淺談基于質量技術特征改善率的并行優化模型分析論文
論文關鍵詞：質量技術特征；質量功能配置(QFD)；客戶需求；優化模型
論文摘要：將用戶需求的目標客觀地反映在產品質量技術特征中是質量功能配置(QFD)應用的重要內容。本文根據用戶需求的目標值及QFD建立的質量屋信息，提出了基于產品質量技術特征改善率的并行優化方法，建立了止回閥質量技術特征并行優化模型，得到了優化后止回閥質量技術特征改善率，為該類產品應用QFD方法進行改進設計提供了科學依據。
質量功能配置(Quality Function Deployment，簡稱QFD)是一種用戶驅動的產品開發和質量保證方法。它采用系統的、規范化的方法調查和分析客戶的需求，并采用結構化的框架將其轉換為產品開發過程中的各種技術特征信息，使得設計和制造的產品能真正地滿足客戶需求。
QFD是通過對產品質量技術特征指標值的改進來滿足用戶需求，提高用戶對新設計產品或改進產品的滿意度。在產品的設計或改進過程中，對某個用戶需求評價目標值的改善，是通過與之相關的質量特征性能指標的改善來獲得的。為了對產品進行改進，必須準確地描述出用戶需求評價目標值與具體的質量特征指標值之間的內在關系。要準確地描述出用戶需求評價目標值與質量特征之間的函數關系，在具體實施上存在很大的困難。因為它們處于不同的標度上，前者屬于離散的或連續的順序標度，后者則不然，而且每個質量特征指標的度量單位也是不一樣的。將一順序標度變量表達為非順序參數辨識，尤其是當增加質量特征時，還需要重新設計系統辯識數據進行系統辯識，這在實際應用中顯然是不合理的。為了解決質量技術特征并行優化中所面臨的這一問題，基于質量技術特征改善率的優化策略不失為一種有效方法。
1質量功能配置
質量功能配置(QFD)在20世紀60年代末，由日本學者Yoji Akao(赤尾洋二)教授首次提出。該方法綜合運用系統工程思想，是企業提高產品質量和競爭力的有力工具之一。QFD是把顧客對產品的需求進行多層次的演繹分析，轉化為產品的設計要求、零部件特性、工藝要求、生產要求的質量工程工具。它的基本思想是:在產品設計或開發過程中，所有的活動都由“顧客的聲音”VOC ( Voice of Custourer)驅動，并把顧客的需求體現到產品設計中去，在滿足顧客需求前提下，全面考慮開發時間、質量、成本、服務、環境的關系，實現最優化。
質量功能配置的核心是在獲取和綜合用戶需求的基礎上，采用科學和系統的方法，將用戶需求分解為產品技術特征、零部件技術特征、制造過程工藝特征及質量控制方法。QFD最常用的方法是四階段分解方法:產品規劃(Product Pl arming )、零部件配置(Parts Deployment )、工藝規劃(Process Planning )及生產規劃(Production Planning )。它將用戶需求分層地轉化為產品技術特征、零部件特征、工藝特征和生產質量控制方法等一系列能測量的、可操作的事件、活動或指標。為制訂產品規劃、工藝計劃、生產計劃，以及產品和工藝的連續質量改進，提供決策支持。在展開過程中，上一步的輸出就是下一步的輸人，構成瀑布式分解過程。如圖1所示，每一分解階段對應一個質量屋。
質量屋的規劃過程分為質量屋的建立和質量屋的決策兩個過程。質量屋的決策部分是利用質量屋中的各部分信息，對質量特征進行并行優化，確定每個質量特征的性能指標目標值。因此，質量屋的決策部分的關鍵是產品規劃中質量特征的并行優化問題。通過質量特征并行優化后的質量特征目標值，是QFD分解過程中最為重要的輸出信息，是開發新產品及改進現有產品的重要依據和重點。
2質量技術特征并行優化方法
2.1用戶需求改善率與質最技術特征改善率的關系
設yi,(i=1,2…m)為用戶需求改善率，xj(j = 1,2,…m)為質量技術特征的改善率，則yi和xj存在下列關系:
利用QFD建立的質量屋獲取的各部分信息以及用戶需求的改善率，來優化得到質量技術特征改善率，根據原有產品的性能指標值，就可確定改進產品對應技術特征的目標值。
2. 2質且技術特征并行優化模型
線性規劃是一種解決優化資源分配問題的重要方法。不同的質量特征并行優化策略，對應不同的線性規劃優化模型。根據線性規劃中的目標規劃，結合產品開發的目標和其所具備的各種資源，做出一個有效的產品設計規劃，同時能夠分析設計的產品達到各種目標的程度和差距。在目標規劃中，產品開發的所有目標可以在一個或幾個函數里加以考慮，然后求最優解。這個過程是使這些規定的目標離差最小，即最大程度地接近目標。用yi-代表未達到第i個目標的目標離差量，用yi+代表超出第i個目標的目標離差量。這些離差變量必須出現在目標函數和目標約束中。
如果目標規劃只有單個目標，則稱為單目標規劃;有多個目標就稱為多目標規劃。質量特征并行優化單目標規劃模型為:
其中:i為用戶需求下標，i=1，2，…m；j為質量特征下標，,j=1,2,…,fi認為第i個用戶需求和質量特征的函數關系，反應在質量屋的關系矩陣中;gi為第j個質量特征和其他質量特征的函數關系，反應在質量屋的自相關矩陣中;U為質量特征改善和所需單位總成本的函數關系;V為質量特征改善和所需單位實施時間的函數關系;Rk為除了成本和時間外的其他產品開發資源約束函數;wi為歸一化后第i個用戶需求的權重;xi為第j個質量特征的改善率，為多目標優化的決策變量;Lj為第j個質量特征允許的最小改善率;Mj為第j個質量特征允許的最大改善率; Y‘為第i個用戶需求的目標改善率;Yi為未達到第i個用戶需求目標改善率的目標離差量;Y廣為超出第i個用戶需求目標改善率的目標離差量;;C為預先確定的質量特征實施所能提供的單位總成本的上限值;T為預先確定質量特征實施所能提供的單位時間的上限值;b*為除了成本和時間外的其他產品開發資源約束常數。
該模型是以用戶需求的改善率為優化模型的目標，其目的是使未達到用戶需求目標改善率的目標離差量總合最小。
3實例
以閥門產品中的止回閥為例。應用QFD方法對止回閥進行產品規劃，在產品規劃質量屋中確定了9項用戶需求，分別為噪音低、不滲漏、體積小重量輕、抗沖擊性好、價格適中、水力損失小、易于裝拆維修、安全可靠、使用壽命長;;9項技術特征，分別為止回原理恰當、密封性、結構尺寸、結構強度好、成本、流阻系數、零部件標準化、可靠性、使用壽命。對用戶需求重要度進行歸一化處理，得歸一化的用戶需求重要度向量:
根據QFD質量屋中規劃矩陣確定的用戶需求改善率為:
根據QFD質量屋信息，得到歸一化的用戶需求和技術特征關聯強度系數矩陣如下:
將上述式(4)、式(5)及系數矩陣代人公式(2)和(3)，得到止回閥質量技術特征并行優化數學模型如下:
上述優化模型是以止回閥用戶需求的改善率為優化模型的目標，其目的是使未達到止回閥用戶需求目標改善率的目標離差量總和最小，同時也考慮了各用戶需求的重要度。用單純形法求解止回閥質量技術特征并行優化模型，得到止回閥質量技術特征改善率如表1:
通過以上的優化計算得到了各質量特征的改善率xj，它表示了各個質量特征項需要的相對改進程度，由于1.0≤xj≤1.5，當xj=1. 0時，理解為“產品該質量技術特征保持原來的程度，不做改進”;當xj=1. 5時，則理解為“產品該質量技術特征應做大的改進，使其達到同類產品的先進水平”;當1.0<xj<1. 5時，則理解為“產品該質量技術特征的改進在前兩種改進程度之間的某個值”。由此看出，為滿足用戶需求的目標值，應優先考慮在止回閥的止回原理、結構尺寸和可靠性方面做較大的改進;其次應在結構強度、流阻系數和使用壽命方面做相應的改進;而在密封性、成本和零部件標準化方面可保持不變。
4結束語
在產品的改進設計中，如何針對用戶需求目標的改進，將其客觀地反映在產品質量技術特征的改進中，這是QFD方法在產品改進設計中應用的關鍵。根據QFD建立的質量屋信息，建立基于質量技術特征改善率的并行優化模型并求解，便得到產品質量特征中需要進行不同程度改進的特征項，為下一步具體提出產品質量技術特征的目標值提供了科學依據。值得注意的是，優化模型是建立在用戶需求信息和質量屋信息的基礎上，其中質量屋信息包含同類產品競爭對手相關信息，它是一個綜合信息，這些信息獲取的準確性直接影響優化結果。所以在該方法應用的前期，準確地收集各類信息是相當重要的。
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