用六西格瑪服務設計理論思考自動化工程設計

牛晉生

摘 要：隨著自動化控制理論的成熟與發展，自動化工程設計得到越來越強有力的技術支撐。但是面對日益激烈的競爭環境和多變的用戶需求，常規的自動化工程設計流程在處理創新性工程項目時，在向產品化設計開發轉型時，可能需要引入新的設計思想。六西格瑪服務設計是一種容易掌握的并且也是一種極其有效的數據驅動方法，能防止任何形式服務過程中的缺陷，特別強調以積極主動的姿態做到一次就把事情做好。六西格瑪服務設計（完全質量業務）不僅能生產出高質量的產品和提供高質量的服務，而且與其競爭對手相比，能在整個生命周期中以低成本和高效率運作。本研究從六西格瑪服務設計角度，思考自動化工程設計流程，嘗試將六西格瑪服務設計理論引入到自動化工程設計實踐中。

關鍵詞：自動化工程設計 六西格瑪服務設計 生命周期 方法

中圖分類號：F2 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）07（a）-0006-02

面對日益激烈的競爭環境和多變的、定制化的用戶需求，創新設計、產品化設計在自動化工程設計中的作用越來越重要，質量控制的難度越來越大。制造中的質量是一種符合的產品，按時交付，并有支持的文檔；服務中的質量是以符合期望、可用性、過程的經歷和人與所獲得服務的交互來度量的，自動化工程設計也是一種服務。

自動化工程設計引用國際通用的設計體制，設計過程分為基礎工程設計（基本設計）和詳細工程設計（詳細設計）兩個階段。

六西格瑪服務設計[1]理論是質量控制學科演化發展的新成果，是設計服務功能全部方面的一種結構化、數據驅動方法，旨在消除設計過程引起的缺陷和改進客戶的滿意度、銷售額和年收入。不同于六西格瑪管理[2]的MAIC過程，六西格瑪服務設計由分布在7個開發階段上的4個階段（ICOV） 組成，4個階段分別是：辨識（Identify）、表達（Convey）、優化（Optimize）和驗證（Verify）。本研究引用六西格瑪服務設計（以下簡稱服務設計）理論中的設計映射和設計脆弱性，對照分析自動化工程設計的生命周期關鍵節點和質量控制難點，指出存在的某些問題和隱患，探索將六西格瑪服務設計理論引進到自動化工程設計中。

1 設計映射

服務設計應用傳遞函數[CTSs=f（x）]來保證客戶的期望得到滿足，并嵌入到設計中，傳遞函數常用來設計和監視一個過程，檢測它是否失控、或是否征兆發生在過程之中。設計映射是服務設計實現路線圖中的關鍵步驟，需要確認三種形式的映射，分別是客戶映射、功能映射和過程映射，要求以圖形或數學地表達，畫出各功能單元的輸入-輸出或因果關系。

1.1 客戶映射

客戶映射實現從客戶屬性到功能要求的映射，把客戶的需求（VOC：Voice of Customs）和影響客戶滿意度的決定性影響因素（CTQ：Critical to Quality）表達成客戶的功能要求（FRs：Function Requirements），相當于自動化工程設計中的技術附件編制（需求分析），見圖1。

根據服務設計理論，客戶映射階段必須正確地表達客戶的需求，同時必須考慮市場、成本、法律等綜合因素，要求必須系統性地編制技術附件，必須與客戶代表充分溝通需求分析結果。由于需求分析需要時間和實踐經驗，為了贏得技術附件商談的主動和確認正確地功能要求，前期的準備工作越早越好，甚至要求配置專業的團隊隨時跟蹤市場的動態，及時響應客戶需求的變化。

客戶映射不僅影響到客戶對潛在賣家的技術評價和綜合能力評價，同時影響到潛在賣家的成本測算和項目風險評價。

1.2 功能映射

功能映射實現從功能要求（FRs）到設計參數（DPs：Design Parameters）的映射，把客戶的功能要求表達成組織內部的設計參數，相當于自動化工程設計中的基本設計，見圖2。

功能映射不僅影響到設計的正確性，同時影響到設計的完整性。要求在自動化工程設計流程中嚴格控制功能要求的傳遞，由于一部分功能要求來自外部主體（如圖1中的工藝、設備和公輔），一部分功能要求來自內部各專業，在建立矩陣關系之前必須先處理客戶映射的嵌套（例如：自動化按照設計參數向電氣提客戶需求，電氣確定功能要求后再推導設計參數），要求設計流程中具備交互環節。

相對于詳細設計輸出成果，基本設計輸出成果是組織內的中間過程輸出成果，設計團隊應該比客戶更加重視功能映射工作（基本設計）。遺憾的是在實踐中，受設計成本和設計進度影響，往往忽視從功能需求到設計參數的表達，甚至直接進入下一步的過程映射（詳細設計）。

1.3 過程映射

過程映射實現從設計參數（DPs）到過程變量（PVs：Process Variables）的映射，把設計參數進一步細化成過程變量，相當于自動化工程設計中的詳細設計，見圖3。

根據服務設計理論，過程映射可以在組織內部完成，也可以由分包商（或供貨商）完成，同時客戶映射和功能映射必須在組織內部完成。

過程映射主要影響到設計的實現成本，要求在自動化工程設計流程中優先處理功能映射的嵌套，尤其是分包商功能映射的嵌套（例如：分包商按照過程參數向設計團隊反饋設計參數，設計團隊需重新修正過程變量）。

實踐中，分包商可能參與基本設計，導致過程映射中出現客戶映射和功能映射的多重嵌套，往往對設計的完整性產生不良影響，甚至給后續的實施（驗證）階段埋下隱患。

根據服務設計理論，在過程映射階段就需要檢測（測試）代表參加；對自動化工程設計來說，在詳細設計階段，就需要硬件設備制造相關人員和軟件編程、測試相關人員參加評審，一方面采取積極主動的預防性檢查，另一方面確保設計成果（過程變量）準確地傳遞到下一個工程環節。

2 設計脆弱性

服務設計理論中采用價值工程VE或價值分析VA工具來降低制造或服務工業的成本，價值工程關系到一個產品或服務對其成本而言的價值，采用設計脆弱性概念來評價質量（質量定義為不相反影響服務效能的設計脆弱性程度）和改進質量控制。

設計脆弱性分兩類，第一類是由于違反設計原理而造成的概念脆弱性（例如：為需要交流電源的設備設計直流電源）；第二類是超出設計者稱為“噪聲因素”控制外的因素結果產生的運作脆弱性（例如：用于驅動機械設備運轉的電機選型與電氣設計中的不一致）。

在服務設計理論產生前，用傳統方法解決脆弱性問題。由于傳統方法利用相對落后于設計活動的信息，是事后事實的實踐，驅動設計活動走向無休止的設計→調試→設計變更→再調試的循環，產生廣為出名的“救火”運作模式。遵循傳統實踐的公司往往承受高設計成本、完工時間較長、質量水平較低和勉強競爭邊緣之苦。

服務設計理論采用公理化設計方法[3]為量化設計脆弱性提供工具和公式來解決設計的各種脆弱性，然后消除或降低它們。公理化設計方法未必完全適合自動化工程設計，但是傳統方法解決脆弱性問題的教訓值得反思，必須通過流程設計和工作方法約束來發現脆弱性問題或降低脆弱性導致的高成本風險。

3 結語

分析六西格瑪服務設計的成功案例，對自動化工程設計組織而言，服務設計理論指導實踐的前期是將服務設計做為自上而下的管理方法引進到組織管理流程中。不同于防微杜漸，更不同于“救火”模式，采用服務設計理論可以通過流程設計和工作方法提前發現錯誤，采取積極的預防處理措施，實現高質量和低成本。

對自動化工程設計團隊而言，需要注意的是：

（1）如果在功能映射階段引入分包商，分包商必須作為設計團隊的一份子開展設計工作，即采用同樣的設計流程、工作方法，最好在同一平臺上工作。否則，功能映射階段的問題將在過程映射階段放大，并且給后續階段的工作留下隱患，例如：分包商設計資料提交延誤設計進度，設計資料錯誤或變更導致設計錯誤或變更，功能理解差異導致返工，甚至重新訂貨。

（2）組織的存在是為了解決分工和協作的問題，嚴格執行作業流程與人力資源效率存在表面上的矛盾，對照服務設計中的“門關”概念，設計團隊內部和外部的資料交付、過程討論和階段評審等工作不能妥協，必須步步為營地開展設計工作。項目越重要，溝通制度的形式化也越重要。

參考文獻

[1] 奧薩·艾爾海克，等.六西格瑪服務設計走向卓越之路線圖[M].胡保生，譯.西安：西安交通大學出版社，2008.

[2] 彼得 S，潘迪，等.六西格瑪管理法[M].馬欽海，等譯.北京：機械工業出版社，2011.

[3] Nam P Sub. The Principles of Design[M].Oxford University Press，1990.