一種基于灰色關(guān)聯(lián)度的產(chǎn)品/服務(wù)集成設(shè)計(jì)方法

楊 旭，李文強(qiáng)

（四川大學(xué)制造科學(xué)與工程學(xué)院，四川 成都 610065）

1 引言

產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)（productservicesystem，PSS）作為一種創(chuàng)新策略[1]旨在滿足制造業(yè)差異化競(jìng)爭(zhēng)需求、用戶對(duì)服務(wù)的需求等，其核心思想是在物理產(chǎn)品的全生命周期中融入服務(wù)元素，為顧客提供一體化解決方案。在PSS的設(shè)計(jì)中，將有形產(chǎn)品與無形服務(wù)相結(jié)合可提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，從而實(shí)現(xiàn)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，且能更好的滿足顧客需求[2]。因此，如何實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品與服務(wù)的有效集成是PSS設(shè)計(jì)急需解決的問題。隨著學(xué)術(shù)界對(duì)PSS的不斷深入研究，國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了多種產(chǎn)品/服務(wù)集成的設(shè)計(jì)方法與理論框架。文獻(xiàn)[3-4]探討了功能-服務(wù)-結(jié)構(gòu)之間的交互關(guān)系，建立了服務(wù)模型，并將該模型與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品與服務(wù)的集成設(shè)計(jì)；文獻(xiàn)[5]采用功能-活動(dòng)交互矩陣提取了服務(wù)與產(chǎn)品的交叉屬性及屬性特征，并根據(jù)這些屬性實(shí)現(xiàn)了PSS的方案設(shè)計(jì)；文獻(xiàn)[6]以用戶為中心基于QFD理論框架采用FAST、UCD等方法分析了PSS設(shè)計(jì)過程；文獻(xiàn)[7]基于TRIZ理想解和功能激勵(lì)，分析了從產(chǎn)品到PSS的進(jìn)化過程，實(shí)現(xiàn)了不同進(jìn)化方向下產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)；文獻(xiàn)[8]從功能角度對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了模塊劃分，并通過相關(guān)性矩陣確定相關(guān)聯(lián)的產(chǎn)品模塊與服務(wù)模塊，對(duì)相關(guān)聯(lián)的模塊進(jìn)行集成設(shè)計(jì)；文獻(xiàn)[9-11]對(duì)PSS理論和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了歸納，提出了面向服務(wù)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法體系。

上述研究考慮了有形產(chǎn)品與無形服務(wù)間的映射關(guān)系，以功能為載體實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品與服務(wù)的集成，但忽略了產(chǎn)品/服務(wù)系統(tǒng)中服務(wù)化程度與系統(tǒng)價(jià)值類型的關(guān)系，缺少對(duì)產(chǎn)品/服務(wù)集成設(shè)計(jì)價(jià)值增值方向的研究，且在產(chǎn)品到產(chǎn)品/服務(wù)系統(tǒng)進(jìn)化過程中，沒有系統(tǒng)性的考慮到價(jià)值鏈相關(guān)者與功能實(shí)現(xiàn)活動(dòng)間的關(guān)系。針對(duì)上述問題，提出了一種基于灰色關(guān)聯(lián)的產(chǎn)品/服務(wù)集成設(shè)計(jì)方法，從產(chǎn)品與服務(wù)的比重關(guān)系出發(fā)，采用灰色關(guān)聯(lián)度模型分析系統(tǒng)價(jià)值類型，獲取產(chǎn)品增值的最佳設(shè)計(jì)方向。并基于相關(guān)顧客需求，采用動(dòng)力學(xué)模型構(gòu)建系統(tǒng)功能，以功能實(shí)現(xiàn)活動(dòng)為載體，形成產(chǎn)品與服務(wù)的匹配關(guān)系，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品與服務(wù)的有效集成。

2 集成產(chǎn)品/服務(wù)的設(shè)計(jì)方法與過程模型

相比于功能-服務(wù)-結(jié)構(gòu)的集成設(shè)計(jì)方法，提出的集成過程包含產(chǎn)品/服務(wù)集成設(shè)計(jì)方向選擇、產(chǎn)品/服務(wù)系統(tǒng)功能分析、系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)三個(gè)步驟。設(shè)計(jì)框架，如圖1所示。設(shè)計(jì)方向是對(duì)企業(yè)向顧客交付的價(jià)值形式的客觀描述，反映的是產(chǎn)品/服務(wù)系統(tǒng)的價(jià)值類型，即設(shè)計(jì)方向反映的是能實(shí)現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益與顧客滿意度相對(duì)最大化的設(shè)計(jì)環(huán)境；系統(tǒng)功能是表達(dá)設(shè)計(jì)者與顧客主觀意圖的載體；功能實(shí)現(xiàn)過程是對(duì)設(shè)計(jì)者與顧客主觀意圖實(shí)現(xiàn)過程的客觀描述，反映的是功能實(shí)現(xiàn)活動(dòng)執(zhí)行者的服務(wù)行為；設(shè)計(jì)方案反映的是支撐服務(wù)行為的物理結(jié)構(gòu)，即基于服務(wù)行為的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方案。由于相同的功能在不同的環(huán)境下具有不同的服務(wù)行為，因此，以設(shè)計(jì)方向的選擇為開端，借助灰色關(guān)聯(lián)度模型、動(dòng)力學(xué)模型和產(chǎn)品/服務(wù)集成模型，實(shí)現(xiàn)了環(huán)境-功能-服務(wù)-結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品/服務(wù)集成設(shè)計(jì)。

圖1 集成設(shè)計(jì)框架Fig.1 Integrated Design Framework

2.1 產(chǎn)品/服務(wù)集成設(shè)計(jì)方向選擇

設(shè)計(jì)方向是對(duì)企業(yè)向顧客交付的價(jià)值形式的客觀描述，反映的是產(chǎn)品/服務(wù)系統(tǒng)的價(jià)值類型。采用Tukkery的系統(tǒng)價(jià)值分類方式，根據(jù)產(chǎn)品和服務(wù)的比重關(guān)系將系統(tǒng)價(jià)值類型分為產(chǎn)品導(dǎo)向型、使用導(dǎo)向型和服務(wù)導(dǎo)向型。由文獻(xiàn)[12]可知，當(dāng)服務(wù)占比a∈（0，1/3］時(shí)系統(tǒng)為產(chǎn)品導(dǎo)向型；當(dāng) a∈（1/3，2/3］時(shí)系統(tǒng)為使用導(dǎo)向型；當(dāng)a∈（2/3，1］時(shí)系統(tǒng)為服務(wù)導(dǎo)向型。值得注意的是，從設(shè)計(jì)者角度出發(fā)，當(dāng)a=0或1時(shí)，均不符合產(chǎn)品/服務(wù)系統(tǒng)的定義，因此，取開區(qū)間a∈（0，1）。上述范圍明確但具體取值不明確的問題屬于灰色問題[13]，因此，采用灰色關(guān)聯(lián)方法建立灰色關(guān)聯(lián)度模型[14]，定性分析PSS中服務(wù)占比，從而確定系統(tǒng)類型即產(chǎn)品/服務(wù)的集成設(shè)計(jì)方向。

（1）確定服務(wù)占比a的備選集：為確保抽樣點(diǎn)（備選元素）在整個(gè)分布區(qū)間均勻分布，對(duì)三個(gè)子區(qū)間分別進(jìn)行獨(dú)立的等距抽樣，由這些樣本點(diǎn)構(gòu)成 a 的備選集。A=（a1，a2，…，an） （1）

（2）服務(wù)占比是選擇系統(tǒng)類型的重要指標(biāo)，因此，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，需要綜合考慮體現(xiàn)服務(wù)價(jià)值的各相關(guān)因素，所有因素構(gòu)成主因子集合：B=（b1，b2，…，bm） （2）

（3）為了權(quán)衡不同因子的重要程度，通過專家打分，得到所有因子指標(biāo)權(quán)重集：C=（c1，c2，…，cn） （3）

（4）根據(jù)不同a值在每個(gè)因子方面的差異，請(qǐng)有關(guān)專家按十分制打分，得初始評(píng)價(jià)矩陣D0，考慮各因子權(quán)重影響，對(duì)D0做加權(quán)處理得到加權(quán)矩陣D1，最后對(duì)D1各列分別做歸一化處理，得到因子評(píng)價(jià)矩陣D：

根據(jù)矩陣D選出各因子（各列）最佳值，組成最優(yōu)參考評(píng)價(jià)向量 E：E=（e1，e2，…，em） （7）

（5）求矩陣D各行向量與最優(yōu)參考評(píng)價(jià)向量的灰色關(guān)聯(lián)度：

式中：ρ—分辨系數(shù)，其取值范圍為（0，1），一般取 ρ=0.5。

得到關(guān)聯(lián)度集合：ri=（r1，r2，…，rn），其中，關(guān)聯(lián)度集合元素與服務(wù)占比備選集A的元素存在一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。最后，根據(jù)最大關(guān)聯(lián)原則，選取最佳服務(wù)比重區(qū)間。

2.2 產(chǎn)品/服務(wù)系統(tǒng)功能分析

產(chǎn)品功能表達(dá)的是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的目的，是一個(gè)相對(duì)主觀的概念，向上表達(dá)為設(shè)計(jì)者的意圖，向下映射為設(shè)計(jì)對(duì)象[15]。系統(tǒng)功能是指對(duì)能量流、物質(zhì)流、信號(hào)流進(jìn)行傳送和變換的程序、功效與能力的抽象化描述[16]，也是對(duì)顧客需求的抽象化描述。因此，系統(tǒng)功能的分析過程就是顧客需求到系統(tǒng)性能（包含功能及功能實(shí)現(xiàn)程度）的傳遞過程，采用動(dòng)力學(xué)模型實(shí)現(xiàn)該傳遞過程，如圖2所示。

用戶、設(shè)計(jì)者和制造商與系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)過程直接相關(guān)，且系統(tǒng)功能源于顧客需求映射，因此，用戶、設(shè)計(jì)者和制造商對(duì)功能滿意度評(píng)價(jià)權(quán)重 ωi分別為 0.4，0.3，0.3，并將滿意度（s）分為贊同（1）、一般（0.5）和不贊同（0）三個(gè)等級(jí)。通過加權(quán)處理，獲得功能滿意度：S=siωi（9）

當(dāng)顧客對(duì)某功能滿意度為0時(shí)，該功能最大滿意度S=0+1*0.3+1*0.3=0.6。因此，取功能滿意度臨界值 0.6，即：S≤0.6，對(duì)應(yīng)功能不符合顧客需求。

①根據(jù)用戶需求映射獲得系統(tǒng)功能，并對(duì)該功能進(jìn)行滿意度評(píng)價(jià)，若滿意度Sf≤0.6則舍棄該功能；若Sf＞0.6，則保留，添加至期望功能。②對(duì)步驟①獲取的功能進(jìn)行性能特征提取，得到相關(guān)未覆蓋性能特征；③若期望功能滿意度SF≤0.6，則使其與步驟②得出的相關(guān)特征通過映射得到新的需求，重復(fù)步驟①②③；當(dāng)SF＞0.6時(shí)，循環(huán)1結(jié)束，得到較為理想的功能；④通過功能實(shí)現(xiàn)過程決策反饋回路將步驟③的功能重新進(jìn)行循環(huán)，重復(fù)前述步驟，直至反饋回路循環(huán)得出數(shù)據(jù)與上一次吻合，循環(huán)結(jié)束并得到現(xiàn)實(shí)功能。

圖2 功能分析模型Fig.2 Function Analysis Model

2.3 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)方案是基于服務(wù)行為的物理產(chǎn)品概念結(jié)構(gòu)方案，是對(duì)支撐功能實(shí)現(xiàn)活動(dòng)過程的方法、途徑的結(jié)構(gòu)模塊及模塊間關(guān)系的描述。因此，為了更高效、全面的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，首先需要一種有效的表達(dá)方式來表現(xiàn)服務(wù)行為（功能實(shí)現(xiàn)活動(dòng)過程）與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)間的匹配關(guān)系，以獲取服務(wù)行為的支撐結(jié)構(gòu)，進(jìn)而對(duì)這些結(jié)構(gòu)模塊間的關(guān)系進(jìn)行設(shè)計(jì)，形成系統(tǒng)方案。

為了實(shí)現(xiàn)服務(wù)與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模塊的匹配，將黑箱法和IDEFO功能描述方法相結(jié)合，將功能實(shí)現(xiàn)活動(dòng)過程分解為一系列活動(dòng)（A1、A2、…、An），建立包含功能實(shí)現(xiàn)活動(dòng)、功能實(shí)現(xiàn)載體的產(chǎn)品/服務(wù)集成模型，如圖3所示。該產(chǎn)品服務(wù)建模方法中，方框表示功能實(shí)現(xiàn)活動(dòng)，左/右端分別表示活動(dòng)的輸入/輸出（即活動(dòng)與活動(dòng)間的物質(zhì)、能量、信息傳遞），上端表示活動(dòng)的約束及控制，下端表示實(shí)現(xiàn)該活動(dòng)的產(chǎn)品支撐結(jié)構(gòu)組件（Structure Component，SC）。

產(chǎn)品/服務(wù)集成模型，通過各活動(dòng)模塊的輸入、輸出、控制與約束以及支撐結(jié)構(gòu)來描述它們之間的關(guān)系，并以活動(dòng)流程走向?yàn)樵O(shè)計(jì)路線，如圖3所示。最后，根據(jù)各活動(dòng)執(zhí)行過程中支撐模塊間的關(guān)系，構(gòu)建產(chǎn)品/服務(wù)系統(tǒng)方案模型。產(chǎn)品/服務(wù)方案模型包括現(xiàn)有結(jié)構(gòu)方案和基于功能實(shí)現(xiàn)活動(dòng)（服務(wù)活動(dòng)）的新增結(jié)構(gòu)方案，二者之間存在約束關(guān)系。

圖3 產(chǎn)品/服務(wù)集成模型Fig.3 The Model Integrated Product and Service

3 設(shè)計(jì)實(shí)例

豆?jié){機(jī)作為一種典型的家電產(chǎn)品占據(jù)著重要的市場(chǎng)地位，為實(shí)現(xiàn)其可持續(xù)發(fā)展，提升該產(chǎn)品制造業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力，采用上述方法對(duì)現(xiàn)有豆?jié){機(jī)進(jìn)行PSS模式下的再設(shè)計(jì)，以驗(yàn)證上述過程的有效性。

3.1 設(shè)計(jì)方向選擇

根據(jù) 2.1 節(jié)定義：A1=（0，1/3］，A2=（1/3，2/3］，A3=（2/3，1］對(duì)各子區(qū)間進(jìn)行獨(dú)立的等距抽樣。將A1，A2，A3分別劃分為n個(gè)小區(qū)間Aij（i=1，2，3；j=1，2，…，n），從每個(gè)小區(qū)間選取一個(gè)元素代表該區(qū)間。對(duì)各子區(qū)間抽取兩個(gè)樣本點(diǎn)進(jìn)行實(shí)例設(shè)計(jì)，即n=2，并選取每個(gè)小區(qū)間中間元素代表該區(qū)間。則有取備選元素集：

A=（1/12，3/12，5/12，7/12，9/12，11/12） （10）

基于SERVQUAL模型，將PSS中的服務(wù)價(jià)值歸為可靠?jī)r(jià)值、時(shí)效價(jià)值、柔性價(jià)值、社會(huì)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值[18]。因此，與服務(wù)評(píng)價(jià)相關(guān)的主因子集合為：

B=（可靠?jī)r(jià)值，時(shí)效價(jià)值，柔性價(jià)值，社會(huì)價(jià)值，經(jīng)濟(jì)價(jià)值）

通過專家打分，得主因子指標(biāo)權(quán)重集：

考慮權(quán)重，并按各列歸一化處理后的主因子評(píng)價(jià)矩陣為：

最優(yōu)參考評(píng)價(jià)向量為：E=（0.25，0.21，0.22，0.22，0.18）

由式（8）得關(guān)聯(lián)度集為：r=（0.71，0.76，0.87，0.83，0.74，0.69）

顯然，當(dāng)服務(wù)占比a∈（1/3，2/3］時(shí)，關(guān)聯(lián)度相對(duì)較大。根據(jù)最大關(guān)聯(lián)度原則，服務(wù)占比的最佳取值屬于區(qū)間（1/3，2/3］。因此，豆?jié){機(jī)再設(shè)計(jì)的新系統(tǒng)類型為使用導(dǎo)向型（即共享豆?jié){機(jī)）。

3.2 功能分析

豆?jié){機(jī)在具備切割、加熱這些基本功能外還可根據(jù)2.2節(jié)動(dòng)力學(xué)模型擴(kuò)展其他產(chǎn)品概念；由于使用導(dǎo)向型系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品的使用過程，因此，從功能實(shí)現(xiàn)活動(dòng)角度定義該環(huán)境下顧客的初始需求N1：方便快捷，即用即??；通過映射得其期望功能F1：定位、使用權(quán)限；SF＞0.6，對(duì)F1進(jìn)行性能特征提?。菏召M(fèi)方式，因此，可通過映射得出新的需求N2：根據(jù)獲得豆?jié){體積進(jìn)行收費(fèi)；通過映射1得期望功能F2：體積測(cè)量，移動(dòng)支付；SF＞0.6，循環(huán)1結(jié)束，得到滿意的期望功能F=F0+F1+F2（即：切割+加熱+使用權(quán)限+體積測(cè)量+移動(dòng)支付）；各子功能滿意度評(píng)價(jià)表與期望功能滿意度評(píng)價(jià)表，如表1、表2所示。

表1 子功能滿意度Tab.1 The Satisfaction of Sub-Function

表2 期望功能滿意度Tab.2 The Satisfaction of Expected Function

3.3 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

根據(jù)2.3節(jié)，采用黑箱法和IDEFO功能描述方法，基于系統(tǒng)功能構(gòu)建表達(dá)服務(wù)實(shí)現(xiàn)過程及實(shí)現(xiàn)方法的共享豆?jié){機(jī)結(jié)構(gòu)-服務(wù)模型，如圖4所示。獲得使用權(quán)及移動(dòng)支付活動(dòng)A1—顧客通過手機(jī)APP輸入觸發(fā)信號(hào)，并向后臺(tái)服務(wù)器發(fā)送當(dāng)前位置信息，服務(wù)器通過豆?jié){機(jī)GPS定位模塊獲取顧客附近豆?jié){機(jī)位置并將該位置信息反饋給顧客。顧客通過手機(jī)APP掃描二維碼識(shí)別當(dāng)前豆?jié){機(jī)，向后臺(tái)服務(wù)器發(fā)送使用權(quán)請(qǐng)求信號(hào)，并選擇需求量，按量付費(fèi)。A3—后臺(tái)服務(wù)器向豆?jié){機(jī)發(fā)送指令，進(jìn)料口開啟，通過特定傳感器測(cè)量進(jìn)料口流量，控制器控制進(jìn)料口開啟閉合。豆?jié){機(jī)制漿活動(dòng)A4：進(jìn)料結(jié)束后控制器向后臺(tái)發(fā)送進(jìn)料結(jié)束信號(hào)，服務(wù)器向豆?jié){機(jī)發(fā)送工作指令，豆?jié){機(jī)開始制漿，并在制漿結(jié)束后向后臺(tái)服務(wù)器發(fā)送工作完成指令，后臺(tái)服務(wù)器接收制漿結(jié)束指令后向豆?jié){機(jī)發(fā)送指令，豆?jié){機(jī)出漿口自動(dòng)控制閥打開。按下停止按鈕后，自動(dòng)控制閥關(guān)閉，完成系統(tǒng)服務(wù)過程。由于活動(dòng)1啟動(dòng)后，系統(tǒng)后臺(tái)服務(wù)器開始運(yùn)行，因此，定義A2為監(jiān)控活動(dòng)。根據(jù)圖4功能實(shí)現(xiàn)活動(dòng)的支撐資源，其系統(tǒng)方案，如圖5所示。

圖4 共享豆?jié){機(jī)集成模型Fig.4 The Integrated Model of Shared Soymilk Machine

圖5 共享豆?jié){機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案Fig.5 The Design Scheme of Shared Soymilk Machine System

4 結(jié)論

PSS通過將有形產(chǎn)品與無形服務(wù)進(jìn)行整體考慮，協(xié)同實(shí)現(xiàn)用戶的設(shè)計(jì)功能以適應(yīng)動(dòng)態(tài)市場(chǎng)的需求。提出了一種產(chǎn)品/服務(wù)集成設(shè)計(jì)過程模型并在其基礎(chǔ)上建立了產(chǎn)品/服務(wù)集成設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品與服務(wù)的有效集成。主要工作包括：（1）以顧客滿意度與企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益為驅(qū)動(dòng)，將灰色關(guān)聯(lián)理論引入產(chǎn)品/服務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程，研究了產(chǎn)品/服務(wù)集成設(shè)計(jì)中產(chǎn)品與服務(wù)的組合關(guān)系。（2）基于產(chǎn)品/服務(wù)設(shè)計(jì)過程的動(dòng)力學(xué)模型，構(gòu)建了由顧客需求到產(chǎn)品系統(tǒng)性能（包含功能及功能實(shí)現(xiàn)程度）的傳遞過程。（3）建立了包含功能實(shí)現(xiàn)活動(dòng)、功能實(shí)現(xiàn)載體的產(chǎn)品/服務(wù)集成模式，采用IDEFO功能描述方法與黑箱法實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品與服務(wù)的匹配，從而獲得系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。