基于區(qū)間數(shù)預(yù)測(cè)的產(chǎn)品功能退化性評(píng)估

趙志華， 李玉鵬， 褚學(xué)寧

(1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院，江蘇 徐州 221116；2.上海交通大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，上海 200240)

隨著設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)械產(chǎn)品的功能和結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜.顧客需求的多樣化、個(gè)性化以及需求變更的迅速化給產(chǎn)品設(shè)計(jì)帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)，同時(shí)也迫使企業(yè)加快產(chǎn)品演化的步伐，變更驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品演化[1-2].產(chǎn)品再設(shè)計(jì)作為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品演化的重要手段，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中的地位越來(lái)越高，通過(guò)調(diào)整或修改現(xiàn)有設(shè)計(jì)中的工程特性、功能模塊或零部件等創(chuàng)造出滿(mǎn)足顧客需求的變型產(chǎn)品，可有效地縮短設(shè)計(jì)周期，控制變型產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)成本[3].識(shí)別再設(shè)計(jì)對(duì)象，即識(shí)別出現(xiàn)有產(chǎn)品中退化的功能或失效的功能模塊以及其它影響產(chǎn)品質(zhì)量和成本的薄弱環(huán)節(jié)是產(chǎn)品再設(shè)計(jì)的前提[4-5].Stone等[6]將概念生成器集成到功能失效設(shè)計(jì)方法中，通過(guò)預(yù)測(cè)產(chǎn)品功能可能出現(xiàn)的失效模式來(lái)幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行產(chǎn)品再設(shè)計(jì).Pnueli等[7]提出了基于加權(quán)和/或圖模型和啟發(fā)式規(guī)則的產(chǎn)品殘值量化方法，用以識(shí)別設(shè)計(jì)中的薄弱環(huán)節(jié)，從而提高產(chǎn)品效用.Ma等[8]基于顧客需求重要度和失效風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)定義了組件再設(shè)計(jì)必要性程度指數(shù)，并構(gòu)建了一種識(shí)別產(chǎn)品再設(shè)計(jì)功能組件的 0～1整數(shù)規(guī)劃模型.Zhang等[9]基于在線(xiàn)評(píng)論和意見(jiàn)挖掘提取產(chǎn)品特征和相應(yīng)觀點(diǎn)，通過(guò)考慮用戶(hù)關(guān)注度與導(dǎo)向性提出了一種識(shí)別產(chǎn)品再設(shè)計(jì)技術(shù)特性的方法.以上研究主要基于顧客需求和功能結(jié)構(gòu)與失效風(fēng)險(xiǎn)間的關(guān)系來(lái)識(shí)別再設(shè)計(jì)對(duì)象.

也有學(xué)者通過(guò)對(duì)產(chǎn)品性能(功能特性)的健康(退化)狀況進(jìn)行評(píng)估以識(shí)別產(chǎn)品再設(shè)計(jì)對(duì)象.Yu[10]利用局部保留投影方法從眾多原始特征中提取關(guān)鍵特征，提出了基于高斯混合模型的健康評(píng)價(jià)指標(biāo)，即負(fù)對(duì)數(shù)似然率，以評(píng)估軸承性能的退化性.李書(shū)明等[11]使用數(shù)據(jù)擬合的方法構(gòu)建發(fā)動(dòng)機(jī)性能參數(shù)的基線(xiàn)方程，通過(guò)計(jì)算性能參數(shù)測(cè)量值與基線(xiàn)值之間的偏差量化發(fā)動(dòng)機(jī)的性能衰退程度.上述研究基于內(nèi)部機(jī)理分析，建立模型來(lái)識(shí)別出退化的產(chǎn)品功能性能，要求各學(xué)科領(lǐng)域?qū)＜覍?duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和內(nèi)部行為有深入了解，且建模過(guò)程復(fù)雜，往往需要耗費(fèi)大量的人力及時(shí)間成本.Vichare等[12]提出了一種可有效分析產(chǎn)品生命周期環(huán)境和使用數(shù)據(jù)的方法，以評(píng)估電子產(chǎn)品在其應(yīng)用環(huán)境中的健康狀態(tài)，提供退化失效預(yù)警，借此優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案.Ma等[13]將產(chǎn)品的時(shí)變使用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為設(shè)計(jì)信息，利用高斯混合模型來(lái)評(píng)估產(chǎn)品功能的退化性，定義Kullback Leibler散度作為性能衰退指數(shù)識(shí)別退化的功能及其失效時(shí)間點(diǎn).以上研究基于產(chǎn)品歷史使用數(shù)據(jù)、產(chǎn)品性能數(shù)據(jù)等多源數(shù)據(jù)，利用統(tǒng)計(jì)方法及人工智能技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和信息挖掘，尋找多源數(shù)據(jù)內(nèi)隱含的退化信息，識(shí)別出退化的功能模塊和失效模式，雖然不需或少需先驗(yàn)知識(shí)，但數(shù)據(jù)采集量龐大且數(shù)據(jù)處理和信息挖掘過(guò)程復(fù)雜.盡管以上兩類(lèi)退化研究方法不同，但其中提及的退化是由于產(chǎn)品組件的老化或故障致使產(chǎn)品性能和功能退化，其本質(zhì)是產(chǎn)品的使用年限、結(jié)構(gòu)、材料等內(nèi)部因素的變化引起的[14]，未能體現(xiàn)其與顧客需求演化的關(guān)系.在此基礎(chǔ)上，本文認(rèn)為產(chǎn)品功能退化還應(yīng)包括以下含義：受顧客需求演變的影響，現(xiàn)有產(chǎn)品功能與當(dāng)前顧客期望之間存在差異，即現(xiàn)有產(chǎn)品工程特性的系統(tǒng)范圍(借鑒公理設(shè)計(jì)理論的提法，表示當(dāng)前產(chǎn)品能夠?qū)崿F(xiàn)的范圍)和由當(dāng)前顧客期望映射而來(lái)的設(shè)計(jì)范圍間存在矛盾和沖突時(shí)，則認(rèn)為產(chǎn)品功能發(fā)生了退化，差異(沖突)越大，退化越顯著.因此，對(duì)產(chǎn)品功能進(jìn)行退化性評(píng)估，識(shí)別出與顧客期望存在差異的功能并加以改進(jìn)優(yōu)化，對(duì)提高顧客滿(mǎn)意度有著重要意義.

功能退化性評(píng)估的基礎(chǔ)是獲取當(dāng)前顧客需求和偏好.為了獲取特定客戶(hù)信息需預(yù)先設(shè)計(jì)問(wèn)卷的選擇方案[15-16]，但在預(yù)先設(shè)計(jì)好的問(wèn)題引導(dǎo)下，顧客通常會(huì)被動(dòng)地表達(dá)自身感受或經(jīng)歷.在此情況下，真實(shí)的需求和偏好往往不明顯，而是隱藏在顧客的反應(yīng)中，因此很難提取出待改進(jìn)的產(chǎn)品特征或工程特性.質(zhì)量功能展開(kāi)(QFD)是需求驅(qū)動(dòng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)工具，能確保在產(chǎn)品的研發(fā)、設(shè)計(jì)和制造等階段聽(tīng)到顧客的聲音，可在開(kāi)發(fā)初期就產(chǎn)品的質(zhì)量和適用性實(shí)施保證[17-18].在工程實(shí)踐中，隨機(jī)和不確定的工作條件會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品工程特性的模糊性和不確定性[13].為了體現(xiàn)這種模糊不確定性，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)根據(jù)顧客對(duì)產(chǎn)品功能的最低接受程度和企業(yè)技術(shù)最高實(shí)現(xiàn)水平設(shè)定工程特性值的上下限，該區(qū)間范圍既能有效地表示模糊性又可以最大概率地滿(mǎn)足顧客需求.當(dāng)顧客需求不斷變化時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要持續(xù)調(diào)整與顧客需求和功能需求相關(guān)的工程特性的區(qū)間范圍，設(shè)計(jì)出滿(mǎn)足顧客需求的變型產(chǎn)品.

綜上所述，本文提出一種新的產(chǎn)品功能退化性評(píng)估方法.首先，采用粗糙集理論和卡諾指數(shù)確定顧客需求重要度，結(jié)合QFD與專(zhuān)家打分法計(jì)算產(chǎn)品功能重要度.其次，基于QFD明確顧客需求、產(chǎn)品功能和工程特性間的關(guān)系，顧客需求發(fā)生變化后，設(shè)計(jì)師通過(guò)調(diào)整與需求相對(duì)應(yīng)的工程特性值獲得相應(yīng)的變型產(chǎn)品，因此將工程特性的調(diào)整過(guò)程視為變化的顧客需求的滿(mǎn)足過(guò)程.然后，由于歷代工程特性的調(diào)整過(guò)程可以反映工程特性的調(diào)整趨勢(shì)，即顧客需求的變化趨勢(shì)，因此利用GM(1,1)模型預(yù)測(cè)未來(lái)產(chǎn)品工程特性的取值范圍，以此來(lái)表征變化的顧客需求映射出的期望設(shè)計(jì)范圍.最后，通過(guò)比較顧客期望設(shè)計(jì)范圍和現(xiàn)有產(chǎn)品實(shí)際工程特性值區(qū)間范圍，定義功能退化指數(shù)以評(píng)估產(chǎn)品功能退化性.功能退化指數(shù)越大，實(shí)際功能越不能滿(mǎn)足變化的顧客需求，實(shí)際功能與顧客期望之間沖突越大，產(chǎn)品功能退化性越明顯.識(shí)別出退化明顯的產(chǎn)品功能對(duì)產(chǎn)品再設(shè)計(jì)及產(chǎn)品演化有重要意義.

1 產(chǎn)品功能重要度確定

由于各功能對(duì)應(yīng)顧客需求的重要度不同，具有相同差異度的不同功能的退化效用是不同的，所以需要確定產(chǎn)品功能重要度.首先，采用粗糙集理論和卡諾指數(shù)[19]確定顧客需求重要度，粗糙集理論考慮了顧客需求的重要性，卡諾指數(shù)考慮了顧客需求的偏好性，兩者結(jié)合可保證顧客需求在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中的充分表達(dá)[20].然后，將顧客需求重要度輸入QFD模型中，結(jié)合專(zhuān)家打分法計(jì)算功能重要度.

1.1 基于粗糙集計(jì)算顧客需求基本重要度

采用粗糙集理論[21]計(jì)算顧客需求基本重要度的步驟如下：

步驟1分析企業(yè)歷史產(chǎn)品實(shí)例，給出每代產(chǎn)品實(shí)例中顧客需求的重要度評(píng)價(jià)以及產(chǎn)品整體設(shè)計(jì)滿(mǎn)意度評(píng)價(jià).

步驟2根據(jù)實(shí)際情況建立需求決策表T=(U,R∪D,I,ζ).確定顧客需求r1，r2，…，rN，其中rn表示第n個(gè)顧客需求(0

設(shè)U/R表示條件屬性集R的等價(jià)關(guān)系[21]，即R對(duì)論域U的劃分，ind(R)表示R的等價(jià)集合.如果ind(R)=ind(R-{r})，則稱(chēng)R中r可被約去，反之P=R-{r}是獨(dú)立的，P是R的一個(gè)約簡(jiǎn).

記決策屬性集D的R正域?yàn)镻OSR(D)，

(1)

步驟3計(jì)算D在T中關(guān)于R的依賴(lài)程度ρR(D)：

(2)

式中：card(·)表示集合的基數(shù).

步驟4計(jì)算屬性rn的重要度imp(rn)：

imp(rn)=ρR(D)-ρ(R-{rn})(D)

(3)

步驟5對(duì)rn重要度進(jìn)行歸一化：

(4)

1.2 基于卡諾指數(shù)調(diào)整顧客需求重要度

在確定顧客需求的基礎(chǔ)上，利用粗糙集計(jì)算顧客需求的基本重要度，該重要度只能體現(xiàn)顧客需求的重要性而無(wú)法體現(xiàn)顧客對(duì)需求的偏好性.卡諾模型可根據(jù)顧客偏好將顧客需求劃分為魅力需求、必備需求、意愿需求以及無(wú)差異需求4類(lèi).不同需求類(lèi)型對(duì)顧客需求重要度影響不同，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，應(yīng)首先考慮魅力需求，因?yàn)樵擃?lèi)需求可大幅提高顧客滿(mǎn)意度，是重點(diǎn)偏好需求.其次應(yīng)依次考慮必備需求以及意愿需求.最后考慮無(wú)差異需求.因此，為了更充分獲取顧客需求的全部信息，體現(xiàn)顧客需求的偏好性，本節(jié)基于卡諾模型確定顧客需求類(lèi)型，據(jù)此對(duì)顧客需求基本重要度進(jìn)行調(diào)整.梁潔等[19]提出一種卡諾指數(shù)對(duì)顧客需求的類(lèi)型進(jìn)行分類(lèi)，結(jié)合該文獻(xiàn)中的卡諾指數(shù)，調(diào)整步驟如下：

步驟1確定顧客需求集R={r1,r2,…,rN}，利用粗糙集計(jì)算顧客需求的基本重要度.

步驟2針對(duì)顧客需求集R，采用卡諾模型中卡諾調(diào)查表(表1)，訪問(wèn)顧客{p1,p2,…,pM}，pm表示第m個(gè)受訪顧客(0

表1 卡諾調(diào)查表

表2 正/反向問(wèn)題滿(mǎn)意度分?jǐn)?shù)

表3 需求重要性分?jǐn)?shù)

(5)

(6)

步驟6需求分類(lèi).定義ln的下界為lo，αn的下界為αo，上界為αu.lo、αo和αu結(jié)合企業(yè)和市場(chǎng)實(shí)際情況確定.如圖1所示，如果ln≤lo，需求rn為無(wú)差異需求；如果lo

圖1 需求分類(lèi)

步驟7根據(jù)需求類(lèi)型，確定rn的卡諾調(diào)整系數(shù)γn.γn的取值一般由設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)參考以往研究[20]并結(jié)合設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)確定，魅力需求、意愿需求、必備需求及無(wú)差異需求對(duì)應(yīng)調(diào)整系數(shù)分別為3、2、1及0.

步驟8計(jì)算顧客需求rn的最終重要度wn：

(7)

1.3 功能重要度計(jì)算模型

顧客需求到功能需求的映射關(guān)系可由設(shè)計(jì)人員通過(guò)QFD制定，功能重要度的計(jì)算過(guò)程如圖2所示.功能需求集F={f1,f2,…,fH}，fh表示第h個(gè)功能需求(0≤h≤H)；wn表示顧客需求rn的最終重要度；r′h k表示第h個(gè)功能與第k個(gè)功能間的相互關(guān)系；R′h n表示第h個(gè)功能與第n個(gè)顧客需求的關(guān)系.r′h k和R′h n采用弱相關(guān)1分、較弱3分、一般5分、較強(qiáng)7分及強(qiáng)相關(guān)9分的五級(jí)評(píng)分法.因此，功能fh的重要度gh表示為

(8)

式中：

(9)

2 產(chǎn)品功能退化性評(píng)估模型

每個(gè)功能可由一個(gè)或多個(gè)工程特性實(shí)現(xiàn).由于產(chǎn)品實(shí)際操作環(huán)境不同且具有受制于產(chǎn)品功能本身的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)者根據(jù)顧客對(duì)產(chǎn)品功能的最低接受程度和企業(yè)技術(shù)最高實(shí)現(xiàn)水平設(shè)定工程特性的上下限，運(yùn)用區(qū)間數(shù)表征工程特性的適用范圍.當(dāng)顧客需求發(fā)生變化時(shí)，企業(yè)需要調(diào)整工程特性范圍以滿(mǎn)足顧客需求.因此，本文嘗試基于歷史產(chǎn)品的工程特性值預(yù)測(cè)未來(lái)產(chǎn)品的工程特性，以表征變化的顧客需求映射出的期望設(shè)計(jì)范圍.

2.1 期望設(shè)計(jì)范圍預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性說(shuō)明

為說(shuō)明以預(yù)測(cè)值表征顧客需求期望的可行性與準(zhǔn)確性，用預(yù)測(cè)出的工程特性范圍與設(shè)計(jì)師實(shí)際設(shè)計(jì)范圍進(jìn)行相似性度量.一般來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)最終設(shè)計(jì)出的工程特性范圍大概率地反映著顧客需求.因此，預(yù)測(cè)出的工程特性范圍與設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)最終設(shè)計(jì)出的工程特性范圍相似度越高，說(shuō)明顧客需求被滿(mǎn)足的概率越大，也可間接說(shuō)明以工程特性的預(yù)測(cè)值表示顧客需求期望設(shè)計(jì)范圍的可行性.在此基礎(chǔ)上進(jìn)行多代產(chǎn)品工程特性的相似性度量，若相似度大概率偏高，說(shuō)明以工程特性預(yù)測(cè)值表征顧客需求期望具有較高普遍性和準(zhǔn)確性.

(10)

(11)

2.2 區(qū)間數(shù)預(yù)測(cè)

將區(qū)間數(shù)序列X(A)轉(zhuǎn)換成3個(gè)實(shí)數(shù)序列X(?)、X(Lu(A))及X(Lo(A))是實(shí)現(xiàn)區(qū)間數(shù)預(yù)測(cè)的常用方法[23].采用GM(1,1)模型進(jìn)行區(qū)間數(shù)預(yù)測(cè)，設(shè)原始序列X(0)={X(0)(1),X(0)(2),…,X(0)(I′)}，得到時(shí)間響應(yīng)序列為

(12)

i=1,2,…,I′

還原值為

(13)

i=1,2,…,I′

式中：a′為灰色模型的發(fā)展系數(shù)；b′為灰作用量.

區(qū)間數(shù)預(yù)測(cè)實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下：

步驟1分別構(gòu)建核序列X(?)=(?1,?2,…,?I′)、上部信息域值序列X(Lu(A))={Lu(A1),Lu(A2),…,Lu(AI′)}和下部信息域值序列X(Lo(A))={Lo(A1),Lo(A2),…,Lo(AI′)}的GM(1,1)模型，得到序列預(yù)測(cè)模型：

(14)

i=1,2,…,I′

(15)

i=1,2,…,I′

(16)

i=1,2,…,I′

式中：a?、b?為核序列灰色預(yù)測(cè)模型的發(fā)展系數(shù)與灰作用量；aLu、bLu為上部信息域值序列灰色預(yù)測(cè)模型的發(fā)展系數(shù)與灰作用量；aLo、bLo為下部信息域值序列灰色預(yù)測(cè)模型的發(fā)展系數(shù)與灰作用量.

(17)

(18)

根據(jù)式(12)～(18)可以推出區(qū)間數(shù)上下邊界值預(yù)測(cè)模型：

(19)

i=1,2,…,I′

(20)

i=1,2,…,I′

2.3 產(chǎn)品功能退化性評(píng)估

對(duì)工程特性區(qū)間范圍進(jìn)行預(yù)測(cè)獲得顧客需求的期望設(shè)計(jì)范圍，計(jì)算現(xiàn)有工程特性區(qū)間值與顧客需求期望值間的差異度，定義功能退化指數(shù)來(lái)評(píng)估產(chǎn)品功能退化性.退化指數(shù)越大，現(xiàn)有功能越不能滿(mǎn)足顧客的需求，實(shí)際功能與顧客期望之間存在沖突，產(chǎn)品功能退化明顯.

(21)

(22)

(23)

通過(guò)功能退化性評(píng)估識(shí)別出退化程度高的產(chǎn)品功能，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行再設(shè)計(jì)、提高顧客滿(mǎn)意度有重要意義.

3 案例分析

3.1 產(chǎn)品功能重要度計(jì)算

以某型號(hào)履帶式起重機(jī)的功能退化評(píng)估為例，說(shuō)明所提方法的有效性.通過(guò)市場(chǎng)調(diào)研確定R={r1,r2,r3,r4,r5}，其中r1表示性能可靠、r2表示多變幅、r3表示拆裝容易、r4表示行駛便捷、r5表示采購(gòu)成本；與需求相關(guān)的產(chǎn)品功能集F={f1,f2,f3,f4,f5,f6}，其中f1表示動(dòng)力供給功能、f2表示起吊功能、f3表示變幅功能、f4表示回轉(zhuǎn)功能、f5表示行駛功能、f6表示制動(dòng)功能.根據(jù)上文提到的產(chǎn)品功能重要度計(jì)算模型，對(duì)產(chǎn)品功能重要度進(jìn)行計(jì)算，具體過(guò)程如下：

(1)計(jì)算顧客需求基本重要度

選取企業(yè)歷史產(chǎn)品實(shí)例U={x1,x2,…,x12}作為決策樣本，基于1.1節(jié)步驟1～2建立需求決策表，如表4所示.

表4 需求決策表

表5 顧客需求基本重要性權(quán)重

(2)顧客需求重要度調(diào)整

以卡諾調(diào)查表的形式回訪50位顧客獲取顧客對(duì)需求的偏好.由式(5)～(6)確定顧客需求類(lèi)型，如表6所示.

表6 顧客需求分類(lèi)

基于需求分類(lèi)，選擇相應(yīng)的調(diào)整系數(shù)，根據(jù)式(7)對(duì)顧客需求基本重要度進(jìn)行調(diào)整獲得顧客需求最終重要度wn，結(jié)果如表7所示.

表7 顧客需求重要度

(3)計(jì)算功能重要度

結(jié)合QFD和專(zhuān)家打分法確定產(chǎn)品功能重要度，評(píng)價(jià)過(guò)程如圖3所示.

由式(8)～(9)計(jì)算與顧客需求相關(guān)的功能重要度gh，結(jié)果如表8所示.

表8 功能重要度匯總

3.2 產(chǎn)品功能退化性評(píng)估

(1)準(zhǔn)確性說(shuō)明

以前10代履帶式起重機(jī)的“行走速度”為例，用預(yù)測(cè)出的工程特性范圍與設(shè)計(jì)師實(shí)際設(shè)計(jì)范圍進(jìn)行相似性度量.前10代產(chǎn)品的“行走速度”數(shù)據(jù)如表9所示.

表9 某型號(hào)履帶式起重機(jī)前10代行走速度系統(tǒng)范圍值

以第1～5代產(chǎn)品數(shù)據(jù)為基本預(yù)測(cè)量預(yù)測(cè)第6代產(chǎn)品的“行走速度”，表示顧客對(duì)第6代產(chǎn)品的期望設(shè)計(jì).比較第6代產(chǎn)品“行走速度”的預(yù)測(cè)范圍和實(shí)際設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)綜合顧客需求等多方面因素后設(shè)計(jì)出的第6代產(chǎn)品的系統(tǒng)范圍，計(jì)算兩者相似度.若相似度很高，則表明通過(guò)1～5代產(chǎn)品數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)的第6代工程特性范圍值可以有效地代表顧客期望設(shè)計(jì)范圍.類(lèi)似地，計(jì)算第7～10代“行走速度”的相似度，以說(shuō)明該表征的普遍性，具體計(jì)算結(jié)果如表10所示.

表10 第6～10代產(chǎn)品行走速度預(yù)測(cè)值及相似度計(jì)算

由表10相似度計(jì)算結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，第6～10代產(chǎn)品行走速度的預(yù)測(cè)范圍和設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)綜合顧客需求等多方面因素后設(shè)計(jì)出的新產(chǎn)品的系統(tǒng)范圍的相似度均高于0.85甚至高達(dá)0.95，具有極高相似性.因此，預(yù)測(cè)未來(lái)履帶式起重機(jī)工程特性的取值范圍并以此來(lái)表征變化的顧客需求期望設(shè)計(jì)范圍具有較高準(zhǔn)確性.

(2)工程特性值預(yù)測(cè)

表11 制動(dòng)功能工程特性及權(quán)重

表12 工程特性值預(yù)測(cè)基本量

表13 工程特性值預(yù)測(cè)結(jié)果

(3)退化性評(píng)估

基于表13中顧客需求期望范圍B6k和表12中現(xiàn)有產(chǎn)品工程特性區(qū)間范圍A6k，評(píng)估制動(dòng)功能的退化性.根據(jù)式(21)～(23)，得出制動(dòng)功能的退化性結(jié)果，詳細(xì)計(jì)算過(guò)程如表14所示.

表14 制動(dòng)功能的功能退化性

同理，其他功能的功能退化性結(jié)果如表15所示.

表15 產(chǎn)品功能退化性評(píng)估結(jié)果

企業(yè)綜合考慮生產(chǎn)、市場(chǎng)等多方面運(yùn)行情況確定退化指數(shù)閾值DΘ=0.1，根據(jù)計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，f1、f3、f4、f5及f6的退化指數(shù)均在退化指數(shù)閾值之內(nèi)，唯獨(dú)f2起吊功能的功能退化指數(shù)超過(guò)閾值，因此初步判定f2起吊功能存在明顯退化情況.

3.3 結(jié)果分析

傳統(tǒng)退化性評(píng)估方法中不僅需要充足的先驗(yàn)知識(shí)、大量的人力資源和昂貴的時(shí)間成本，還需要龐大的多源數(shù)據(jù)以及復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理和信息挖掘技術(shù)，且現(xiàn)有研究?jī)H考慮到退化是由于產(chǎn)品的使用年限、產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、材料等內(nèi)部因素的變化引起，忽略了產(chǎn)品現(xiàn)實(shí)與顧客需求的直接關(guān)系問(wèn)題.本文拓展了“退化”的內(nèi)涵，并從顧客需求演化的角度入手提出一種新的產(chǎn)品功能退化性評(píng)估方法，該方法僅需歷代產(chǎn)品設(shè)計(jì)手冊(cè)和較少的先驗(yàn)知識(shí)，具有較高的可行性.

參考已有研究中提及的偏差原理及公理化設(shè)計(jì)理論，以實(shí)際系統(tǒng)范圍與顧客期望設(shè)計(jì)范圍間的偏差來(lái)定義和量化功能的退化程度，在理論上具有一定有效性.同時(shí)，設(shè)計(jì)工程師比較退化評(píng)估結(jié)果與現(xiàn)有產(chǎn)品實(shí)際情況發(fā)現(xiàn)，顧客需求在起吊功能方面期望逐漸提高，顧客期望履帶式起重機(jī)的主卷單繩繩速能夠提升至113 m/min，起吊重量增加到790 t，起吊高度能突破至136 m，但現(xiàn)有產(chǎn)品在起吊功能方面單繩繩速最大為108 m/min，起吊重量極限為650 t，起吊高度極點(diǎn)為116 m，不能滿(mǎn)足顧客更高的需求，產(chǎn)品功能實(shí)際貢獻(xiàn)與顧客需求期望之間沖突明顯，起吊功能存在退化現(xiàn)象.所評(píng)估結(jié)果與產(chǎn)品實(shí)際情況吻合，一定程度上也說(shuō)明了所提方法在實(shí)踐中的有效性.

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品功能退化研究?jī)H認(rèn)為產(chǎn)品功能退化是由于產(chǎn)品的使用年限、產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、材料等內(nèi)部因素的變化引起，忽略了產(chǎn)品現(xiàn)實(shí)與顧客需求的直接關(guān)系問(wèn)題，拓展了“退化”的內(nèi)涵，并提出一種產(chǎn)品功能退化性評(píng)估方法.首先，基于粗糙集理論和卡諾指數(shù)分別從專(zhuān)家和顧客兩方面考慮顧客需求的重要性和偏好性計(jì)算顧客需求重要度，并將該權(quán)重作為QFD輸入確定功能重要度.然后，以功能相關(guān)的工程特性的調(diào)整過(guò)程表示顧客需求的滿(mǎn)足過(guò)程，基于歷史工程特性的區(qū)間范圍(系統(tǒng)范圍)預(yù)測(cè)顧客需求的期望設(shè)計(jì)范圍，計(jì)算現(xiàn)有工程特性區(qū)間范圍和顧客需求的期望設(shè)計(jì)范圍間的差異度，基于功能重要度、工程特性間的差異度和工程特性權(quán)重定義功能退化指數(shù)以評(píng)估產(chǎn)品功能退化性.功能退化指數(shù)超過(guò)功能退化閥值，表明現(xiàn)有功能不能滿(mǎn)足變化的顧客需求，實(shí)際功能與顧客期望之間沖突大，產(chǎn)品功能退化性明顯.最后，以某型號(hào)履帶式起重機(jī)為例，說(shuō)明了該方法的有效性.