基于粗糙QFD方法的復雜產品系統波形推進模型

劉航

（鄭州航空工業管理學院管理科學與工程學院，鄭州450007）

基于粗糙QFD方法的復雜產品系統波形推進模型

劉航

（鄭州航空工業管理學院管理科學與工程學院，鄭州450007）

文章探討了將需求導入復雜產品系統的特殊意義和促進作用，從用戶需求的角度出發提出了CoPS的波形創新模型，并著重對模型中用戶需求篩選這一核心步驟進行研究。根據CoPS產品的特殊性，提出了結合粗糙集理論的改進質量功能展開方法對用戶需求進行重要性排序。案例分析表明該粗糙QFD方法具有較好的可操作性和可行性。

復雜產品系統；需求；波形模型；粗糙集；QFD

0 引言

復雜產品系統（CoPS）由大型技術系統演化而來，包括航空航天、大型電信通訊、船只、高速列車、信息系統等。復雜產品系統的概念是由英國的學者Miller和Hobday在20世紀90年代中期提出的，特指一些研究開發成本大、技術含量高、小批量定制化、集成度高的大型產品、系統或基礎設施[1，2]。與一般產品不同的是，用戶高度參與整個復雜產品系統開發過程。客戶需求融入到產品開發中是CoPS開發成功的必要因素之一。所謂需求融入,就是把客戶需求轉化為具體的產品特征及屬性。CoPS集成開發商通過對用戶需求的挖掘和轉化,并根據自身的技術能力和創新能力對轉化后的產品屬性進行識別和細分，通過產品屬性的不同組合或不同表現形式實現系統創新。對用戶的需求的深入研究對復雜產品系統成功開發有著至關重要的意義，本文擬在此領域進行探討。

1 復雜產品系統的研究現狀及理論回顧

復雜產品系統同規模化生產的產品有明顯的不同。因此，大規模生產的相對成熟的理論體系無法移植到復雜產品系統創新過程。目前，CoPS創新還沒有一套公認的模式。Andrew Davies[3]以蜂窩移動通信系統為例分析了CoPS生命周期各階段的特征及關鍵問題，研究了政府在CoPS創新中的作用；Huaglory和Tianfield[4]建立了一種新型的生命周期模型，命名為環生命周期模型，模型中將并行工程、生命周期工程、虛擬樣機、跨企業信息集成軟件工程等各種現有的模式有機地結合起來；而陳勁[5，6]認為CoPS并沒有明顯的生命周期發展模式及該模式存在的條件；齊二石等[7]認為虛擬組織模式是開發CoPS的有效模式，建立了基于虛擬組織的CoPS全生命周期管理體系；Massimo和Andrea[8]以航空武器裝備系統為例，說明采用虛擬組織形式管理CoPS創新是不合適的。Hardstone G.A.P[9]比較了原有企業和出現CoPS企業功能、結構和戰略的差異，認為基于項目的組織是進行CoPS生產和創新的理想組織形式；Mike Hobday[10]將基于項目的組織形式（PBO）與傳統功能矩陣組織進行了比較研究，指出CoPS中多種組織形式存在的必要性以及選擇適合組織形式的主要因素。所有這些學者的研究成果主要集中在復雜產品系統的過程以及組織形式，還沒有研究者從需求的角度進行分析。此外，目前對復雜產品系統的研究多停留在定性的層面上，很少有研究者從定量的方面進行具體操作方法的研究。因此，本文從用戶需求的層面，運用質量功能展開的方法對復雜產品系統進行研究，提出了基于用戶需求開發的復雜產品系統創新模型。

2 基于用戶需求的復雜產品系統波形創新機理分析

復雜產品系統具體的設計指標和方案是在開發過程中由用戶需求轉化而來并最終確定的。用戶需求能引導CoPS創新的方向,CoPS創新又能進一部能提升用戶需求的層次,創新與需求形成動態的良性循環。從轉化機理來看,該過程主要包括產品開發、用戶需求、創新程度三個維度，整個創新鏈呈現波形前進態勢（如圖1所示）。當目前的CoPS創新暫時滿足用戶需求后,隨著用戶對系統功能認知程度的增強和內、外部環境的變化,又會產生新的隱性需求。這就促使CoPS的集成開發商進行第二輪的開發，整個創新鏈呈現波形交織前進。

整個轉化及創新過程可分為以下四個步驟：需求的識別和預測；需求的開發甄選；需求向產品功能指標的轉化；以及最后的CoPS新產品的設計、試制和生產。其中，從識別出的需求集合中挑選出恰當的需求資源進行開發是復雜產品系統創新成功的核心步驟。

與其他的是物質資源不同，用戶需求資源是抽象、動態和復雜的。資源的限制使得對所有用戶需求進行轉化不具現實意義。復雜產品系統的集成開發商在進行需求甄選時應采用動態的優化方法。需求甄選的風險通常表現在兩個方面：需求選擇錯誤以及超預期開發。需求的錯誤選擇會導致產品創新方向的偏離，由此開發出的新產品不能獲得顧客滿意。此外，在識別出的所有需求中，有些深度需求所對應的產品屬性可能要在相當常的一段時間之后才能顯現出其實際的應用價值。因此，若對需求進行過度或不當開發，不僅會增加創新難度和成本，延長開發周期，同時會因過度提供短期內沒有實用價值的附加功能而被用戶詬病。因此，需要找出一種方法能夠要將多種需求綜合考慮，對用戶需求重要度進行分析，從中篩選出能最大程度上達到用戶滿意的需求集合并將其轉化為新產品指標。質量功能展開(QFD)方法的作用和目標恰恰在與適當地滿足用戶要求。

3 基于粗糙集的QFD中用戶需求重要度的確定

質量功能展開(QFD)是面向顧客的產品設計與開發的一種計劃過程，是由日本著名質量管理專家Shigeru Mizuno和Yoji Akao在20世紀60年代末提出的。顧客需求最終重要度的確定是QFD的重要應用領域。在傳統的QFD方法中，需求重要度的確定需要用戶需要提供盡可能詳細、全面和準確的信息，這對復雜產品系統而言是不太可行的。本文根據CoPS產品用戶需求的模糊性、不分明性和不確定性的特點,在質量功能展開中引入了粗糙集理論，提出了適用于模糊用戶需求的粗糙QFD方法，通過適當的模型確定需求中真正的關鍵項目,為CoPS的創新提供重要的研究和設計基礎。

3.1 粗糙集相關理論

粗糙集(rough set)理論是一種有效處理不精確和不完全信息的數學工具,由波蘭學者Pawla于1982年提出(11,12)。其主要思想是通過數據約簡,導出問題的決策和分類規則。運用粗糙集理論，可以直接在不完全信息系統上進行決策。同時，粗糙集理論中對象的隸屬度值是從所需處理的數據中直接計算得到，可以在很大程度上避免主觀因素的影響。

理論1：假設A=(M,N,V,f)為一個表達系統。稱M為論域，M={m1,m2,…，mn},表示對象的非空有限集;N表示屬性的非空有限集合。假設條件屬性集表示為T，決策屬性集表示為J，則是屬性ni的值域；f是一個信息函數，它為每個對象的每個屬性賦予一個信息值，即n∈N，m∈M，f（m,n）∈Vn

理論2：假設有一個等價關系，表示為R，r∈R。若ind(R)=ind(R-｛r｝),則稱r在R中可被約去。

理論3：假設M中存在一個等價關系：P和Q。M中所有分類M/P的信息可以準確地劃分到關系Q的等價類中的對象集合稱為Q的P正區域，記為Pos P(Q)。

理論4：設一個決策表，表示為B，B=(M,N,T,J)。其中T表示條件屬性，J表示決策屬性。若J在B中以程度α（0≤α≤1）依賴于T，則

其中，Pos T(J)表示J的T正區域。同時，稱β(n)為屬性n的重要性

上述內容是下文提出方法的理論基礎。

3.2 基于粗糙集的QFD方法的用戶需求重要度的確定

復雜產品系統創新中的用戶需求最終重要度的確定應按以下步驟進行：

步驟1：根據用戶及市場調查結果,確定n項用戶需求CD1,CD2,…,CDi,…,CDn。將上述結果再次進行用戶及市場調查,得到關于用戶滿意度水平的初始數據，記做SL。定義條件屬性集合TN,TN=﹛CD1,CD2,…,CDn﹜；定義決策屬性集合JS,JS=﹛SL1,SL2,…,SLn﹜。各屬性的值域由實際情況確定。由此，可得到一個決策系統,記作JT=(M,TN∪{JS})。

步驟2：將步驟1所獲得的初始數據進行粗糙轉換得到決策表。以決策表的總的分類為基準,相對于此基準,考察刪除各個屬性后的變化情況。如果刪除一個屬性后決策不發生改變,則該屬性的重要度較小，稱為可約去的屬性，不需進入下一步驟。反之則重要度大，需進行重要度排序。

步驟3：決策表中每一個條件屬性的重要度可相應的用于度量QFD中用戶需求基本重要度。根據條件屬性CDi的重要度βi=β(CDi,SL),確定相應的顧客需求CDi的基本重要度向量g=(g1,g2,…,gn)。

步驟4：需求重要度修正因子的確定。步驟3所得出的重要度是由用戶直接需求評定得出的，沒有考慮其他因素對用戶需求的影響。因此，需要進行修正。根據CoPS產品的特點，定義市場競爭排他性優勢為基本重要度的修正因子，由γi表示。在計算γi時需要引入幾個概念。

（1）用戶需求序位的計劃改進序位增量ΔOi

計劃改進序位增量ΔOi由用戶需求CDi的競爭力的現狀Oi（根據QFD中的競爭性評估矩陣確定）以及競爭力的計劃目標（根據集成開發商的資源狀況和意愿確定需求）計算得來。例如,某項用戶需求的競爭力現狀排位第6位,而其競爭力在企業中的計劃目標為第2位,則該項用戶需求序位的計劃改進增量為4。通常情況下，一項用戶需求的計劃改進序位增量愈小，開發商將其實現的可能性愈大，反之亦然。用戶需求序位的計劃改進序位增量ΔOi為期望增量，不考慮其實現可能性；考慮實現可能性的用戶需求序位增量用用表示。

(2)單位改進增量的可能性因子Ki。某項用戶需求CDi的競爭序位的單位改進增量的實現可能性一般可表現為一個常數，記作Ki。,則

(3)顧客需求CDi的市場競爭排他性優勢SPi

排他性優勢能夠反映該需求對用戶的重要度同時也能反映出其他競爭對手的表現,記為SPi。例如，一個排他性優勢強的需求說明該需求對用戶很重要且其他競爭對手在該領域的表現也不能讓用戶滿意。通常把排他性優勢分為3個等級,分別對應數值1.5,1.2和1.0。通過上述概念可知,某項顧客需求Ci的基本重要度的修正因子γi為

用戶需求重要度的修正向量表示為γ=(γ1,γ2,…,γn)。

綜上所述，最終重要度=基本重要度×修正因子。將最終重要度表示為Zi,歸一化后可得：

4 實例研究

根據用戶及市場調查結果,確定某復雜產品系統開發中共有4項顧客需求CD1，CD2,CD3和CD4以及上需求影響下的滿意度水平SL。通過用戶調查獲得樣本集,刪除重復和冗余數據,得到由用戶需求和滿意度水平分成低、中、高三個等級，分別對應數值1、2、3，構成的決策表(表1)。表1中條件屬性t1，t2,t3,t4分別代表用戶需求CD1,CD2,CD3,CD4;決策屬性j代表用戶滿意度SL。

表1 決策表

根據決策表進行用戶需求的篩選，判斷是否有用戶需求是可約去的。可約簡的需求不需進入下一步驟的重要度考量。根據公式（1）和理論2可知,屬性t1,t2,t3,t4相對于決策屬性j都是不可約去的,因此需要對這四個需求進行重要度排序。

利用表1數據，根據公式(2)可計算得出,相對于用戶滿意度的決策屬性J、用戶需求CD1的條件屬性t1的依賴度:

α(T,J)=SUM(PosT(J))/SUMJ(M)=(ΣVJm-(VJ32+VJ37))/ΣVJm=0.946,（VJm指決策屬性j的值域）

同理可得，α(T-｛t1｝,J)=0.595

根據公式(3)可計算重要度為：β(t1)=α(T,J)-α(T-｛t1｝,J)=0.351

重復以上步驟，其他屬性的依賴度和重要度均可計算得出，結果顯示在表2。

根據公式(4)，用戶需求的基本重要度向量g=(0.176,0.122,0.351,0.351)

通過調查及專家評估，得到用戶4項需求的競爭力的現狀、競爭力的計劃目標、單位改進增量的可能性因子和市場競爭排他性優勢的相關數據，其結果如表3所示。

表3 其它相關數據

表3數據運用公式(5)計算可得，用戶4項需求的基本重要度的修正因子向量γ=(γ1,γ2,γ3,γ4)=(0.203，0.269，0.380，0.148)。最后，根據公式(6)計算得到該復雜產品系統用戶需求的最終重要度向量Z=(z1,z2,z3,z4)=(0.138，0.114，0.448，0.300)。Z3的值最大，說明CD3的最終重要度最高。

由以上結果可知，在進行復雜產品系統創新開發時，應首相考慮需求CD3，并將該需求轉化為相應的技術指標和設計標準。

5 結論

在基于對復雜產品系統深入研究的背景下,構建了基于需求轉化開發的復雜產品系統創新波形模型。因為CoPS生產的非重復性,慣例性的學習通常是無法形成的,知識的利用率很低。本文提出的創新模型可以形成相同的實施環節，相關經驗都可作為知識進行沉淀,形成一個不斷循環、不斷積累的過程，從而提高CoPS的創新開發能力。在此基礎上，著重研究了基于粗糙QFD方法的需求甄選方法。粗糙QFD方法的提出解決了以往用戶需求篩選過程主要依靠主觀判斷的風險，使排序過程得以量化，是一種簡明、有效、易于實現的決策方法。粗糙QFD方法的運用同時提高了波形模型的實用性。

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[7]霍艷芳，齊二石等，基于虛擬組織的復雜產品系統集成開發模式研究，制造技術與機床，2004,（9）.

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[12]張文修,吳偉志,梁吉業.粗糙集理論與方法[M].北京:科學出版社,2001.

F224.12

A

1002－6487（2011）07－0174-03

河南省科技廳2010年軟科學基金資助（102400450190）

劉航(1980-),女，山東菏澤人，碩士，講師，研究方向：系統工程，項目管理。

（責任編輯/浩天）