劉航
(鄭州航空工業(yè)管理學院管理科學與工程學院,鄭州450007)
基于粗糙QFD方法的復雜產(chǎn)品系統(tǒng)波形推進模型
劉航
(鄭州航空工業(yè)管理學院管理科學與工程學院,鄭州450007)
文章探討了將需求導入復雜產(chǎn)品系統(tǒng)的特殊意義和促進作用,從用戶需求的角度出發(fā)提出了CoPS的波形創(chuàng)新模型,并著重對模型中用戶需求篩選這一核心步驟進行研究。根據(jù)CoPS產(chǎn)品的特殊性,提出了結(jié)合粗糙集理論的改進質(zhì)量功能展開方法對用戶需求進行重要性排序。案例分析表明該粗糙QFD方法具有較好的可操作性和可行性。
復雜產(chǎn)品系統(tǒng);需求;波形模型;粗糙集;QFD
復雜產(chǎn)品系統(tǒng)(CoPS)由大型技術(shù)系統(tǒng)演化而來,包括航空航天、大型電信通訊、船只、高速列車、信息系統(tǒng)等。復雜產(chǎn)品系統(tǒng)的概念是由英國的學者Miller和Hobday在20世紀90年代中期提出的,特指一些研究開發(fā)成本大、技術(shù)含量高、小批量定制化、集成度高的大型產(chǎn)品、系統(tǒng)或基礎(chǔ)設(shè)施[1,2]。與一般產(chǎn)品不同的是,用戶高度參與整個復雜產(chǎn)品系統(tǒng)開發(fā)過程。客戶需求融入到產(chǎn)品開發(fā)中是CoPS開發(fā)成功的必要因素之一。所謂需求融入,就是把客戶需求轉(zhuǎn)化為具體的產(chǎn)品特征及屬性。CoPS集成開發(fā)商通過對用戶需求的挖掘和轉(zhuǎn)化,并根據(jù)自身的技術(shù)能力和創(chuàng)新能力對轉(zhuǎn)化后的產(chǎn)品屬性進行識別和細分,通過產(chǎn)品屬性的不同組合或不同表現(xiàn)形式實現(xiàn)系統(tǒng)創(chuàng)新。對用戶的需求的深入研究對復雜產(chǎn)品系統(tǒng)成功開發(fā)有著至關(guān)重要的意義,本文擬在此領(lǐng)域進行探討。
復雜產(chǎn)品系統(tǒng)同規(guī)模化生產(chǎn)的產(chǎn)品有明顯的不同。因此,大規(guī)模生產(chǎn)的相對成熟的理論體系無法移植到復雜產(chǎn)品系統(tǒng)創(chuàng)新過程。目前,CoPS創(chuàng)新還沒有一套公認的模式。Andrew Davies[3]以蜂窩移動通信系統(tǒng)為例分析了CoPS生命周期各階段的特征及關(guān)鍵問題,研究了政府在CoPS創(chuàng)新中的作用;Huaglory和Tianfield[4]建立了一種新型的生命周期模型,命名為環(huán)生命周期模型,模型中將并行工程、生命周期工程、虛擬樣機、跨企業(yè)信息集成軟件工程等各種現(xiàn)有的模式有機地結(jié)合起來;而陳勁[5,6]認為CoPS并沒有明顯的生命周期發(fā)展模式及該模式存在的條件;齊二石等[7]認為虛擬組織模式是開發(fā)CoPS的有效模式,建立了基于虛擬組織的CoPS全生命周期管理體系;Massimo和Andrea[8]以航空武器裝備系統(tǒng)為例,說明采用虛擬組織形式管理CoPS創(chuàng)新是不合適的。Hardstone G.A.P[9]比較了原有企業(yè)和出現(xiàn)CoPS企業(yè)功能、結(jié)構(gòu)和戰(zhàn)略的差異,認為基于項目的組織是進行CoPS生產(chǎn)和創(chuàng)新的理想組織形式;Mike Hobday[10]將基于項目的組織形式(PBO)與傳統(tǒng)功能矩陣組織進行了比較研究,指出CoPS中多種組織形式存在的必要性以及選擇適合組織形式的主要因素。所有這些學者的研究成果主要集中在復雜產(chǎn)品系統(tǒng)的過程以及組織形式,還沒有研究者從需求的角度進行分析。此外,目前對復雜產(chǎn)品系統(tǒng)的研究多停留在定性的層面上,很少有研究者從定量的方面進行具體操作方法的研究。因此,本文從用戶需求的層面,運用質(zhì)量功能展開的方法對復雜產(chǎn)品系統(tǒng)進行研究,提出了基于用戶需求開發(fā)的復雜產(chǎn)品系統(tǒng)創(chuàng)新模型。
復雜產(chǎn)品系統(tǒng)具體的設(shè)計指標和方案是在開發(fā)過程中由用戶需求轉(zhuǎn)化而來并最終確定的。用戶需求能引導CoPS創(chuàng)新的方向,CoPS創(chuàng)新又能進一部能提升用戶需求的層次,創(chuàng)新與需求形成動態(tài)的良性循環(huán)。從轉(zhuǎn)化機理來看,該過程主要包括產(chǎn)品開發(fā)、用戶需求、創(chuàng)新程度三個維度,整個創(chuàng)新鏈呈現(xiàn)波形前進態(tài)勢(如圖1所示)。當目前的CoPS創(chuàng)新暫時滿足用戶需求后,隨著用戶對系統(tǒng)功能認知程度的增強和內(nèi)、外部環(huán)境的變化,又會產(chǎn)生新的隱性需求。這就促使CoPS的集成開發(fā)商進行第二輪的開發(fā),整個創(chuàng)新鏈呈現(xiàn)波形交織前進。
整個轉(zhuǎn)化及創(chuàng)新過程可分為以下四個步驟:需求的識別和預測;需求的開發(fā)甄選;需求向產(chǎn)品功能指標的轉(zhuǎn)化;以及最后的CoPS新產(chǎn)品的設(shè)計、試制和生產(chǎn)。其中,從識別出的需求集合中挑選出恰當?shù)男枨筚Y源進行開發(fā)是復雜產(chǎn)品系統(tǒng)創(chuàng)新成功的核心步驟。
與其他的是物質(zhì)資源不同,用戶需求資源是抽象、動態(tài)和復雜的。資源的限制使得對所有用戶需求進行轉(zhuǎn)化不具現(xiàn)實意義。復雜產(chǎn)品系統(tǒng)的集成開發(fā)商在進行需求甄選時應采用動態(tài)的優(yōu)化方法。需求甄選的風險通常表現(xiàn)在兩個方面:需求選擇錯誤以及超預期開發(fā)。需求的錯誤選擇會導致產(chǎn)品創(chuàng)新方向的偏離,由此開發(fā)出的新產(chǎn)品不能獲得顧客滿意。此外,在識別出的所有需求中,有些深度需求所對應的產(chǎn)品屬性可能要在相當常的一段時間之后才能顯現(xiàn)出其實際的應用價值。因此,若對需求進行過度或不當開發(fā),不僅會增加創(chuàng)新難度和成本,延長開發(fā)周期,同時會因過度提供短期內(nèi)沒有實用價值的附加功能而被用戶詬病。因此,需要找出一種方法能夠要將多種需求綜合考慮,對用戶需求重要度進行分析,從中篩選出能最大程度上達到用戶滿意的需求集合并將其轉(zhuǎn)化為新產(chǎn)品指標。質(zhì)量功能展開(QFD)方法的作用和目標恰恰在與適當?shù)貪M足用戶要求。
質(zhì)量功能展開(QFD)是面向顧客的產(chǎn)品設(shè)計與開發(fā)的一種計劃過程,是由日本著名質(zhì)量管理專家Shigeru Mizuno和Yoji Akao在20世紀60年代末提出的。顧客需求最終重要度的確定是QFD的重要應用領(lǐng)域。在傳統(tǒng)的QFD方法中,需求重要度的確定需要用戶需要提供盡可能詳細、全面和準確的信息,這對復雜產(chǎn)品系統(tǒng)而言是不太可行的。本文根據(jù)CoPS產(chǎn)品用戶需求的模糊性、不分明性和不確定性的特點,在質(zhì)量功能展開中引入了粗糙集理論,提出了適用于模糊用戶需求的粗糙QFD方法,通過適當?shù)哪P痛_定需求中真正的關(guān)鍵項目,為CoPS的創(chuàng)新提供重要的研究和設(shè)計基礎(chǔ)。
粗糙集(rough set)理論是一種有效處理不精確和不完全信息的數(shù)學工具,由波蘭學者Pawla于1982年提出(11,12)。其主要思想是通過數(shù)據(jù)約簡,導出問題的決策和分類規(guī)則。運用粗糙集理論,可以直接在不完全信息系統(tǒng)上進行決策。同時,粗糙集理論中對象的隸屬度值是從所需處理的數(shù)據(jù)中直接計算得到,可以在很大程度上避免主觀因素的影響。
理論1:假設(shè)A=(M,N,V,f)為一個表達系統(tǒng)。稱M為論域,M={m1,m2,…,mn},表示對象的非空有限集;N表示屬性的非空有限集合。假設(shè)條件屬性集表示為T,決策屬性集表示為J,則是屬性ni的值域;f是一個信息函數(shù),它為每個對象的每個屬性賦予一個信息值,即n∈N,m∈M,f(m,n)∈Vn
理論2:假設(shè)有一個等價關(guān)系,表示為R,r∈R。若ind(R)=ind(R-{r}),則稱r在R中可被約去。
理論3:假設(shè)M中存在一個等價關(guān)系:P和Q。M中所有分類M/P的信息可以準確地劃分到關(guān)系Q的等價類中的對象集合稱為Q的P正區(qū)域,記為Pos P(Q)。
理論4:設(shè)一個決策表,表示為B,B=(M,N,T,J)。其中T表示條件屬性,J表示決策屬性。若J在B中以程度α(0≤α≤1)依賴于T,則
其中,Pos T(J)表示J的T正區(qū)域。同時,稱β(n)為屬性n的重要性
上述內(nèi)容是下文提出方法的理論基礎(chǔ)。
復雜產(chǎn)品系統(tǒng)創(chuàng)新中的用戶需求最終重要度的確定應按以下步驟進行:
步驟1:根據(jù)用戶及市場調(diào)查結(jié)果,確定n項用戶需求CD1,CD2,…,CDi,…,CDn。將上述結(jié)果再次進行用戶及市場調(diào)查,得到關(guān)于用戶滿意度水平的初始數(shù)據(jù),記做SL。定義條件屬性集合TN,TN=﹛CD1,CD2,…,CDn﹜;定義決策屬性集合JS,JS=﹛SL1,SL2,…,SLn﹜。各屬性的值域由實際情況確定。由此,可得到一個決策系統(tǒng),記作JT=(M,TN∪{JS})。
步驟2:將步驟1所獲得的初始數(shù)據(jù)進行粗糙轉(zhuǎn)換得到?jīng)Q策表。以決策表的總的分類為基準,相對于此基準,考察刪除各個屬性后的變化情況。如果刪除一個屬性后決策不發(fā)生改變,則該屬性的重要度較小,稱為可約去的屬性,不需進入下一步驟。反之則重要度大,需進行重要度排序。
步驟3:決策表中每一個條件屬性的重要度可相應的用于度量QFD中用戶需求基本重要度。根據(jù)條件屬性CDi的重要度βi=β(CDi,SL),確定相應的顧客需求CDi的基本重要度向量g=(g1,g2,…,gn)。
步驟4:需求重要度修正因子的確定。步驟3所得出的重要度是由用戶直接需求評定得出的,沒有考慮其他因素對用戶需求的影響。因此,需要進行修正。根據(jù)CoPS產(chǎn)品的特點,定義市場競爭排他性優(yōu)勢為基本重要度的修正因子,由γi表示。在計算γi時需要引入幾個概念。
(1)用戶需求序位的計劃改進序位增量ΔOi
計劃改進序位增量ΔOi由用戶需求CDi的競爭力的現(xiàn)狀Oi(根據(jù)QFD中的競爭性評估矩陣確定)以及競爭力的計劃目標(根據(jù)集成開發(fā)商的資源狀況和意愿確定需求)計算得來。例如,某項用戶需求的競爭力現(xiàn)狀排位第6位,而其競爭力在企業(yè)中的計劃目標為第2位,則該項用戶需求序位的計劃改進增量為4。通常情況下,一項用戶需求的計劃改進序位增量愈小,開發(fā)商將其實現(xiàn)的可能性愈大,反之亦然。用戶需求序位的計劃改進序位增量ΔOi為期望增量,不考慮其實現(xiàn)可能性;考慮實現(xiàn)可能性的用戶需求序位增量用用表示。
(2)單位改進增量的可能性因子Ki。某項用戶需求CDi的競爭序位的單位改進增量的實現(xiàn)可能性一般可表現(xiàn)為一個常數(shù),記作Ki。,則
(3)顧客需求CDi的市場競爭排他性優(yōu)勢SPi
排他性優(yōu)勢能夠反映該需求對用戶的重要度同時也能反映出其他競爭對手的表現(xiàn),記為SPi。例如,一個排他性優(yōu)勢強的需求說明該需求對用戶很重要且其他競爭對手在該領(lǐng)域的表現(xiàn)也不能讓用戶滿意。通常把排他性優(yōu)勢分為3個等級,分別對應數(shù)值1.5,1.2和1.0。通過上述概念可知,某項顧客需求Ci的基本重要度的修正因子γi為
用戶需求重要度的修正向量表示為γ=(γ1,γ2,…,γn)。
綜上所述,最終重要度=基本重要度×修正因子。將最終重要度表示為Zi,歸一化后可得:
根據(jù)用戶及市場調(diào)查結(jié)果,確定某復雜產(chǎn)品系統(tǒng)開發(fā)中共有4項顧客需求CD1,CD2,CD3和CD4以及上需求影響下的滿意度水平SL。通過用戶調(diào)查獲得樣本集,刪除重復和冗余數(shù)據(jù),得到由用戶需求和滿意度水平分成低、中、高三個等級,分別對應數(shù)值1、2、3,構(gòu)成的決策表(表1)。表1中條件屬性t1,t2,t3,t4分別代表用戶需求CD1,CD2,CD3,CD4;決策屬性j代表用戶滿意度SL。
表1 決策表
根據(jù)決策表進行用戶需求的篩選,判斷是否有用戶需求是可約去的。可約簡的需求不需進入下一步驟的重要度考量。根據(jù)公式(1)和理論2可知,屬性t1,t2,t3,t4相對于決策屬性j都是不可約去的,因此需要對這四個需求進行重要度排序。
利用表1數(shù)據(jù),根據(jù)公式(2)可計算得出,相對于用戶滿意度的決策屬性J、用戶需求CD1的條件屬性t1的依賴度:
α(T,J)=SUM(PosT(J))/SUMJ(M)=(ΣVJm-(VJ32+VJ37))/ΣVJm=0.946,(VJm指決策屬性j的值域)
同理可得,α(T-{t1},J)=0.595
根據(jù)公式(3)可計算重要度為:β(t1)=α(T,J)-α(T-{t1},J)=0.351
重復以上步驟,其他屬性的依賴度和重要度均可計算得出,結(jié)果顯示在表2。
根據(jù)公式(4),用戶需求的基本重要度向量g=(0.176,0.122,0.351,0.351)
通過調(diào)查及專家評估,得到用戶4項需求的競爭力的現(xiàn)狀、競爭力的計劃目標、單位改進增量的可能性因子和市場競爭排他性優(yōu)勢的相關(guān)數(shù)據(jù),其結(jié)果如表3所示。
表3 其它相關(guān)數(shù)據(jù)
表3數(shù)據(jù)運用公式(5)計算可得,用戶4項需求的基本重要度的修正因子向量γ=(γ1,γ2,γ3,γ4)=(0.203,0.269,0.380,0.148)。最后,根據(jù)公式(6)計算得到該復雜產(chǎn)品系統(tǒng)用戶需求的最終重要度向量Z=(z1,z2,z3,z4)=(0.138,0.114,0.448,0.300)。Z3的值最大,說明CD3的最終重要度最高。
由以上結(jié)果可知,在進行復雜產(chǎn)品系統(tǒng)創(chuàng)新開發(fā)時,應首相考慮需求CD3,并將該需求轉(zhuǎn)化為相應的技術(shù)指標和設(shè)計標準。
在基于對復雜產(chǎn)品系統(tǒng)深入研究的背景下,構(gòu)建了基于需求轉(zhuǎn)化開發(fā)的復雜產(chǎn)品系統(tǒng)創(chuàng)新波形模型。因為CoPS生產(chǎn)的非重復性,慣例性的學習通常是無法形成的,知識的利用率很低。本文提出的創(chuàng)新模型可以形成相同的實施環(huán)節(jié),相關(guān)經(jīng)驗都可作為知識進行沉淀,形成一個不斷循環(huán)、不斷積累的過程,從而提高CoPS的創(chuàng)新開發(fā)能力。在此基礎(chǔ)上,著重研究了基于粗糙QFD方法的需求甄選方法。粗糙QFD方法的提出解決了以往用戶需求篩選過程主要依靠主觀判斷的風險,使排序過程得以量化,是一種簡明、有效、易于實現(xiàn)的決策方法。粗糙QFD方法的運用同時提高了波形模型的實用性。
[1]Brady.T.Tools,Management of Innovation and Complex Product Systems[C].Working Paper Prepared for CENTRIM/SPRU Project on Complex Product Systems/EPSRC,Technology Management Initiative,1995.
[2]Roger Miller,Mike Hobday.Innovation in Complex Systems Industries:the Case of Flight Simulation[J].Industrial and Corporate Change,1995,4(2).
[3]Andrew Davies.The Life Cycle of a Complex Product System[J].International Journal of Innovation Management,1997,1(3).
[4]Huaglory,Tianfield.Advanced Life-cycle Model for Complex Product Development Via Stage-aligned Information-substitutive Concurrency and Detour[J].International Journal of Computer Integrated Manufacturing,2001,14(3).
[5]陳勁等,復雜產(chǎn)品系統(tǒng)創(chuàng)新的過程模型研究,科研管理,2005,(2).
[6]陳勁等,復雜產(chǎn)品系統(tǒng)創(chuàng)新對傳統(tǒng)創(chuàng)新管理的挑戰(zhàn),科學學與科學技術(shù)管理,2004,(9).
[7]霍艷芳,齊二石等,基于虛擬組織的復雜產(chǎn)品系統(tǒng)集成開發(fā)模式研究,制造技術(shù)與機床,2004,(9).
[8]Massimo Paoli,Andrea Prencipe.The Role of Knowledge Bases in Complex Product Systems:Some Empirical Evidence from the Aero Engine Industry[J].Journal of Management and Governance,1999,3(2).
[9]Hardstone G.A.P.Capabilities,Structures and Strategies Re-Examined:Incumbent Firms and the Emergence of Complex Product Systems(CoPS)in Mature Industries[J].Technology Analysis and Strategic Management,2004,16(2).
[10]Mike Hobday.The Project-based Organization:an Ideal form for Managing Complex Products and Systems?[J].Research Policy,2000,29(7).
[11]Pawlak Z.Rough Set Approach to Knowledge-based Decision Support[J].European Journal of Operational Research,1997,99(1).
[12]張文修,吳偉志,梁吉業(yè).粗糙集理論與方法[M].北京:科學出版社,2001.
F224.12
A
1002-6487(2011)07-0174-03
河南省科技廳2010年軟科學基金資助(102400450190)
劉航(1980-),女,山東菏澤人,碩士,講師,研究方向:系統(tǒng)工程,項目管理。
(責任編輯/浩天)