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【摘要】随着经济与社会的发展，市场竞争日益激烈，如何生产出客户满意并且具有吸引力的新产品，是企业在竞争中取胜的关键。价值工程（VE）理论以功能分析为核心手段，质量功能展开（QFD）方法擅长于将顾客需求信息转化为设计需求，试验设计（DOE）是一种为了减少多因素试验次数，并取得最佳效果而科学地制定方案的方法。本文将三者有机的结合起来，从根本上提高产品质量，保证企业新产品开发的成功。
【关键词】产品优化设计；QFD；VE；DOE
【中图分类号】TB 【文献标识码】A
【文章编号】1007-4309（2011）05-0082-2
现阶段，产品优化设计的理论与方法种类繁多，侧重点各不相同，各有优劣。目前的研究主要体现在质量功能展开（QFD），价值工程（VE），试验设计（DOE）在各自领域向纵深发展，而各种理论集成应用的研究还很少。因此，本文将QFD、VE与DOE协同运用，在运用QFD将顾客需求转化为产品技术特性重要度的同时引用DOE理论，使产品在优化设计阶段的成果更为细化，便于实际操作，并通过构建QFD、VE和DOE的产品优化设计模型，实现产品的优化设计，从而通过设计阶段的质量提高，从根本上提高产品质量，保证企业新产品开发的成功。
一、FD、VE与DOE简介
质量功能展开（QFD）是从质量角度出发，通过一定的市场调查方法获取顾客需求，并采用矩阵图解法对顾客需求的实现过程分解到产品开发的各个过程和各职能部门中去，通过协调各部门的工作以保证产品的质量，使得设计和制造的产品能真正地满足顾客的需求。质量功能展开的整个开发过程是以满足市场顾客需求为出发点的，各阶段的质量屋的输入和输出都是市场顾客需求所直接驱动，以此保证最大限度地满足市场顾客的需求。质量屋（HQO）是建立质量功能展开系统的基础工具，是质量功能展开方法的精髓。
价值工程（VE）它是以最低的寿命周期成本可靠地实现产品必要的功能，着眼于产品的功能分析的有组织活动；它以提高价值为目的，以功能分析为核心，科学方法为工具，把产品的技术水平与经济效益有机联系起来，通过对产品的功能分析，找提高产品价值，降低其成本的方法途径。我国价值工程国家标B8223-87对价值的定义是：“对象所具有的功能与获得该功能的全部费用之比”。
用公式表示：V= 其中：V为价值；F为功能；C为寿命周期成本。
这是一个概念性公式，而不是数学意义上的表达，它揭示了价值、功能、成本三者之间的关系。从公式中可看出，价值与功能成正比，与寿命周期成本成反比。也就是说，产品的价值随功能提高而上升，随成本增高而降低。
试验设计（DOE）是以概率论与数理统计为理论基础，经济地、科学地制定试验方案以便对试验数据进行有效统计分析的数学理论和方法。试验设计研究如何合理而有效地获得数据资料、安排试验，然后进行综合的科学分析，同时研究多个输入因素对输出的影响，从而获得影响试验结果的关键因素及最优方案。
试验设计的方法有很多，如英国费歇开创的经典设计，美国博克斯创立的回归设计，日本田口开发的正交试验设计与参数设计等。其中，正交试验设计是应用最多、最广泛的试验设计方法。
正交试验设计，又称正交试验法、正交设计法和正交法。它是在实际经验与理论认识的基础上，利用正交表来安排“均衡分散”的试验，从而通过少数的试验次数，找到最优方案，尤其在研究与处理多因素试验时，更是一种简单而科学的试验设计方法。
二、QFD、VE与DOE之间的关系
价值工程（VE）以功能分析为核心手段，从改进设计方案着手，降低成本，但VE未能从顾客需求的角度来分析产品的功能。质量功能展开（QFD）能够将顾客需求信息转化为设计需求，它体现了以市场为导向，以顾客需求为产品开发依据的指导思想，但传统的QFD运用中都是直接考虑产品质量，而没有分析产品的核心—功能，也没有在设计中考虑成本。因此，将价值工程的核心功能分析与QFD相结合，有效地从顾客需求出发，以功能为核心进行产品设计。
但是，QFD仅仅是为产品的设计开发过程提供了一个框架，但对于框架中出现的问题并没有给出具体可行的衡量标准，忽略了顾客需求向详细设计阶段要求的转化过程。DOE可以指导试验设计与参数优化，QFD分析的关系矩阵中对产品性能起关键作用的因素在DOE试验设计阶段需重点分析。同时经过试验分析验证后得出影响产品特性的关键因素需返回对QFD分析阶段得出的重点参数进行修正，以保证质量屋建立过程中影响产品质量的关键功能因素没有遗漏。
三、构建集成QFD、VE与DOE的产品优化设计步骤
（一）步骤一：顾客需求分析及顾客需求重要度
首先，对顾客需求进行挖掘和识别，利用情景分析法对顾客的原始需求进行整理。
其次，使用KJ法对顾客需求进行聚类分析，得到层次化的需求项目。
然后，用当前广泛应用的AHP法对层次化的顾客需求进行重要度判断，获得顾客需求的价值排序。
最后，计算顾客需求绝对重要度和相对权重。
（二）步骤二：产品功能分析
在获取并分析了解顾客需求之后，就要定义、整理、分析产品的功能，绘制功能系统图。
功能整理常用的方法就是系统化分析技术（FAST）图解法。FAST的基本逻辑是用“目的—手段”方式，明确VE对象各功能之间的相互关系并形成功能网络系统。
（三）步骤三：构建“需求——功能”质量屋（HQO）
将顾客需求展开表作为质量屋的“左墙”，将现有功能作为“屋顶”，构建“需求—功能”质量屋。这时的质量屋是由顾客对目标产品的需求和产品的功能系统组成的二维表，用◎、○、△符号分别表示强相关、中等相关、弱相关，构建顾客需求和现有功能间的相关关系。分别用5分、3分、1分分别表示强相关、中等相关、弱相关，构建顾客需求和现有功能间的相关关系。
通过分析此质量屋得出了现有功能不能满足顾客的需求，存在必要但是缺少的功能以及多余的功能。那么通过补充必要但是缺少的功能以及消除不必要的功能之后，就得出了“基于顾客需求的功能”。
（四）步骤四：构建“零部件——基于顾客需求的功能”质量屋（HQO）
分析现有零部件结构，制作零部件展开表，以零部件作为质量屋的左墙，顾客需求的功能作为质量屋的屋顶，构建零部件和目标功能之间的相关关系。通过分析“零部件——基于顾客需求的功能”相关关系矩阵
（五）步骤五：试验设计
对于新产品，其零部件众多，影响其性能的因素多种多样，为了节省人力、物力、财力以较少的试验次数得到满意的试验结果，分析影响某性能的关键因素，需要采用DOE方法。根据前面QFD的分析可以得出权重大的设计因素，即与顾客需求最相关的因素，设计人员可以把这些因素当做试验设计的重点参数。利用DOE方法分析影响试验结果各因素间的交互作用，估计和控制试验误差，提高试验精度，迅速地优选出最优方案。
四、结论
本文分析了QFD、VE、DOE的优缺点及其之间的关系，指出在辅助产品创新设计方面缺乏系统的、全局性的辅助设计模型与方法。提出了基于上述三者集成的、系统的辅助产品创新设计全过程的模型。QFD将顾客需求分析转化为各阶段参数特性，贯穿产品设计始末；DOE辅助试验设计，提供参数优化组合，确保产品设计各个阶段都有创新方法或工具地辅助，高效，低成本地生产出性能优越，顾客满意的产品。
【参考文献】
［1］熊伟．质量功能展开：从理论到实践［M］．北京：科学出版社，2009．
［2］杨建昊，金立顺．广义价值工程［M］．北京：国防工业出版社，2009．
［3］陈魁．试验设计与分析［M］．北京：清华大学出版社，2005．
【作者简介】张兰（1983- ）：女，辽宁辽阳人，沈阳工业大学工业工程专业硕士研究生。
【关键词】产品优化设计；QFD；VE；DOE
【中图分类号】TB 【文献标识码】A
【文章编号】1007-4309（2011）05-0082-2
现阶段，产品优化设计的理论与方法种类繁多，侧重点各不相同，各有优劣。目前的研究主要体现在质量功能展开（QFD），价值工程（VE），试验设计（DOE）在各自领域向纵深发展，而各种理论集成应用的研究还很少。因此，本文将QFD、VE与DOE协同运用，在运用QFD将顾客需求转化为产品技术特性重要度的同时引用DOE理论，使产品在优化设计阶段的成果更为细化，便于实际操作，并通过构建QFD、VE和DOE的产品优化设计模型，实现产品的优化设计，从而通过设计阶段的质量提高，从根本上提高产品质量，保证企业新产品开发的成功。
一、FD、VE与DOE简介
质量功能展开（QFD）是从质量角度出发，通过一定的市场调查方法获取顾客需求，并采用矩阵图解法对顾客需求的实现过程分解到产品开发的各个过程和各职能部门中去，通过协调各部门的工作以保证产品的质量，使得设计和制造的产品能真正地满足顾客的需求。质量功能展开的整个开发过程是以满足市场顾客需求为出发点的，各阶段的质量屋的输入和输出都是市场顾客需求所直接驱动，以此保证最大限度地满足市场顾客的需求。质量屋（HQO）是建立质量功能展开系统的基础工具，是质量功能展开方法的精髓。
价值工程（VE）它是以最低的寿命周期成本可靠地实现产品必要的功能，着眼于产品的功能分析的有组织活动；它以提高价值为目的，以功能分析为核心，科学方法为工具，把产品的技术水平与经济效益有机联系起来，通过对产品的功能分析，找提高产品价值，降低其成本的方法途径。我国价值工程国家标B8223-87对价值的定义是：“对象所具有的功能与获得该功能的全部费用之比”。
用公式表示：V= 其中：V为价值；F为功能；C为寿命周期成本。
这是一个概念性公式，而不是数学意义上的表达，它揭示了价值、功能、成本三者之间的关系。从公式中可看出，价值与功能成正比，与寿命周期成本成反比。也就是说，产品的价值随功能提高而上升，随成本增高而降低。
试验设计（DOE）是以概率论与数理统计为理论基础，经济地、科学地制定试验方案以便对试验数据进行有效统计分析的数学理论和方法。试验设计研究如何合理而有效地获得数据资料、安排试验，然后进行综合的科学分析，同时研究多个输入因素对输出的影响，从而获得影响试验结果的关键因素及最优方案。
试验设计的方法有很多，如英国费歇开创的经典设计，美国博克斯创立的回归设计，日本田口开发的正交试验设计与参数设计等。其中，正交试验设计是应用最多、最广泛的试验设计方法。
正交试验设计，又称正交试验法、正交设计法和正交法。它是在实际经验与理论认识的基础上，利用正交表来安排“均衡分散”的试验，从而通过少数的试验次数，找到最优方案，尤其在研究与处理多因素试验时，更是一种简单而科学的试验设计方法。
二、QFD、VE与DOE之间的关系
价值工程（VE）以功能分析为核心手段，从改进设计方案着手，降低成本，但VE未能从顾客需求的角度来分析产品的功能。质量功能展开（QFD）能够将顾客需求信息转化为设计需求，它体现了以市场为导向，以顾客需求为产品开发依据的指导思想，但传统的QFD运用中都是直接考虑产品质量，而没有分析产品的核心—功能，也没有在设计中考虑成本。因此，将价值工程的核心功能分析与QFD相结合，有效地从顾客需求出发，以功能为核心进行产品设计。
但是，QFD仅仅是为产品的设计开发过程提供了一个框架，但对于框架中出现的问题并没有给出具体可行的衡量标准，忽略了顾客需求向详细设计阶段要求的转化过程。DOE可以指导试验设计与参数优化，QFD分析的关系矩阵中对产品性能起关键作用的因素在DOE试验设计阶段需重点分析。同时经过试验分析验证后得出影响产品特性的关键因素需返回对QFD分析阶段得出的重点参数进行修正，以保证质量屋建立过程中影响产品质量的关键功能因素没有遗漏。
三、构建集成QFD、VE与DOE的产品优化设计步骤
（一）步骤一：顾客需求分析及顾客需求重要度
首先，对顾客需求进行挖掘和识别，利用情景分析法对顾客的原始需求进行整理。
其次，使用KJ法对顾客需求进行聚类分析，得到层次化的需求项目。
然后，用当前广泛应用的AHP法对层次化的顾客需求进行重要度判断，获得顾客需求的价值排序。
最后，计算顾客需求绝对重要度和相对权重。
（二）步骤二：产品功能分析
在获取并分析了解顾客需求之后，就要定义、整理、分析产品的功能，绘制功能系统图。
功能整理常用的方法就是系统化分析技术（FAST）图解法。FAST的基本逻辑是用“目的—手段”方式，明确VE对象各功能之间的相互关系并形成功能网络系统。
（三）步骤三：构建“需求——功能”质量屋（HQO）
将顾客需求展开表作为质量屋的“左墙”，将现有功能作为“屋顶”，构建“需求—功能”质量屋。这时的质量屋是由顾客对目标产品的需求和产品的功能系统组成的二维表，用◎、○、△符号分别表示强相关、中等相关、弱相关，构建顾客需求和现有功能间的相关关系。分别用5分、3分、1分分别表示强相关、中等相关、弱相关，构建顾客需求和现有功能间的相关关系。
通过分析此质量屋得出了现有功能不能满足顾客的需求，存在必要但是缺少的功能以及多余的功能。那么通过补充必要但是缺少的功能以及消除不必要的功能之后，就得出了“基于顾客需求的功能”。
（四）步骤四：构建“零部件——基于顾客需求的功能”质量屋（HQO）
分析现有零部件结构，制作零部件展开表，以零部件作为质量屋的左墙，顾客需求的功能作为质量屋的屋顶，构建零部件和目标功能之间的相关关系。通过分析“零部件——基于顾客需求的功能”相关关系矩阵
（五）步骤五：试验设计
对于新产品，其零部件众多，影响其性能的因素多种多样，为了节省人力、物力、财力以较少的试验次数得到满意的试验结果，分析影响某性能的关键因素，需要采用DOE方法。根据前面QFD的分析可以得出权重大的设计因素，即与顾客需求最相关的因素，设计人员可以把这些因素当做试验设计的重点参数。利用DOE方法分析影响试验结果各因素间的交互作用，估计和控制试验误差，提高试验精度，迅速地优选出最优方案。
四、结论
本文分析了QFD、VE、DOE的优缺点及其之间的关系，指出在辅助产品创新设计方面缺乏系统的、全局性的辅助设计模型与方法。提出了基于上述三者集成的、系统的辅助产品创新设计全过程的模型。QFD将顾客需求分析转化为各阶段参数特性，贯穿产品设计始末；DOE辅助试验设计，提供参数优化组合，确保产品设计各个阶段都有创新方法或工具地辅助，高效，低成本地生产出性能优越，顾客满意的产品。
【参考文献】
［1］熊伟．质量功能展开：从理论到实践［M］．北京：科学出版社，2009．
［2］杨建昊，金立顺．广义价值工程［M］．北京：国防工业出版社，2009．
［3］陈魁．试验设计与分析［M］．北京：清华大学出版社，2005．
【作者简介】张兰（1983- ）：女，辽宁辽阳人，沈阳工业大学工业工程专业硕士研究生。