QFD、TRIZ、田口方法与汽车产品设计开发
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20世纪80年代以后，许多跨国公司逐步认识到产品设计质量创新在产品全生命周期中的重要地位，把许多新技术，新理论和新方法，如：质量功能展开(quality function deployment)，解决创造问题的理论(theory of inventive problem Solving)和田口方法(Taguchi method)，相继应用于产品的研发／设计阶段，合理有效地利用它们实现产品设计质量的管理，从而使企业不断开发和生产出满足顾客呼声，价格低、质量好和有创新的产品。美国供应商协会(ASI)已经把这三种方法的结合称之为
六西格玛设计(Design for Six Sigma，DFSS)，并介绍给世界500强企业，使他们在应用中开阔了视野，并把三种方法用于产品设计创新中，取得了丰硕的成果，亦成为他们赢得竞争优势的核心技术之一。
美国供应商协会(ASI)行政副主席苏比·乔杜里先生曾提出，企业仅通过采用DMAIC来实现六西格玛，所能取得的成果是有限的。如果一个组织希望自己的效率能更上一层楼，它就必须在产品设计开发阶段采取六西格玛设计方法。
在六西格玛设计中，如何将顾客呼声转化为可客观衡量的工程指标是一个稳健(Robustness)设计所必须具备的重要特征。在目前的设计理论中，质量功能展开可以解决做什么(to do what)的问题，发明问题解决理论(TRIZ)可以解决怎么做(How to do)的问题，田口方法可以解决怎么做到最优(Optimal result)的问题。如果将三者有机结合，将成为六西格玛设计强有力的支持工具。
一、背景介绍
(一)六西格玛设计(DFSS)
六西格玛设计就是按照合理的流程，运用科学的方法准确地理解和把握顾客呼声，对新产品／新技术／新流程进行稳健设计，使产品／技术／流程在低成本的情况下，对造成变化的因素(制造环境或用户环境)的敏感度最小化，从而实现六西格玛质量水平。六西格玛设计在提高产品质量和可靠性的同时，会降低成本及缩短开发周期，具有很高的实用价值。
(二)质量功能展开(QFD)
质量功能展开作为一种产品设计方法于20世纪70年代诞生之后。丰田汽车公司成功地运用该方法于汽车产品的设计中，取得了巨大成功，并迅速占领国际市场。美国为争回被日本占领的市场，于1984年开始使用QFD方法进行质量分析，不仅缩短了产品设计周期，提高了用户满意程度，降低了成本，还为克服美国企业严重的部门本位化、复杂化的痼疾做出了贡献。
关于QFD的定义有三种不同的模式，有综合QFD模式、ASI的四阶段模式，GOAL／QPC矩阵模式。其中，以ASI的四阶段模式应用最为广泛。ASI的创始人Sulliven认为：“QFD作为一个总体概念，它提供了一种方法，通过这种方法，可以在产品开发和生产的每个阶段把顾客呼声转变为适当的工程指标。”
QFD是通过质量屋(Hou se of Quality，HOQ)来有效规划产品设计的，采用阶段模式分解，建立客户呼声和工程指标之间的关系，支持设计及制造的全过程。HOQ仅仅反映了顾客呼声与工程指标之间的关系，为了进一步把顾客呼声展开到产品或生产开发的全过程中，QFD还应包括其他矩阵，如设计规划、制造过程规划、生产规划矩阵等(图1)，即John R．Hauser和Don Clausing提出的QFD四阶段过程。该过程把产品开发过程中的顾客呼声、产品及零件设计、工艺设计及制造联系在一起，反映了产品从开发、设计到制造的全过程。
QFD包含两个要素：质量展开(quality deployment)和功能展开(function deployment)。质量展开即把顾客呼声融入到设计过程中去，保证产品的设计、生产与顾客呼声相一致。功能展开是通过成立跨功能小组——QFD小组，把不同职能部门结合到从产品设计到制造的各个阶段中，促进小组成员的沟通。
(三)发明问题解决理论(TRIZ)
TRIZ是前苏联Genrich Altshuller为代表的一批研究人员，经过50年时间总结归纳出的解决创造问题的理论，它几乎可以被用在产品各个生命周期的各个阶段。它与开发高质量产品、获得高效益、扩大市场、创新产品、分析产品失效、保护自主知识产权以及研发下一代产品等都有十分密切的联系。
TRIZ主要包括：矛盾矩阵(Contradiction Matrix)；分离原理，创新等级，技术系统演化阶段，物、场分析与76个标准解，理想法则与理想化的最后结果(Ideal Final Result)，系统中的资源分析，科学与技术的效应(Effects)，发明问题解决算法(ARIZ)。
在汽车产品设计开发过程中，矛盾矩阵，分离原理和物一场分析是经常用到的方法，它们为工程师提供了另一种分析，解决问题的思路。
(四)田口方法
田口方法(Taguchi method)主要包括线内质量控制和线外质量控制。线内(online)质量控制主要研究生产现场中有关质量控制的技术，包括工序的诊断与调节、预防维修方式的设计以及产品的检验与处理等内容。线外(offline)质量控制主要研究在产品开发设计和生产工艺设计阶段使产品质量好、成本低、功能稳定可靠的质量控制方法。田口博士把产品设计分为系统设计、参数设计和容差设计三个阶段，也称为三次设计。
三次设计的核心是参数设计，参数设计的目的是通过选择设计参数、确定实验方案，以信噪比(S／N ratio)为分析指标，实现减小目标值的变异，即减小噪音因子对目标值的影响，增强产品的稳健性，保证研发产品具有先行性、通用性和再现性。
二、六西格玛设计——QFD、TRIZ和田口方法的结合
在产品研发过程中，没有QFD就会失去设计的方向和目标，即脱离了顾客和市场。但是，从QFD中找不到瓶颈工程和最优化方案。瓶颈工程可以透过TRIZ所产生的各种解决矛盾，冲突的设计方案加以克服，而且更重要的是能够实现产品设计创新。虽然TRIZ能提供创新性设计方案，但是在具体的产品设计参数选择等方面存在着不足，田口方法恰好能弥补TRIZ的不足。通过田口方法的应用，可以得到稳健的产品设计参数的最优组合。同时，通过TRIZ的应用，还可以弥补田口方法不能消除矛盾／冲突的缺陷。因此，QFD，TRIZ和田口方法的结合，对达到六西格玛设计要求具有重要的意义和指导作用。
下面以汽车安全气囊优化为例，阐述QFD、TRIZ和田口方法的综合应用。
(一)QFD和TRIZ结合
在六西格玛设计过程中，需要将客户呼声转换为工程师可以理解和操作的工程指标。工程指标之间是相互关联的，某一工程指标的变化可能影响到其它工程指标的变化。这种变化有三种，分为正相关(工程指标对，向相同方向变化)、不相关和负相关(工程指标对，向相反方向变化)。而对于负相关而言，是指当试图提高系统的某个工程指标时，会引起系统另一个工程指标的恶化，它恰巧对应TRIZ理论中技术矛盾的定义。不难看出，工程指标之间的负相关，其本质就是存在产品内的技术矛盾，可直接用TRIZ技术矛盾解决原理来解决。
QFD可以用于确定设计冲突。在本例中，汽车发生碰撞，碰撞传感器接收信号，气体发生器开始充气。充气速度越快，气囊越早保护乘客不至于撞到方向盘、挡风玻璃和前座椅上。但是，如果气囊充气太快，又会使气囊过于坚硬，类似刚体，因而伤及乘客。这里，气囊充气速度和气囊坚硬度之间就是负相关，转换为TRIZ的技术矛盾对就是运动物体的时间和有害方的影响(图2)。由TRIZ的矛盾矩阵可以得到解决问题的思路：
(21)减少有害作用时间；
(39)惰性环境；
(16)未达到或超过的作用；
(22)变害为利。
工程师根据创新原理和所要解决问题的特定条件，进一步具体细化，最后提出解决问题的具体方法：利用减少有害作用时间，调整气囊膨胀速度和气囊坚硬度，当气囊完全膨胀后，才会出现乘客与之碰撞的可能，于是在气囊侧面开孔眼，这样就达到在乘客和气囊相互作用过程中自行调整气囊坚硬度的目的，减轻对乘客的伤害。
TRIZ主要是解决设计中如何做的问题(How)，对设计中做什么的问题未能给出合适的工具。大量的工程实例表明，TRIZ的出发点是借助于经验发现设计中的矛盾，矛盾发现的过程也是通过对问题的定性描述来完成的。QFD恰恰能解决做什么的问题。所以，将两者有机地结合，发挥各自的优势，将更有助于产品创新。
(二)QFD与田口方法的结合
田口方法中，与设计紧密相关的是线外质量控制，而三次设计又是主体。三次设计思想几乎涵盖了产品的整个设计阶段，与质量功能展开在设计过程中的功能有许多相似和交互的地方。不断变化的顾客呼声使得那些当初根据顾客期望设计的产品在投入市场不久可能就被顾客所淘汰。因此，如何保证产品的设计不受顾客呼声变化的影响成为工程师必须面对的问题。田口的动态特性参数设计能够帮助解决这个难题。田口方法的目标就是设计出对噪音因子不敏感的产品，如果将变化的顾客呼声作为噪音因子，则设计出的工程指标目标值就可以做到对这种噪音不敏感，从而保证了设计工作的有效性。一方面，田口的参数设计可以应用于质量屋的相关分析，另一方面，田口方法的着眼点在工程设计，对顾客的要求考虑很少，而QFD是这一缺点的有力弥补措施。
在气囊案例中，我们已经确定解决问题的方法了，具体怎么做呢?气体发生器充气压力是多少，泄气孔的个数和位置，气袋的材料，气袋折叠方式等参数如何设计，这些都可以用田口方法找到它们的最优组合(图3)。列出工程师可更改的设计参数及变化水平，气袋系统可能遇到的噪音因子及变化水平。对设计参数采用正交列表安排试验，对噪音因子采用组合策略。然后计算设计参数不同水平的各种组合在噪音因子影响下的信噪比和输出平均值，绘出信噪比和平均值的点图，找出设计参数的最优化组合。
在实际产品开发过程中，可以把QFD中的工程指标之间的相互关系与TRIZ的矛盾矩阵联系起来，解决工程指标之间的矛盾，得到满足顾客呼声的创新设计。然后，利用田口方法对创新设计方案中的各个参数进行优化，获得参数最优组合，从而使开发出的产品满足顾客要求、体现创新且物美价廉。将QFD、TRIZ和田口方法融为一体(图4)，用于产品设计质量控制，充分体现了质量控制中的源流管理思想、创新思想和以顾客为中心的思想，达到六西格玛设计的目的。
三、结论
在21世纪，无论是汽车行业，还是其他行业，企业要满足顾客呼声、开发创新产品，拥有足够的市场份额、获取更多的利润，保持竞争优势，就必须学习和掌握先进的技术、理论和方法并应用于产品全生命周期的各个阶段，尤其是产品的研发设计阶段，因为至少80％的产品质量是在这个阶段决定的。
QFD、TRIZ和田口方法组成了六西格玛设计的重要部分，是一个强大的产品设计质量控制工具，因此，企业、研发人员、工程师和管理人员等需要学习、了解和掌握这一工具，并应用于实际工作中。
六西格玛设计的实施还应与企业文化相适应，应该在遵循基本方法的基础上，对应用过程做适当的改变，以适应本国、本企业文化。六西格玛设计的实施不仅仅局限于某几个项目，而应努力做到把它的思想和效果由一个成功的项目扩散到整个组织中去，成为企业工作方式的一部分。