基于QFD產(chǎn)品設(shè)計方法的動態(tài)機械載荷試驗設(shè)備研究

盧小犇， 程云斌， 范海艇， 屠淳

（上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗技術(shù)研究院上海201112）

0 引言

近年來，隨著國家大力發(fā)展光伏產(chǎn)業(yè)以及行業(yè)的日益成熟，每年光伏組件的總裝機容量都在增加，安裝地區(qū)和使用范圍也越來越廣，相繼而來的就是光伏組件制造商和使用者對于產(chǎn)品的性能要求也越來越嚴格。針對光伏組件的動態(tài)機械載荷試驗，新頒布的IEC 62782給出了比較全面系統(tǒng)的測試方法，但是目前市場上能夠完全滿足新標準要求的設(shè)備還是處于探索階段。本文通過產(chǎn)品設(shè)計方法QFD對光伏組件動態(tài)機械載荷試驗設(shè)備進行顧客需求的分析研究，為設(shè)備的研制開發(fā)提供優(yōu)化可行的設(shè)計方案。

1 動態(tài)機械載荷試驗設(shè)備介紹

目前IEC61215/IEC61646標準中機械載荷試驗主要模擬組件經(jīng)受風(fēng)（建筑一體化組件）、雪或覆冰等靜態(tài)載荷的情況，考核組件在靜止不變的壓力下是否可靠。實際環(huán)境中，組件在經(jīng)歷強風(fēng)時所引發(fā)的晃動，會使得組件經(jīng)受正反兩個方向交替受壓，從而產(chǎn)生動態(tài)載荷。動態(tài)機械載荷更容易引發(fā)材料疲勞，特別是電池片和匯流條的失效[15]。因此新頒布的IEC 62782則針對光伏組件的這一重要機械特性給出了比較完整的動態(tài)機械載荷試驗方法：總共對光伏組件施加1000次動態(tài)機械載荷循環(huán)，過程中的最大壓力為±1000 Pa，在最大壓力下保持至少（7±3）s，測試頻率為每分鐘1~3個循環(huán)，在測試過程中需要檢測組件的電路連續(xù)性。

經(jīng)過一段時間的調(diào)研走訪發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)市場上還沒有出現(xiàn)完全符合測試要求的設(shè)備，絕大多數(shù)儀器廠商也都處于對設(shè)備的摸索研發(fā)階段，因此我們需要自己設(shè)計研發(fā)檢測設(shè)備來達到項目的需求，因此需要運用產(chǎn)品設(shè)計理論對設(shè)備進行設(shè)計研發(fā)[11]。

2 QFD基本理論

質(zhì)量功能展開（Quality Function Deployment,QFD）作為一種面向顧客需求的產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計方法，是一種將顧客需求信息合理而有效地轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品開發(fā)各階段的技術(shù)目標和作業(yè)控制規(guī)程的方法，使所涉及和制造的產(chǎn)品能真正地滿足顧客需求[4]。QFD的優(yōu)勢在于努力發(fā)掘顧客需求，在減少設(shè)計時間和制造成本的基礎(chǔ)上提高產(chǎn)品質(zhì)量和客戶滿意度。

QFD是通過一系列圖表和矩陣來完成的，核心內(nèi)容是各個階段的“需求轉(zhuǎn)換”，而實施這個過程的工具就是質(zhì)量屋（House of Quality,HOQ）[5]。質(zhì)量屋（HOQ）是一種直觀的矩陣框架表達形式，一個完整的質(zhì)量屋包括六大部分：顧客需求、技術(shù)需求、關(guān)系矩陣、競爭分析、屋頂和技術(shù)評估。QFD就是通過質(zhì)量屋量化工程上各種直接技術(shù)特性和間接技術(shù)特性的值[2,14]。質(zhì)量屋中包含了顧客的需求特性以及此類特性的重要性信息，同時又包含了與以上各類特性相關(guān)的工程技術(shù)特性信息和相互關(guān)系的信息，因此可以借此分析判斷該技術(shù)特性是否符合客戶要求，同時也可以確定質(zhì)量改進所在[3,12]。

3 動態(tài)機械載荷試驗設(shè)備的QFD分析結(jié)果

3.1 顧客需求獲取

在大量查閱與有關(guān)試驗設(shè)備設(shè)計相關(guān)的文獻的基礎(chǔ)上，邀請5位專家和檢測工程師，召開頭腦風(fēng)暴會議，采用5W1H方法，提煉具體的顧客需求，并且運用親和圖（KJ）法進行需求歸類，如圖1所示[6,10]。

3.2 需求層次化分析

經(jīng)過整理后，將圖1中的顧客需求根據(jù)“一次水平需求”、“二次水平需求”和“三次水平需求”相應(yīng)的填入，整理成顧客需求展開表，如表1所示[7]。

圖1 親和圖

3.3 需求重要度排序

在確定了動態(tài)機械載荷試驗設(shè)備顧客需求之后，運用層次分析（AHP） 法，計算每一層次的顧客需求重要度。具體的步驟如下：

1）步驟1：建立比較矩陣。以上一層次需求為基準，對每一層次的兩兩需求之間進行評分。評分方式見表2。

各層次需求之間的評分結(jié)果如表3~表8所示。

2）步驟2：計算每一層相對于其父層的權(quán)重和一致性檢驗。以第一層次需求和第二層次需求為例，根據(jù)表3的比較矩陣評分，得到比較矩陣A：

表2 AHP法中兩項比較值及其含義

表3 比較矩陣1

表4 比較矩陣2

表5 比較矩陣3

表6 比較矩陣4

表7 比較矩陣5

表8 比較矩陣6

a.求解矩陣的最大特征值近似值。借助MATLAB軟件，求得該矩陣的最大特征根為λmax=5.24,特征向量歸一化值

b.計算一致性指標C.I.。

其中，n為矩陣的階數(shù)。

c.計算一致性率C.R.。根據(jù)表9，RI的取值表可得，RI=1.12，C.R.=C.I./R.I.=0.06/1.12=0.05＜0.1,通過一致性檢驗。其中（0.129,0.513,0.261,0.064,0.033）分別是（Q1,Q2,Q3,Q4,Q5）對于QR（動態(tài)機械載荷試驗設(shè)備性能好）的標準權(quán)重，按照上述計算步驟，對第三層次需求相對于第二層次需求的權(quán)重依次進行計算，可得第三層次需求相對于第一層次需求的權(quán)重，即每個需求在整個體系中的重要度，經(jīng)過圖表處理后，如圖2所示。

圖2 結(jié)果分析表

表9 RI的取值表（隨機一致性指標）

經(jīng)QFD分析可知，動態(tài)機械載荷試驗設(shè)備的設(shè)計中，需將“試驗板變形后試驗機仍對其受力均勻”作為最為重要的設(shè)計目標進行結(jié)構(gòu)設(shè)計[8-9]。

4 結(jié)論

產(chǎn)品開發(fā)人員可以根據(jù)客戶需求重要度的排序，確定一套較為優(yōu)化的、可行的，并且充分滿足顧客需求的動態(tài)機械載荷試驗設(shè)備設(shè)計方案。對于重要度高的客戶需求，例如：試驗板變形后仍受力均勻、試驗板雙向加壓、保證測試循環(huán)次數(shù)、數(shù)據(jù)準確度高、保證極限壓力下的測試時間等參數(shù)，產(chǎn)品開發(fā)人員要著重進行研究和設(shè)計；而對于那些重要度不高的客戶需求，例如：價格低、信號傳送速度快等，研究人員不必對此花費過多精力[15]。由此可見，對動態(tài)機械載荷試驗機的顧客需求進行詳細深入的分析之后，可以為后續(xù)的技術(shù)特性研究提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，在設(shè)計之初就保障了產(chǎn)品的質(zhì)量，滿足了顧客的需求。

[1]王婷婷.光伏組件動態(tài)機械載荷測試研究[J].信息技術(shù),2016(4):77-79.

[2]陳俊虎.基于Kano模型的服務(wù)需求研究進展[J].中國衛(wèi)生事業(yè)管理,2010(3):152-154.

[3]徐榮華.IC公司新產(chǎn)品開發(fā)項目質(zhì)量管理研究[D].上海:華東理工大學(xué),2014.

[4]王凱.模糊QFD和FMEA整合模型及應(yīng)用[J].工業(yè)工程與管理,2008(3):59-63.

[5]林志航,車阿大.質(zhì)量功能配置研究現(xiàn)狀及進展——兼談對我國QFD研究與應(yīng)用的看法[J].機械科學(xué)與技術(shù),1998(1):119-121.

[6]段黎明.QFD和Kano模型的集成方法及應(yīng)用[J].重慶大學(xué)學(xué)報,2008(5):515-519.

[7]王義民.粗糙層次分析法在鎢合金產(chǎn)品開發(fā)中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)業(yè)月刊,2013(2):179-181.

[8]許澤霖.柔性集裝袋底袋自動縫紉工位設(shè)計與研究[D].武漢:華中科技大學(xué),2014.

[9]高敬業(yè).質(zhì)量管理中的QFD法[J].企業(yè)改革與管理,2010(9):60-61.

[10]商建東.智能ICAQFD系統(tǒng)中HOQ多目標優(yōu)化模型關(guān)鍵技術(shù)研究[J].系統(tǒng)工程理論與實踐,2005,25(11):61-69.

[11]王輝.虛擬原型逼真設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用研究[J].機械設(shè)計與制造,2008(8):229-231.

[12]商建東.基于全生命周期的質(zhì)量驅(qū)動產(chǎn)品開發(fā)研究現(xiàn)狀及進展[J].機械設(shè)計,2000(4):1-5.

[13]管虹翔.基于質(zhì)量功能配置原理的海上采油方式評定方法研究[J].中國海上油氣,2006(4):258-261.

[14]白曉麗.質(zhì)量功能展開在綠色制造中的應(yīng)用[J].信息技術(shù),2010(1):18-19.

[15]封忠江,晏石林,陳剛.光伏組件機械載荷試驗及數(shù)值模擬研究[J].固體力學(xué)學(xué)報,2014,35(增刊1):251-255.

（責(zé)任編輯 張立明）