质量屋 QFD 在汽车产品设计的应用

QFD、TRIZ、田口方法与汽车产品设计开发20世纪80年代以后，许多跨国公司逐步认识到产品设计质量创新在产品全生命周期中的重要地位，把许多新技术，新理论和新方法，如：质量功能展开(quality function deployment)，解决创造问题的理论(theory of inventive problem Solving)和田口方法(Taguchi method)，相继应用于产品的研发／设计阶段，合理有效地利用它们实现产品设计质量的管理，从而使企业不断开发和生产出满足顾客呼声，价格低、质量好和有创新的产品。

美国供应商协会(ASI)已经把这三种方法的结合称之为六西格玛设计(Design for Six Sigma，DFSS)，并介绍给世界500强企业，使他们在应用中开阔了视野，并把三种方法用于产品设计创新中，取得了丰硕的成果，亦成为他们赢得竞争优势的核心技术之一。

美国供应商协会(ASI)行政副主席苏比乔杜里先生曾提出，企业仅通过采用DMAIC来实现六西格玛，所能取得的成果是有限的。

如果一个组织希望自己的效率能更上一层楼，它就必须在产品设计开发阶段采取六西格玛设计方法。

在六西格玛设计中，如何将顾客呼声转化为可客观衡量的工程指标是一个稳健(Robustness)设计所必须具备的重要特征。

在目前的设计理论中，质量功能展开可以解决做什么(to do what)的问题，发明问题解决理论(TRIZ)可以解决怎么做(How to do)的问题，田口方法可以解决怎么做到最优(Optimal result)的问题。

如果将三者有机结合，将成为六西格玛设计强有力的支持工具。

一、背景介绍(一)六西格玛设计(DFSS)六西格玛设计就是按照合理的流程，运用科学的方法准确地理解和把握顾客呼声，对新产品／新技术／新流程进行稳健设计，使产品／技术／流程在低成本的情况下，对造成变化的因素(制造环境或用户环境)的敏感度最小化，从而实现六西格玛质量水平。

QFD 在汽车内饰件开发方面的应用---------------实际案例研究某公司是国际品牌汽车公司的饰件产品主要供应商之一,主要产品有座舱系统(含仪表板总成) 、内饰系统(含门内板总成和门柱内饰) 、外饰系统(含涂装保险杠和涂装门外装饰件) 、座椅系统等.某公司在行业内被人所称道的不仅仅是其优于同行的产品质量,更值得同行借鉴的是该企业以顾客满意为核心的产品开发流程、为顾客奉献诚信的工作态度.1 不断追求顾客的满意某公司公司的质量方针是不断改进产品和服务质量,以满足客户需求,使公司发展成为具有国际竞争能力的企业.公司拥有自己的技术中心和模具中心,且具有完整的汽车内、外饰系统产品开发能力,并建立了国家审核通过的汽车内、外饰产品实验室. 1997 ～ 2002 年 , 公司分别通过第三方对ISO9001、QS9000、VDA6. 1、ISO14001、OH2 SAS18001、 ISO/ TS16949 等国际质量管理体系的认证. 2002 年,公司荣获“某市质量金奖企业”、“某市用户满意企业”称号,生产的饰件产品被评为“某市用户满意产品”,并获得了“某市名牌产品”称号.同时,公司被某市政府命名为某市文明单位.之所以能拥有卓越的产品质量,某公司认为关键是从指导思想上能以市场为导向,不断追求顾客满意.卓越的产品质量不是靠检验得到的,也不是靠生产得到的,而是依靠正确无误将顾客的需求设计在产品中,质量是通过设计“嵌入”在产品中的.某公司从产品设计上贯彻以预防为核心的质量体系要求,十分重视与顾客的沟通与管理,注重对有关顾客的各类信息的收集,如:专业业务人员收集顾客的意见,参与奥迪特(Audit )评审活动.产品部门定期研究和分析奥迪特扣分项和扣分原因,征集顾客投诉信息.根据顾客提供的建议,对产品的设想、结构设计提出合理的方案,对产品进行某些方面的改进,以满足顾客的要求.当前,定制化产品已越来越成为市场需求的趋势,愈来愈多的顾客希望能按照个性需求和偏好来生产产品.对于企业来说,质量的定义已经发生根本性的转变 , “满足顾客需求”已成为质量管理的第一大目标.为了保证产品能最终为顾客所接受,企业必须认真研究和分析顾客需求,并将这些要求转换成最终产品的特征以及配置到制造过程的各工序上和生产计划中.这样的过程称作质量功能配置(Quality Function Deployment , QFD) .2 产品设计观念的转变1972 年 ,QFD 方法起源于日本 ,QFD 最主要或最成功的应用是在汽车制造业,丰田公司、本田公司、福特公司、通用汽车公司、克莱斯勒公司应用QFD 都取得了较大的成功 ,QFD 技术成为企业产品开发的一个强有力的工具. 丰田公司于 20 世纪70 年代后期使用 QFD 取得了巨大的经济效益,新产品开发起动成本累计下降了 61 % ,而开发周期下降了 1/ 3. QFD 是顾客驱动的产品或服务设计方法论,同时也是用于产品设计阶段的系统方法,代表了传统设计方式(设计—试制—调整—投产—发现缺陷—调整)向现代设计方式(主动预防 %%一次成功)的转变. QFD 可以保证顾客的需求早在产品设计阶段就被结合到产品开发过程中,并且追求产品的首次质量,争取一次成功. QFD 的实质就是从顾客的需求出发,把顾客的语言(V oice of Customer s)转换为工程设计人员的语言 (V oice of Engineer s) 的过程..某公司运用质量功能配置 QFD 工具,从方法和操作规程上保证了顾客的需求能贯穿于产品开发的全过程,始终成为产品开发的目标.QFD 包括两个部分:一是质量功能展开,即用目的手段系列将形成质量的功能乃至业务,以不同的层次展开到具体的部分;二是质量展开,即将顾客的需求转为代用特性,以确定产品的设计质量,并将其并联地展开到功能部件的质量、零件的质量、工艺要求,乃至工序要求等. QFD 过程由产品规划、零件设计、工艺设计、生产计划 4 个阶段组成,并且是一个相关的并行工程,顾客的要求被逐步展开为设计要求、零件特性、制造作业和生产要求.在顾客要求被展开的过程中,采用了质量屋( House of Quality) ,质量屋是 QFD 基本原理的核心,它以一个输入一个输出策略为基础,顾客要求被展开成设计特性,然后设计特性又演变成下一个阶段的输入,直至生产作业层,其基本原理见图 1.某公司运用了 QFD 这种产品开发方法,作为一种顾客驱动的产品开发方法,它的核心分解操作流程是(见图 2) :(1) 将顾客的呼声转化为具体的技术要求和操作条款,并将所转化的信息以文件形式列在矩阵表中;(2) 确保顾客的希望和需要被理解并转化为可实现的技术特性.将顾客需求逐步展开,分层地转换为产品设计要求、零件要求,过程要求和生产要求.在展开过程中,上一步的输出就是下一步的输入,构成瀑布式分解过程. QFD 从顾客需求开始,经过 4 个阶段即4步分解,用 4 个矩,得出产品的工艺和质量控制参数,如图 3 所示：为此,整个阶段为:(1) 产品策划阶段通过产品策划矩阵(也称质量层) ,将顾客需求转换为设计需求(最终产品特征) ,并根据顾客竞争性评估(从顾客的角度对市场上同类产品进行的评估,通过市场调查得到)和技术竞争性评估(从技术的角度对市场上同类产品的评估,通过试验或其它途径得到)结果确定各个设计需求的目标值[3 ].(2) 产品设计与开发阶段利用前一阶段定义的设计需求,从多个设计方案中选择一个最佳的方案 ,并通过零件配置矩阵将其转换为关键的零件特征.(3) 过程设计与开发阶段通过过程规划矩阵,确定为保证实现关键的产品特征和零件特征所必须保证的关键工艺参数.(4) 生产策划阶段通过工艺/质量控制矩阵将关键的零件特征和工艺参数转换为具体的质量控制方法.下在以遮阳板的设计开发为例介绍上海某公司QFD 技术的开展情况.3 QFD 方法在遮阳板设计中的运用3. 1 采用项目管理方式实施 QFD遮阳板是汽车内饰件中形状相对简单但结构复杂的一个部件,它的设计涉及用户、顾客等诸方面的要求,某公司公司在新项目的开发中采用的是矩阵式项目管理的方法(见图4) ,新项目从一开始就由各相关方人员参与如营销、技术、质量、生产制造、采购等相关部门 ,QFD 的展开也是由项目小组汇集各方的意见及经验共同完成的.采用矩阵式管理,在直线职能制垂直指挥链系统基础上,增设横向指挥链系统,加强了横向联系,使相关部门的信息能够及时得到反馈.3. 2 顾客需求的获取和产品策划———第一个质量屋产品是顾客满意的载体,因此顾客需求的提取是 QFD 过程中最为关键也是最难的一步,包括决定顾客需求、顾客需求重要度以及顾客对市场上同类产品在满足他们需求方面的看法.公司通过市场调查、保修记录和质量信息以及小组经验等方面来获得原始的顾客信息,然后再对此进行整理、分析,并用加权来表示顾客需求的相对重要度.根据遮阳板产品的特点,获取的顾客需求主要情况有:(1) 市场调研方面:用户最重视的是产品的安全性能,即要求遮阳板符合政府有关法规;其次要求产品的外观漂亮,遮阳板的外观要与内饰件的设计风格一致;再者,用户要求遮阳板操作灵活且在行车过程中不产生噪音,另外,用户要求其耐久性好,即经久耐用;当然价格要低.(2) 保修记录和质量信息方面:顾客(主机厂)从用户处得到的信息会对遮阳板特别易出问题的地方提出具体的要求,同时他们会要求遮阳板装车方便,检验方便.(3) 小组经验方面:遮阳板制造小组根据遮阳板制造过程中的能力指数情况,会对遮阳板制造过程中出现的问题提出要求;从销售部门及物流部门我们还可得到遮阳板运输等方面的要求等等.(4) 顾客需求的瀑布式分解过程.产品规划质量屋用于将顾客需求转换成产品设计需求(产品特征) ,并分别从顾客的角度和技术的角度对市场上同类产品进行评估,在分析质量屋的各部分信息的基础上,确定各个技术需求的目标值以及在零件配置阶段所需的技术需求.图 5 显示了遮阳板的产品规划质量屋.其中:(1) 确定顾客需求及其权重. 顾客需求是质量屋最基本的输入,它们都是通过市场调查获得.在确定顾客需求时应避免主观想象,注意全面性和真实(2) 顾客需求到产品设计需求的转换.根据调查获取的顾客需求,确定最终产品所产应具有的工程特征(技术需求) ,它们直接与顾客需求有关,并将有选择性地配置到设计、制造、装配和服务中去.由于 QFD 要求以顾客的语言描述顾客的需求,因此不同于一般意义的市场研究,它要求 QFD小组成员不仅仅停留在顾客的语言表面,还要能够透过顾客的语言发现其深层意义的需求,即了解顾客为什么以该语言描述他的需求.除了顾客需求的确定要运用市场研究方法外,产品策划矩阵及产品设计矩阵中对本产品及竞争者类似产品的市场能力及技术能力的分析也离不开市场研究方法的运用.(3) 决定顾客需求和产品设计需求的关系通常采用一组符号来表示顾客需求与设计需求这间的相关程度,例如,用圆点来表示“强”关系,即改善某个设计需求与满足其对应的顾客需求强相关;用单圆来表示“中等”关系,即改善某个设计需求与满足其对应的顾客需求中等相关;用三角形来表示“弱”关系,即改善某个设计需求与满足其对应的顾客需求弱相关.顾客需求与设计需求之间的关系矩阵直观地说明了设计需求是否适当地覆盖了顾客需求.如果关系矩阵中关系符号很少或大部分是“关系微弱”符号,则表示设计需求没有足够地满足顾客需求,应对它进行修改.以图 5 中的设计需求“材质”为例 ,QFD 小组认为,如果采取一定的措施来选择合适的材料,它对“不着火”有重大的影响,因而这两种需求之间存在着“强”的关系,同样,采用严格的产品标准也可以对不着火进行严格控制,这样对不着火这个顾客需求有两项设计要求来强化.从该图中我们可以看出关系矩阵中关系符号很多且大部分是“关系强”符号,则表明设计需求基本满足顾客需求,因而不必对它进行更多的修改.这些关系可通过产品策划特性矩阵来表示(见图 6) .(4) 确定设计需求之间的相互关系设计需求之间常常也是互相有关系的.如果改善某一设计需求的措施有助于改善另外一个设计需求,则定义这两个设计需求正相关;反之,如果改善某一设计需求,将对另外一个设计需求产生负面影响,则定义这两个设计需求负相关.以遮阳板为例,改善测量技术能有效控制产品的装配精度,因此它们之间正相关.一般用正号表示两个设计需求正相关,用负号表示两个技术需求负相关,如图 5 顶部所示.在产品开发过程中,开发人员首先应仔细分析互为负相关的哪些设计需求,因为改善其中某一设计需求将对一个或更多个设计需求产生负面影响 , 其次,应采取有关措施尽量消除或减少这种负面影响.如果不能满意地解决这些问题,将会使顾客对产品的某些方面不满意.(5) 关系矩阵的评审当完成顾客需求和设计需求之间的关系矩阵后,应对其进行仔细的分析和评审,例如检查关系矩阵的每一行或每一列,看是否有空行或空列存在. 如果某一行无关系符号或只有“弱”关系符号,则表示已有设计需求没有足够地满足该顾客需求,应补充新的设计需求;如果某一列无关系符号或只有“弱”关系符号,则意味着其对应的技术需求是多余的,应予以剔除.另外,还要分析关系矩阵中关系符号的填充率,它表示设计需求是否足够地覆盖了顾客需求.一般要求关系符号的填充率在 25 %～40 %之间. 例如,图 5 中检验方便所在行只涉及测量技术这个设计要求,在质量改进时可以考虑补充新的设计要求,而关系矩阵符号的填充率已达到 40 %～50 %之间,我们认为设计需求基本覆盖了顾客需求.3. 3 产品设计与开发阶段———第二个质量屋与产品策划矩阵不同,产品设计与开发矩阵要简单得多,它在设计要求的基础上进一步提出了产品的具体技术要求.产品设计与开发矩阵的开发过程同产品策划质量屋基本相同,值得注意的是,关键零件产品要求只有在产品设计方案确定后才能确定,见图7、 8 所示.例如,在设计要求提出材质不着火的要求时,必须在产品要求中提出具体的专业描述术语为以后的过程开发作准备,这样阻燃性、总成耐温性能指标就体现在产品要求中了.同样在产品策划矩阵中涉及的产品标准也可以在产品要求中具体体现出来.3. 4 过程设计与开发阶段———第三个质量屋过程设计与开发阶段,确定为保证实现关键的产品特征和零件特征所必须保证的关键工艺参数.同产品设计与开发矩阵类似,关键工艺特征也根据关键零件特征和经验来确定,它们是那些为了保证零件满足其需求而在制造过程中必须加以控制的要素.完整的遮阳板过程设计开发矩阵如图9、 10 所示.从严格的 QFD 观点出发,工艺规划矩阵应只包含满足以下两个条件的工艺特征: ①它们是过程设计与开发中的一些关键工艺特征; ②它们是直接针对过程设计与开发矩阵的关键零件特征而设置的.但是,在实际应用时,当企业在进行工艺规划时,它们可能希望对整个工艺进行研究,而不局限于上述范围.3. 5 生产策划阶段———第四个质量屋由于主要讨论的是遮阳板设计中运用QFD ,故生产策划阶段的质量屋及特性矩阵图略. 而生产策划阶段的质量屋与特性矩阵图可以按照以上规则,结合生产制造的实际情况,将过程设计与开发的输出转化成具体的生产控制计划要求体现出来.4 通过 QFD 的实施带动质量工程方法在设计中应用统计过程控制(SPC) 、实验设计(DOE/ TA GU2CHI)方法、失效模式和后果分析( FMEA)方法对于提高产品的质量都是极为重要的 ,QFD 有助于制造企业规划这些质量保证方法的有效应用.使用 QFD方法后,在产品开发过程何时和何处使用这些方法都将由顾客需求来决定. QFD 是一个实践全面质量管理的重要工具,可以用来引导其它质量工具或方法的有效使用.另一方面,从质量工程的角度出发 ,QFD 和其服这些质量保证方法构成了一个完整的质量工程概念.质量功能展开 (QFD) 、失效模式和后果分析( FMEA) 、田口( TA GUCHI)方法属于设计质量工程的范畴,即产品设计阶段的质量保证方法;而统计质量控制(SQC) 、统计过程控制( SPC)等属于制造质量工程的范畴,即制造过程的质量保证方法. 另外,就设计质量工程而言 ,QFD 和 FMEA、 TA GU2CHI方法也是互补的. QFD 的目的是使产品开发面向顾客需求,极大地满足顾客需求;而 FMEA 方法是在产品和过程的开发阶段减小风险提高可靠性的一种有效方法,也就是说 , FMEA 方法保证产品可靠地满足顾客需求; TA GUCHI方法采用统计方法设计实验,以帮助设计者找到一些可控因素的参数设定,这些设定可使产品的重要特性不管是否出现噪声干扰都始终十分接近理想值,从而最大限度地满足了顾客需求.总的来说,通过 QFD 可以对失效模式进行分析,根据失效模式的分析来确定特殊特性,根据特殊特性来制定控制计划,根据控制计划来编制作业指导书,通过这一系列的质量控制方法来保证产品的质量.5 通过 QFD 的实施,实现产品设计一次成功QFD 保证了顾客需求贯穿于产品及生产过程的设计,目的是改善设计的质量、提高设计的效率. 功能展开即通过成立多学科小组———QFD 小组,把不同的职能部门结合到从产品设计到制造的各个阶段中,促进小组成员的沟通.企业应用 QFD 后,由于其在产品设计阶段考虑制造问题,产品设计和工艺设计交叉并行进行,因此可使工程设计更改大大减少,产品开发周期大大缩短;QFD 更强调在产品早期概念设计阶段的有效规划,因此可使产品起动成本大大降低;将公司各种活动集中于以顾客为主的目标,产品整个开发过程直接由顾客需求驱动,因此顾客对产品和服务的满意度将大大提高;通过对市场上同类产品的竞争性评估,有利于发现其它同类产品的优劣势,为公司的产品设计和决策更好地服务;QFD 实施与运行,对企业的发展有着不可估量的作用.QFD的实施始终围绕着顾客的需求,它的目标很明确: ①确定顾客; ②决定什么是顾客想要的; ③考虑如何满足顾客的需求. QFD 所包含的两个要素———质量展开和功能展开也相互交映,质量展开把顾客需求部署到设计过程中去,它保证产品的设计、生产与顾客需求相一致;QFD 矩阵之间的转换保证了产品设计、制造、生产计划的连续性、一致性.。