基于系統(tǒng)化設(shè)計(jì)過程的產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量控制理論

陳亞哲,劉 楊,任朝暉

(東北大學(xué) 機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院,沈陽 110819)

要保證和控制產(chǎn)品質(zhì)量就必須從分析產(chǎn)品質(zhì)量的形成過程入手,而對(duì)于產(chǎn)品質(zhì)量,設(shè)計(jì)的貢獻(xiàn)率可達(dá)70%,產(chǎn)品設(shè)計(jì)是產(chǎn)品質(zhì)量的靈魂.產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段對(duì)最終產(chǎn)品質(zhì)量和成本起著重要作用,因而人們也越來越重視產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段的質(zhì)量控制.

綜合設(shè)計(jì)法[1-2]是聞邦椿院士基于系統(tǒng)工程的理論提出的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法,它以產(chǎn)品廣義質(zhì)量為目標(biāo),在最大范圍內(nèi)來滿足顧客對(duì)產(chǎn)品廣義質(zhì)量的要求,它是集功能、結(jié)構(gòu)性能、使用性能和制造性能優(yōu)化為一體的廣義優(yōu)化的設(shè)計(jì)方法.

本文是以綜合設(shè)計(jì)法為基礎(chǔ),借鑒系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法[3]的理念,提出如圖1所示的產(chǎn)品系統(tǒng)化設(shè)計(jì)過程模型[4].該模型將產(chǎn)品設(shè)計(jì)分為4個(gè)階段:調(diào)研、規(guī)劃、實(shí)施和檢驗(yàn)階段.

無論設(shè)計(jì)什么產(chǎn)品,按照系統(tǒng)化設(shè)計(jì)過程都可以概括為上述4個(gè)階段.

圖1 產(chǎn)品系統(tǒng)化設(shè)計(jì)過程模型Fig.1 Process model of product systemic design

1 產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量內(nèi)涵

聞邦椿院士[1-2]認(rèn)為產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量有以下兩個(gè)主要內(nèi)容:① 產(chǎn)品的功能(包括主功能和輔助功能);② 產(chǎn)品的綜合性能(結(jié)構(gòu)性能、工作性能和工藝性能等).因此還可以說,產(chǎn)品的廣義質(zhì)量是“產(chǎn)品總功能和全性能的綜合體現(xiàn)”,即產(chǎn)品的廣義質(zhì)量與其總功能和全性能是等價(jià)的,如圖2所示.

圖2 現(xiàn)代機(jī)械的產(chǎn)品廣義質(zhì)量內(nèi)涵Fig.2 Connotation of modern mechanical generalized quality

2 產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量控制定義

在介紹設(shè)計(jì)質(zhì)量控制的定義前,先介紹幾個(gè)與設(shè)計(jì)質(zhì)量控制有關(guān)的概念.文獻(xiàn)[5]對(duì)設(shè)計(jì)控制下了如下定義:設(shè)計(jì)控制是以保證設(shè)計(jì)的結(jié)果符合人類社會(huì)的需要為目的,對(duì)設(shè)計(jì)的整個(gè)技術(shù)運(yùn)作過程進(jìn)行分析、處理、判斷、決策和修正的管理行為.《CIMS環(huán)境下產(chǎn)品質(zhì)量系統(tǒng)工程》一文中指出,質(zhì)量控制就是采取一定的方法使產(chǎn)品的質(zhì)量特征在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi),指出產(chǎn)品規(guī)劃過程中的質(zhì)量控制是指在產(chǎn)品的需求分析以及功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)過程中的質(zhì)量性能指標(biāo)的制定、保證和控制.另外,ISO 9000標(biāo)準(zhǔn)[6]對(duì)質(zhì)量控制下了一個(gè)很簡明的定義:質(zhì)量管理的一部分,致力于滿足質(zhì)量要求.文獻(xiàn)[7-8]強(qiáng)調(diào):質(zhì)量控制是指為達(dá)到質(zhì)量要求所采取的作業(yè)技術(shù)和活動(dòng);“作業(yè)技術(shù)”包括為確保達(dá)到質(zhì)量要求所采取的專業(yè)技術(shù)和管理技術(shù),是質(zhì)量控制的主要手段和方法的總稱;質(zhì)量控制的目的在于見識(shí)過程并派出質(zhì)量環(huán)節(jié)中所有階段中導(dǎo)致不滿意的原因,以獲得經(jīng)濟(jì)效益;質(zhì)量控制應(yīng)貫徹預(yù)防為主的原則,并和檢驗(yàn)把關(guān)相結(jié)合,把每一個(gè)質(zhì)量環(huán)節(jié)的作業(yè)技術(shù)和活動(dòng)都處于有效的受控狀態(tài).我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 6583[8]對(duì)質(zhì)量控制的定義為:為保持某一產(chǎn)品、過程或服務(wù)質(zhì)量,滿足規(guī)定的質(zhì)量要求所采取的作業(yè)技術(shù)活動(dòng).國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 8402[8]定義質(zhì)量控制為:為滿足質(zhì)量要求所采取的作業(yè)技術(shù)和活動(dòng).

設(shè)計(jì)質(zhì)量控制應(yīng)貫穿于設(shè)計(jì)質(zhì)量形成的全過程,設(shè)計(jì)質(zhì)量控制的對(duì)象是產(chǎn)品設(shè)計(jì)全過程.綜合上面的定義和本文的研究內(nèi)容,設(shè)計(jì)質(zhì)量控制就是致力于滿足設(shè)計(jì)質(zhì)量要求所進(jìn)行的控制活動(dòng).控制活動(dòng)從明確設(shè)計(jì)任務(wù)開始,到完成圖樣和技術(shù)文件為止的這一設(shè)計(jì)過程.

根據(jù)上述內(nèi)容,本文中對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量控制的概念定義為:從產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量需求出發(fā),在調(diào)研、規(guī)劃、實(shí)施和檢驗(yàn)4個(gè)階段所形成的產(chǎn)品質(zhì)量所采取的作業(yè)技術(shù)和活動(dòng).

3 產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量影響因素分析

產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中形成的,產(chǎn)品的質(zhì)量特征是在設(shè)計(jì)深化過程中逐漸清晰的,影響產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量的因素散布于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的全過程.隨著設(shè)計(jì)過程的深入,質(zhì)量特征逐漸細(xì)化,并反映到設(shè)計(jì)方案的每一個(gè)細(xì)節(jié),最終形成產(chǎn)品設(shè)計(jì)的整體質(zhì)量.然而,由于設(shè)計(jì)過程的多樣性和多階段性,致使人們對(duì)設(shè)計(jì)過程中質(zhì)量影響因素的分析角度也有所不同.

Hobka[9]根據(jù)他對(duì)設(shè)計(jì)過程的理解,系統(tǒng)地分析了設(shè)計(jì)過程中9種質(zhì)量影響因素,即顧客產(chǎn)品需求、產(chǎn)品技術(shù)系統(tǒng)的完整描述、設(shè)計(jì)過程、工程設(shè)計(jì)師、供設(shè)計(jì)者使用的工具、現(xiàn)有的技術(shù)知識(shí)、設(shè)計(jì)過程管理、適宜的環(huán)境和設(shè)計(jì)師所采用的步驟與技術(shù).

Hobka[9]的分析,比較全面地體現(xiàn)了技術(shù)系統(tǒng)、管理系統(tǒng)和環(huán)境等因素.在Hobka的分析基礎(chǔ)上,本文從人員、信息、方法、環(huán)境等方面對(duì)質(zhì)量影響因素做了如下分析.

(1) 人員.設(shè)計(jì)過程的人員包括設(shè)計(jì)決策者、設(shè)計(jì)管理者和設(shè)計(jì)操作者.人員的文化水平、技術(shù)水平、決策能力、管理能力、組織能力、作業(yè)能力、控制能力以及職業(yè)道德等,都會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)過程的質(zhì)量產(chǎn)生直接或間接的影響.對(duì)人員的質(zhì)量控制可以采用以下方法:通過教育、培訓(xùn)使設(shè)計(jì)操作者掌握并使用先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法和工具;通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)或直接溝通的方式,為人員及時(shí)、準(zhǔn)確地傳達(dá)設(shè)計(jì)相關(guān)信息;調(diào)動(dòng)每個(gè)人的積極性、創(chuàng)造性,增強(qiáng)責(zé)任感,樹立質(zhì)量觀念,培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神.

(2) 信息.本文的信息是指設(shè)計(jì)過程中所用到的信息.這些信息涉及顧客對(duì)產(chǎn)品的需求信息以及設(shè)計(jì)過程中產(chǎn)生的各項(xiàng)質(zhì)量信息,如產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量計(jì)劃、總體方案設(shè)計(jì)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖紙、零部件設(shè)計(jì)圖紙等.如何準(zhǔn)確地確定顧客的需求信息,并轉(zhuǎn)化和傳遞這些信息是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的起點(diǎn),這一問題可以通過QFD得到有效解決.如何有效地傳遞和管理設(shè)計(jì)過程中產(chǎn)生的大量信息,可以通過與CAD,CAM,CAE,PDM的集成運(yùn)用來解決.

(3) 方法.本文方法指設(shè)計(jì)過程中所用到的設(shè)計(jì)技術(shù)和工具.合適的設(shè)計(jì)技術(shù)和工具的選取對(duì)設(shè)計(jì)質(zhì)量的形成有著重要影響.目前已涌現(xiàn)出大量的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法、質(zhì)量設(shè)計(jì)技術(shù)、設(shè)計(jì)分析工具和質(zhì)量保證方法,合理地選取這些技術(shù)和工具是設(shè)計(jì)質(zhì)量的重要保證.

(4) 環(huán)境.環(huán)境是指設(shè)計(jì)工作開展的氛圍和環(huán)境,適宜的設(shè)計(jì)環(huán)境和氛圍有助于設(shè)計(jì)人員的發(fā)揮,有助于提高設(shè)計(jì)人員的工作質(zhì)量,從而保證了設(shè)計(jì)質(zhì)量.由于企業(yè)對(duì)設(shè)計(jì)工作的重視,基本上能提供適宜的環(huán)境,滿足設(shè)計(jì)需求.

4 設(shè)計(jì)質(zhì)量控制的思路

設(shè)計(jì)質(zhì)量控制將主要依靠人的控制轉(zhuǎn)向依靠相應(yīng)設(shè)計(jì)過程的控制來實(shí)現(xiàn),建立設(shè)計(jì)過程質(zhì)量控制模式,通過對(duì)設(shè)計(jì)過程的有效控制來保證設(shè)計(jì)過程的輸出結(jié)果符合顧客需要,滿足市場要求,用過程保證結(jié)果.

設(shè)計(jì)質(zhì)量控制思路是:在明確設(shè)計(jì)要求并生成設(shè)計(jì)任務(wù)書后,運(yùn)用ISO 9000[6]質(zhì)量保證體系的設(shè)計(jì)與開發(fā)要求,以及項(xiàng)目管理手段,把質(zhì)量保證和控制措施與設(shè)計(jì)過程有機(jī)結(jié)合,加強(qiáng)設(shè)計(jì)過程的質(zhì)量控制,及時(shí)地運(yùn)用各項(xiàng)設(shè)計(jì)質(zhì)量技術(shù),對(duì)所完成的各階段產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行評(píng)審,將矛盾和可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤消除在設(shè)計(jì)階段,對(duì)產(chǎn)生的質(zhì)量問題進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,實(shí)施質(zhì)量追蹤,持續(xù)改進(jìn),從而減少由于設(shè)計(jì)質(zhì)量問題帶來的反復(fù)修改所造成的人力、物力和時(shí)間上的巨大浪費(fèi),提高產(chǎn)品質(zhì)量,縮短開發(fā)時(shí)間,降低成本.建立一個(gè)持續(xù)改進(jìn)的設(shè)計(jì)質(zhì)量控制系統(tǒng)是公司發(fā)展和獲得長遠(yuǎn)利益的基礎(chǔ).

5 設(shè)計(jì)質(zhì)量控制模型的建立

目前制造企業(yè)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)中存在如下問題:

(1) 不能準(zhǔn)確地了解顧客需求.開發(fā)一個(gè)新產(chǎn)品最重要的前提是了解顧客的需求.對(duì)顧客的需求了解得越多、越全面,企業(yè)就越能主動(dòng)地滿足顧客對(duì)產(chǎn)品功能、性能、可靠性、成本、交貨期等多方面的要求.只有全面了解顧客的需求,才能確定新開發(fā)的產(chǎn)品任務(wù),即進(jìn)行完善的產(chǎn)品定義.完善的產(chǎn)品定義是在產(chǎn)品開發(fā)中取得競爭優(yōu)勢的源泉.在一般情況下,設(shè)計(jì)開發(fā)人員對(duì)產(chǎn)品功能、性能的認(rèn)識(shí)和顧客的認(rèn)識(shí)是不一樣的,僅靠設(shè)計(jì)開發(fā)人員的知識(shí),不可能做出完善的產(chǎn)品定義,當(dāng)然也就設(shè)計(jì)不出高質(zhì)量的產(chǎn)品.

(2) 缺乏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和技術(shù)的支持.目前,一般的制造企業(yè)通常僅僅將CAD系統(tǒng)作為替代圖版的繪圖工具,而不是技術(shù)工具.

(3) 沒有考慮產(chǎn)品在制造及使用過程環(huán)境對(duì)產(chǎn)品的影響.事實(shí)上這些影響是不可避免的,而且對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量有重要影響.

基于系統(tǒng)化設(shè)計(jì)的產(chǎn)品綜合設(shè)計(jì)法解決了以上這些問題.

系統(tǒng)化設(shè)計(jì)把產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程分為4個(gè)階段，即調(diào)研階段(Research)、規(guī)劃階段(Plan)、實(shí)施階段(Do)和檢驗(yàn)階段(Check or Test).這4個(gè)階段組成一個(gè)互相關(guān)聯(lián)的有機(jī)整體.在每個(gè)設(shè)計(jì)階段,設(shè)計(jì)工作不是僅靠一次工作循環(huán)就完成的,而是需要經(jīng)過多次循環(huán),是一個(gè)不斷改進(jìn)、優(yōu)化的漸進(jìn)過程.

產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量是在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程中形成的,產(chǎn)品的質(zhì)量特征是在設(shè)計(jì)過程的深化中逐漸清晰的,影響產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量的因素散布于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的全過程.為了控制產(chǎn)品質(zhì)量,使所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品盡可能地滿足需求,必須在設(shè)計(jì)過程中按照一定的方法和程序,最大限度地實(shí)現(xiàn)顧客需求和質(zhì)量特征在各個(gè)設(shè)計(jì)階段的合理映射、轉(zhuǎn)化.隨著設(shè)計(jì)的深入,質(zhì)量特征逐漸細(xì)化,并反映到設(shè)計(jì)的每一細(xì)節(jié),最終形成產(chǎn)品設(shè)計(jì)的整體質(zhì)量.具體體現(xiàn)在:在產(chǎn)品設(shè)計(jì)調(diào)研階段,確定用戶需求,將用戶需求轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品質(zhì)量特征;在產(chǎn)品設(shè)計(jì)規(guī)劃階段,明確7D規(guī)劃的過程,在設(shè)計(jì)過程中根據(jù)隨時(shí)情況變化,隨時(shí)重新修改或完善產(chǎn)品設(shè)計(jì)規(guī)劃;在產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)施階段,根據(jù)用戶需求確定產(chǎn)品質(zhì)量功能要素和性能要素,實(shí)現(xiàn)功能與性能要求;在產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)階段,通過理論評(píng)價(jià)、樣機(jī)試驗(yàn)、用戶使用和專家系統(tǒng)3個(gè)方面檢驗(yàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量.

基于系統(tǒng)化設(shè)計(jì)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量初步控制模型如圖3所示.圖的左部為基于系統(tǒng)化設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)過程,右部表示了在不同的設(shè)計(jì)階段所涉及的質(zhì)量控制方法.

圖3 產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量初步控制模型Fig.3 Preliminary control model of product design quality

要保證產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量,使所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品盡可能地滿足用戶需求,就要嚴(yán)格控制產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程.首先從用戶需求出發(fā),通過市場調(diào)研掌握用戶需求,將用戶需求轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品功能和性能特征;其次按照上一步獲得的功能和性能特征對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行規(guī)劃,選擇設(shè)計(jì)內(nèi)容、方法等;然后在實(shí)施階段,對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行功能和性能優(yōu)化(包括動(dòng)態(tài)優(yōu)化、智能優(yōu)化和可視優(yōu)化等)設(shè)計(jì);最后對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn),按照綜合設(shè)計(jì)法理論,主要是通過理論評(píng)價(jià)、樣機(jī)試驗(yàn)、用戶使用和專家系統(tǒng)來檢驗(yàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量.

6 結(jié)語

本文在綜合設(shè)計(jì)法的基礎(chǔ)上,借鑒系統(tǒng)化設(shè)計(jì)的特點(diǎn),建立了產(chǎn)品系統(tǒng)化設(shè)計(jì)過程模型,闡述了產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量的內(nèi)涵.對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量控制進(jìn)行了定義,對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量影響因素進(jìn)行了分析,形成了設(shè)計(jì)質(zhì)量控制的思路.針對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)存在的問題,應(yīng)用系統(tǒng)化設(shè)計(jì)理論建立了產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量的控制模型.上述理論比較全面、具體,按照該理論設(shè)計(jì)任何產(chǎn)品都是可行的,值得廣泛推廣.

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