)境下具有不同的服務行為，因此，以設計方向的選擇為開端，借助灰色關聯(lián)度模型、動力學模型和產(chǎn)品/服務集成模型，實現(xiàn)了環(huán)境-功能-服務-結構的產(chǎn)品/服務集成設計。

圖1 集成設計框架Fig.1 Integrated Design Framework

2.1 產(chǎn)品/服務集成設計方向選擇

設計方向是對企業(yè)向顧客交付的價值形式的客觀描述，反映的是產(chǎn)品/服務系統(tǒng)的價值類型。采用Tukkery的系統(tǒng)價值分類方式，根據(jù)產(chǎn)品和服務的比重關系將系統(tǒng)價值類型分為產(chǎn)品導向型、使用導向型和服務導向型。由文獻[12]可知，當服務占比a∈（0，1/3］時系統(tǒng)為產(chǎn)品導向型；當 a∈（1/3，2/3］時系統(tǒng)為使用導向型；當a∈（2/3，1］時系統(tǒng)為服務導向型。值得注意的是，從設計者角度出發(fā)，當a=0或1時，均不符合產(chǎn)品/服務系統(tǒng)的定義，因此，取開區(qū)間a∈（0，1）。上述范圍明確但具體取值不明確的問題屬于灰色問題[13]，因此，采用灰色關聯(lián)方法建立灰色關聯(lián)度模型[14]，定性分析PSS中服務占比，從而確定系統(tǒng)類型即產(chǎn)品/服務的集成設計方向。

（1）確定服務占比a的備選集：為確保抽樣點（備選元素）在整個分布區(qū)間均勻分布，對三個子區(qū)間分別進行獨立的等距抽樣，由這些樣本點構成 a 的備選集。A=（a1，a2，…，an） （1）

（2）服務占比是選擇系統(tǒng)類型的重要指標，因此，在系統(tǒng)設計中，需要綜合考慮體現(xiàn)服務價值的各相關因素，所有因素構成主因子集合：B=（b1，b2，…，bm） （2）

（3）為了權衡不同因子的重要程度，通過專家打分，得到所有因子指標權重集：C=（c1，c2，…，cn） （3）

（4）根據(jù)不同a值在每個因子方面的差異，請有關專家按十分制打分，得初始評價矩陣D0，考慮各因子權重影響，對D0做加權處理得到加權矩陣D1，最后對D1各列分別做歸一化處理，得到因子評價矩陣D：

根據(jù)矩陣D選出各因子（各列）最佳值，組成最優(yōu)參考評價向量 E：E=（e1，e2，…，em） （7）

（5）求矩陣D各行向量與最優(yōu)參考評價向量的灰色關聯(lián)度：

式中：ρ—分辨系數(shù)，其取值范圍為（0，1），一般取 ρ=0.5。

得到關聯(lián)度集合：ri=（r1，r2，…，rn），其中，關聯(lián)度集合元素與服務占比備選集A的元素存在一一對應的關系。最后，根據(jù)最大關聯(lián)原則，選取最佳服務比重區(qū)間。

2.2 產(chǎn)品/服務系統(tǒng)功能分析

產(chǎn)品功能表達的是產(chǎn)品設計的目的，是一個相對主觀的概念，向上表達為設計者的意圖，向下映射為設計對象[15]。系統(tǒng)功能是指對能量流、物質(zhì)流、信號流進行傳送和變換的程序、功效與能力的抽象化描述[16]，也是對顧客需求的抽象化描述。因此，系統(tǒng)功能的分析過程就是顧客需求到系統(tǒng)性能（包含功能及功能實現(xiàn)程度）的傳遞過程，采用動力學模型實現(xiàn)該傳遞過程，如圖2所示。

用戶、設計者和制造商與系統(tǒng)功能設計過程直接相關，且系統(tǒng)功能源于顧客需求映射，因此，用戶、設計者和制造商對功能滿意度評價權重 ωi分別為 0.4，0.3，0.3，并將滿意度（s）分為贊同（1）、一般（0.5）和不贊同（0）三個等級。通過加權處理，獲得功能滿意度：S=siωi（9）

當顧客對某功能滿意度為0時，該功能最大滿意度S=0+1*0.3+1*0.3=0.6。因此，取功能滿意度臨界值 0.6，即：S≤0.6，對應功能不符合顧客需求。

①根據(jù)用戶需求映射獲得系統(tǒng)功能，并對該功能進行滿意度評價，若滿意度Sf≤0.6則舍棄該功能；若Sf＞0.6，則保留，添加至期望功能。②對步驟①獲取的功能進行性能特征提取，得到相關未覆蓋性能特征；③若期望功能滿意度SF≤0.6，則使其與步驟②得出的相關特征通過映射得到新的需求，重復步驟①②③；當SF＞0.6時，循環(huán)1結束，得到較為理想的功能；④通過功能實現(xiàn)過程決策反饋回路將步驟③的功能重新進行循環(huán)，重復前述步驟，直至反饋回路循環(huán)得出數(shù)據(jù)與上一次吻合，循環(huán)結束并得到現(xiàn)實功能。

圖2 功能分析模型Fig.2 Function Analysis Model

2.3 系統(tǒng)方案設計

設計方案是基于服務行為的物理產(chǎn)品概念結構方案，是對支撐功能實現(xiàn)活動過程的方法、途徑的結構模塊及模塊間關系的描述。因此，為了更高效、全面的實現(xiàn)系統(tǒng)方案設計，首先需要一種有效的表達方式來表現(xiàn)服務行為（功能實現(xiàn)活動過程）與產(chǎn)品結構間的匹配關系，以獲取服務行為的支撐結構，進而對這些結構模塊間的關系進行設計，形成系統(tǒng)方案。

為了實現(xiàn)服務與產(chǎn)品結構模塊的匹配，將黑箱法和IDEFO功能描述方法相結合，將功能實現(xiàn)活動過程分解為一系列活動（A1、A2、…、An），建立包含功能實現(xiàn)活動、功能實現(xiàn)載體的產(chǎn)品/服務集成模型，如圖3所示。該產(chǎn)品服務建模方法中，方框表示功能實現(xiàn)活動，左/右端分別表示活動的輸入/輸出（即活動與活動間的物質(zhì)、能量、信息傳遞），上端表示活動的約束及控制，下端表示實現(xiàn)該活動的產(chǎn)品支撐結構組件（Structure Component，SC）。

產(chǎn)品/服務集成模型，通過各活動模塊的輸入、輸出、控制與約束以及支撐結構來描述它們之間的關系，并以活動流程走向為設計路線，如圖3所示。最后，根據(jù)各活動執(zhí)行過程中支撐模塊間的關系，構建產(chǎn)品/服務系統(tǒng)方案模型。產(chǎn)品/服務方案模型包括現(xiàn)有結構方案和基于功能實現(xiàn)活動（服務活動）的新增結構方案，二者之間存在約束關系。

圖3 產(chǎn)品/服務集成模型Fig.3 The Model Integrated Product and Service

3 設計實例

豆?jié){機作為一種典型的家電產(chǎn)品占據(jù)著重要的市場地位，為實現(xiàn)其可持續(xù)發(fā)展，提升該產(chǎn)品制造業(yè)核心競爭力，采用上述方法對現(xiàn)有豆?jié){機進行PSS模式下的再設計，以驗證上述過程的有效性。

3.1 設計方向選擇

根據(jù) 2.1 節(jié)定義：A1=（0，1/3］，A2=（1/3，2/3］，A3=（2/3，1］對各子區(qū)間進行獨立的等距抽樣。將A1，A2，A3分別劃分為n個小區(qū)間Aij（i=1，2，3；j=1，2，…，n），從每個小區(qū)間選取一個元素代表該區(qū)間。對各子區(qū)間抽取兩個樣本點進行實例設計，即n=2，并選取每個小區(qū)間中間元素代表該區(qū)間。則有取備選元素集：

A=（1/12，3/12，5/12，7/12，9/12，11/12） （10）

基于SERVQUAL模型，將PSS中的服務價值歸為可靠價值、時效價值、柔性價值、社會價值和經(jīng)濟價值[18]。因此，與服務評價相關的主因子集合為：

B=（可靠價值，時效價值，柔性價值，社會價值，經(jīng)濟價值）

通過專家打分，得主因子指標權重集：

考慮權重，并按各列歸一化處理后的主因子評價矩陣為：

最優(yōu)參考評價向量為：E=（0.25，0.21，0.22，0.22，0.18）

由式（8）得關聯(lián)度集為：r=（0.71，0.76，0.87，0.83，0.74，0.69）

顯然，當服務占比a∈（1/3，2/3］時，關聯(lián)度相對較大。根據(jù)最大關聯(lián)度原則，服務占比的最佳取值屬于區(qū)間（1/3，2/3］。因此，豆?jié){機再設計的新系統(tǒng)類型為使用導向型（即共享豆?jié){機）。

3.2 功能分析

豆?jié){機在具備切割、加熱這些基本功能外還可根據(jù)2.2節(jié)動力學模型擴展其他產(chǎn)品概念；由于使用導向型系統(tǒng)強調(diào)產(chǎn)品的使用過程，因此，從功能實現(xiàn)活動角度定義該環(huán)境下顧客的初始需求N1：方便快捷，即用即??；通過映射得其期望功能F1：定位、使用權限；SF＞0.6，對F1進行性能特征提?。菏召M方式，因此，可通過映射得出新的需求N2：根據(jù)獲得豆?jié){體積進行收費；通過映射1得期望功能F2：體積測量，移動支付；SF＞0.6，循環(huán)1結束，得到滿意的期望功能F=F0+F1+F2（即：切割+加熱+使用權限+體積測量+移動支付）；各子功能滿意度評價表與期望功能滿意度評價表，如表1、表2所示。

表1 子功能滿意度Tab.1 The Satisfaction of Sub-Function

表2 期望功能滿意度Tab.2 The Satisfaction of Expected Function

3.3 系統(tǒng)方案設計

根據(jù)2.3節(jié)，采用黑箱法和IDEFO功能描述方法，基于系統(tǒng)功能構建表達服務實現(xiàn)過程及實現(xiàn)方法的共享豆?jié){機結構-服務模型，如圖4所示。獲得使用權及移動支付活動A1—顧客通過手機APP輸入觸發(fā)信號，并向后臺服務器發(fā)送當前位置信息，服務器通過豆?jié){機GPS定位模塊獲取顧客附近豆?jié){機位置并將該位置信息反饋給顧客。顧客通過手機APP掃描二維碼識別當前豆?jié){機，向后臺服務器發(fā)送使用權請求信號，并選擇需求量，按量付費。A3—后臺服務器向豆?jié){機發(fā)送指令，進料口開啟，通過特定傳感器測量進料口流量，控制器控制進料口開啟閉合。豆?jié){機制漿活動A4：進料結束后控制器向后臺發(fā)送進料結束信號，服務器向豆?jié){機發(fā)送工作指令，豆?jié){機開始制漿，并在制漿結束后向后臺服務器發(fā)送工作完成指令，后臺服務器接收制漿結束指令后向豆?jié){機發(fā)送指令，豆?jié){機出漿口自動控制閥打開。按下停止按鈕后，自動控制閥關閉，完成系統(tǒng)服務過程。由于活動1啟動后，系統(tǒng)后臺服務器開始運行，因此，定義A2為監(jiān)控活動。根據(jù)圖4功能實現(xiàn)活動的支撐資源，其系統(tǒng)方案，如圖5所示。

圖4 共享豆?jié){機集成模型Fig.4 The Integrated Model of Shared Soymilk Machine

圖5 共享豆?jié){機系統(tǒng)設計方案Fig.5 The Design Scheme of Shared Soymilk Machine System

4 結論

PSS通過將有形產(chǎn)品與無形服務進行整體考慮，協(xié)同實現(xiàn)用戶的設計功能以適應動態(tài)市場的需求。提出了一種產(chǎn)品/服務集成設計過程模型并在其基礎上建立了產(chǎn)品/服務集成設計方法，實現(xiàn)了產(chǎn)品與服務的有效集成。主要工作包括：（1）以顧客滿意度與企業(yè)經(jīng)濟效益為驅(qū)動，將灰色關聯(lián)理論引入產(chǎn)品/服務系統(tǒng)的設計過程，研究了產(chǎn)品/服務集成設計中產(chǎn)品與服務的組合關系。（2）基于產(chǎn)品/服務設計過程的動力學模型，構建了由顧客需求到產(chǎn)品系統(tǒng)性能（包含功能及功能實現(xiàn)程度）的傳遞過程。（3）建立了包含功能實現(xiàn)活動、功能實現(xiàn)載體的產(chǎn)品/服務集成模式，采用IDEFO功能描述方法與黑箱法實現(xiàn)產(chǎn)品與服務的匹配，從而獲得系統(tǒng)設計方案。