產品規劃中基于市場競爭的關聯關系強度估計

李延來 雒興剛 韓 毅 姚建明

1.東北大學流程工業綜合自動化教育部重點實驗室,沈陽,110004 2.浙江工業大學,杭州,310023 3.中國人民大學,北京,100872

0 引言

在激烈競爭的全球化市場中,越來越多的企業認識到顧客驅動的產品設計與制造對其生存和發展是極其重要的。質量功能配置(quality function deployment,QFD)是一種常用的顧客驅動的產品設計方法,正在發展成為具有重大理論和現實意義的現代設計方法。QFD是通過質量屋進行有效產品規劃設計的。建立質量屋的一個關鍵與難點是顧客需求和工程特性之間關聯關系強度的估計。顧客需求和工程特性之間關聯關系強度的準確估計對工程特性重要度的確定和質量屋的優化發揮著相當重要的作用,它使企業能夠有目的地設計和開發產品以實現更高的顧客滿意度,從而獲得更大的競爭優勢[1-2]。

大多數文獻采用較簡單的數值序列方法確定關聯關系[3-9],但該方法的誤差較大。基于大量的實驗數據,文獻[10]提出了關聯關系強度估計的非線性規劃方法,文獻[11]提出了基于田口方法的多特征映射模型以獲取關聯關系強度,但這兩種方法的應用依賴于大量的相關實驗數據,因而實驗所要求的時間和成本將成為應用的較大障礙。鑒于關聯關系是模糊和不精確的,文獻[12]提出了基于對稱三角型模糊系數的模糊線性回歸的關聯關系強度估計方法;文獻[13]將對稱三角模糊數擴展為非對稱三角模糊數和梯形模糊數,基于最小二乘回歸和模糊線性回歸的集成模型,提出了兩組混合的非對稱模糊線性規劃模型確定關聯關系強度。因為模糊隸屬度的確定是困難和不精確的,所以在某些情況下這些結果是不可靠的。在利用多屬性決策進行關聯關系強度的估計方面,文獻[14]利用多屬性決策中擺動算法提出了確定顧客需求和工程特性之間關聯關系強度的擺動方法,但所應用的擺動方法沒有擺脫直接指定重要度和兩兩比較的弱點,導致誤差較大;文獻[15]利用多屬性決策中線性偏序方法抽取產品規劃過程中參與者的知識來確定關聯關系強度,盡管該方法能夠在較大程度上減輕設計工程師的巨大負擔,但由于其計算較復雜,故可行性并不大;文獻[16]利用多屬性決策中粗糙集方法確定關聯關系強度,但粗糙集要求數據是離散化的,但數據的離散化處理有時是不準確和困難的。在利用多屬性決策進行關聯關系強度的估計方面,現有研究沒有充分利用本企業及其競爭對手產品的競爭性評價。

為了準確確定顧客需求和工程特性之間的關聯關系強度,QFD團隊必須充分利用本企業及其競爭對手產品的競爭性評價以減小主觀評價的偏差。針對關聯關系強度確定的多屬性決策特性,本文基于本企業及其競爭對手產品的顧客需求和工程特性的競爭性評價,利用多屬性決策理論將關聯關系強度相對大小的確定轉化為條件屬性重要度的獲取問題,并引入顧客需求和工程特性之間關聯關系的類型因子概念,從而提出面向競爭評價的顧客需求和工程特性之間關聯關系強度的估計方法。

1 顧客需求和工程特性的競爭評價

1.1 顧客需求集和工程特性集的確定

在顧客需求集的確定方面,QFD團隊首先應根據顧客的問卷調查、與顧客面談和研究競爭者的相似產品等方法確定顧客需求初選集,該集合所包含的元素之間可能存在包含、交叉、互斥、正相關、負相關和獨立等6種關系;其次,對存在包含和交叉關系的元素進行冗余和合并處理,從而得到去除冗余和交叉關系的顧客需求待選集;再次,由于待選集中的元素在相關性方面存在著互斥、不相關、正相關和負相關等4種關系,須對具有互斥關系的顧客需求進行恰當的篩選以得到顧客需求的篩選集,該篩選集中的各個元素具有不相關、正相關和負相關等3種關系;最后,對篩選集中的元素通過重要度排序進行精化處理,得到質量屋中的顧客需求集[16-17]。假定QFD團隊利用該方法將顧客需求集確定為Scr={CR1,CR2,…,CR l,…,CR L}。

根據已確定的顧客需求集,文獻[18]提出了確定質量屋中的工程特性集的系統方法。該方法總共包含6步：前面5個步驟將獲取依賴于已確定的顧客需求集的工程特性集;最后一步將獲取與顧客需求集無關的工程特性集。基于上述兩個工程特性集的合成,構成質量屋中的工程特性集。假定QFD團隊利用上述方法將工程特性集確定為 Sec={EC1,EC 2,…,ECj,…,ECM}。

將本企業記為 Corp1,根據調查確定生產相似產品的 N-1個競爭企業,并將其記為Corp 2,Corp 3,…,Corp N。根據顧客需求集和工程特性集,對本企業及其競爭對手產品進行競爭性評價。

1.2 顧客需求的競爭性評價

根據市場調研,QFD團隊確定產品的目標顧客群。在該目標顧客群中選擇K個顧客進行市場產品的顧客需求競爭性評價[8]。對于CUSTk(k=1,2,…,K),要求每位顧客利用Scale min～Scale max的比例標度對N個企業所生產產品的顧客需求滿意度進行評價,得到相應于CUST k的競爭性評價矩陣CEcrk。相應于這K個顧客,一共得到一一對應的競爭性評價矩陣假定K個顧客是同質的,產品的顧客需求競爭性評價矩陣可由下式確定：

cecrli(l=1,2,…,L;i=1,2,…,N)的規范化數值gcecrli可由下式得到：

將規范化的顧客需求競爭性評價矩陣記為

在矩陣GCEcr中,相應于顧客需求CRl,各企業所生產產品規范化的顧客需求競爭性評價向量為

1.3 工程特性的競爭性評價

根據產品調研,QFD團隊確定本企業及其競爭對手產品的關于各項工程特性的具體數值,從而可建立一個本企業及其競爭對手產品的各項工程特性表現的競爭性評價矩陣：

工程特性一般有兩種類型：第一種類型是指特性值越大越好的特性,第二種類型是指特性值越小越好的特性[19-20]。設Ih(h=1,2)分別表示第一種和第二種的下標集。為了準確地對各項工程特性表現的數值進行規范化處理,根據工程特性的類型特點可按下式進行處理：

將規范化的工程特性競爭性評價矩陣記為

一般情況下,可根據企業的競爭需要和技術可行性確定 lmaxj和lminj。在矩陣GCEec中,Y1=(gceec11,gceec12,…,gceec1M)表示本企業產品的各項工程特性表現值的規范化評價;第 i行Y i=(gceeci1,gceeci2,…,gceeciM)(i=2,3,…,N)表示競爭企業Corpi所生產相似產品的各項工程特性表現值的規范化評價。根據這些數據,QFD團隊建立了如圖1所示的基于競爭性評價的質量屋。

圖1 基于競爭評價的質量屋

2 關聯關系強度的估計

根據圖1的表示結果,利用QFD團隊的設計經驗和工程知識,確定CR l和ECj之間的關聯關系f relj是否存在,即 frelj是否等于零。根據關聯關系的存在性,可定義集合

如果EC j?ECl,則CR l和ECj之間的關聯關系 frelj為零。針對ECl,規范化評價Y 1相應簡化為SYl1=(sgceec11,sgceec12,…,sgceec1Ml),規范化評價Yi相應簡化為SYli=(sgceeci1,sgceeci2,…,sgceeciMl)(i=2,3,…,N)。根據多屬性決策的有關方法[21-22],為了使評價信息一致化,利用下式將所有競爭性評價SYl

i(i∈N)的綜合評價值轉化為客觀的顧客需求競爭性評價：

式中,irjl為相應于顧客需求CRl的工程特性ECljl重要

將客觀的顧客需求競爭性評價矩陣記為

一般情況下,tgcecrli和gcecrli之間往往存在著一定的偏差,為此引入偏差項：

其中IR l=(ir 1,ir 2,…,ir Ml)。為了得到合理的IRl,上述偏差值總是越小越好,為此建立下列優化模型：

為求解此優化模型,構造拉格朗日函數：

則有

根據式(14)求解得到

ir jl僅僅反映顧客需求CR l和工程特性之間的關聯關系的相對大小,還必須考慮CRl和工程特性之間的關聯關系類型[23-25](正關聯關系和負關聯關系)。為此,引入顧客需求CRl和工程特性之間關聯關系的類型因子的概念。

如果ECj?ECl,那么CRl和ECj之間的關聯關系強度 frmlj為零。根據上述結果,得到顧客需求CRl(l=1,2,…,L)與工程特性ECj(j=1,2,…,M)之間的關聯關系強度矩陣

3 實例研究

為了驗證面向競爭評價的質量屋中關聯關系強度的估計方法,這里引用了某企業單缸洗衣機的產品設計實例進行研究。該企業利用了QFD方法對該型號洗衣機進行產品的優化設計。根據市場調研、售后服務以及用戶反饋,將質量屋中的5項顧客需求確定為最大程度的洗凈(CR1)、最短的洗滌時間(CR2)、最安靜的洗滌(CR3)、最大程度的漂洗(CR4)和最小程度的損壞衣物(CR5)。將上述5項顧客需求所組成的集合表示為Scr={CR1,CR2,CR3,CR 4,CR 5}。根據QFD團隊對該產品的專家經驗和工程知識,確定了以下5項工程特性：洗凈的比率(EC1,%)、衣物磨損的比率(EC2,%)、洗衣的時間(EC3,min)、漂洗的比率(EC4,%)和噪聲量(EC5,dB)。將上述5項工程特性所組成的集合表示為Sec={EC1,EC2,EC3,EC4,EC5}。

將該企業記為Corp 1,根據認真的市場調查確定生產相似產品的4個競爭企業,記為Corp 2、Corp 3、Corp 4和Corp 5。QFD 團隊根據市場調研、售后服務以及用戶反饋確定該產品所面對的最終顧客,并選擇其中的10個協助獲取質量屋中的顧客需求及其基本重要度,將這10個顧客記為CUSTk(k=1,2,…,10)。對于 CUSTk(k=1,2,…,10),要求每位顧客利用1～5的比例標度來對5個企業所生產產品的顧客需求滿意度進行評價,得到CUST k的競爭性評價矩陣CEcrk。相應于Custk(k=1,2,…,10),一共得到10個一一對應的競爭性評價矩陣CEcrk(k=1,2,…,10)。假定這些顧客是同質的,產品的顧客需求競爭性評價矩陣CEcr可由式(1)確定。QFD團隊對5個企業所生產產品對每項工程特性進行嚴格的測試和調研,建立一個各項工程特性表現的矩陣。根據設計經驗和工程知識,確定顧客需求與工程特性之間關聯關系的存在性：如果某項顧客需求與某項工程特性之間存在關聯關系,該關聯關系將以符號?來標記。根據這些數據,QFD團隊建立了單缸洗衣機的質量屋(圖2)。

圖2 單缸洗衣機的質量屋

根據式(2),確定規范化的顧客需求競爭性評價如表1所示。

表1 規范化的顧客需求競爭性評價

如圖2所示,EC1和EC4是第一種類型的工程特性,EC2、EC3和EC 5是第二種類型的工程特性。因此,對于5個企業所生產的產品,EC1和EC4的規范化數值可利用式(5)的第一式得到,EC2、EC3和EC5的規范化數值可利用式(5)的第二式得到。5個企業所生產產品的規范化的工程特性競爭性評價如表2所示。

表2 規范化的工程特性競爭性評價

本文首先討論顧客需求CR 1與Sec中5項工程特性之間關聯關系強度的確定過程。如圖1所示,CR 1與EC1、EC2、EC3和EC4之間存在關聯關系,則確定

針對EC1,將規范化的工程特性競爭性評價矩陣GCEec5×5簡化為

相應于顧客需求CR1,將規范化的顧客需求競爭性評價確定為

根據SGCEec和X1,利用式(15)確定相對于顧客需求CR1的EC1中4項工程特性的重要度(表 3)。

表3 相對于顧客需求CR 1的EC1中4項工程特性的重要度

根據QFD團隊的設計經驗和工程知識,可知如下事實：顧客需求CR1與工程特性EC11之間存在正關聯關系,tg11的值為1;顧客需求CR 1與工程特性EC12之間存在負關聯關系,tg12的值為-1;顧客需求CR1與工程特性EC13之間存在負關聯關系的值為-1;顧客需求CR1與工程特性之間存在正關聯關系,tg14的值為1。根據式(16),確定顧客需求CR1與EC1中4項工程特性之間的關聯關系強度如表4所示。

表4 顧客需求CR1與EC1中4項工程特性之間的關聯關系強度

因為EC5?EC1,所以CR1和EC5之間的關聯關系frm15為零。因此,得到CR 1與Sec中5項工程特性之間的關聯關系強度如表5所示。根據相同的方法,分別確定 CR2、CR3、CR4和CR5與 Sec中5項工程特性之間的關聯關系強度(表5)。

表5 5項顧客需求與5項工程特性之間的關聯關系強度

根據顧客需求重要度和關聯關系強度,QFD團隊可確定工程特性的重要度,進而以此為基礎可進行質量屋的優化。

4 結束語

質量功能配置是通過質量屋進行產品規劃的有效設計,而建立質量屋的關鍵與難點在于如何確定顧客需求和工程特性之間的關聯關系強度。針對關聯關系強度確定的多屬性決策特性,本文利用多屬性決策理論將關聯關系相對大小的確定轉化為獲取條件屬性重要度的問題,并引入了顧客需求和工程特性之間關聯關系的類型因子概念,從而提出了面向競爭評價的質量屋中關聯關系強度的估計方法。由于該方法能夠充分考察顧客需求和工程特性的競爭性評價,故其結果更趨真實和可靠。實例表明,所提方法是可行和有效的。

[1] Prasad B.Reviews of QFD and Related Deployments Techniques[J].Journal of Manufacturing Science Engineering in the ASME,1998,17(3)：221-234.

[2] 王美清,唐曉青.一種面向產品規劃過程的組合質量屋[J].北京航空航天大學學報,2004,30(7)：652-656.

[3] Zheng L Y,Chin K S.QFD-based Optimal Process Quality Planning[J].International Journal of Advanced Manufacturing Technology,2005,26(7/8)：831-841.

[4] 車阿大,楊明順.質量功能配置理論及應用[M].北京：電子工業出版社,2008.

[5] Chan L K,Wu M L.Prioritizing the Technical Measures in Quality Function Deployment[J].Quality Engineering,1998,10(3)：467-79.

[6] Chan L K,Wu M L.Quality Function Deployment：a Comprehensive Review of Its Concepts and Methods[J].Quality Engineering,2002,15(1)：23-35.

[7] Chan L K,Wu M L.A Systematic Approach to Quality Function Deployment with a Full Illustrative Example[J].Omega,2005,33(1)：119-139.

[8] Hauser JR,Clausing D.The House of Quality[J].Harvard Business Review,1988,66(3)：63-73.

[9] 徐宣國,李向陽,李輝,等.基于資源觀的虛擬企業組建決策支持系統的構架[J].中國機械工程,2007,18(11)：1312-1316.

[10] Dawson D,Askin R G.Optimal New Product Design Using Quality Function Deployment with Empirical Value Functions[J].Quality and Reliability Engineering International,1999,15(1)：17-32.

[11] Kumar P,Barua P B,Gaindhar J L.Quality Optimization(Multi-characteristics)Through Taguchi's Technique and Utility Concept[J].Quality and Reliability Engineering International,2000,16(2)：475-485.

[12] Kim K J,Moskowitiz H,Dhingra A,et al.Fuzzy Multi-criteria Models for Quality Function Deployment[J].European Journal of Operational Research,2000,121(2)：504-518.

[13] Fung R Y K,Chen Y,Tang J F.Estimating the Functional Relationships for Quality Function Deployment Under Uncertainties[J].Fuzzy Sets and Systems,2006,157(1)：98-120.

[14] Park T,Kim K J.Determination of an Optimal Set of Design Requirement Using House of Quality[J].Journal of Operation Management,1998,16(2)：569-581.

[15] Han C H,Kim K J,Choi S H.Prioritizing Engineering Characteristics in Quality Function Deployment with Incomplete Information：A Linear Partial Ordering Approach[J].International Journal of Production Economics,2004,91(3)：235-249.

[16] 李延來,唐加福,姚建明,等.質量功能配置中關聯關系確定的粗糙集方法[J].計算機集成制造系統,2007,13(8)：1650-1657.

[17] Carnevalli J A,Miguel P C.Reviews,Analysis and Classification of the Literature on QFD—types of Research,Difficulties and Benefits[J].International Journal of Production Economics,2008,114(2)：737-754.

[18] Kim D H,Lee M S,Kim K J.A Systematic Method for Generating Engineering Characteristic Candidates in Quality Function Deployment[J].International Journal of industrial Engineering,2007,14(2)：179-187.

[19] 王美清,唐曉青.產品設計中的用戶需求與產品質量特征映射方法研究[J].機械工程學報,2004,40(5)：136-140.

[20] Tang J F,Fung R Y K,Xu B.A New Approach to Quality Function Deployment Planning with Financial Consideration[J].Computer and Operation Research,2002,29(11)：1447-1463.

[21] 徐玖平,吳巍.多屬性決策的理論與方法[M].北京：清華大學出版社,2006.

[22] 徐澤水.不確定多屬性決策方法及應用[M].北京：清華大學出版社,2004.

[23] 林志航,車阿大.質量功能配置研究現狀及進展—兼談對我國QFD研究與應用的看法[J].機械科學與技術,1998,17(1)：119-121.

[24] 李延來,雒興剛,韓毅,等.基于效用評價的質量功能配置中工程特性改進重要度確定的綜合方法[J].計算機集成制造系統,2009,15(3)：585-591.

[25] Sireli Y,Kauffmann P,Ozan E.Integration of Kano's M odel into QFD for Multiple Product Design[J].IEEE Transaction on Engineering Management,2007,54(2)：380-390.