趙蒞龍，劉永紅，于重?zé)跣赂?/p>

（ 中國石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院，山東青島 266580 ）

縱覽不同經(jīng)濟(jì)發(fā)展時(shí)期的制造業(yè)生產(chǎn)模式，共有單一品種小批量生產(chǎn)、 單一品種大批量生產(chǎn)、多品種小批量生產(chǎn)及多品種大批量生產(chǎn)等四類生產(chǎn)模式。 其中，大批量生產(chǎn)結(jié)合了實(shí)用、高效、經(jīng)濟(jì)的優(yōu)勢，一直是生產(chǎn)的最優(yōu)解，為社會(huì)提供了大量的廉價(jià)商品，極大地滿足了人民的基本生活需求[1]。 隨著社會(huì)進(jìn)步、人民生活水平不斷提高，市場競爭越來越激烈，單一性產(chǎn)品的生產(chǎn)方式已無法滿足人們的生產(chǎn)、生活需要，也不能為企業(yè)帶來更高利潤。 于是，如何將大批量生產(chǎn)與定制化生產(chǎn)有機(jī)地結(jié)合起來，成為企業(yè)突破自身生產(chǎn)局限的重要方向[2]。

1 大批量定制化與Kano 模型

對(duì)于電火花成形機(jī)床，將大批量定制化設(shè)計(jì)策略與之相結(jié)合，尋找能提高電火花成形機(jī)床個(gè)性化定制水平的新道路， 以更好地捕捉客戶心心理、應(yīng)答客戶需求，有助于迅速、有效地提高企業(yè)產(chǎn)品競爭力。

應(yīng)用大批量定制化設(shè)計(jì)策略，需對(duì)電火花成形機(jī)床的功能作深入了解，將機(jī)床功能與客戶需求緊密結(jié)合起來， 以客戶需求為切入點(diǎn)， 引入Kano 模型， 有效地分解了電火花成形機(jī)床的功能要求。Kano 模型包括基本型需求、期望型需求、魅力型需求、無差異型需求、反向型需求五類需求[3]。 本文通過Kano 模型分析產(chǎn)品特性滿足情況與客戶滿意度之間的關(guān)系，對(duì)客戶需求進(jìn)行分類，以此幫助企業(yè)了解不同層次的客戶需求。 Kano 模型見圖1。

圖1 需求類型與客戶滿意度關(guān)系

由圖1 可知，企業(yè)在實(shí)際生產(chǎn)中首先要盡可能地滿足客戶的基本型需求，以確?？蛻籼岢龅男枨蟮玫礁窘鉀Q；在滿足基本型需求后，企業(yè)應(yīng)盡可能滿足客戶的期望型需求， 以體現(xiàn)產(chǎn)品的競爭力；提供客戶期望的額外服務(wù)或產(chǎn)品功能，使企業(yè)自身服務(wù)或產(chǎn)品優(yōu)于競爭對(duì)手并與之區(qū)別，以此加深客戶對(duì)企業(yè)的印象，提高客戶滿意度；最后，企業(yè)應(yīng)盡可能實(shí)現(xiàn)客戶的興奮型需求， 建立忠實(shí)的客戶群體、提升產(chǎn)品粘性。

2 Kano 模型建立與信息獲取

建立Kano 模型依靠對(duì)客戶需求信息的獲取及分類，而獲取客戶需求信息的主要途徑有問卷調(diào)查和市場調(diào)研。 針對(duì)模型設(shè)計(jì)的問卷通常包括正反兩個(gè)方向的問題，每個(gè)問題設(shè)置五個(gè)選項(xiàng)，通過調(diào)查問卷對(duì)象的選擇結(jié)果來判斷客戶對(duì)產(chǎn)品是否具有某種功能的需求及相應(yīng)的程度；最后整理有效的調(diào)查問卷，并根據(jù)調(diào)查對(duì)象對(duì)產(chǎn)品某項(xiàng)功能滿意度的調(diào)查結(jié)果對(duì)產(chǎn)品功能進(jìn)行歸類，以此達(dá)到將需求信息轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品功能的最終目的。

問卷調(diào)查的具體步驟為：

（1）制作 Kano 模型問卷調(diào)查表

Kano 模型問卷調(diào)查表以某種需求為前提，設(shè)置五種滿足或不滿足該客戶需求時(shí)的客戶態(tài)度選項(xiàng)，包括非常喜歡、理應(yīng)如此、無所謂、勉強(qiáng)接受及很不喜歡[4]。 問卷形式見表1。

表1 Kano 模型問卷調(diào)查表

（2）需求分類對(duì)照

問卷調(diào)查表以線上或者線下的形式發(fā)放給調(diào)查對(duì)象，當(dāng)調(diào)查對(duì)象完成問卷后，按照表2 對(duì)問卷所填內(nèi)容進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分類。 其中，字母Q 代表可疑結(jié)果，字母R 代表反向型需求，字母A 代表興奮型需求，字母I 代表無關(guān)型需求，字母O 代表期望型需求，字母M 代表基本型需求。

表2 需求分類對(duì)照表

（3）問卷數(shù)據(jù)分類統(tǒng)計(jì)

完成需求分類表后，對(duì)表格進(jìn)行匯總后的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表3。 其中，在功能需求一欄中，A、B、C、D、E、F、G、H、I、J 等字母分別代表一種調(diào)查需求，n為需求功能總數(shù)。

表3 問卷數(shù)據(jù)分類統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)調(diào)查問卷結(jié)果進(jìn)行Kano 模型二維屬性歸屬分析，可得出基本型屬性、期望型屬性、興奮型屬性、無關(guān)型屬性、反向型屬性和問題型屬性的功能屬性歸類百分比。

對(duì)于同一類需求， 可根據(jù)Better-Worse 系數(shù)來判斷該類需求的重要程度，如式（1）、式（2），分別表示某項(xiàng)功能可增加客戶滿意度或消除客戶很不滿意的影響程度[5]。

增加后的滿意度系數(shù)：

消除后的不滿意度系數(shù)：

根據(jù)Better-Worse 系數(shù)， 對(duì)系數(shù)絕對(duì)分值較高的功能或服務(wù)需求應(yīng)當(dāng)優(yōu)先實(shí)施。

在實(shí)際使用中，電火花成形機(jī)床常見的客戶需求包括工作臺(tái)尺寸、刀具工作行程、工作液槽尺寸、加工精度、機(jī)床整體尺寸、機(jī)床外觀、維修性、綠色環(huán)保性、性價(jià)比、售后服務(wù)、可替換性及操作臺(tái)高度等12 個(gè)方面，具體如下：

（1）工作臺(tái)尺寸：電火花成形機(jī)床工作臺(tái)的尺寸，包括工作臺(tái)長、工作臺(tái)寬。

（2）刀具工作行程：刀具 X、Y、Z 軸的最大移動(dòng)量。

（3）工作液槽尺寸：包括工作液槽長、寬、高。

（4）加工精度：電火花成形機(jī)床加工的最大精度。

（5）機(jī)床整體尺寸：包括機(jī)床整體最大的長、寬、高。

（6）機(jī)床外觀：如機(jī)床顏色、機(jī)床標(biāo)識(shí)（logo）、機(jī)床裝飾等。

（7）維修性：在規(guī)定的條件、時(shí)間、方法等約束下完成機(jī)床維修的能力。

（8）綠色環(huán)保性：包括且不限于降低冷卻液、鐵屑等廢物對(duì)環(huán)境的影響。

（9）性價(jià)比：機(jī)床性能與價(jià)格之比，體現(xiàn)機(jī)床的經(jīng)濟(jì)性。

（10）售后服務(wù)：指企業(yè)在機(jī)床售出后提供的各種服務(wù)。

（11）可替換性：機(jī)床各零部件的可替換能力。

（12）操作臺(tái)高度：根據(jù)不同地區(qū)、國家的不同平均身高定制操作臺(tái)高度。

針對(duì)以上12 個(gè)方面，制作調(diào)查問卷，由調(diào)查對(duì)象根據(jù)題干選出匹配和不匹配時(shí)態(tài)度的交點(diǎn)字母，以便于后續(xù)統(tǒng)計(jì)和計(jì)算。 本文共選取50 份不同身份對(duì)象的有效問卷調(diào)查，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表4。

表4 線上調(diào)查問卷結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)需求分類對(duì)照表，對(duì)需求進(jìn)行分類，分類結(jié)果見表5。

表5 需求分析結(jié)果表

對(duì)照表 2 和表 4，根據(jù)式（1）、式（2）可計(jì)算各個(gè)客戶需求的Better-Worse 系數(shù)公式，具體如下：

（1）工作臺(tái)尺寸

（2）刀具工作行程

（3）機(jī)床整體尺寸

（4）機(jī)床外觀

（5）加工精度

（6）維修性

（7）綠色環(huán)保性

（8）性價(jià)比

（9）售后服務(wù)

（10）可替換性

（11）操作臺(tái)高度

（12）工作液槽尺寸

根據(jù)計(jì)算結(jié)果繪制的Better-Worse 系數(shù)分析坐標(biāo)散點(diǎn)圖見圖2。由此可得到各類需求的分類情況，該結(jié)果與表2~表5 所示結(jié)果一致。 同時(shí)，對(duì)于同一類型的功能，由前文可知，Better 系數(shù)和Worse 系數(shù)的絕對(duì)值越接近1，則表示該功能越不可或缺。

圖2 Better-Worse 系數(shù)分析坐標(biāo)散點(diǎn)圖

對(duì)于基本性需求（必備屬性），工作臺(tái)尺寸、刀具工作行程、加工精度三個(gè)功能的Worse 系數(shù)基本相同，故三者在不滿足需求時(shí)，客戶的態(tài)度均特別強(qiáng)烈，即不滿足時(shí)，企業(yè)產(chǎn)品無法正常銷售；但是從Better 系數(shù)看， 加工精度＞刀具工作行程＞工作臺(tái)尺寸，這說明前者功能具備時(shí)的客戶滿意度更高。

對(duì)于期望型需求（期望屬性），工作液槽尺寸功能的Worse 系數(shù)最大、Better系數(shù)最小， 說明該功能相對(duì)于其他三種功能更接近于基本型需求（必須滿足，但不會(huì)大幅提高客戶滿意度）；其他三種功能的Better系數(shù)基本相同，在滿足功能需求時(shí)，均能大幅度提高客戶滿意度。 而從Worse系數(shù)看，性價(jià)比＞維修性＞售后服務(wù)，說明在這三者之間，前者比后者更重要且不能不被滿足，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮前者對(duì)應(yīng)模塊的大批量生產(chǎn)。

對(duì)于興奮型需求（魅力屬性），綠色環(huán)保性Better-Worse系數(shù)的綜合得分最高，說明滿足該功能可以大幅提高客戶滿意度， 重要性高于其他三者，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)可優(yōu)先考慮設(shè)計(jì)匹配該功能的模塊，實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)；而另外三者的Better系數(shù)大體一致，從Worse系數(shù)看， 機(jī)床整體尺寸＞可替換性＞機(jī)床外觀，說明前者比后者更重要，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮實(shí)現(xiàn)前者對(duì)應(yīng)模塊的大批量生產(chǎn)。

3 模塊化配置及參數(shù)化設(shè)計(jì)

模塊化配置是指合理選擇具有獨(dú)立功能的零件或模塊來組合成多樣化的新部件[6]。 在大規(guī)模定制實(shí)施過程中，根據(jù)客戶提供的個(gè)性化需求，企業(yè)可將模塊化的零部件進(jìn)行特定組合，以提供滿足客戶要求的個(gè)性化產(chǎn)品。 在此過程中，零部件依然是使用傳統(tǒng)批量化生產(chǎn)模式生產(chǎn)，而定制化產(chǎn)品則是根據(jù)客戶提供的需求按照模塊組合。 模塊化配置設(shè)計(jì)流程見圖3。

圖3 機(jī)床產(chǎn)品模塊化配置設(shè)計(jì)流程

為了更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)客戶需求以及產(chǎn)品功能的判斷與選擇，需將產(chǎn)品按照功能模塊進(jìn)行參數(shù)化設(shè)定。 參數(shù)化設(shè)計(jì)是一種依托計(jì)算機(jī)技術(shù)將設(shè)計(jì)因數(shù)變量化，并建立各個(gè)設(shè)計(jì)因數(shù)間的邏輯關(guān)系，通過不斷調(diào)整變量得出最終設(shè)計(jì)方案的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)過程。參數(shù)化技術(shù)是輔助設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)的工具，這些工具如Pro/Engineer、UGNX、CATIA 和 SolidWorks 等，其設(shè)計(jì)結(jié)果具有精確性和確定性的特征。 參數(shù)化設(shè)計(jì)工具可快速生成和修改可視化模型， 相較于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)效率大大提高，能輔助設(shè)計(jì)師更好地進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的創(chuàng)造和表現(xiàn)。 參數(shù)化技術(shù)使之前復(fù)雜的設(shè)計(jì)關(guān)系變得清晰，更快速準(zhǔn)確的表達(dá)設(shè)計(jì)師的想法，并輔助設(shè)計(jì)活動(dòng)的推進(jìn)[7]。

本文利用SolidWorks 軟件實(shí)現(xiàn)電火花成形機(jī)床的參數(shù)化設(shè)計(jì)。 在SolidWorks 尺寸定義中，用戶可使用方程式建立尺寸驅(qū)動(dòng)的參數(shù)化模型，其方法是通過前期統(tǒng)計(jì)計(jì)算確定各尺寸參數(shù)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，通過確定一個(gè)自變量參數(shù)并以其他相關(guān)尺寸為因變量， 建立自變量與因變量之間的函數(shù)關(guān)系，使全局參數(shù)得到控制，實(shí)現(xiàn)一個(gè)參數(shù)控制所有參數(shù)的目的[8]。

通過Kano 模型及模塊化配置對(duì)功能需求的分析和結(jié)構(gòu)的分解，可將電火花成形機(jī)床分解成工作槽模塊、電極模塊、操作臺(tái)模塊、刀具伺服進(jìn)給模塊、工作液箱模塊、溫度控制模塊、電源箱模塊、底座支撐模塊和其他模塊等九大模塊，具體如下：

（1）工作槽模塊：安裝加工零件的主要部件，主要有工作臺(tái)、工作液槽、底座、前箱蓋、側(cè)箱蓋等。

（2）電極模塊：加工電極。

（3）操作臺(tái)模塊：電火花成形機(jī)床操作系統(tǒng)，主要有顯示屏、升降軸等。

（4）刀具伺服進(jìn)給模塊：刀具伺服運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，主要有立柱、滑枕、滑板、主軸頭等。

（5）工作液箱模塊：這是工作液循環(huán)系統(tǒng)，主要有工作液箱、過濾箱、工作液供給電機(jī)、加工液供給管線。

（6）溫度控制模塊：加工液體溫度控制裝置，主要有散熱器、降溫箱等。

（7）電源箱模塊：操作臺(tái)等構(gòu)件的電源供給系統(tǒng)，主要有電源箱、內(nèi)部電路等。

（8）底座支撐模塊：刀具伺服系統(tǒng)底座。

（9）其他模塊：如電源穩(wěn)壓器、滅火箱等。

4 參數(shù)化設(shè)計(jì)實(shí)例

根據(jù)相關(guān)尺寸要求（如工作液箱的容積需是工作液槽容積的2~3 倍）以及對(duì)在售電火花成形機(jī)床各型號(hào)尺寸間關(guān)系對(duì)各模塊進(jìn)行尺寸約束，使之變成全局變量（工作臺(tái)長×工作臺(tái)寬）的因變量。

全局變量為自變量， 定義工作臺(tái)長與工作臺(tái)寬，將兩個(gè)全局變量賦值給工作液槽模塊中的工作臺(tái)尺寸（長、寬），通過更改電火花成形機(jī)裝配體中全局變量（工作臺(tái)長、工作臺(tái)寬），即可實(shí)現(xiàn)電火花成形機(jī)床整體尺寸更改與輸出。

在初始狀態(tài)尺寸時(shí)， 工作臺(tái)尺寸為500 mm×320 mm。各模塊尺寸見圖4。在更改尺寸狀態(tài)時(shí)，在方程式界面更改全局變量“工作臺(tái)長”及“工作臺(tái)寬”，使工作臺(tái)參數(shù)變?yōu)?30 mm×400 mm。電火花成形機(jī)床模型及相關(guān)尺寸見圖5。

圖4 電火花成形機(jī)床初始狀態(tài)尺寸

圖5 工作臺(tái)尺寸630 mm×400 mm 的電火花成形機(jī)床模型輸出

如上，通過對(duì)全局變量的控制，可實(shí)現(xiàn)對(duì)該電火花成形機(jī)尺寸的控制并進(jìn)行輸出， 能快速設(shè)計(jì)、輸出滿足客戶對(duì)于電火花成形機(jī)模塊尺寸需求的模型，即實(shí)現(xiàn)客戶需求的快速定制化，同時(shí)也減少了機(jī)床零部件大規(guī)模生產(chǎn)的種類，提高了零部件的相似性，降低生產(chǎn)成本。

5 結(jié)束語

根據(jù)Kano 模型， 本文進(jìn)行了電火花成形機(jī)床客戶需求調(diào)研，并統(tǒng)計(jì)整理了50 份有效問卷，獲取電火花成形機(jī)床各功能的態(tài)度。 根據(jù)獲得的調(diào)研結(jié)果和需求分析對(duì)照表，計(jì)算了Better-Worse系數(shù)，繪制了Better-Worse 系數(shù)分析坐標(biāo)散點(diǎn)圖， 對(duì)電火花成形機(jī)床各功能需求做出了分類與解釋，為模塊化配置和參數(shù)化設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。 本文從前期問卷調(diào)查、分析客戶需求與產(chǎn)品功能、對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行基于功能分類的模塊化配置，到實(shí)現(xiàn)模塊化與功能的匹配及大批量生產(chǎn)，再到對(duì)模塊進(jìn)行建模和組裝、組成完整的電火花成形機(jī)床、通過SolidWorks 的尺寸方程式實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)，已形成了完整設(shè)計(jì)鏈。