基于QFD產品設計方法的動態機械載荷試驗設備研究

盧小犇， 程云斌， 范海艇， 屠淳

（上海市質量監督檢驗技術研究院上海201112）

0 引言

近年來，隨著國家大力發展光伏產業以及行業的日益成熟，每年光伏組件的總裝機容量都在增加，安裝地區和使用范圍也越來越廣，相繼而來的就是光伏組件制造商和使用者對于產品的性能要求也越來越嚴格。針對光伏組件的動態機械載荷試驗，新頒布的IEC 62782給出了比較全面系統的測試方法，但是目前市場上能夠完全滿足新標準要求的設備還是處于探索階段。本文通過產品設計方法QFD對光伏組件動態機械載荷試驗設備進行顧客需求的分析研究，為設備的研制開發提供優化可行的設計方案。

1 動態機械載荷試驗設備介紹

目前IEC61215/IEC61646標準中機械載荷試驗主要模擬組件經受風（建筑一體化組件）、雪或覆冰等靜態載荷的情況，考核組件在靜止不變的壓力下是否可靠。實際環境中，組件在經歷強風時所引發的晃動，會使得組件經受正反兩個方向交替受壓，從而產生動態載荷。動態機械載荷更容易引發材料疲勞，特別是電池片和匯流條的失效[15]。因此新頒布的IEC 62782則針對光伏組件的這一重要機械特性給出了比較完整的動態機械載荷試驗方法：總共對光伏組件施加1000次動態機械載荷循環，過程中的最大壓力為±1000 Pa，在最大壓力下保持至少（7±3）s，測試頻率為每分鐘1~3個循環，在測試過程中需要檢測組件的電路連續性。

經過一段時間的調研走訪發現，國內市場上還沒有出現完全符合測試要求的設備，絕大多數儀器廠商也都處于對設備的摸索研發階段，因此我們需要自己設計研發檢測設備來達到項目的需求，因此需要運用產品設計理論對設備進行設計研發[11]。

2 QFD基本理論

質量功能展開（Quality Function Deployment,QFD）作為一種面向顧客需求的產品開發設計方法，是一種將顧客需求信息合理而有效地轉換為產品開發各階段的技術目標和作業控制規程的方法，使所涉及和制造的產品能真正地滿足顧客需求[4]。QFD的優勢在于努力發掘顧客需求，在減少設計時間和制造成本的基礎上提高產品質量和客戶滿意度。

QFD是通過一系列圖表和矩陣來完成的，核心內容是各個階段的“需求轉換”，而實施這個過程的工具就是質量屋（House of Quality,HOQ）[5]。質量屋（HOQ）是一種直觀的矩陣框架表達形式，一個完整的質量屋包括六大部分：顧客需求、技術需求、關系矩陣、競爭分析、屋頂和技術評估。QFD就是通過質量屋量化工程上各種直接技術特性和間接技術特性的值[2,14]。質量屋中包含了顧客的需求特性以及此類特性的重要性信息，同時又包含了與以上各類特性相關的工程技術特性信息和相互關系的信息，因此可以借此分析判斷該技術特性是否符合客戶要求，同時也可以確定質量改進所在[3,12]。

3 動態機械載荷試驗設備的QFD分析結果

3.1 顧客需求獲取

在大量查閱與有關試驗設備設計相關的文獻的基礎上，邀請5位專家和檢測工程師，召開頭腦風暴會議，采用5W1H方法，提煉具體的顧客需求，并且運用親和圖（KJ）法進行需求歸類，如圖1所示[6,10]。

3.2 需求層次化分析

經過整理后，將圖1中的顧客需求根據“一次水平需求”、“二次水平需求”和“三次水平需求”相應的填入，整理成顧客需求展開表，如表1所示[7]。

圖1 親和圖

3.3 需求重要度排序

在確定了動態機械載荷試驗設備顧客需求之后，運用層次分析（AHP） 法，計算每一層次的顧客需求重要度。具體的步驟如下：

1）步驟1：建立比較矩陣。以上一層次需求為基準，對每一層次的兩兩需求之間進行評分。評分方式見表2。

各層次需求之間的評分結果如表3~表8所示。

2）步驟2：計算每一層相對于其父層的權重和一致性檢驗。以第一層次需求和第二層次需求為例，根據表3的比較矩陣評分，得到比較矩陣A：

表2 AHP法中兩項比較值及其含義

表3 比較矩陣1

表4 比較矩陣2

表5 比較矩陣3

表6 比較矩陣4

表7 比較矩陣5

表8 比較矩陣6

a.求解矩陣的最大特征值近似值。借助MATLAB軟件，求得該矩陣的最大特征根為λmax=5.24,特征向量歸一化值

b.計算一致性指標C.I.。

其中，n為矩陣的階數。

c.計算一致性率C.R.。根據表9，RI的取值表可得，RI=1.12，C.R.=C.I./R.I.=0.06/1.12=0.05＜0.1,通過一致性檢驗。其中（0.129,0.513,0.261,0.064,0.033）分別是（Q1,Q2,Q3,Q4,Q5）對于QR（動態機械載荷試驗設備性能好）的標準權重，按照上述計算步驟，對第三層次需求相對于第二層次需求的權重依次進行計算，可得第三層次需求相對于第一層次需求的權重，即每個需求在整個體系中的重要度，經過圖表處理后，如圖2所示。

圖2 結果分析表

表9 RI的取值表（隨機一致性指標）

經QFD分析可知，動態機械載荷試驗設備的設計中，需將“試驗板變形后試驗機仍對其受力均勻”作為最為重要的設計目標進行結構設計[8-9]。

4 結論

產品開發人員可以根據客戶需求重要度的排序，確定一套較為優化的、可行的，并且充分滿足顧客需求的動態機械載荷試驗設備設計方案。對于重要度高的客戶需求，例如：試驗板變形后仍受力均勻、試驗板雙向加壓、保證測試循環次數、數據準確度高、保證極限壓力下的測試時間等參數，產品開發人員要著重進行研究和設計；而對于那些重要度不高的客戶需求，例如：價格低、信號傳送速度快等，研究人員不必對此花費過多精力[15]。由此可見，對動態機械載荷試驗機的顧客需求進行詳細深入的分析之后，可以為后續的技術特性研究提供數據基礎，在設計之初就保障了產品的質量，滿足了顧客的需求。

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（責任編輯 張立明）