陳亞哲,劉 楊,任朝暉

(東北大學 機械工程與自動化學院,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,而對于產(chǎn)品質(zhì)量,設計的貢獻率可達70%,產(chǎn)品設計是產(chǎn)品質(zhì)量的靈魂.產(chǎn)品設計階段對最終產(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)品設計階段的質(zhì)量控制.

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

本文是以綜合設計法為基礎,借鑒系統(tǒng)化設計方法[3]的理念,提出如圖1所示的產(chǎn)品系統(tǒng)化設計過程模型[4].該模型將產(chǎn)品設計分為4個階段:調(diào)研、規(guī)劃、實施和檢驗階段.

無論設計什么產(chǎn)品,按照系統(tǒng)化設計過程都可以概括為上述4個階段.

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

1 產(chǎn)品設計質(zhì)量內(nèi)涵

聞邦椿院士[1-2]認為產(chǎn)品的設計質(zhì)量有以下兩個主要內(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(結構性能、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的,如圖2所示.

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

2 產(chǎn)品設計質(zhì)量控制定義

在介紹設計質(zhì)量控制的定義前,先介紹幾個與設計質(zhì)量控制有關的概念.文獻[5]對設計控制下了如下定義:設計控制是以保證設計的結果符合人類社會的需要為目的,對設計的整個技術運作過程進行分析、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)定的標準范圍內(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構設計和工藝設計過程中的質(zhì)量性能指標的制定、保證和控制.另外,ISO 9000標準[6]對質(zhì)量控制下了一個很簡明的定義:質(zhì)量管理的一部分,致力于滿足質(zhì)量要求.文獻[7-8]強調(diào):質(zhì)量控制是指為達到質(zhì)量要求所采取的作業(yè)技術和活動;“作業(yè)技術”包括為確保達到質(zhì)量要求所采取的專業(yè)技術和管理技術,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過程并派出質(zhì)量環(huán)節(jié)中所有階段中導致不滿意的原因,以獲得經(jīng)濟效益;質(zhì)量控制應貫徹預防為主的原則,并和檢驗把關相結合,把每一個質(zhì)量環(huán)節(jié)的作業(yè)技術和活動都處于有效的受控狀態(tài).我國國家標準GB/T 6583[8]對質(zhì)量控制的定義為:為保持某一產(chǎn)品、過程或服務質(zhì)量,滿足規(guī)定的質(zhì)量要求所采取的作業(yè)技術活動.國際標準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)技術和活動.

設計質(zhì)量控制應貫穿于設計質(zhì)量形成的全過程,設計質(zhì)量控制的對象是產(chǎn)品設計全過程.綜合上面的定義和本文的研究內(nèi)容,設計質(zhì)量控制就是致力于滿足設計質(zhì)量要求所進行的控制活動.控制活動從明確設計任務開始,到完成圖樣和技術文件為止的這一設計過程.

根據(jù)上述內(nèi)容,本文中對產(chǎn)品設計質(zhì)量控制的概念定義為:從產(chǎn)品設計質(zhì)量需求出發(fā),在調(diào)研、規(guī)劃、實施和檢驗4個階段所形成的產(chǎn)品質(zhì)量所采取的作業(yè)技術和活動.

3 產(chǎn)品設計質(zhì)量影響因素分析

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

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

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

(1) 人員.設計過程的人員包括設計決策者、設計管理者和設計操作者.人員的文化水平、技術水平、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,都會對設計過程的質(zhì)量產(chǎn)生直接或間接的影響.對人員的質(zhì)量控制可以采用以下方法:通過教育、培訓使設計操作者掌握并使用先進的設計方法和工具;通過網(wǎng)絡平臺或直接溝通的方式,為人員及時、準確地傳達設計相關信息;調(diào)動每個人的積極性、創(chuàng)造性,增強責任感,樹立質(zhì)量觀念,培養(yǎng)團隊協(xié)作精神.

(2) 信息.本文的信息是指設計過程中所用到的信息.這些信息涉及顧客對產(chǎn)品的需求信息以及設計過程中產(chǎn)生的各項質(zhì)量信息,如產(chǎn)品設計技術指標、產(chǎn)品設計質(zhì)量計劃、總體方案設計、產(chǎn)品結構圖紙、零部件設計圖紙等.如何準確地確定顧客的需求信息,并轉化和傳遞這些信息是產(chǎn)品設計的起點,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計過程中產(chǎn)生的大量信息,可以通過與CAD,CAM,CAE,PDM的集成運用來解決.

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

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

4 設計質(zhì)量控制的思路

設計質(zhì)量控制將主要依靠人的控制轉向依靠相應設計過程的控制來實現(xiàn),建立設計過程質(zhì)量控制模式,通過對設計過程的有效控制來保證設計過程的輸出結果符合顧客需要,滿足市場要求,用過程保證結果.

設計質(zhì)量控制思路是:在明確設計要求并生成設計任務書后,運用ISO 9000[6]質(zhì)量保證體系的設計與開發(fā)要求,以及項目管理手段,把質(zhì)量保證和控制措施與設計過程有機結合,加強設計過程的質(zhì)量控制,及時地運用各項設計質(zhì)量技術,對所完成的各階段產(chǎn)品設計結果進行評審,將矛盾和可能出現(xiàn)的錯誤消除在設計階段,對產(chǎn)生的質(zhì)量問題進行統(tǒng)計分析,實施質(zhì)量追蹤,持續(xù)改進,從而減少由于設計質(zhì)量問題帶來的反復修改所造成的人力、物力和時間上的巨大浪費,提高產(chǎn)品質(zhì)量,縮短開發(fā)時間,降低成本.建立一個持續(xù)改進的設計質(zhì)量控制系統(tǒng)是公司發(fā)展和獲得長遠利益的基礎.

5 設計質(zhì)量控制模型的建立

目前制造企業(yè)在產(chǎn)品設計開發(fā)中存在如下問題:

(1) 不能準確地了解顧客需求.開發(fā)一個新產(chǎn)品最重要的前提是了解顧客的需求.對顧客的需求了解得越多、越全面,企業(yè)就越能主動地滿足顧客對產(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,即進行完善的產(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,設計開發(fā)人員對產(chǎn)品功能、性能的認識和顧客的認識是不一樣的,僅靠設計開發(fā)人員的知識,不可能做出完善的產(chǎn)品定義,當然也就設計不出高質(zhì)量的產(chǎn)品.

(2) 缺乏系統(tǒng)的設計方法和技術的支持.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,而不是技術工具.

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

基于系統(tǒng)化設計的產(chǎn)品綜合設計法解決了以上這些問題.

系統(tǒng)化設計把產(chǎn)品設計過程分為4個階段，即調(diào)研階段(Research)、規(guī)劃階段(Plan)、實施階段(Do)和檢驗階段(Check or Test).這4個階段組成一個互相關聯(lián)的有機整體.在每個設計階段,設計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),是一個不斷改進、優(yōu)化的漸進過程.

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

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

圖3 產(chǎn)品設計質(zhì)量初步控制模型Fig.3 Preliminary control model of product design quality

要保證產(chǎn)品的設計質(zhì)量,使所設計的產(chǎn)品盡可能地滿足用戶需求,就要嚴格控制產(chǎn)品的設計過程.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產(chǎn)品設計進行規(guī)劃,選擇設計內(nèi)容、方法等;然后在實施階段,對產(chǎn)品進行功能和性能優(yōu)化(包括動態(tài)優(yōu)化、智能優(yōu)化和可視優(yōu)化等)設計;最后對產(chǎn)品設計質(zhì)量進行檢驗,按照綜合設計法理論,主要是通過理論評價、樣機試驗、用戶使用和專家系統(tǒng)來檢驗產(chǎn)品設計質(zhì)量.

6 結語

本文在綜合設計法的基礎上,借鑒系統(tǒng)化設計的特點,建立了產(chǎn)品系統(tǒng)化設計過程模型,闡述了產(chǎn)品設計質(zhì)量的內(nèi)涵.對產(chǎn)品設計質(zhì)量控制進行了定義,對產(chǎn)品設計質(zhì)量影響因素進行了分析,形成了設計質(zhì)量控制的思路.針對傳統(tǒng)產(chǎn)品設計存在的問題,應用系統(tǒng)化設計理論建立了產(chǎn)品設計質(zhì)量的控制模型.上述理論比較全面、具體,按照該理論設計任何產(chǎn)品都是可行的,值得廣泛推廣.

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