新產品開發過程質量控制

張 璇 上官琪

（廣西柳工機械股份有限公司，廣西 柳州 545007）

新產品開發是現代企業的主要活動，其特點為投資額高，過程長，創新性高，參與人員多，影響未知因素多。新產品開發過程失敗，上市后出現質量問題會對給公司帶來較大損失，嚴重的還會對公司的品牌形象造成不良的影響。因此系統性地提供較為穩定的新產品，即如何讓新產品少出問題，成為現代質量控制的焦點。該文提供了一種適用于制造業的新產品開發質量控制的方法。

與生產過程中單純追求解決問題以達到零缺陷質量控制目標不同，新產品開發并非解決問題的行為，相反，這是一個不斷地在創造新的問題、激發問題并且解決問題的過程。新產品開發的質量控制目標在于提供滿足客戶需求的穩定的產品。

當新產品處于前期策劃時，就要對市場及客戶需求進行詳細的調查研究，并將其轉化為技術規格及參數，開展設計，控制樣件/機建造過程質量，通過試驗修正設計，對早期上市的新產品實施特殊關懷等，通過這一系列活動，使新產品達到客戶的需求。新產品開發質量控制的重點主要體現在6個方面。1）開發前端對現有信息的收集處理。2）設計控制。3）樣件/機首件及首批控制。4）試驗控制。5）新產品上市早期關懷。6）工程變更控制。以下為這種新產品開發質量控制的流框架圖，如圖1 所示。

1 開發前端對現有信息的收集處理

框圖中的法規要求、現有信息的收集分析、功能分析、產品定義均屬于開發前端的主要活動。

法規要求包括目標市場的準入性法律法規要求、技術標準和強制性標準要求、地方及行業規則等，這些在開發前端就必須得到清晰的確認。他們與產品的成本、總投資額、供應商選擇、產品功能、技術方案、設計難度強相關。例如：排放法規、噪聲、電磁兼容和可靠性水平等。

現有信息的收集分析是非常重要的步驟，該步驟的投入不足或產品定義轉化的不準確都會給新產品開發埋下失敗的種子。優秀的企業通常會投入最好的產品經理和工程師組成團隊來完成此項工作。該步驟也是新產品開發中除試驗之外需要時間最長的步驟。表1 是該步驟的主要工作內容。

表1 現有信息及問題收集主要內容

現有信息主要包括問題類和需求類信息。問題類信息主要是故障、抱怨和不足。收集對象包含自己的機器，對手及標桿的機器。獲取信息的方式有多種：問卷調查、用戶走訪、三包數據、外反饋件、競爭對手及標桿機器研究、操作測試對比等。另外還有一種信息來源于技術發展趨勢，主要針對創新程度大的新產品開發，涉及整機或系統的原理發生根本性變化。信息的處理和分析相當重要的，通常由資深工程師執行。對問題類信息的處理流程為：抽取→澄清→去重→分類→根源分析→解決方案→實施解決。需注意的是，對現有產品的問題須盡可能地處理，避免將歷史問題遺傳到新產品上。需求類信息的分析方法很多，推薦KANO（卡諾圖）、QFD（質量功能展開）等。

功能定義屬于產品定義的范疇，因其重要，故而將其單獨列出。產品的功能對成本的影響很大，在需求的分析階段就必須對功能進行分級，分清基本功能、期望功能、亮點功能。并討論顧客為每一個功能付費的意愿。從而得出產品的標準功能和選配功能。

產品定義的目標是明確產品的開發指標。它包括主要的性能參數定義、產品成本定義、質量目標定義、包裝及運輸方案定義。初步的總體匹配與方案設計必須與產品定義同時進行。產品定義由產品經理執行。開發前端對現有信息的分析處理最終會轉化為產品定義。產品定義是產品設計的總綱領，產品定義的質量決定了產品的成敗，因此控制好現有信息的收集分析和轉化實質就是控制產品定義的質量。控制的手段主要為提高調查研究的質量、使用合適的人做合適的事、積極開展專家及行政評審。

2 設計控制

圖1 新產品開發質量控制流框圖

產品設計的目標是進行總體及系統方案設計，詳細設計以達到產品定義的要求。高質量的設計須充分考慮產品性能與功能、安全性、標準化、通用性、成本、包裝及運輸、可制造和易制造性、人機工程、可靠性、可維護性和可維修性等要求。大部分的要求是從頂層向下分解的，譬如可靠性的要求，設計時要對產品定義確定的可靠性目標進行分解，分解到系統和零部件，對比現有零部件可靠性水平和目標的差距，通過重新選擇、改進設計、重新設計等方式來縮少與目標的差距。

為了有效地控制設計風險，須對新設計及有較大改動的零部件及系統形成新內容風險控制清單，并進行FMEA 分析，對高風險零部件制定預防與控制措施，輸出測試驗證計劃，必要時提前開展零部件試驗。一些輔助設計手段也可以降低設計的風險，比例有限元分析。與工藝設計同步進行可以減少因設計的可制造性和易制造性所帶來的風險。產品工藝性評審，樣件的試制均應同步開展。

設計評審和FMEA 是設計控制的主要手段， 可以防止大量應不夠謹慎或設計者的知識和經驗不足而給設計帶來的麻煩，也可以防止由于設計失誤所造成的事故和損失。設計評審的范圍可涉及與設計相關聯的技術方案、匹配計算、零部件選型、供應商選擇、成本、制造、包裝、運輸、配件和售后服務等方面。設計評審是當前較為高效的設計控制手段。

3 樣件/機首件及首批控制

過程質量控制的范圍包括樣件/機首件試制與批量生產試制。圖2 為質量特性在產品開發過程的傳遞路徑。展示了從頂層的客戶需求向制造底層的關健特性、工序、因子的傳遞過程，以及對應環節的過程質量控制方式。

首件試制的主要目的是確認設計的合適與否。首件試制解決的是符合性問題。也就是按圖紙要求是否能制造出預期的產品，零件之間有無干涉，是否存在差錯而無法組裝等。其次才是試驗生產加工方法。控制的重點是，試制品必須嚴格按照設計圖紙制作，因為試制針對的是設計的質量，而不是試制品本身的質量。只有100%符合設計的要求，才能對設計起到評定的作用[1]。通過檢驗來確保制造質量是對制造過程評定的最直接有效的方法，因此對首件的要求必須是100%全檢。

首臺樣件/機會進行試驗，以驗證設計的符合性。根據在試驗過程中所產生的問題對設計進行修正改進及再驗證，經評估后進入批量生產試制。

批量生產試制的目的是確定設計出來的產品進行正式批量生產時所采用的生產方式。因此批量生產試制解決的是一致性問題，主要有6 個方面的內容。1）確認工序設計是否妥當，并投入批量的工藝工裝。2）確認首件試制中發現的問題所做的設計更改是否合適。3）確定產品的制造成本。4）確定對于外購件的要求供方是否已滿足。5） 確定過程質量控制計劃。6）培訓生產操作工人[1]。批量生產試制中的首批是控制的重點。首批指的是全部的首次提供批量樣件的活動，包含工序的變化或調整后所制造出來的第一批樣件。首批樣件必須嚴格執行100%全檢。

4 試驗控制

產品的試驗方式與產品的特點有關。為了區別試驗的成熟程度，部分企業會將產品試驗分為3 個階段：技術驗證樣機、功能性能樣機、可靠性樣機。

當開發的產品含有大量的創新因素時，必須提前對原理、原材料、零部件和分系統進行驗證，這就是技術驗證樣機試驗的目的。技術驗證樣機來源于設計中識別出來的新內容風險防控計劃和開發前端識別出來的現有問題。樣機試驗與產品設計同步進行，通常采用計算機仿真、變換方法、零部件樣件獨立試驗（臺架、性能及功能、壽命等）、將樣件安裝在其他整機上進行試驗的方式開展。越早進行技術驗證樣機試驗，就越能發現潛在的問題，對設計的修正作用就越強，后期產品的試驗時間大幅下降，問題能得到解決。

功能性能樣機的試驗目的是驗證產品定義目標（可靠性目標除外）的滿足程度，同時充分暴露設計缺陷。功能性能樣機是嚴格按照設計圖紙制造出的完整的全新樣機。功能性能樣機通常投入單臺，試驗包括樣機的評審、整機/系統性能和功能測試、操作測試以及可靠性試驗等。可靠性試驗工況為典型的工況，必要時進行強化。對樣機在試驗過程中發現的設計缺陷，要不斷進行設計修正，直到產品定義要求被滿足為止。如果出現重大設計缺陷，還必須實施糾正措施，并驗證措施的有效性。在樣機完成試驗后，對樣機實施拆卸、檢查及解體，以找出通過外在的觀察無法發現的問題，并對某些故障進行深入的研究。

圖2 質量特性在產品開發過程的傳遞方式

可靠性樣機試驗的目的是確認產品滿足顧客的需求，同時通過可靠性增長試驗充分暴露設計及批量制造缺陷，實現可靠性水平的增長。由于功能性能樣機的數量較少，驗證的典型工況單一，要想取得可靠性水平的增長，必須投入小批量可靠性樣機試驗。可靠性樣機投入的數量通常為多臺，投入數量及試驗時長具體由類似產品的浴盆曲線、新產品可靠性增長水平、新產品單機價值決定。樣機需要做的試驗包括樣機評審、整機/系統性能和功能測試、操作測試、可靠性增長試驗、認證試驗等。為了盡快達到可靠性增長的目標，往往采用加速強化的方式進行。此外，在可靠性樣機試驗中還需要重點關注功能性能樣機試驗及設計整改的內容，以及在功能性能樣機上未得到充分驗證的內容。

部分企業會在可靠性樣機后投入少數批量的用戶測試機用于測試市場對新產品的反應，雖然是一種商業行為，但是也能暴露不少適用性方面的問題。

試驗控制的重點在于試驗過程中問題的跟蹤、解決、及再驗證，問題解決7 步法是一個很好的工具，可以幫助我們持續跟蹤直至問題解決。

5 新產品上市早期關懷

由于試驗投入的局限以及剛進入量產，新產品開始進入市場時，可能會與部分客戶的要求不一致，產品的制造質量與設計的產品質量也可能不一致。這些問題都會導致客戶的強烈抱怨和不滿。因此必須實施新產品上市早期關懷，為信息反饋和問題處理開辟綠色通道。

應成立早期關懷團隊，由新產品開發項目經理帶隊，成員包括研發、工藝、制造、采購、營銷、服務和配件等人員，職責為盡可能的收集與新產品相關的一切信息，為設計改進提供輸入；對故障進行快速響應，在顧客抱怨升級前解決它。早期關懷團隊實行例會制，根據是否出現重大故障及故障頻度確定會議間隔時間。為獲得第1 手信息，需進行較為頻繁的用戶走訪，并在走訪中檢查新機器的使用情況。

實施新產品早期關懷活動結束的基本標準為：經評估，新產品達到設計的可靠性水平，并不在有重大問題被發現。

6 工程變更控制

工程變更指的是新產品上市后的設計變更。上市前的設計更改可以通過批量整圖的方式進行。新產品上市后，供應鏈完成搭建，設計變更影響的范圍會波及供應商、經銷商、后市場，所以必需按規定的程序進行，并嚴格進行控制。圖3 是工程變更的流程。

工程變更來源于產品試驗未發現的設計失誤、市場和客戶對產品新的要求、競爭機型的變化、設計做出的更利于制造，使用和維護的改進、成本的降低、性能的提升、供應商的改變、上市后設計問題的解決等[2]。

變更的來源需要進行分析評審，以判斷是否需要啟動設計變更，應盡量避免不必要的變更。設計變更啟動后，對變更的方案在必要時須進行評審。對變更的影響要進行關聯性檢查，檢查包括對產品的功能、性能、形狀、重量、互換性、安全性、可靠性、軟件版本的影響；對操作、使用方式的影響；對相鄰零部件裝配、運動的影響；對成本的影響；對制造工藝，質量控制過程的影響；對客戶、銷售技術文件、服務、配件的影響，并將影響通知到相關方。另外，對設計變更的零部件和整機的成品及在制品要給出處理意見，報廢還是轉配件、留用等。確認最終變更的實施時間，對于需要試裝的變更，需提前安排試裝驗證。除此之外，還需要對變更的實施過程進行跟蹤，記錄變更的零部件和整機批次。對上市后的整機進行變更效果跟蹤。

工程變更控制重點為變更過程的閉環管理。在復雜的制造系統中存在多個斷點，從工序過程，零部件生產，部件組裝，到整機組裝，歷經的部門和人員越多，管理的難度越高。有必要設置專門的斷點工程師對斷點進行控制。

多數企業會采用在新產品開發過程中設置質量閥和階段的方式進行過程控制，并設置通過的標準，這與該文所介紹的6 個方面的控制重點并不矛盾。這些控制重點為質量閥或階段的通過標準提供了參考的依據。此外，新產品的過程控制方法與新產品的特點有關，即便是同一類別的新產品，創新程度高的要比只是執行了改進的新產品過程控制復雜，應根據具體是什么樣的新產品調整過程控制策略。該文所介紹的方法適用于小批量多品種的工程設備類產品，對其他品類的產品有一定的借鑒意義。不論什么行業，什么產品，都需要根據發現的問題對新產品開發體系進行持續的精進改良。

圖3 工程變更流程圖