基于QFD的產(chǎn)品兩次創(chuàng)新設(shè)計方法

周小軍， 楊 勤

(貴州大學機械工程學院，貴州 貴陽 550025)

基于QFD的產(chǎn)品兩次創(chuàng)新設(shè)計方法

周小軍， 楊 勤

(貴州大學機械工程學院，貴州 貴陽 550025)

面對激烈的市場行業(yè)競爭，產(chǎn)品應當滿足用戶需求且具有應用創(chuàng)新性的狀況，基于對用戶需求和影響兩次創(chuàng)新的主要因素的分析，提出了基于質(zhì)量功能展開理論(QFD)的產(chǎn)品兩級創(chuàng)新設(shè)計方法。該設(shè)計方法通發(fā)掘用戶對目標產(chǎn)品的需求，運用QFD分析顧客需求并結(jié)合兩創(chuàng)新級用戶因素，建立基于QFD的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計模型和實現(xiàn)步驟，從而準確地得到相應的技術(shù)解決途徑和方案。并在此方法上通過電動滑板車的設(shè)計實例，驗證該設(shè)計方法和流程的實用性和科學性。

質(zhì)量功能展開理論；顧客需求；兩次創(chuàng)新；設(shè)計方法；電動滑板車

產(chǎn)品創(chuàng)新源于市場需求，運用有效的創(chuàng)新設(shè)計方法是提升產(chǎn)品適應顧客需求度的基礎(chǔ)和保證[1-2]。目前，有關(guān)產(chǎn)品創(chuàng)新的研究在國內(nèi)外已經(jīng)成為企業(yè)技術(shù)與產(chǎn)品創(chuàng)新理論研究的熱門課題[3]，在諸多的產(chǎn)品創(chuàng)新方法中，兩次創(chuàng)新設(shè)計方法是基于創(chuàng)新思維庫，經(jīng)過第一次和第二次創(chuàng)新，解決創(chuàng)新和應用實現(xiàn)中可能出現(xiàn)的問題和矛盾，以保證達到預期目標[4]。

然而，兩次創(chuàng)新設(shè)計方法在“概念提出-目標實現(xiàn)”過程中仍然摻雜著較強的主觀性，因此在應用兩次創(chuàng)新設(shè)計方法完成顧客需求和創(chuàng)新實現(xiàn)的過程中存在一定的不足。質(zhì)量功能展開(quality function deployment，QFD)理論可以為企業(yè)根據(jù)客戶的意愿和偏好設(shè)計和生產(chǎn)符合質(zhì)量要求的產(chǎn)品，是近年來國際上常用的管理質(zhì)量技術(shù)和方法[5]。因此，本文提出一種基于 QFD的產(chǎn)品兩次創(chuàng)新設(shè)計方法。

1 QFD中的顧客需求對創(chuàng)新的影響

1.1 QFD多層次分析模型

QFD理論的核心是“質(zhì)量屋”。質(zhì)量屋是一種確定顧客需求和相應產(chǎn)品(或服務能效)之間聯(lián)系的圖示方法[6]，本文提出了以分析客戶的需求產(chǎn)品特性和過程作為特點的質(zhì)量屋矩陣，如圖1所示。

圖1 質(zhì)量屋模型

1.2 QFD質(zhì)量屋模型與產(chǎn)品兩級創(chuàng)新的關(guān)聯(lián)因素分析

產(chǎn)品兩次創(chuàng)新在質(zhì)量功能展開的過程中，核心依然是顧客需求，QFD把用戶的需求轉(zhuǎn)換成對設(shè)計人員的相關(guān)性技術(shù)要求，避免了用戶需求和新產(chǎn)品形成過程的脫鉤現(xiàn)象[7]。QFD的構(gòu)成模塊就是對兩級產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計的規(guī)范和補充，二者有著緊密的聯(lián)系：

(1) 顧客需求中心原則。QFD充分地獲取顧客需求信息，用系統(tǒng)的、科學的方法轉(zhuǎn)化為技術(shù)特征[8-9]，使技術(shù)特征對應顧客需求[10]。同時，顧客需求貫穿 QFD系統(tǒng)構(gòu)架中的橫向矩陣，是以用戶為中心的產(chǎn)品開發(fā)，建立在利用專業(yè)研究技術(shù)探求消費者需求的基礎(chǔ)上的設(shè)計方法。

(2) 顧客需求與工程特性。產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計過程是一個從顧客需求向工程特性、再向產(chǎn)品方案映射的過程[11]，QFD則是實現(xiàn)這一過程的有效方法和工具。兩次產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計過程中的第二次則是工程特性與顧客需求關(guān)聯(lián)度的體現(xiàn)，工程特性及其重要度以及其他設(shè)計知識和經(jīng)驗是實現(xiàn)由工程特性到產(chǎn)品設(shè)計方案映射的依據(jù)[12]。

(3) 需求實現(xiàn)與問題重構(gòu)。在實際的產(chǎn)品規(guī)劃中，由于受資源等方面的制約，不可能將所有的技術(shù)特性都配置進去[13]，存在優(yōu)化配置決策問題，也就是如何保證在相應的資源約束以及具備相應技術(shù)能力的情況下，使配置的技術(shù)特性最大限度地滿足用戶需求[14]。

2 基于QFD的產(chǎn)品兩次創(chuàng)新設(shè)計

2.1 基于QFD的產(chǎn)品兩次創(chuàng)新設(shè)計方法模型

QFD收集產(chǎn)品規(guī)劃信息，輸入產(chǎn)品所反映用戶的情感需求信息，再依靠此產(chǎn)品的信息借助技術(shù)，零部件設(shè)計、工藝規(guī)劃和生產(chǎn)規(guī)劃等因素轉(zhuǎn)化成新的產(chǎn)品。根據(jù) QFD的優(yōu)勢特征和兩次創(chuàng)新設(shè)計理論，提出了基于 QFD的產(chǎn)品兩次創(chuàng)新設(shè)計模型。如圖2所示，產(chǎn)品的顧客需求是此設(shè)計模型的出發(fā)點，采用質(zhì)量屋的顧客需求-技術(shù)特征相關(guān)矩陣與技術(shù)特征間的自相關(guān)矩陣，對顧客需求進行分析得出產(chǎn)品的技術(shù)問題；針對技術(shù)問題進行重構(gòu)，作為第二次創(chuàng)新元素，最終方案具體化到產(chǎn)品中則得到新的概念產(chǎn)品，從而實踐整個設(shè)計方法模型。

圖2 基于QFD的產(chǎn)品兩次創(chuàng)新設(shè)計模型

2.2 基于QFD的產(chǎn)品兩次創(chuàng)新設(shè)計流程

為了保證產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量，使產(chǎn)品最大限度地滿足用戶需求，在產(chǎn)品概念設(shè)計過程中，需要從用戶需求中抽取工程技術(shù)人員可以理解和操作的技術(shù)特征，構(gòu)建顧客需求與技術(shù)特征轉(zhuǎn)換質(zhì)量屋[15]，基于 QFD的產(chǎn)品兩次創(chuàng)新設(shè)計包括從需求獲取、需求轉(zhuǎn)換到概念解的生成、最終產(chǎn)品方案，具體流程如圖3所示。

圖3 基于QFD的產(chǎn)品兩次創(chuàng)新設(shè)計流程

基于QFD的產(chǎn)品兩次創(chuàng)新設(shè)計流程主要經(jīng)過4個環(huán)節(jié)：

(1) 顧客需求分析。需求分析是設(shè)計的依據(jù)，決定了產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計的目標。按照質(zhì)量屋的工作方法對顧客需求異同進行劃分，用顧客需求的權(quán)重來表示顧客需求的重要性，把顧客需求輸入產(chǎn)品質(zhì)量屋，在質(zhì)量屋的工程技術(shù)特性矩陣中輸入影響不同需求的技術(shù)特性，某些技術(shù)特性可以同時滿足若干項顧客需求，顧客的某種需求也可能對應若干項技術(shù)特性，進而確定顧客需求與工程技術(shù)特性之間的關(guān)系，該關(guān)系一般存在弱相關(guān)、一般相關(guān)和強相關(guān)3個層次。

(2) 定義第一次創(chuàng)新概念。對問題進行組建和屬性的分解，組件是具有屬性的實體，通過對組件和屬性的分析，得到問題系統(tǒng)。再對問題系統(tǒng)進行重構(gòu)，形成涵蓋產(chǎn)品本身所涉及到的各種信息和知識的焦點；從零部件的功能屬性出發(fā)所映射出的針對產(chǎn)品用戶的使用體驗及試用期望，尋找創(chuàng)新點。

(3) 策略選擇和調(diào)整(即第二次創(chuàng)新)。在零部件展開的評價與判斷的基礎(chǔ)上，包含重構(gòu)策略和折中策略，重構(gòu)策略根據(jù)零部件展開而提出，涵蓋產(chǎn)品功能、用戶特殊需求、功能多用、形態(tài)與結(jié)構(gòu)等。此環(huán)節(jié)是第一次創(chuàng)新的優(yōu)化的結(jié)果，既要達到產(chǎn)品創(chuàng)新，也滿足顧客需求。然而，在面向設(shè)計與制造的問題時，創(chuàng)新設(shè)計會遇到結(jié)構(gòu)與功能、材料與形態(tài)的矛盾，阻礙設(shè)計實現(xiàn)。此時就要采用折中策略，將重構(gòu)策略各項因素與折衷策略權(quán)衡。

(4) 概念評價。針對環(huán)節(jié)(3)產(chǎn)生的概念策略，結(jié)合產(chǎn)品本體，形成解決問題的具體方案，綜合用戶需求實現(xiàn)、線面體構(gòu)成、材質(zhì)形態(tài)特征、色彩情感因素進行評價與選擇，生成最終的概念產(chǎn)品。

3 應用案例

本文利用電動滑板車(圖 4)設(shè)計開發(fā)案例，運用基于 QFD的產(chǎn)品兩次創(chuàng)新設(shè)計方法。電動滑板車是較新出現(xiàn)的微型個人交通工具，其設(shè)計研發(fā)涵蓋了市場、用戶需求、工程技術(shù)、科學規(guī)范等多項指標，相對于一般產(chǎn)品而言兼?zhèn)渲T多復雜因素，因此不容易得到理想的方案。以下針對顧客需求，依據(jù)系統(tǒng)設(shè)計方法得到兩次創(chuàng)新設(shè)計方案。

圖4 市場當前的折疊電動滑板車標準構(gòu)造

為了壓縮物理空間來適應當前有限的公共社會空間資源，電動滑板車也開始了折疊方向的研究，當前的電動滑板車的折疊方式是把立與踏板前端坐折疊結(jié)構(gòu)，圍繞折疊鎖扣將把立向下旋轉(zhuǎn) 90°扣在后泥板上實現(xiàn)折疊。

運用基于QFD的產(chǎn)品兩次創(chuàng)新設(shè)計流程對電動滑板進行優(yōu)化，具體分為4個步驟：

步驟 1. 用戶調(diào)查信息采集，獲取用戶需求和顧客對產(chǎn)品競爭力的評價；將用戶需求分類整理，確定用戶需求權(quán)重；將用戶需求、用戶需求權(quán)重、用戶期望、技術(shù)特征、顧客競爭力評價等因素輸入產(chǎn)品質(zhì)量屋；分析用戶需求和技術(shù)特征之間的關(guān)系、技術(shù)特征與技術(shù)特征之間的關(guān)系，確定技術(shù)競爭力和目標值進而形成的質(zhì)量屋，如圖5所示。

圖5 電動滑板車產(chǎn)品開發(fā)車質(zhì)量屋

顧客基本需求問題因素確定為：滑板車整體尺寸、承載力、使用壽命、整體性能安全性、續(xù)航能力、避震性和價格等方面。用戶期望需求問題因素確定為：折疊效率、踏板防滑功能、制動性能、功能(個性功能)可選擇及部件可拆卸、設(shè)計潮流等方面。

步驟2. 根據(jù)質(zhì)量屋中的顧客需求分類，定義第一次創(chuàng)新關(guān)注點。針對顧客使用期望和體驗，在必需的部件、整體外形、顏色風格、功能、基礎(chǔ)上構(gòu)建整體用戶需求。在現(xiàn)存的電動滑板車的基礎(chǔ)上問題確定為：①滑板車整體尺寸應當符合大多數(shù)用戶需求；②承載力略高于或者達到現(xiàn)存踏板承載參數(shù)；③使用壽命較長，且整體性能安全可靠；④續(xù)航能力較長以及良好的避震性。用戶期望需求確定為：①折疊效率高，即縮短橫向空間，且折疊后依然可以推行；②金屬踏板應該帶有防滑層；③由于滑板車運行過程用戶重心較高，安全性受影響，而傳統(tǒng)的V剎制動性能相對較弱；④在現(xiàn)有把套材質(zhì)的基礎(chǔ)上考慮把套造型與受力因素。此外，手機導航與行程數(shù)據(jù)信息反饋已經(jīng)成為許多用戶的必備需求，因此電動滑板車要滿足顧客期望需求應該考慮功能選擇的因素；新時期的審美角度下設(shè)計應該簡約明朗。

步驟 3. 在顧客具體需求和期望的基礎(chǔ)上構(gòu)想一種理想的產(chǎn)品狀態(tài)，能夠滿足顧客的基本需求和期望需求。運用產(chǎn)品第二次創(chuàng)新的方法，依據(jù)工程特性綜合重構(gòu)策略和折中策略為最大程度實現(xiàn)產(chǎn)品物理狀態(tài)提供有效方法。

根據(jù)步驟2采用重構(gòu)策略，具體構(gòu)想出顧客期望的物理狀態(tài)為：①電動滑板車整體尺寸符合國標參數(shù)；②由于部分用戶體重超過正常值，同時考慮用戶心理修正量的因素，因此滑板車承載力應當略高于常規(guī)參數(shù)；③針對不同顧客身高參數(shù)，將嵌套式把立設(shè)計成可調(diào)節(jié)高度裝置，調(diào)節(jié)區(qū)間50～250 mm；④最大承載重量預設(shè)為125 kg(標準最大載重為120 kg)；⑤在續(xù)航能力上，延長常規(guī)續(xù)航里程 15～20 km，達到水平運行最大里程 45 km；⑥針對部分用戶在使用電動滑板車的過程中會將手機功能作為行程信息反饋，因此設(shè)計手機托架裝置，托架底面無線充電板，滿足用戶的手機供電、托起功能，且能夠根據(jù)用戶需求隨時拆裝；⑦對滑板車的縱向空間與橫向空間問題比較，提出折疊效率更高的縱向折疊法，從而壓縮橫向空間(即水平空間)，對踏板進行縱向折疊，達到縮短滑板車長度同時可以推行；⑧踏板表面設(shè)置防滑塑膠層，達到防滑功能；⑨符合手掌抓握特征的把套設(shè)計，最大程度降低抓握的疲勞；⑩采用碟剎制動部；?配備前燈、尾反光燈、L ED顯示屏等基本部件。

由于電動滑板車是復雜產(chǎn)品，因此在顧客需求實現(xiàn)方面必須充分考慮工程特性與工藝的可行性，實現(xiàn)過程中部分問題通過采用折衷策略來解決，滑板車采用踏板中部折疊方法，而電池組通常情況下是一個整體，這就要求對電池組分成兩部分放置于踏板下方的電池槽中，限制的條件是電池槽空間有限，因此電池則需要縮小體積同時保證蓄電能量，因此采用鋰電池組，既可以支持電池組分段，也保證蓄電能量。

步驟4. 將步驟3整合出的設(shè)計概念具體化，形成經(jīng)過兩次創(chuàng)新設(shè)計方法流程的產(chǎn)品方案，得到的最終概念產(chǎn)品(如圖6所示)。

圖6 電動滑板車最終設(shè)計方案

兩次創(chuàng)新設(shè)計后所得的電動滑板車方案：標示1為踏板中部旋轉(zhuǎn)軸；標示2～4分別為防滑墊、防震器、碟剎，提升舒適度與制動性能；標示5為可拆卸的可無線充電手機托架，托架內(nèi)的無線充電板與踏板電池組連接，手機固定托架后托板可以自行對手機電池充電，方便顧客使用手機；標示6為碼表；標示 7為把套，其外形設(shè)計成能夠通過增加接觸面來減緩肌肉壓力；標示8和14為前燈和尾燈，增加此設(shè)置可提高使用安全性；標示 9為把立調(diào)節(jié)器；標示10為踏板與把立連接件旋轉(zhuǎn)軸，通過兩次旋轉(zhuǎn)與折疊得到圖 7的折疊效果，從而實現(xiàn)縮短橫向空間且折疊后滿足推行移動；標示11為鋰電池單元；標示12為鋰電池組，其被分成兩部分放置在底部U型槽，加蓋踏板；標示13為踏板底部大梁。

在現(xiàn)存的產(chǎn)品基本工程特性的基礎(chǔ)上運用上述設(shè)計方法，有效對應了顧客需求以及符合工程特性條件，實現(xiàn)產(chǎn)品的兩次創(chuàng)新設(shè)計，為市場提供了可靠的微型交通工具。

4 結(jié) 束 語

本文提出基于 QFD的產(chǎn)品兩次創(chuàng)新設(shè)計方法研究及應用，首先根據(jù)QFD基礎(chǔ)理論和產(chǎn)品兩次創(chuàng)新設(shè)計方法建立設(shè)計方法模型，基于設(shè)計方法模型規(guī)劃相對應的設(shè)計流程，依據(jù)設(shè)計流程詳細分解步驟，將顧客需求分析、第一次創(chuàng)新設(shè)計概念和第二次創(chuàng)新設(shè)計實現(xiàn)相結(jié)合，建立每個步驟的模型，保證顧客需求與工程特征有效結(jié)合。在此基礎(chǔ)上，采用需求分類分析法對產(chǎn)品設(shè)計新方案給予測評，得到基于 QFD的產(chǎn)品兩次創(chuàng)新設(shè)計定位，滿足顧客需求。電動滑板車設(shè)計實例驗證了本文方法的科學性和創(chuàng)新性，形成一種系統(tǒng)科學的創(chuàng)新設(shè)計方法加以推廣應用。

[1] Su M Y, Yang G H. A new design of student apartment bed based on Kansei engineering and ergonom ics [J]. Computer Aided Drafting, Design and Manufacturing, 2014, 24(3): 70-74.

[2] Yang X A, Deng Q, Sun G L, et al. Construct method of predicting satisfaction model based on technical characteristics [J]. Computer Aided Drafting, Design and Manufacturing, 2011, 21(2): 73-80.

[3] 林 麗, 陽明慶, 楊 勤. 基于人機知識的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計研究[J]. 工程圖學學報, 2007, 28(2): 129-133.

[4] 李 婷, 楊隨先, 李 彥. 產(chǎn)品形態(tài)的兩次創(chuàng)新設(shè)計方法[J]. 機械設(shè)計, 2005, 22(12): 6-9.

[5] Xie J M, Qin Q. Research on innovative method based on integrated of TRIZ and QFD [C]//International Conference on Engineering and Business Management (EBM 2010). USA: Scientific Research Publishing, 2010: 4804-4807.

[6] Hu C M, Yeh C H. The synergy of QFD and TRIZ design practice——a case study for medical care bed [C/OL]//Proceedings of 2011 International Conference on Modelling, Identification and Control. [2015-10-06].http://ieeexplore.ieee.org/xpls/icp.jsp? arnumber=5973760&tag=1.

[7] 藺麥田, 曹 巖. QFD中“質(zhì)量屋”的系統(tǒng)開發(fā)及應用[J]. 現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備, 2008, (2): 12-14.

[8] 呂中意, 瞿 姚. 基于人機工程學的公交車拉手設(shè)計[J]. 圖學學報, 2013, 34(6): 69-73.

[9] 楚 杰, 牛 敏, 楚良海. 鍵盤的創(chuàng)新設(shè)計[J]. 工程圖學學報, 2007, 28(6): 114-120.

[10] 楊明順, 李 言, 林志航, 等. 質(zhì)量屋中顧客需求向技術(shù)特征映射的一種方法[J]. 工程圖學學報, 2006, 27(2): 39-42.

[11] 姜 茜, 劉靜華, 陳殿生. 基于“逐層深入”系統(tǒng)的e-Bed功能定位與創(chuàng)意構(gòu)思[J]. 圖學學報, 2013, 34(3): 85-89, 105.

[12] 耿秀麗, 褚學寧, 張在房. 基于顧客需求滿足度的產(chǎn)品總體設(shè)計方案評價[J]. 上海交通大學學報, 2009, 43(12): 1923-1929.

[13] Dai Z, ólafur ó. The combination of user centered design and industrial design: balance between subjective and objective design [J]. Computer Aided Drafting, Design and Manufacturing, 2012, 22(4): 63-68.

[14] 宋 欣, 郭 偉, 劉建琴. QFD 中用戶需求到技術(shù)特性的映射方法[J]. 天津大學學報, 2010, 43(2): 174-180.

[15] 賀從勇, 李 彥, 李文強, 等. 基于QFD和SIT的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計方法[J]. 工程設(shè)計學報, 2011, 18(3): 153-158.

Two Stepped Innovation Design Method of Products Based on the QFD

Zhou Xiaojun, Yang Qin

(School of Mechanical Engineering, Guizhou University, Guiyang Guizhou 550025, China)

The article presented two stepped innovative design method of products based on quality function deployment (QFD), through the analysis of user needs and the main factors affecting two innovative, in status of products should meeting the needs of users and having the application of innovation in the fierce market competition. The design method establish the model of product innovation design based on QFD and implement steps through exploring clients’ demand for target product, using QFD to analyzing customer’s needs and combining two innovative customer factors, and get obtain the appropriate technology and solutions. on this method the article verify practicability and Scientificity of the design methods by electric scooter design example.

quality function deployment; customer demand; two stepped innovation; design method; electric scooter

TB 472

10.11996/JG.j.2095-302X.2016030394

A

2095-302X(2016)03-0394-06

2015-10-12；定稿日期：2015-11-18

周小軍(1990–)，男，江西安福人，碩士研究生。主要研究方向為產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計。E-mail：2519567502@qq.com

楊 勤(1962–)，男，黑龍江哈爾濱人，教授，碩士。主要研究方向為設(shè)計思維與方法、人機工程學。E-mail：qyang@gzu.edu.cn