基于產品關鍵特性的質量鏈管理模型研究

杜 微 莫 蓉 李 山 李 博

西北工業大學現代設計與集成制造技術教育部重點實驗室，西安，710072

0 引言

面對經濟全球化和客戶需求多樣化、個性化的機遇和挑戰，企業不僅要利用自身有限的資源形成并發揮核心競爭力，又要充分利用各類外部資源，實現內外資源集成和優化配置，市場競爭的模式從企業間競爭演變為基于供應鏈整體的群體競爭［1-2］。由于質量的形成和實現突破了一個企業的限制，所以質量管理也需打破傳統的某一組織界限，在產品全生命周期范圍內開展供應鏈整體的質量協同管理［3-4］。文獻［5］指出，產品質量是在產品全生命周期形成并涉及整個企業的“全面質量”，是不斷循環螺旋式提高的“質量環”（quality loop）。文獻［6］研究了全球制造環境下的關鍵質量管理問題，認為本地公司的內部質量鏈和分布在全球合作者之間的互連構成了全球質量網絡，提出了全球質量鏈概念，并在此基礎上結合計算機技術和信息技術設計了基于Internet的全球質量鏈管理系統。文獻［7］提出了一種基于語義Web服務的供應鏈協同和集成框架，可實現包括質量活動的各類業務流程合成。文獻［8］分析了質量鏈管理信息系統開發和重構過程，提出了基于框架的質量鏈管理信息系統可重構的開發方法。文獻［9］突破基于功能導向的傳統質量系統建模思路，引入過程方法構建了制造企業集成化質量管理系統模型。現有研究多集中于質量鏈的基本概念和集成模式等方面，缺少對最終產品質量有決定影響的關鍵特性（key characteristics，KCs）信息在質量鏈系統中演化規律、協同機制和控制方法的研究。

本文提出了一種質量鏈概念模型和結構模型，重點分析了產品關鍵特性在質量鏈系統中的演化傳遞過程，設計了基于產品關鍵特性的質量鏈管理流程，最后提出了基于產品關鍵特性的質量鏈管理框架模型。

1 質量鏈概念與結構

1.1 質量鏈概念模型

原材料和零部件的采購、運輸、制造、裝配、分銷直至將產品送到最終用戶的過程形成供應鏈。在傳統供應鏈關系中，每個企業只負責產品質量的一部分，企業之間的質量活動彼此獨立進行。但產品質量的形成過程分布于供應鏈范圍內，客觀上產品最終質量由供應鏈全體成員共同保證和實現，因此質量管理模式需要打破單一企業質量管理的界限。在此背景下，本文提出一種質量鏈概念模型，如圖1所示。

圖1 質量鏈概念模型

質量鏈建立在供應鏈基礎上，通過貫穿產品生命周期的質量流將供應鏈與顧客相連接。顧客給出需求信息，核心企業根據需求信息開展產品策劃和生產組織（包括原料采購和安排生產等）。供應鏈協同工作（生產、裝配、運輸、分銷、零售等），以物流為載體全面實現顧客滿意的產品質量。

以質量流描述質量形成過程如下：產品部分質量（原材料、采購件和外協件等的質量）分別在質量鏈各成員企業內部形成，其質量特性伴隨物流傳遞到下游企業，構成了下游企業產品質量的一部分。質量流不斷地向下游企業傳遞，最后到達最終用戶［10］。資金流與物流方向相反，由下游逆向返回上游企業。信息流則是在整個質量鏈范圍內共享。以核心企業為主導的質量鏈系統，通過對信息流、物流、資金流的有效控制，實現質量流的有序、暢通、受控傳遞，最終實現整個質量鏈的不斷增值。

1.2 質量鏈結構模型

質量鏈結構模型如圖2所示，縱向質量鏈為企業內部質量鏈（簡稱內鏈），橫向質量鏈為成員企業構成的外部質量鏈（簡稱外鏈）。質量鏈自底向上依次包括基礎環境層、技術支持層、活動執行層和目標層四部分。企業內部質量鏈運行于基礎環境層之上，在技術層的支持下，以“質量螺旋”為中心，循環螺旋式提高，直至實現質量鏈目標層制定的質量目標。為了實現質量鏈整體的優化，外部質量鏈應實現各層次的有效對接和高效協同。

圖2 質量鏈結構模型

2 產品關鍵特性在質量鏈系統中演化分析

2.1 產品關鍵特性概念

產品質量是由產品特性指標集組成的［11］，產品特性是指構成產品最終質量的所有外在或內在的特性［12］。對于飛機、汽車等復雜產品，從原材料、零部件到產品的特性維度往往都非常高，有的零件的特性甚至高達數百個，包括材料成分、機械性能、力學性能、幾何形狀、表面特性等，每個特性都會對最終產品性能產生一定的影響。對所有產品特性進行識別和控制，在經濟上和技術上幾乎是不可能的［13］。按照主次矛盾原理以及帕累托“80／20”規則等，少數關鍵的產品特性決定了大部分用戶需求［14］。對于產品的生產制造企業而言，必須在交付期內，以有競爭力的價格，向顧客提供高質量的產品和服務。關鍵特性是產品特性的子集，是矛盾的主要方面，對獲得顧客滿意的質量具有決定意義。抓住那些對產品最終質量具有顯著影響的主要矛盾——即產品特性中的少數的關鍵特性，有利于質量鏈系統的優化組織，可集中有限資源高效地實現質量目標。

2.2 產品關鍵特性在質量鏈系統中的演化

在產品生命周期范圍內，產品關鍵特性在質量鏈系統中是分層逐級演化的，如圖3所示。其中，需求分析階段針對用戶需求，結合法律法規要求（如安全性、環保等）形成策劃級KCs以指導后續研制；概念設計階段依照策劃級KCs，綜合考慮整體功能、總體布局、性能指標、外觀和人機等方面的因素，形成產品級KCs；詳細設計階段根據產品結構樹的層次關系，將產品級KCs繼續演化為組件級、零件級KCs。生產制造階段需明確零件制造工藝，可再向下演化為特征級或工藝級KCs，將其反饋補充至產品關鍵特性集合。在產品裝配階段，需參考裝配方法，分析誤差傳遞路線，確定影響裝配質量的KCs，若出現裝配質量問題，立即分析原因，修正或者補充新的裝配級KCs，或更換工裝夾具，修改裝配方案。產品生命周期內KCs的識別、確定、控制和反饋活動是在質量鏈系統內完成的，其演化過程體現了產品質量目標的實現過程。

圖3 產品關鍵特性在質量鏈系統中的演化模型

3 基于產品關鍵特性的質量鏈協同管理

3.1 質量鏈協同的內涵

質量鏈不同于傳統的僅注重企業內部的質量保證，而是要求以顧客滿意為共同出發點，通過有效集成各成員企業的優勢資源，優化產品全生命周期的質量形成過程，以充分發揮質量鏈系統的“1＋1＞2”的協同效應，最終實現質量鏈整體最優。因為構成質量鏈的各個企業無法單獨向最終用戶提供完善的產品或服務，所以雖然各個企業在質量鏈中所處地位不同，但仍是構成質量鏈系統的不可或缺部分。質量鏈的協同包括內部質量鏈協同和外部成員企業之間質量鏈協同兩部分，具體包括質量鏈系統的戰略目標協同、產品生命周期內的質量活動協同、質量標準規范協同、質量信息協同等。產品關鍵特性的質量信息協同是指產品關鍵特征在質量鏈系統高效有序傳遞，是質量鏈管理重要內容。

3.2 基于產品關鍵特性的質量鏈管理流程

基于產品關鍵特性的質量鏈管理流程模型如圖4所示。核心企業借助QFD（quality function deployment）等技術針對用戶需求開展產品設計過程的KCs識別，自制件的KCs進入內鏈管理系統，由外部鏈成員負責的KCs則進入外鏈管理系統。內鏈管理系統首先根據設計過程識別的KCs，結合序貫試驗等技術進行產品制造過程的KCs識別。在生產制造過程中進行基于KCs的工程過程控制（engineering process control，EPC），即通過對過程參數的調整來實現過程輸出KCs信息與目標的偏差的反饋控制，同時進行基于KCs的統計過程控制（statistical process control，SPC），即以統計理論為基礎監測過程輸出KCs信息，保證制造過程質量穩定。此外，在線質量診斷為過程突發問題的快速處理提供支持。而外鏈管理系統則根據外鏈KCs的輸入，首先結合供應商能力評價數據進行合作伙伴篩選，再經風險評估后對備選質量鏈成員企業進行優選，完成質量鏈的構建。質量鏈運行期間通過對成員企業的質量鏈節點KCs監測，及時捕獲和分析處理質量鏈異常，以及調整或重構質量鏈。最終產品匯聚了外鏈和內鏈的產品系統質量，以最終產品和過程質量的分析評價進行質量鏈綜合效益評價，完善供應商評測數據。

圖4 基于產品關鍵特性的質量鏈管理流程模型

4 基于產品關鍵特性的質量鏈管理框架

綜合以上研究，本文提出一種基于產品關鍵特性的質量鏈管理框架模型，如圖5所示。基于KCs的質量鏈管理框架包括顧客需求信息向KCs映射轉化公共模塊、內鏈管理和外鏈管理兩個主要子系統。顧客需求信息向KCs映射轉化公共模塊通過定性和定量分析相結合的方法，將顧客需求信息轉化為策劃級或產品級KCs信息，該模塊功能是否有效對于整個質量鏈系統是否能夠達到顧客滿意的質量目標具有決定意義。面向產品生命周期的KCs管理系統以產品關鍵特性的定義、分類、分解演化規律等為理論基礎，以產品關鍵特性的識別、確定、控制和反饋的具體方法為技術支撐，作為內鏈管理的核心，以工作流、Web Services等為具體實現技術完成產品生命周期內KCs信息在質量鏈系統（內鏈和外鏈）的跟蹤管理和高效協同處理。基于KCs的質量（外）鏈管理系統包括兩個子模塊：基于KCs質量鏈構建模塊通過備選成員KCs實現能力評估、風險評估和基于KCs的成員企業優選等三個核心功能進行質量鏈的構建；質量鏈維護管理模塊通過集成質量鏈KCs在線／離線監測、質量鏈運行分析評價和異常診斷與重構等三個核心功能進行質量鏈的運行維護管理。

圖5 基于產品關鍵特性的質量鏈管理框架模型

5 結語

本文將產品關鍵特性概念融入質量鏈管理體系，提出了基于產品關鍵特性的質量鏈管理模型，該模型有利于質量鏈管理集中于少數關鍵的質量信息和過程。以基于產品關鍵特性的質量鏈管理模型為指導，把握內外鏈管理主線，通過優化配置內外鏈資源，提高質量鏈系統快速構建和優化重構能力，不斷完善質量鏈系統，對于最終實現顧客和質量鏈成員全體滿意的質量鏈整體效益最優目標具有重要意義。建立基于產品關鍵特性的質量鏈管理體系是對現有質量鏈管理理論的進一步豐富。產品關鍵特性的識別、確定、控制與反饋實現方法，質量鏈系統中顧客需求信息向KCs映射轉化機制和具體方法、基于產品關鍵特性的成員企業優選方法、質量鏈運行分析評價方法、質量鏈異常處理機制及快速重構技術是基于產品關鍵特性的質量鏈管理系統的關鍵技術，是未來的研究方向。

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