面向客戶需求融合的產品設計方案優(yōu)選模型及應用

1、面向客戶需求融合的產品設計方案優(yōu)選模型及應用 面向客戶需求融合的產品設計方案優(yōu)選模型及應用摘要隨著經(jīng)濟與科技的飛速發(fā)展,人們對產品質量要求的日益提升,產品設計復雜性的不斷增加,如何成功的完成產品設計即在滿足客戶需求的同時提升產品設計質量已成為當今制造企業(yè)獲得市場競爭優(yōu)勢的關鍵所在。但在現(xiàn)有的產品設計方案優(yōu)化中,尚存在客戶參與不足,不能有效地將客戶需求融入產品設計過程,缺乏對設計方案后續(xù)的具體參數(shù)選擇。因此,本文在前人所做研究工作的基礎上,從最大限度滿足客戶需求出發(fā),運用模糊聚類、質量屋、灰色理論和正交試驗設計等方法融合進產品設計方案優(yōu)化決策過程,對產品設計優(yōu)化中存在的大量不確定性、模糊信息進行

2、分析處理,將客戶需求真正融入產品優(yōu)化設計中,并對具體設計參數(shù)做出有效的選擇。論文的主要工作如下:一、客戶需求處理。針對客戶需求表達中存在的模糊抽象性與不完整性等問題,提出了基于語義的客戶需求分解方法,通過語義分割與轉化、相同需求單元合并與環(huán)境補充,將采用自然語言描述的原始的客戶需求分解為明確具體的需求單元,然后對分解后的需求單元進行模糊聚類分析,以便通過需求映射處理,獲取更為準確的產品設計技術需求。二、客戶需求映射。針對客戶需求不能準確、有效的反應到產品的設計中來,在客戶需求分析處理的基礎上,以客戶滿意為準則,應用改進質量屋技術將客戶需求映射為產品設計方案的設計指標,提出基于客戶需求映射的產品

3、設計技術需求權重獲取方法。結合和熵權法,獲得了產品設計指標的綜合權重,從而真實反映客戶需求對產品設計的影響。三、產品設計參數(shù)優(yōu)選。針對傳統(tǒng)無法進一步指導產品設計人員如何對那些應重點關注的反映產品技術特性的相關設計參數(shù)的問題,應用正交試驗實現(xiàn)關鍵產品設計參數(shù)的最優(yōu)組合。然后利用灰色關聯(lián)決策來進行正交試驗結果的分析處理,分清各因素對指標影響的主次順序,分析設計方案中的各屬性參數(shù)與目標的關聯(lián)系數(shù)和關聯(lián)度,從而得到一組優(yōu)選屬性,進一步確定最佳方案。四、產品設計方案優(yōu)化實證。以電冰箱產品設計方案優(yōu)選為例。將客戶需求融入到冰箱的設計過程中,應用語義的客戶需求分解方法、改進質量屋和正交灰色關聯(lián)技術,最后獲得

4、融合客戶需求的電冰箱產品設計方案優(yōu)選。關鍵詞:設計方案優(yōu)化,模糊聚類,遞階質量屋,灰色理論,正交設計【,. , . ., ,., .,岫 ,. .:, , . ,. ,. ,. 嬲.?,. ,.:; 目錄商要目錄第一章緒論.研究背景與意義?.產品設計概述?.產品設計理論?.產品設計過程.課題來源?.本文研究內容及組織結構.產品優(yōu)化設計概述.優(yōu)化方法研究現(xiàn)狀.面向客戶滿意的產品質量研究現(xiàn)狀.質量功能展開的起源與發(fā)展.概念與細分模型研究.客戶要求與設計需求的映射研究現(xiàn)狀?.當前研究存在的問題?.本章小結?第三章基于語義與模糊聚類的客戶需求信息處理.客戶需求獲取方法與步驟?.客戶需求獲取步驟.客戶需

5、求獲取方法.基于語義的客戶需求分解?.基于模糊聚類的客戶需求分類?.模糊聚類分析概念.客戶需求的模糊聚類步驟.本章小結一第四章基于遞階質量屋的產品設計要求及其權重確定.設計要求分析模型.質量屋的構建?.基于的設計要求分析?.基于的客戶需求權重確定.。技術特性權重確定.市場競爭性評估?.基于熵權法的產品設計要求權重調整?.本章小結?第五章基于正交試驗和灰色關聯(lián)的產品設計優(yōu)化研究.基于正交試驗和灰色關聯(lián)的產品設計參數(shù)優(yōu)化模型一.正交試驗設計?.正交試驗設計相關概念?.正交試驗設計原理.基于灰色關聯(lián)理論的產品設計參數(shù)組合優(yōu)化方法?一.試驗數(shù)據(jù)預處理?.灰色關聯(lián)系數(shù)與灰色關聯(lián)度.灰色關聯(lián)排序.正交灰色

6、關聯(lián)設計產品設計參數(shù)優(yōu)選步驟.本章小結?第六章面向客戶需求融合的產品設計方案優(yōu)選模型應用.產品設計方案優(yōu)選模型?.案例的選擇?一.應用案例?.客戶需求映射.產品優(yōu)化設計?.本章小結一第七章總結與展望.總結?.展望?.參考文獻?一第一章緒論.研究背景與意義世紀,隨著科學技術的日新月異、經(jīng)濟的飛速發(fā)展、信息時代的來臨與全球化市場的發(fā)展,客戶已經(jīng)不再滿足于制造企業(yè)提供的單一的產品,而是對產品的功能、價格、質量和交貨期等提出新的要求,使得制造企業(yè)之間的競爭也更加激烈。制造企業(yè)所處的外部環(huán)境也發(fā)生了根本性改變,由于信息化時代的客戶需求的個性化和多樣化,工業(yè)化早期制造企業(yè)所處的供給不足的賣方市場環(huán)境進一步

7、被買方市場所取代。為了贏得市場競爭的主動權和優(yōu)勢,制造企業(yè)就需要高效低成本地進行產品優(yōu)化設計,提高產品質量,以最大程度地滿足消費者個性化和多樣化的需求。相關研究表明,雖然設計階段的實際投入只占產品總成本%左右,但是其設計結果卻決定了產品總成本的%左右。產品設計作為產品開發(fā)過程中最為活躍且富有創(chuàng)造力的階段,直接關系到產品的最終形態(tài)、功能等因素,也最終決定了產品的競爭力。產品設計方案是整個產品設計中最為關鍵的環(huán)節(jié),如果一個產品的設計方案不好,不僅產品無法在激烈的市場競爭中得到消費者認可,同時在產品生產過程中也更容易耗費更多的資源。相反,如果產品設計的較好,不僅會在功能和制造成本上有優(yōu)越性,而且貼合

8、實際客戶需求,從而使產品在各個方面的競爭力都得以增強。因此,產品設計開發(fā)中,企業(yè)要想在激烈的市場競爭中取勝就必須把滿足客戶需求融入整個產品開發(fā)過程。這就需要在產品設計之初就對客戶的需求進行科學分析、凝練,從而根據(jù)客戶需求進行產品設計,達到增強使客戶滿意度最大化的目的。因此,以客戶需求為依據(jù),將客戶需求融入到產品優(yōu)化設計中,成為當前產品設計領域研究的一個重點。.產品設計概述產品設計是一種創(chuàng)新性行為,以客戶需求為出發(fā)點經(jīng)過一系列步驟把抽象思維過程中的產品功能需求具體化。在這個過程中,考慮所有影響產品功能的各類因素及其之間的關系,通過科學評判方法,最終得出最優(yōu)的產品設計方案。因此,對產品設計理論和設

9、計方法的探索是現(xiàn)代設計學的主要研究內容和研究成果。產品設計理論是指產品設計過程中的知識規(guī)律和設計行為,而產品設計過程中所用的具體方法屬于設計方法的研究范疇。.產品設計理論產品設計理論的主要研究內容包括:產品設計過程、產品設計目標、設計者、領域知識、可用資源等。如圖.所示:圖產品設計理論的研究內容目前,許多學者對產品設計理論展開了深入的研究并得出了一定的研究成果,其中較為公認的主要有以下幾種理論【】:公理化設計.為首公理化設計理論 ,是由美國教授的設計理論研究小組初次提出的,該方法主要是對以往以設計人員的設計經(jīng)驗為主的設計手段進行改進,提出以科學法則、公理為指導的設計理論體系。公理設計的概念模型

10、由產品設計的四個域之間相互映射形成,如圖.所示【。應用公理進行設計是自頂向下的過程,很多工程設計問題都是建立在這種模型的基礎匕。用戶域 功能域 物理域過程域公理化設計的應用基于獨立性公理和信息公理兩個基本公理:獨立性公理對設計參數(shù)和功能需求進行說明和定義,即保持產品的所有功能需求的獨立性,使產品設計參數(shù)只影響其所映射的功能;信息公理,主要減少設計結果的信息內容,對其信息含量進行規(guī)范,減少設計的復雜性。在產品設計過程中,如果在在功能域到物理域的轉換過程能滿足這兩條公理,則該設計方案是優(yōu)化的設計方案。理論世紀年代,德國柏林工業(yè)大學教授和提出了系統(tǒng)化設計理論。該理論在總結優(yōu)秀設計過程的基礎上,以系統(tǒng)

11、理論為指導建立了設計者在每一個工作階段的工作步驟,從而形成了設計過程的一般模式,系統(tǒng)化設計理論將產品設計過程分為如下幾個階段:明確任務階段、概念設計階段、裝配設計階段和詳細設計階段。如圖.所示:需求技術說明 概念產品方案 三維裝配模型 二維工程圖圖 理論的設計過程在實際中,對于該模型的應用既可以選擇設計過程中的某些階段進行產品設計,也可以完全依據(jù)該模型的順序進行產品設計。系統(tǒng)化設計理論以抽象的設計要求為出發(fā)點,對設計者在每一個設計階段的工作內容有步驟的從定性到定量進行轉化,明確每個設計階段的詳細工作內容,進而形成一個包括了每一階段工作的目標、策略和原則的完整的設計過程模型。創(chuàng)新問題解決理論前蘇

12、聯(lián)學者.等人于年最先提出了創(chuàng)新問題解決理論 ,】。是通過對大量專利發(fā)明進行統(tǒng)計分析,總結出的解決技術問題、實現(xiàn)創(chuàng)新開發(fā)的一個綜合理論體系。在產品設計中,能幫助設計人員盡快解決各工程領域的創(chuàng)新問題,并獲得滿意的解決方案。理論對技術系統(tǒng)進化所遵循的客觀法則進行總結歸納,預測產品和制造過程的未來發(fā)展方向,建立解決創(chuàng)新問題的模型,消除產品設計過程的沖突,指明解決問題的探索方向和對策,其模型如圖.所示。掌握并應用該理論,有助于設計人員擺脫對經(jīng)驗的依賴,縮短產品開發(fā)周期、提高產品研發(fā)成功率,使產品的設計與開發(fā)具有可預見性。 / / /俅墨問廣/待定的問題 特定的解圖一創(chuàng)新問題解決理論的產品設計過程圖通用設

13、計理論與泛設計理論世紀年代,日本東京大學兩位學者、以知識處理為出發(fā)點提出了通用設計理論,【。該理論認為設計的本質是一個分解、映射和綜合的過程。產品設計過程中根據(jù)產品的功能確定產品設計的步驟,并逐步進行細化。通用設計理論通過數(shù)學化的形式來對產品設計過程進行表達,將設計人員抽象的思維過程具體化為知識處理的概念模型,為總結設計過程的本質和規(guī)律、研究設計過程中人類思維規(guī)律提供了理論依據(jù)。該理論基于抽象概念能清楚的表達所有的設計元素,對于已知的所有設計對象集合中的元素通過引入理想化知識概念來表示,并在此基礎上建立元模型空間進行產品設計的逐步精細化過程。德國教授在總結不同學科領域內的設計特點后,提出了泛設

14、計理論。該理論主要研究以結構化的形式表達設計過程的方法,通過修正和完善設計過程中各階段模型的矛盾和約束條件,對現(xiàn)有信息和知識進行重新組合以實現(xiàn)設計過程的創(chuàng)新,為實現(xiàn)新一代計算機輔助設計技術系統(tǒng)奠定了理論基礎。.產品設計過程產品設計過程的本質是對設計問題進行求解的過程引,是在不確定的情況下進行的一個實現(xiàn)某種目標的決策過程。制造企業(yè)之間的競爭主要圍繞產品質量、產品響應時間、成本、服務等因素展開,按不同的選擇支配因素,可將產品設計過程模型分為順序過程模型、設計為中心的模型、并行設計模型和動態(tài)過程模型壟基【】【】吖順序過程模型順序模型是傳統(tǒng)的設計過程模型,如圖所示。產品設計按照圖中的順序模型進行展開,

15、不同的部門按自己的職責完成相應的工作。如果產品生產階段發(fā)現(xiàn)有需要修改的設計,可以返回到設計階段再進行設計,直到達到要求為止。?.時司設計為中心的模型選擇設計為中心的模型進行產品設計,能夠降低產品的成本,提高產品質量。區(qū)別于順序過程模型的是:選用該模型進行產品設計要考慮到全生命周期的制造、成本、裝配、環(huán)境等因素,縮短設計中產品設計中可能出現(xiàn)的反復過程。圖擊設計為中心的模型企業(yè)在產品設計中選用設計為中心的模型時,應有一定的計算機應用基礎及軟硬件環(huán)境作為保證。并行設計模型選用該設計模型進行產品設計在提高產品質量及縮短產品響應時間上具有優(yōu)勢。設計人員掌握不同階段的設計知識是并行設計的重要前提,而已設計

16、為中心的設計模型對此則沒有特別要求,同時需要產品設計開發(fā)中下個環(huán)節(jié)的設計人員參加,從而盡快開發(fā)出新產品。并行設計模型多用于具有網(wǎng)絡環(huán)境的大中型企業(yè),但是不具備網(wǎng)絡環(huán)境的小企業(yè)也可以根據(jù)具體情況進行選擇。動態(tài)過程模型動態(tài)過程模型的特點在于,產品設計的各個階段同時開始,這就要求各設計成環(huán)境。企業(yè)選用這種設計模型最大驅動力是縮短產品響應時間。如圖.所示。?時間.課題來源本論文研究的課題來源是國家自然科學基金項目“產品演進設計中的信息交互和參數(shù)挖掘與優(yōu)化編號:及國家重點基礎研究發(fā)展計劃前期研究專項“機電產品設計參數(shù)挖掘與優(yōu)化技術基礎研究”編號:。本文的研究內容是作者對上述課題研究工作的積累和延續(xù),通過

17、相關理論研究和模型構建,研究面向客戶需求的產品優(yōu)化設計。.本文研究內容及組織結構產品優(yōu)化設計是提高產品設計質量的一種重要手段,現(xiàn)有的研究中,對產品優(yōu)化設計主要關注點在于對現(xiàn)有的設計參數(shù)進行優(yōu)化設計,而定性的客戶需求信息很少融入并精確的體現(xiàn)在優(yōu)化過程,有鑒于此,本文基于在原有產品的基礎上根據(jù)客戶的要求進行產品的優(yōu)化設計的研究,探討制造企業(yè)如何在有限的資源條件下,得到能滿足客戶需求的高質量的、具體細化的產品設計方案。本文的研究思路為:以面向客戶滿意為出發(fā)點,將客戶需求融合進產品設計方案優(yōu)選,針對客戶在需求表達時的模糊不確定等缺陷首先對需求信息整理分析,以確?？蛻魧Ξa品的要求能準確的被設計人員獲取,

18、在此基礎上,通過質量屋的構建將客戶的需求轉化為制造企業(yè)的產品設計指標并獲取設計指標的權重,進而得到能夠滿足客戶需求的關鍵的技術特性,促使產品質量從一開始的客戶需求層面就直接被映射到產品技術要求上。其次,面向客戶需求融合,在考慮企業(yè)成本等約束條件下,在眾多技術要求中選擇客戶關注度高的技術要求,引入正交設計與灰色關聯(lián)理論,構建基于/三交試驗設計/灰色關聯(lián)分析的產品優(yōu)化設計模型實現(xiàn)產品的優(yōu)化設計模型,選擇設計參數(shù),從而實現(xiàn)將客戶需求融入到產品設計質量中,使產品的設計在客戶參與的同時優(yōu)化結果也更為細致。論文的主要研究內容分為四個部分: .一、客戶需求處理。針對客戶需求表達中存在的模糊抽象性與不完整性等

19、問題,提出了基于語義的客戶需求分解方法,通過語義分割與轉化、相同需求單元合并與環(huán)境補充,將采用自然語言描述的原始的客戶需求分解為明確具體的需求單元,然后對分解后的需求單元進行模糊聚類分析,以便通過需求映射處理,獲取更為準確的產品設計技術需求。二、客戶需求映射。針對客戶需求不能準確、有效的反應到產品的設計中來,在客戶需求分析處理的基礎上,以客戶滿意為準則,應用改進質量屋技術將客戶需求映射為產品設計方案的設計指標,提出基于客戶需求映射的產品設計技術需求權重獲取方法。結合和熵權法,獲得了產品設計指標的綜合權重,從而真實反映客戶需求對產品設計的影響。三、產品設計參數(shù)優(yōu)選。針對傳統(tǒng)無法進一步指導產品設計

20、人員如何對那些應重點關注的反映產品技術特性的相關設計參數(shù)的問題,應用正交試驗實現(xiàn)關鍵產品設計參數(shù)的最優(yōu)組合。然后利用灰色關聯(lián)決策來進行正交試驗結果的分析處理,分清各因素對指標影響的主次順序,分析設計方案中的各屬性參數(shù)與目標的關聯(lián)系數(shù)和關聯(lián)度,從而得到一組優(yōu)選屬性,進一步確定最佳方案。四、產品設計方案優(yōu)化實證。以電冰箱產品設計方案優(yōu)選為例。將客戶需求融入到冰箱的設計過程中,應用模糊聚類的客戶需求分類方法、改進質量屋和正交灰色關聯(lián)技術,最后獲得融合客戶需求的電冰箱產品設計方案優(yōu)選。根據(jù)上述研究內容,本文技術路線如圖.所示:圖產品優(yōu)化設計模型以上述四個方面為核心,本文內容分為七章進行闡述,組織結構如

21、圖.;?客戶褊獲取匣悟善眶蔓乎匿軀基于遞階質量星的產晶設計參教及其扳重確定圖本文組織結構圖第一章:緒論。闡述了論文的研究背景及意義,介紹了產品設計的理論與方法,并給出了本文的主要研究內容及各章節(jié)安排。第二章:相關理論研究綜述。對面向客戶滿意的產品設計研究現(xiàn)狀進行綜述,首先對產品優(yōu)化設計進行了綜述分析,同時對設計優(yōu)化所使用的一些方法進行了介紹,隨后介紹了質量功能展開的起源發(fā)展及國內外研究現(xiàn)狀及研究熱點。第三章:基于語義和模糊聚類的客戶需求信息的獲取與處理。首先提出了基于客戶.設計者雙向視角的客戶需求獲取的方法與步驟,針對客戶因為自身領域知識的限制在需求表達存在的模糊不確定等問題,對客戶需求信息進

22、行分解,獲得具有獨立語義的客戶需求單元,在此基礎上基于模糊聚類分析對客戶需求進行分類,進而獲得客戶需求的層次結構,為進一步客戶需求權重分析提供依據(jù)。第四章:基于遞階質量屋的產品設計要求及其權重確定。在獲取客戶需求并計算出需求權重的基礎上,研究基于改進的把客戶需求融入產品設計中的方法,得到設計要求權重,然后運用熵權法獲得校驗權重值,最后獲得產品設計各指標的綜合權重。第五章:基于正交試驗和灰色關聯(lián)的產品設計優(yōu)化研究。介紹了正交試驗設計和灰色關聯(lián)分析,將兩者結合應用于產品優(yōu)化設計,得到產品設計方案。第六章:面向客戶需求融合的產品設計方案優(yōu)化應用。將、灰色系統(tǒng)理論、正交試驗設計進行了有效的集成,應用于

23、冰箱設計方案評價優(yōu)選,并取得了較好的效果。第七章:總結與展望。對全文內容進行了總結,并對今后的研究工作進行了展望。第二章相關理論研究隨著經(jīng)濟與科技的飛速發(fā)展,制造企業(yè)之間的競爭日趨激烈,人們對產品質量要求的日益提升,產品設計復雜性的不斷增加,學術界與企業(yè)界清醒的認識到滿足客戶需求的同時提高產品的質量是在市場競爭中取勝的關鍵,而質量的核心在于產品設計。作為一種基于客戶需求驅動的產品開發(fā)理論與工具,能有效的將客戶需求映射到產品設計中。對面向客戶滿意的產品優(yōu)化設計也成了研究熱點,研究人員對此做了大量的工作。本章主要分析當前基于客戶需求的產品設計研究現(xiàn)狀,同時介紹質量功能展開,的起源與發(fā)展。.產品優(yōu)化

24、設計現(xiàn)狀.產品優(yōu)化設計概述傳統(tǒng)的結構設計基于設計人員的主觀經(jīng)驗和推理判斷進行方案設計與改進,之后,再利用實驗等方法協(xié)助分析設計方案,研究該方案的可行性與可靠性。但這種以設計人員的經(jīng)驗為依據(jù)的手段很難提高設計方案的精確度、對設計方案進行創(chuàng)新。隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展和制造業(yè)越來越激烈的競爭,人們對產品的要求也越來越高,產品設計考慮的因素也越來越多,設計的復雜性隨之增加,基于傳統(tǒng)的結構設計方法很難滿足市場需求¨】。世紀年代,隨著計算機技術被應用于設計領域,產品領域的許多學者研究了工程優(yōu)化方法用來處理多目標工程優(yōu)化問題,優(yōu)化設計也作為一種現(xiàn)代設計方法被提出,用來解決復雜設計問題,選擇最優(yōu)的設計方

25、案,很大程度上縮小。了產品設計成本、提高了產品設計的質量【】【在不改變產品功能的前提下,通過產品的優(yōu)化設計對產品結構進行調整,從而提高產品質量。在對產品進行優(yōu)化設計時,首先明確設計的問題,然后選擇進行優(yōu)化設計的變量并確定約束條件,最后通過建立優(yōu)化設計的數(shù)學模型利用合適的方法進行優(yōu)化求解。.優(yōu)化方法研究現(xiàn)狀許多學者對產品設計優(yōu)化方法進行了深入研究,傳統(tǒng)優(yōu)化設計方法有很多,其中典型的為準則優(yōu)化法和數(shù)學規(guī)劃法兩種【】。準則優(yōu)化法首先構造優(yōu)化準則然后依據(jù)準則對問題進行優(yōu)化【】。數(shù)學規(guī)劃法有線性規(guī)劃法和非線性規(guī)劃法兩種,都是采用數(shù)學極值對問題進行優(yōu)化求解。這兩種方法都有各自的缺陷,準則優(yōu)化法雖然簡單但同

26、時它在全面考慮優(yōu)化因素方面存在不足,數(shù)學規(guī)劃法雖然適用范圍比較廣泛,但它需要進行多次計算,浪費資源【】?，F(xiàn)階段對優(yōu)化設計的研究主要在于對設計參數(shù)的優(yōu)化和對設計流程的優(yōu)化。對設計參數(shù)的優(yōu)化方法主要包括遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡法、模擬退火法、粒子群算法等。在世紀年代對自然系統(tǒng)和人工自適應系統(tǒng)的研究過程中提出了遺傳算法,它是一種基于群體搜索策略與群體中的個體之間的信息交換的搜索算法,通過自然選擇、遺傳、變異等操作以及適者生存的理論,模擬自然進化過程來尋找所求問題的解答。該算法在優(yōu)化設計時有較強的靈活性和通用性,但在局部尋求最優(yōu)解的問題上存在不足【。該算法已被廣泛應用于計算機、工程、管理科學等許多領域。神經(jīng)

27、網(wǎng)絡是一個大規(guī)模自適應的非線性動力學系統(tǒng),包括大量簡單的處理單元,這些單元廣泛連接組成一個系統(tǒng),用來模擬人腦神經(jīng)系統(tǒng)的行為特征,具有很強的數(shù)學性質和生物學特性,可以對問題進行概括、聯(lián)想、類比、并行等處理,優(yōu)化設計效率較高【】。年將模擬退火法是首先由于 年提出,等于其引入組合優(yōu)化領域,目前己得到了廣泛的應用。模擬退火算法的思想來源于對固體退火原理的模擬,從理論上來說它是一種隨機的全局優(yōu)化算法,它在尋找全局極小方面具有優(yōu)越性,同時它在迭代過程中不但能夠接受使目標函數(shù)向好的方向前進的解,而且能夠在一定限度內接受使目標函數(shù)惡化的解,進而使該算法能夠跳離局部最優(yōu),獲得全局最優(yōu)解【】【們。該算法常用來研究

28、多變量優(yōu)化問題。粒子群算法也稱為微粒群算法,是在年美國學者與基于智能的提出的隨機搜索算法,該算法源于對鳥類群體活動的研究,進而利用群體智能建立的一個簡化模型,粒子群算法在對鳥類的覓食行為觀察的基礎上,利用群體中的個體對信息的共享使整個群體的運動在問題求解空間中產生從無序到有序的演化過程,從而獲得最優(yōu)解。目前,粒子群算法較多的被應用于動態(tài)環(huán)境優(yōu)化、目標函數(shù)優(yōu)化等領域。對設計流程的優(yōu)化方法中,質量功能展開與田口方法是最為典型的。質量功能展開方法在優(yōu)化設計中最重要的貢獻是利用矩陣把產品開發(fā)過程進行有步驟的分解,使設計人員對產品的優(yōu)化設計過程有清晰明確的認識。但是對于客戶需求向設計要求的轉化過程被忽略

29、,無法體現(xiàn)客戶需求【】。田口方法以在實驗設計提出的解決思路基礎上選擇最佳的參數(shù)組合,同時它所獨特具有的質量理論對于衡量質量的優(yōu)劣提供了客觀的標準,但是它不能展現(xiàn)產品開發(fā)過程的全貌,僅僅是一種過程方法,而且穩(wěn)健設計的開展必須是在解決什么和如何解決都已經(jīng)明確的前提下開展。.面向客戶滿意的產品質量研究現(xiàn)狀.質量功能展開的起源與發(fā)展質量功能展開 ,是基于客戶需求驅動的產品設計開發(fā)方法,即在產品設計中首先調查和分析顧客需求,使所設計的產品能真正地滿足顧客需求【。它最早在世紀年代的日本由日本的一個學者赤尾洋二初次提出。在此之前,日本的制造企業(yè)所生產的產品無論在質量上還是創(chuàng)新性上都處于劣勢。為了改變這種情況

30、,日本的制造業(yè)開始研究提高產品質量的方法,在這種背景下,方法從初具雛形到日益改善】。年,“質量表”初次出現(xiàn)是在三菱重工神戶造船廠的船舶的設計中,被有效的應用,該表具有了方法的一些特征。此后,日本的石川馨博士將價值工程理論應用于質量表中研究出了“業(yè)務機能展開表,并將該種方法在公司進行了成功的實踐】。年,赤尾洋二教授在深入了解了以上兩種方法的基礎上,提出利用相關關系矩陣把客戶需求與其他因素聯(lián)系起來,并將該方法應用于三菱重工神戶造船廠。年,赤尾洋二教授總結了上述方法,撰寫質量展開一文【引。在到年期間,制造企業(yè)開始在產品設計與制造中使用質量表,此時和在提出的“質量表”中將客戶需求和技術需求巧妙的結合起

31、來。赤尾洋二將上述方法和質量展開系統(tǒng)結合起來,正式提出了的概念。質量功能展開一書以闡述在實際企業(yè)質量管理中的作用為目的,作者赤尾洋二和水野茲在該書中詳細介紹了應用案例,為在日本的推進和應用起到了十分重要的作用【。世紀年代中期開始被日本許多企業(yè)引用以改進產品質量,并取得了巨大的經(jīng)濟效益,為其中代表之一。公司因成功的運用解決產品技術瓶頸而獲得日本的國際質量獎一戴明獎?，F(xiàn)在日本的機電產業(yè)、農林產業(yè)、建筑工程、電子產品、軟件系統(tǒng)、鋼鐵和紡織等領域已經(jīng)廣泛應用,成為日本質量管理的獨具優(yōu)勢之處,使得日本產品在國際市場上迅速發(fā)展,趕超了歐美等國家。世紀年代,赤尾洋二與木目正復在美國期刊上合作發(fā)表日本的質量功

32、能展開和全公司范圍的質量控制,開始被引入西方國家。年,出版了美國本土第一本關于的著作用一半的時間做更好的設計。年,在質量進展期刊上發(fā)表論文“質量功能配置”【。年,和在哈佛商業(yè)評論上合作發(fā)表了具有重大影響的論文“質量屋”;以上這些論文和著作推動了在美國的應用【¨。此后,很多的歐美學者展開了對理論的研究,得出了豐碩的成果,發(fā)表了眾多的論文,使在世界范圍內引起廣泛的關注,對推動的發(fā)展做出了十分重要的貢獻。應國家技術監(jiān)督局的邀請,赤尾洋二教授分別于年和到北京和上海講學以推廣理論,由此機會,國內的部分專家與學者了解了并開始對其進行深入研究,經(jīng)過余年的發(fā)展,其應用涉及諸多行業(yè),有機械、汽車、家電

33、、房地產、餐飲、旅游、軟件等。隨著國內的學者對的理論研究逐漸增多與深入,研究成果也逐年遞增,對相關文獻進行檢索可以明確看到國內這方面的論文呈逐年遞增的形勢【】。.概念與細分模型研究在產品設計過程中,設計人員雖然具備充足的專業(yè)知識與經(jīng)驗,但同時由于視角的關系專業(yè)技術人員在也容易受到自身的局限,在產品設計過程中更多的考慮技術的問題而忽略客戶的需求,用戶需求一般是通過銷售部門收集并反饋過來,這種情況一是導致新產品形成的過程與用戶的需求脫離,二是客戶需求沒有被完全轉述或轉述不準確,從而導致開發(fā)的產品無法滿足客戶需求,不能在激烈的市場競爭中占有優(yōu)勢。基于解決上述弊端而提出的一種將客戶需求縱向和橫向地貫穿

34、到產品開發(fā)過程的方法,可以積極主動地改進產品質量。許多文獻對都對的概念進行了展開介紹,雖然解釋的方法不同,但其基本原理與內容大體來說是一致的。下面對幾種典型的定義進行介紹。的創(chuàng)始人赤尾洋二教授的定義為:“將客戶的需求轉化為技術特性,通過系統(tǒng)的展開,最終確定產品的設計質量,并將這些質量體統(tǒng)的展開到每個零件和工藝過程的質量上,進而通過這一關系網(wǎng)絡形成產品的整體質量”【。認為:“質量功能展開提供了一種將用戶需求轉的奠基人換為產品開發(fā)和生產的每一階段包括市場分析和規(guī)劃、產品設計、原型評估、生產過程、銷售相應技術需求的方法,是保證達到用戶要求的產品質量所需的一切活動的總稱【。把定義為:“一種結構化的產品

35、開發(fā)與規(guī)劃方法,該方法能夠使產品開發(fā)準確地反映顧客需求,并能根據(jù)開發(fā)產品與服務的性能對顧客需求的滿足程度進行系統(tǒng)的評價”【。盡管不同的人從不同的角度對進行不同的解釋,但通過他們的表述,可以得出的研究基礎是相同的,即首先需要識別客戶需求然后通過系統(tǒng)的展開實現(xiàn)與滿足這些客戶需求。目前,己經(jīng)形成三種被廣泛接受的模式:綜合的模式、四階段模式、/模式。綜合的模式年,日本赤尾洋二教授提出概念同時,也提出了的傳統(tǒng)模型。綜合模型以設計階段為中心提供了一個有關的多重網(wǎng)絡,通過定義了個矩陣、圖表描述具體的產品設計步驟,并由具體工作步驟組成了綜合性質量展開的框架,該框架包含有質量展開、技術展開、成本展開和可靠性展開

36、【。的四階段模式的赤尾模式被引入美國后,美國質量界對其進行了深入的研究,在此基礎上,模型被簡化為四個階段,即美國供應商協(xié)會 倡導的模式。模型的從客戶需求開始,利用四個矩陣展開成四個階段,客戶需求通過這四個階段被逐步分解為產品規(guī)劃、零部件配置、工藝規(guī)劃和生產規(guī)劃,從而將客戶需求層層展開,使設計的產品質量能最大程度的滿足客戶需求。此模型是一個瀑布式分解過程?？梢郧宄牧私馍弦徊降臎Q策對下一步的影響【。/的矩陣模式勞倫斯成長機會聯(lián)盟/質量與生產力中心的創(chuàng)立者提出了/的矩陣模式,該模式包括涉及產品開發(fā)過程信息的個矩陣,涉及產品開發(fā)過程諸方面的信息,對于系統(tǒng)中的各種活動提供了良好支持。/模式的缺點是該模

37、式使人們難以理解,其中各種活動之間缺乏邏輯的聯(lián)系,在應用上缺乏可操作性,其優(yōu)點是比較適合復雜的系統(tǒng)和產品,比模式具有更大的靈活性【】四。三種模型代表了研究的基本形式,綜合模型是起源,另兩種模型由此演化而來,三者之間既有聯(lián)系又有區(qū)別。在上述三種模型的基礎上。國內外學者進行了更為深入的研究。等針對不能用于產品、零件或服務概念的技術選擇問題,把概念選擇方法引入,首次提出了增強質量功能展開的概念,該理論在產品開發(fā)設計過程中實現(xiàn)創(chuàng)新的選擇【】【。和為了在產品設計過程中對設計知識優(yōu)化,在質量屋的基本原理基礎上,提出了顧客屋 的概念,并在此基礎上提出了動態(tài)質量功能展開,的概念,該理論展開結構是顧客屋,客戶屋

38、將客戶需求與產品和過程參數(shù)聯(lián)系在一起,同時采用與顧客的交互信息使產品設計過程具有學習的能力】勁。采用兩個功能小組分別對客戶需求和技術需求進行分析,同時建立矩陣,從而縮短一半的產品設計所用的時間,基于上述產品設計方法,提出了快速,即并行展開功能。針對傳統(tǒng)不能很好的處理產品設計中各種定性和模糊信息的問題,等基于模糊集理論首先提出了模糊質量功能展開 , 的概念“。針對質量屋中定量分析大多都采用簡單的離散標度、過于依賴專家進行絕對判斷法而造成的客觀性不足的問題,些學者將層次分析法引入質量屋對其進行改進。等提出了過程中客戶需求分析框架排序法。鄒宏新和陳容秋在傳統(tǒng)的質量屋基礎上進行拓展和演化,提出了拓展質

39、量屋的概念,使傳統(tǒng)質量屋從三維的并行工程拓展了一個維度,進行了四級展開,對產品設計、工藝設計等進行協(xié)調處理】。胡啟國和張鵬在劉鴻恩等學者的研究基礎:提出了遞階質量屋的概念,建立了質量屋功能展開的總體展開框架.,把層次分析法、模糊聚類與群決策方法很好的結合起來引入到遞階質量屋中,同時為了保證決策的可行性與有效性,該方法采用專家群策小組進行決策】。目前針對細分模型的研究主要是在這一理論框架下綜合其他工具與方法解決產品設計領域的問題,主要的研究方向有:與田口方法、的結合研究、與客戶滿意的結合、與企業(yè)績效綜合測量系統(tǒng)的研究、與并行工程結合研究、與認證有效性研究【引。.客戶要求與設計需求的映射研究現(xiàn)狀基

40、于客戶滿意的客戶需求到技術需求的映射,主要解決在產品設計階段是基于什么方法來設計出質量優(yōu)良、客戶滿意度高的產品的問題。這個問題是當前設計領域研究方向之一?；陬櫩蜐M意的產品設計很重要的一步就是將客戶的要求轉化為相應的設計要求并確定設計指標的權重【。目前的轉化方法及確定設計指標權重的方法按文獻內容整理為以下幾種:非線性規(guī)劃法基于大量的實驗數(shù)據(jù),利用非線性規(guī)劃法確定客戶要求與設計需求之間的相關關系【】。線性偏序法為了確定質量屋中的顧客要求與工程特性之間的關系和工程特性之間的自相關關系,提出獲取產品規(guī)劃過程中參與者的知識的線性偏序方法【】。動態(tài)規(guī)劃法等在確定客戶要求與設計需求關系的過程利用專家的領域

41、知識與經(jīng)驗來獲取客戶滿意度的數(shù)值,進而利用動態(tài)規(guī)劃方法確定最優(yōu)方案【。多屬性決策法基于與客戶需求存在關聯(lián)關系和自相關關系的工程特性組成一個多屬性決策的條件屬性集合,提出了多屬性決策方法,以用來確定顧客要求與設計要求轉化的關系【。網(wǎng)絡分析法王美清等建立了用戶需求與產品設計質量特征的理論模型,利用網(wǎng)絡分析方法,確定用戶需求與產品質量特征的重要度,建立了用戶需求、產品質量特征之間、用戶需求層與產品質量特征層之間融合與沖突求解關系模型,從而確定質量功能配置中的設計要求【】。由以上可知,要以客戶滿意為目標對客戶需求進行映射,必須將客戶需求轉化為相應的設計要求并確定各項設計需求的權重值,而以前的方法在確定

42、客戶要求權重的前提下,主要通過兩種方式將客戶要求轉化為設計需求,一是通過傳統(tǒng)質量屋的形式,一是采用大量實驗樣本,這兩種方法都計算量過大,操作可行性較低。.當前研究存在的問題經(jīng)過長時間的研究,現(xiàn)有的基于的理論與方法日趨完善,但面對現(xiàn)代的各種產品集成制造思想,在產品設計過程中的應用還存在一些問題,具體表現(xiàn)在一下幾個方面:客戶需求的表達存在模糊性和不確定性,客戶滿意度的確定存在較大的困難。確定客戶需求權重的方法缺乏客觀性和一致性。在傳統(tǒng)的模型中,一般用簡單加權法等確定客戶需求權重,導致結果精度低,一致性差等問題。在確定設計要求之間的相關程度時,對其相關性采用正負離散標度進行絕對判斷,因而也存在著判斷

43、一致性很差的潛在危險。優(yōu)化設計改變之前設計者對設計方案進行分析然后再調整設計方案的設計計效率和質量,降低企業(yè)的設計和生產成本,提升企業(yè)的競爭力。近些年,許多學者對產品優(yōu)化設計進行研究,取得了很多成果,但也存在一定的不足:產品優(yōu)化設計缺乏客戶參與。傳統(tǒng)的優(yōu)化設計一般是設計人員內部討論評價以求得最優(yōu)設計方案,忽視客戶需求,因此設計人員設計的方案并不一定滿足客戶需求。數(shù)學優(yōu)化模型的建立難度大,精確度低,描述能力不足。對于復雜和性態(tài)不好的優(yōu)化問題求解能力不足,很難獲得全局最優(yōu)解。因此,本文提出在獲取客戶需求并計算出需求權重的基礎上,將傳統(tǒng)的質量屋進行改進,建立遞階質量屋模型,將客戶要求轉化為設計需求,

44、同時引入方法,獲得設計要求的先驗性權重,充分反映面向客戶滿意這一源頭思想,再利用熵權法結合市場競爭評估矩陣對設計需求權重進行客觀方面修正,得到設計需求的最終權重值,最后利用正交試驗與灰色關聯(lián)相結合方法對設計指標相關的具體設計參數(shù)進行優(yōu)選。.本章小結本章對質量功能展開的起源與發(fā)展、質量功能細分模型、產品優(yōu)化設計做了詳細的闡述,并提對當前質量功能展開與產品設計方案優(yōu)選進行總結,為接下來提出面向客戶需求融合的產品優(yōu)化設計研究提供了基礎。第三章客戶需求信息獲取與處理滿足客戶需求是產品設計的最終目的,客戶需求信息是產品設計的基礎和依據(jù),因此對客戶需求信息的準確獲取與整理在產品設計中至關重要?；诳蛻粜枨?/p>

45、信息自身的復雜性、動態(tài)性、隱蔽性、模糊性等特點【,本文在綜合之前的驟,針對客戶因為自身領域知識的限制在需求表達時存在的模糊不確定等問題,對客戶需求信息進行分解,獲得具有獨立語義的客戶需求單元,在此基礎上基于模糊聚類分析對客戶需求進行分類,進而獲得客戶需求的層次結構,為進一步客戶需求權重分析提供依據(jù)。.客戶需求獲取方法與步驟.客戶需求獲取步驟客戶需求獲取步驟為:確定需要獲取的信息內容企業(yè)獲得的信息越多就越能準確地把握客戶的真正需求,但是要得到越多的信息,所花費的時間、費用就越多,因此企業(yè)在確定信息內容時,需要綜合考慮信息廣度和費用兩個方面。需要獲取的信息一般包括:客戶基本特征;客戶需要解決的問題

46、;客戶購買或使用產品的情況;客戶對產品結構或功能的要求;客戶評價和反饋。確定調查對象調查對象選擇是否合理直接影響調查的結果,如果調查對象選擇的不合理,則最終得到的客戶需求將不全面甚至是錯誤的。一般來說,對新產品進行設計研發(fā)時需要重點調查那些與新產品相似的產品使用者:對現(xiàn)有產品進行改善時應重點調查現(xiàn)有產品的客戶。選擇需求獲取的方式需求獲取的方式很多,企業(yè)必須根據(jù)產品屬性和自身特點選擇其中一種或幾種調查方式。根據(jù)所選方法的要求做好充分的調查準備工作,如選擇調查人員、設計調查表格等。進行需求獲取按照所選的調查方法對所選定的調查對象進行用戶需求收集,從而獲取客戶信息。整理客戶需求一般來說,無論采用哪種

47、調查方式調查得到的客戶信息都是雜亂的,不規(guī)范的,需要對其進行分解和分類,除去一些沒用的信息,使用統(tǒng)一、便于理解的方式描述信息,以求能全面、真實的反映客戶需求。.客戶需求獲取方法客戶需求是指產品使用者用自己的語言表達的對產品在功能、外觀、性能等方面的要求,它是企業(yè)進行產品設計的依據(jù)和源頭?？蛻粜枨竽芊駶M足是制造企業(yè)能否在愈加激烈的市場競爭中立足的重要影響因素。產品使用者對客戶需求進行表達時由于受到多種約束,使得客戶需求呈現(xiàn)動態(tài)性、復雜性、多樣性等特征。因此,客戶需求能否做到精確與完整的獲取對能否成功的進行產品設計有至關重要的影響。當前,客戶需求獲取的方式總體上可以分為以下三類【】:外部市場調研最

48、基本最直接的需求獲取方式就是外部市場調研,其主要分為詢問調查和觀察調查兩類。詢問調查是指調查者通過當面調查、問卷調查、 調查、郵寄調查等方式與被調查者進行詢問、溝通和接觸,從而獲得有效的需求信息;觀察調查則是調查者在柜臺或產品使用現(xiàn)場對被調查者的情況進行觀察和交流,記錄所需要獲取的需求信息。企業(yè)內部數(shù)據(jù)挖掘對企業(yè)內部的數(shù)據(jù)庫進行挖掘分析,通過挖掘數(shù)據(jù)庫中客戶的基本資料、客戶的訂單記錄、以及客戶的投訴、意見反饋等信息,有效地分析這些數(shù)據(jù)從而得客戶的需求。網(wǎng)絡獲取主要有網(wǎng)絡問卷調查、網(wǎng)頁信息抓取、信息分析等,還可以通過挖掘技術分析國內外經(jīng)濟和政治形勢,以及新技術、新材料、新工藝帶來的影響,挖掘競爭

49、對手的產品信息,發(fā)掘客戶未來需求的走向及其它信息。企業(yè)門戶網(wǎng)站是一個有效的網(wǎng)絡獲取有效手段,它將企業(yè)的內外部信息整合統(tǒng)一發(fā)布到網(wǎng)站上,客戶可以通過門戶網(wǎng)站查看產品信息及進行問卷調查,企業(yè)從與客戶的交流及問卷中獲取有用的信息,從中挖掘出客戶需求。本文的研究采取最基本的市場調查方法來獲取客戶需求,展開市場調查之前首先做好相應的準備工作。目前對客戶需求展開的市場調查,既有從客戶視角設計的調查問卷也有基于設計者的專業(yè)知識與設計要求的調查問卷?；诳蛻粢暯堑男枨笳{查更能全面了解客戶需求,但同時容易存在問卷輸出的信息對設計要求過于泛化,與設計要求關聯(lián)度低等問題。采用設計者視角的調查問卷雖然目的明確,但難以

50、客觀全面的獲取客戶需求。因此,本文采用客戶與設計者雙向視角的方法對客戶需求展開調查,該方法首先通過與設計者溝通以確定設計者的在產品設計中的關注點,再通過面談、 的方式對客戶進行訪談,了解客戶容易回答的問題形式,然后設計出調查問卷。該方法設計的調查問卷可以有效地避免問卷的輸出信息對設計者在產品設計時沒有指導意義,同時保證了客戶需求信息能全面獲取。.基于語義的客戶需求分解客戶需求信息收集的過程是面向普通的消費者,他們不熟悉設計領域的知識,往往無法對自己需要的產品性能做出明確、清晰、完整的描述,為了使產品設計人員更好的獲取客戶需求就需要首先對客戶需求進行分解,客戶需求分解過程見圖.?？蛻粜枨蠓纸馓幚淼淖罱K目的是要獲取一組不改變客戶初始所要表達意思的明確、具體、比較完整并且盡可使其不可再分割的客戶需求單元。這里的不可再分割并不是指簡單的不能繼續(xù)分解的問題,一般來說,需求分解粒度越小,越能準確的獲取客戶需求,但是如果需求粒度過小,則可能使其偏離客戶原本表達的含義。另外,在客戶需求分解過程中,專業(yè)人員通過自己對客戶的描述語言準去理解,結合自己領域知識,用完整的、具體的客戶需求單元對客戶需求進行表達,但由于不同的設計人員對于相同的客戶需求描述可能產生不同的理解,在這種情況下得出的客戶需求結果可能不一致。因此,為