基于狩野模型和QFD的可變功能機械產品需求分析

□ 黃 華 □ 鄧益民

寧波大學 機械工程與力學學院 浙江寧波 315211

1 研究背景

當前,機械產品的功能需求日益多樣化,機械產品的結構日益復雜。在這一背景下,多功能集成的可變功能機械成為機械設計的一個重要方向[1]。提升用戶的使用便捷性,提升產品的利用率、節約資源等,都是可變功能機械帶來的實質性好處。可變功能機械的設計基于用戶需求,合理的需求可以減少產品功能之間的耦合關系,提升每項功能的利用率[2]。現實情況是,目前大多數機械是為專門客戶設計的,缺少對產品需求分析的系統方法。

常用的需求分析工具狩野模型多用于對單個需求進行定性分析,對需求較多、較復雜的情況,應用存在局限性。另一方面,經狩野模型處理的需求概念性較強,與產品功能結構的關聯性較低,對設計的導向作用較弱。質量功能展開是將需求、期望轉換為設計要求的常用工具[3],方法較為復雜,用其處理可變功能機產品的需求需要進一步與狩野模型融合。對狩野模型和質量功能展開進行改進、結合,可以達到充分發揮兩者優勢,解決單個模型局限性的問題,由此為可變功能機械的需求分析提供新方法。

筆者基于以下路線開展可變功能機械產品需求分析研究:第一,改進狩野模型,提出針對可變功能機械產品的需求類別判別方法;第二,量化狩野模型,獲得需求重要度,篩選出有效的需求;第三,使用質量功能展開方法將獲取的有效需求轉換為設計要求[4],并進行排序篩選。最后以多功能鉗為例,驗證研究所獲得的需求分析方法的可行性。

2 基于狩野模型的需求分析

狩野模型用于細分用戶需求,擁有業內第一套有規范結構的需求分析調查問卷[5]。通過需求狩野模型獲得的用戶需求有完善的理論基礎和較高的準確性。狩野模型于1984年提出[6],這一理論在機械、電子、通信等產品中有非常重要的應用[7]。

2.1 需求問卷調查

根據初始需求,設計需求狩野模型問卷[8-9],見表1。通過需求狩野模型問卷對每個功能需求進行調研,獲取實現這種功能需求的客戶態度及忽略這種功能需求的客戶態度。

表1 需求狩野模型問卷

筆者引入需求分類方法,將需求按照狩野模型調研結果劃分為五類:興奮型需求A、基本型需求M、期望型需求O、無差異型需求I、反向型需求R。五類需求的劃分標準參照需求分類,見表2。表2中,Q代表無效。

表2 狩野模型需求分類

2.2 需求類別確定

傳統狩野模型采用頻率法確定需求類型,即問卷結果中哪個類別支持者的比例大,需求就屬于哪個類別。這種方法的原理和操作都較為簡單,但是存在較為明顯的缺陷。一方面,當兩種甚至三種類別的支持數量相差不多時,頻率法確定的需求類別不能代表客戶群體的意見,準確性較低。另一方面,當需求數量較多時,頻率法忽略需求之間的聯系,局限性較大。因此,頻率法只有在需求單一且需求狩野模型問卷的結果中有一類支持數量遠多于其它幾類支持數量的條件下使用。

筆者提出通過滿意因數和不滿意因數進行綜合分析,確定需求類別[10]。第i個需求的滿意因數Pi為:

(1)

式中:N1為基本型需求支持數量;N2為期望型需求支持數量;N3為興奮型需求支持數量;N4為無差異型需求支持數量。

滿意因數表示需求對用戶的滿意度提升效果,值在0～1之間,越接近1,效果越好。

第i個需求的不滿意因數Qi為:

(2)

不滿意因數表示需求對用戶的不滿意度影響,值在-1～0之間,越接近-1,影響越大。由滿意因數和不滿意因數繪制象限圖,象限原點的橫坐標是不滿意因數的平均值,縱坐標是滿意因數的平均值。在第一象限內,滿意因數和不滿意因數的絕對值同時接近1,表示產品滿足需求,客戶的滿意度會上升,產品不滿足需求,客戶的滿意度會下降。第一象限內分布的需求性質與期望型需求相同,因此需求分布在第一象限可以作為期望型需求的判定依據。同理,第二象限的需求可以作為興奮型需求的判定依據,第三象限的需求可以作為無差異型需求的判定依據,第四象限的需求可以作為基本型需求的判定依據。

對于象限圖,在計算滿意因數和不滿意因數的過程中,考慮需求自身的客戶滿意度和客戶不滿意度,確定需求在象限圖中的絕對位置。滿意因數和不滿意因數的修正還解決了頻率法在多類別支持數都較多時的局限性。另一方面,在確定象限原點的過程中,從全體需求角度去衡量需求的迫切程度,確定需求在象限圖中的相對位置,需求分類還融入需求之間的聯系。以上方法解決了頻率法復雜需求類別判斷失準的問題。

2.3 量化狩野模型重要度

對于各類需求,按照受歡迎程度依次算作5分、4分、3分、2分、1分,由此第i個需求的初始需求重要度Hi為:

(3)

式中:N5為反向型需求支持數量。

通過式(3)計算重要度,會存在偏離需求類別的問題。為了解決這一問題,將滿意因數與不滿意因數引入,進一步確定修正參數。綜合考慮滿意因數和不滿意因數,對兩者的絕對值取大值。作為第i個需求的客戶滿意度指數Ti為:

Ti=max(|Pi||Qi|)

(4)

Chaudha等[11]提出變換函數,作為滿意度指數的修正形式,以實現根據需求類別進一步修正需求重要度。第i個需求的變換函數fi為:

fi=(1+Ti)K

(5)

式中:K為不同需求類型對應的變化參數。

客戶對需求越迫切,K值越大。基本型需求、期望型需求、興奮型需求K值由高到低依次取2、1、0.5。

將需求重要度修正參數與初始需求重要度相乘,獲得第i個需求的最終重要度Si,為:

Si=fiHi

(6)

將需求按照最終重要度進行排序,獲得重要度排序表。重要度排序表能夠直觀反映各項需求的重要性差異,為需求篩選提供依據。

3 基于質量功能展開的需求要素轉換

質量功能展開能夠對需求與設計要求進行關聯,依據關聯關系的程度及需求的重要程度進行設計要求重要度排序,為產品設計提供必要的導向,提升可變功能機械產品的市場競爭力[12]。

第一步,根據各需求確認產品的設計要求。設計要求根據需求與產品結構特點獲得,這個過程在一定程度上依賴主觀經驗。

第二步,采用專家三階打分制,確定第i個需求和第j個設計要求的關聯關系分值Nij。三階打分分別為1分、3分、5分。關聯關系分值越高,表示關聯關系越密切。沒有關聯關系,關聯關系分值為0。

第三步,確定設計要求重要度。產品共包含n個需求,所對應的第j個設計要求重要度Wj為:

(7)

通過比較設計要求重要度的大小,進行設計要求重要度排名。按照設計要求重要度排名,確定哪些設計要求優先融入可變功能機械產品設計,即將所對應的需求融入產品設計。

4 多功能組合鉗實例

筆者通過多功能組合鉗來說明需求分析的過程。多功能組合鉗需求分析見表3。根據需求制作需求狩野模型問卷,完成客戶調研。匯總調研問卷,計算初始需求重要度、滿意因數、不滿意因數,以及需求最終重要度。

表3 多功能組合鉗需求分析

根據滿意因數、不滿意因數確定需求象限圖,如圖1所示。

▲圖1 多功能組合鉗需求象限圖

圖1中,象限原點O(-0.611,0.613)的坐標為所有點橫坐標平均值與縱坐標平均值。按照需求編號,編號K7對應的需求處于第一象限,屬于期望型需求,編號K1～K6對應的需求處于第二象限,屬于興奮型需求,編號K8～K11對應的需求處于第四象限,屬于基本型需求。此處得到的分類結果與頻率法分類結果有較大差別,如K7的興奮型需求、基本型需求、期望型需求支持數量相差不大,通過頻率法判斷屬于興奮型需求,根據象限圖判斷屬于基本型需求。K7的需求內容為使用省力,若不能實現這一需求,使用較費力,則客戶應該不會滿意。從需求自身分析,K7與興奮型需求的定義不符合,與基本型需求的定義更相符。出現以上問題的原因是需求的多個類別支持數量都較高,頻率法判斷失準。筆者提出的根據象限圖判斷的方法解決了這一問題。

需求最終重要度能夠較為客觀地反映客戶對需求的態度,需求最終重要度值越大,對需求越迫切。表3顯示功能切換順暢、方便攜帶這類提升產品使用體驗的需求是客戶較為迫切的需求,但是這類需求概念性較強,對產品設計的指導性較弱。通過質量功能展開方法將需求轉換為設計要求,賦予需求相應的質量屬性,由此增強對設計的指導作用。

由產品開發人員結合需求和產品結構要素,確認每項需求對應的設計要求,得到需求和設計要求轉換表,見表4。需求編號和設計要求編號是組成質量功能展開矩陣的基本元素。通過專家打分制評價需求和設計要求之間的相關性,根據式(7)計算出設計要求重要度。根據需求和設計要求之間的定量關系,確定需求與設計要求相關矩陣,如圖2所示。根據求出的設計要求重要度大小進行設計要求重要度排序,排序靠前的設計要求在進行產品設計時應當優先考慮。

表4 需求和設計要求轉換表

▲圖2 需求與設計要求相關矩陣

根據圖2排序,分析可得結構緊密合理是該多功能組合鉗最重要的設計要求。另外,可切換刀頭、優質材料、尖嘴鉗功能都是有迫切需求的項目,打火功能是需求最少的項目。對比設計要求重要度排序結果和需求最終重要度排序結果,可以發現需求與對應的設計要求排序存在一定關系,但是并不完全相同。例如,結構緊密合理是重要度最高的設計要求,但是所對應的幾個需求重要度并非最高。從設計要求內容分析,結構緊密合理對多功能組合鉗在體驗上的優化,相比其它設計要求更為直接。由此可見,需求重要度和設計要求重要度存在一定差異,使用質量功能展開方法進行轉換,可以獲得更好的方案。需求分析結果符合實際生產中面臨的需求,多功能組合鉗從流程上說明了將狩野模型和質量功能展開方法結合,應用于可變功能機械產品需求分析的可行性。

5 結束語

需求分析對于可變功能機械產品成功面向市場而言至關重要。筆者提出基于狩野模型和質量功能展開的可變功能機械產品需求分析方法。相對于原始狩野模型,這一方法改進需求類別判斷方法,結合需求象限圖,融合滿意因數、不滿意因數,從全體需求角度判斷需求類別。通過滿意因數、不滿意因數、滿意度等加權指標,對需求重要度進行進一步修正,獲得更加準確的需求重要度排序,實現對初始需求的篩選。通過質量功能展開方法的應用,建立需求和設計要求的關聯關系矩陣,根據關聯關系與需求重要度綜合計算,獲得設計要求重要度,形成對產品設計有直接參考價值的設計要求重要度排名。設計要求重要度排名較高的設計要求,擁有的客戶群體更廣泛,更容易被市場所接受。因此,設計要求重要度高的設計要求可以在產品設計中優先考慮。通過多功能組合鉗實例進一步說明所提出方法的具體流程與效果。