面向客户需求融合的产品设计方案优选模型及应用

1、面向客户需求融合的产品设计方案优选模型及应用而向客户需求融合的产品设计方案优选模型及应用摘要随着经济与科技的飞速发展，人们对产品质量要求的h益提升，产品设计复杂性的不断增加，如何成功的完成产品设计即在满足客户 需求的同时提升产品设计质量已成为当今制造企业获得市场竞争优 势的关键所在。但在现有的产品设计方案优化中，尚存在客户参与不 足，不能有效地将客户需求融入产品设计过程,缺乏对设计方案后续 的具体参数选择。因此，本文在前人所做研究工作的基础上,从最大 限度满足客户需求岀发,运用模糊聚类、质量屋、灰色理论和正交试 验设计等方法融合进产品设计方案优化决策过程，对产品设计优化中 存在的大量不确定性、

2、模糊信息进行分析处理,将客户需求真正融入 产品优化设计屮，并对具体设计参数做出有效的选择。论文的主要工作如下：一、客户需求处理。针对客户需求表达中存在的模糊抽象性与不 完整性等问题，提出了基于语义的客户需求分解方法,通过语义分割 与转化、相同需求单元合并与环境补充,将采用自然语言描述的原始 的客户需求分解为明确具体的需求单元,然后对分解后的需求单元进行模糊聚类分析，以便通过需求映射处理，获取更为准确的产品设计技术需求。二、客户需求映射。针对客户需求不能准确、有效的反应到产品的设计中来, 在客户需求分析处理的基础上，以客户满意为准则，应用改进质量屋技术将客户需求映射为产品设计方案的设计指标，提出

3、基于客户需求映射的产品设计技术需求权重获取方法。结合和爛权法，获得了产品设计指标的综合权重，从而真实反映客户需求对 产品设计的影响。三、产品设计参数优选。针对传统无法进一步指导产品设计人员如何对那些应重点关注的反映产甜技术特性的相关设计参数的问题，应用正交试验实现关键产品设计参数的最优组合。然后利用 灰色关联决策来进行正交试验结果的分析处理,分清各因素对指标影 响的主次顺序，分析设计方案中的各属性参数与目标的关联系数和关 联度，从而得到一组优选属性，进一步确定最佳方案。四、产品设计方案优化实证。以电冰箱产品设计方案优选为例。将客户需求融入到冰箱的设计过程中，应用语义的客户需求分解方法、 改进质

4、量屋和正交灰色关联技术,最后获得融合客户需求的电冰箱产 品设计方案优选。关键词:设计方案优化，模糊聚类，递阶质量屋，灰色理论,正交设计,，岫，嬲.iv?,目录商要目录第一章绪论.研究背景与意义？产品设计概述?？产品设计理论? 产品设计过程课题来源？.木文研究内容及组织结构第二章相关理论研究产品优化设计现状 产品优化设计概述 优化方法研究现状面向客户满意的产品质量研究现状质量功能展开的起源与发展概念与细分模型研究客户要求与设计需求的映射研究现状？当前研究存在的问题?本章小结？第三章基于语义与模糊聚类的客户需求信息处理客户需求获取方法与步骤? 客户需求获取步骤 客户需求获取方法基于语义的客户需求分

5、解?基于模糊聚类的客户需求分类？ 模糊聚类分析概念客户需求的模糊聚类步骤木章小结一第四章基于递阶质量屋的产品设计要求及其权重确定设计要求分析模型.质量屋的构建？基于的设计要求分析? 基于的客户需求权重确定.oo技术特性权重确定.市场竞争性评估？ 基于爛权法的产品设计要求权重调整？.本章小结？第五章基于正交试验和灰色关联的产品设计优化研究vi.基于正交试验和灰色关联的产品设计参数优化模型一.正交试验设计？.正交试验设计相关概念？.正交试验设计原理基于灰色关联理论的产品设计参数组合优化方法? 一.试验数据预处理？.灰色关联系数与灰色关联度灰色关联排序正交灰色关联设计产品设计 参数优选步骤本章小结?

6、第六章面向客户需求融合的产品设计方案优选模型应用.产品设计方案优选 模型？案例的选择？一应用案例？ 客户需求映射产品优化设计?本章小结一第七章总结与展望总结？.展望？.参考文献? 一ii第一章绪论研究背景与意义世纪，随着科学技术的h新月异、经济的飞速发展、信息时代的来临与全球化市场的发展，客户己经不再满足于制造企业提供的单一的产品，而是 对产品的功能、价格、质量和交货期等提出新的要求，使得制造企业之间的竞争 也更加激烈。制造企业所处的外部环境也发生了根本性改变，由于信息化时代的 客户需求的个性化和多样化，工业化早期制造企业所处的供给不足的卖方市场环 境进一步被买方市场所取代。为了赢得市场竞争的

7、主动权和优势，制造企业就需 要高效低成本地进行产品优化设计，提高产品质量，以最大程度地满足消费者个 性化和多样化的需求。相关研究表明，虽然设计阶段的实际投入只占产品总成本%左右,但是其设计结果却决定了产品总成本的左右。产品设计作为产品开发过程中最为 活跃且富有创造力的阶段,直接关系到产品的最终形态、功能等因素，也最终决 定了产品的竞争力。产品设计方案是整个产品设计屮最为关键的环节，如果一 个产品的设计方案不好，不仅产品无法在激烈的市场竞争中得到消费者认可，同 时在产品牛产过程中也更容易耗费更多的资源。相反，如果产品设计的较好，不仅 会在功能和制造成本上有优越性，而且贴合实际客户需求，从而使产品

8、在各个 方面的竞争力都得以增强。因此，产品设计开发中，企业要想在激烈的市场竞争中取胜就必须把满足客户需求融入整个产品开发过程。这就需要在产品设计z初就对客户的需求进 行科学分析、凝练，从而根据客户需求进行产品设计，达到增强使客户满意度最大的目的。因此，以客户需求为依据,将客户需求融入到产品优化设计屮，成为 当前产品设计领域研究的一个重点。产品设计概述产品设计是一种创新性行为，以客户需求为出发点经过一系列步骤把抽象思 维过程中的产品功能需求具体化。在这个过程中，考虑所有影响产品功能的 各类因素及其之间的关系，通过科学评判方法，最终得出最优的产品设计方案。因 此，对产品设计理论和设计方法的探索是现

9、代设计学的主要研究内容和研究成 果。产品设计理论是指产品设计过程中的知识规律和设计行为而产品设计过程中 所用的具体方法属于设计方法的研究范畴。 产品设计理论产品设计理论的主要研究内容包括:产品设计过程、产品设计目标、设计者、领域知识、可用资源等。如图所示：图产品设计理论的研究内容目前，许多学者对产品设计理论展开了深入的研究并得出了一定的研究成 果,其中较为公认的主要有以下儿种理论【】：公理化设计为首公理化设计理论，是由美国教授的设计理论研究小组初次提岀的，该方法主要是对以往以设计人员的设计经 验为主的设计手段进行改进，提出以科学法则、公理为指导的设计理论体系。公 理设计的概念模型由产品设计的四

10、个域之间相互映射形成，如图.所示【。应用 公理进行设计是自顶向下的过程,很多工程设计问题都是建立在这种模型的 基础匕。用户域功能域物理域过程域图设计域模型公理化设计的应用基于独立性公理和信息公理两个基木公理:独立性公理 对设计参数和功能需求进行说明和定义，即保持产品的所有功能需求的独立 性，使产品设计参数只影响其所映射的功能;信息公理,主要减少设计结果的 信息内容，对其信息含量进行规范,减少设计的复杂性。在产品设计过程中，如果在功能域到物理域的转换过程能满足这两条公理，则该设计方案是优化的设计方案。理论世纪年代，德国柏林工业大学教授和提出了系统化设计理论。该理论在总结优秀设计过程的基础上，以系

11、统理论为指导建立了设计者 在每一个工作阶段的工作步骤，从而形成了设计过程的一般模式，系统化设计 理论将产品设计过程分为如下几个阶段：明确任务阶段、概念设计阶段、装配设计阶段和详细设计阶段。如图所示：需求技术说明概念产品方案三维装配模型二维工程图图理论的设计过程在实际中，对于该模型的应用既可以选择设计过程中的某些阶段进行产品设计，也可以完全依据该模型的顺序进行产品设计。系统化设计理论以抽象的 设计要求为出发点，对设计者在每一个设计阶段的工作内容有步骤的从定性到定量进行转化，明确每个设计阶段的详细工作内容，进而形成一个包括了每一阶段 工作的口标、策略和原则的完整的设计过程模型。创新问题解决理论前苏

12、联学者等人于年最先提出了创新问题解决理论，】。是通过对大量专 利发明进行统计分析，总结出的解决技术问题、实现创新开发的一个综合理论体系。 在产品设计中，能帮助设计人员尽快解决各工程领域的创新问题，并获得满意的解决方案。理论对技术系统进化所遵循的客观法则进行总结归纳,预测产品和制造过程的未来发展方向，建立解决创新问题的模型，消除产品设计过程的冲 突，指明解决问题的探索方向和对策，其模型如图所示。掌握并应用该理论，有助于设计人员摆脱对经验的依赖,缩短产品开发周期、提高产品研发成功率，使产品的设计与开发具有可预见性。/ / /俅墨问广/待定的问题特定的解图一创新问题解决理论的产品设计过程图通用设计理

13、论与泛设计理论世纪年代，日本东京大学两位学者、以知识处理为出发点提出了通用设计理论,【。该理论认为设计的本质是一个分解、映射和综合的过程。产品设计过程中根据产品的功能确定产品设计的步骤，并逐步进行细化。通用设计理论通过数学化的形式来对 产品设计过程进行表达,将设计人员抽彖的思维过程具体化为知识处理的概念模 型，为总结设计过程的本质和规律、研究设计过程屮人类思维规律提供了理论依 据。该理论基于抽象概念能清处的表达所有的设计元素，对于已知的所有设计对 彖集合中的元素通过引入理想化知识概念来表示，并在此基础上建立元模型空间进行产品设计的逐步精细化过程。德国教授在总结不同学科领域内的设计特点后，提岀了

14、泛设计理论。该理论主要研究以结构化的形式表达设计过程的方法，通过修正和完善设计过程中各阶段模型的矛盾和约束条件，对现有信息和知识进行重 新组合以实现设计过程的创新,为实现新一代计算机辅助设计技术系统奠定了理 论基础。 产品设计过程产品设计过程的本质是对设计问题进行求解的过程引，是在不确定的情况下进行的一个实现某种目标的决策过程。制造企业之间的竞争主要围绕产品质量、产品响应时间、成木、服务等因素展开，按不同的选择支配因素，可将产品设 计过程模型分为顺序过程模型、设计为中心的模型、并行设计模型和动态过程模型垄基【】【】叮顺序过程模型顺序模型是传统的设计过程模型，如图所示。产品设计按照图中的顺序模型

15、进行展开，不同的部门按自己的职责完成相应的工作。如果产品生产阶 段发现有需要修改的设计，可以返回到设计阶段再进行设计,直到达到要求为止。 ?. 吋司图顺序过程模型设计为中心的模型选择设计为屮心的模型进行产品设计,能够降低产品的成本，提高产品质量。区别于顺序过程模型的是:选用该模型进行产品设计要考虑到全生命周期的 制造、成本、装配、环境等因素，缩短设计中产品设计中可能出现的反复过程。图击设计为中心的模型企业在产品设计屮选用设计为屮心的模型时，应有一定的计算机应用基础及软硬件环境作为保证。并行设计模型选用该设计模型进行产品设计在提高产品质量及缩短产品响应时间上具有优势。设计人员掌握不同阶段的设计知

16、识是并行设计的重要前提，而已设计 为中心的设计模型对此则没有特别要求，同时需要产品设计开发中下个环节的设 计人员参加，从而尽快开发出新产品。图并行设计模型并行设计模型多用于具有网络环境的大中型企业，但是不具备网络环境的小 企业也可以根据具体情况进行选择。动态过程模型动态过程模型的特点在于，产品设计的各个阶段同时开始，这就要求各设计环节的人员进行更好的沟通和合作因此要求企业有更好的设计方案和过程 的集成环境。企业选用这种设计模型最大驱动力是缩短产品响应时间。如图.所zj"'* o?时.间图动态过程模型课题来源木论文研究的课题来源是国家自然科学基金项目“产品演进设计中的信息交互和

17、参数挖掘与优化编号:及国家重点基础研究发展计划前期研究专项“机电产品设计参数挖掘与优化技术基础研究”编号：。本文的研究内容是作者对上述课题研究工作的积累和延续，通过相关理论研 究和模型构建，研究面向客户需求的产品优化设计。本文研究内容及组织结构产品优化设计是提高产品设计质量的一种重要手段，现有的研究中,对产品优化设计主要关注点在于对现有的设计参数进行优化设计，而定性的客户需 求信息很少融入并精确的体现在优化过程，有鉴于此，本文基于在原有产品的基 础上根据客户的要求进行产品的优化设计的研究，探讨制造企业如何在有限的资 源条件下,得到能满足客户需求的高质量的、具体细化的产品设计方案。本文的研究思路

18、为：以面向客户满意为岀发点,将客户需求融合进产品设计 方案优选，针对客户在需求表达时的模糊不确定等缺陷首先对需求信息整理 分析，以确保客户对产品的要求能准确的被设计人员获取，在此基础上，通过质量 屋的构建将客户的需求转化为制造企业的产品设讣指标并获取设计指标的权重, 进而得到能够满足客户需求的关键的技术特性，促使产品质量从一开始的客户需 求层面就直接被映射到产品技术要求上。其次，面向客户需求融合，在考虑企业成等约束条件下，在众多技术要求中选择客户关注度高的技术要求，引入正交 设计与灰色关联理论，构建基于/三交试验设计/灰色关联分析的产品优化设计模型实现产品的优化设计模型，选择设计参数，从而实现

19、将客户需求融入到产 品设计质量中，使产品的设计在客户参与的同时优化结果也更为细致。论文的主 要研究内容分为四个部分：一、客户需求处理。针对客户需求表达中存在的模糊抽象性与不完整性等问题，提出了基于语义的客户需求分解方法,通过语义分割与转化、相同需求单 元合并与环境补充，将采用自然语言描述的原始的客户需求分解为明确具体的 需求单元，然后对分解后的需求单元进行模糊聚类分析，以便通过需求映射处理, 获取更为准确的产品设计技术需求。二、客户需求映射。针对客户需求不能准确、有效的反应到产品的设计中来,在客户需求分析处理的基础上，以客户满意为准则，应用改进质量屋技术将 客户需求映射为产品设计方案的设计指标

20、，提出基于客户需求映射的产品设计技 术需求权重获取方法。结合和爛权法，获得了产品设计指标的综合权重，从而真实反映客户需求对产品设计的影响。三、产品设计参数优选。针对传统无法进一步指导产品设计人员如何 对那些应重点关注的反映产品技术特性的相关设计参数的问题，应用正交试验实现关键产品设计参数的最优组合。然后利用灰色关联决策來进行正交试验结 果的分析处理，分清各因素对指标影响的主次顺序，分析设计方案中的各属性参 数与目标的关联系数和关联度，从而得到一组优选属性，进一步确定最佳方案。四、产品设计方案优化实证。以电冰箱产品设计方案优选为例。将客户需求 融入到冰箱的设计过程中，应用模糊聚类的客户需求分类方

21、法、改进质量屋和正交灰色关联技术，最后获得融合客户需求的电冰箱产品设计方案优选。根据上述研究内容，木文技术路线如图所示：图产品优化设计模型以上述四个方面为核心,本文内容分为七章进行阐述，组织结构如图.9999999客户褊获取匣悟善眶蔓乎匿躯基于递阶质量星的产晶设计参教及其扳重确定图木文组织结构图第一章:绪论。阐述了论文的研究背景及意义,介绍了产品设计的理论与方 法，并给出了本文的主要研究内容及各章节安排。第二章:相关理论研究综述。对面向客户满意的产品设计研究现状进行综述， 首先对产品优化设计进行了综述分析，同时对设计优化所使用的一些方法进 行了介绍，随后介绍了质量功能展开的起源发展及国内外研究

22、现状及研究热点。 第三章:基于语义和模糊聚类的客户需求信息的获取与处理。首先提出了基 于客户设计者双向视角的客户需求获取的方法与步骤，针对客户因为自身 领域知识的限制在需求表达存在的模糊不确定等问题，对客户需求信息进行分解, 获得具有独立语义的客户需求单元,在此基础上基于模糊聚类分析对客户需求 进行分类，进而获得客户需求的层次结构，为进一步客户需求权重分析提供依据。 第四章:基于递阶质量屋的产品设计要求及其权重确定。在获取客户需求并 计算岀需求权重的基础上,研究基于改进的把客户需求融入产品设计中的方 法，得到设计要求权重，然后运用爛权法获得校验权重值，最后获得产品设计 各指标的综合权重。第五章

23、:基于正交试验和灰色关联的产品设计优化研究。介绍了正交试验设计和灰色关联分析，将两者结合应用于产品优化设计，得到产甜设计方案。 第六章:面向客户需求融合的产品设计方案优化应用。将、灰色系统理 论、正交试验设计进行了有效的集成，应用于冰箱设计方案评价优选,并取得 了较好的效果。第七章:总结与展望。对全文内容进行了总结,并对今后的研究工作进行了展望。第二章相关理论研究随着经济与科技的飞速发展，制造企业之间的竞争日趋激烈，人们对产品质量要求的日益提升,产品设计复杂性的不断增加，学术界与企业界清醒的认 识到满足客户需求的同时提高产品的质量是在市场竞争中取胜的关键，而质量的 核心在于产品设计。作为一种基

24、于客户需求驱动的产品开发理论与工具，能有效的将客户需求映射到产品设计中。对面向客户满意的产品优化设计也成了 研究热点，研究人员对此做了大量的工作。本章主要分析当前基于客户需求的产 品设计研究现状，同时介绍质量功能展开,的起源与发展。产品优化设计现状产甜优化设计概述传统的结构设计基于设计人员的主观经验和推理判断进行方案设计与改进，z后，再利用实验等方法协助分析设计方案，研究该方案的可行性与可靠性。 但这种以设计人员的经验为依据的手段很难提高设计方案的精确度、对设计方 案进行创新。随着经济的不断发展和制造业越来越激烈的竞争，人们对产品的要 求也越来越高，产品设计考虑的因素也越来越多，设计的复杂性随

25、之增加,基于传 统的结构设计方法很难满足市场需求-】。世纪年代，随着计算机技术被应用于设计领域,产品领域的许多学者研究了工程优化方法用来处理多目标工程优化问题，优化设计也作为一-种现 代设计方法被提出，用来解决复杂设计问题，选择最优的设计方案,很大程度上缩 小o了产品设计成本、提高了产品设计的质量【】【在不改变产品功能的前提下，通过产品的优化设计对产品结构进行调整，从而提高产品质量。在对产品进行优化设计时,首先明确设计的问题，然后选择行优化设计的变量并确定约束条件，最后通过建立优化设计的数学模型利用合适的方法进行优化求解。 优化方法研究现状许多学者对产品设计优化方法进行了深入研究,传统优化设计

26、方法有很多，其中典型的为准则优化法和数学规划法两种【】。准则优化法首先构造优化 准则然后依据准则对问题进行优化【】。数学规划法有线性规划法和菲线性规划 法两种，都是采用数学极值对问题进行优化求解。这两种方法都有各自的缺陷， 准则优化法虽然简单但同时它在全面考虑优化因素方面存在不足,数学规划法虽 然适用范围比较广泛，但它需要进行多次计算，浪费资源【】。现阶段对优化设计的研究主要在于对设计参数的优化和对设计流程的优化。对设计参数的优化方法主要包括遗传算法、神经网络法、模拟退火法、粒子 群算法等。在世纪年代对自然系统和人工自适应系统的研究过程中提岀了遗传算法，它是一种基于群体搜索策略与群体中的个体之

27、间的信息交换的搜索算法,过自然选择、遗传、变异等操作以及适者生存的理论,模拟白然进化过程來 寻找所求问题的解答。该算法在优化设计时有较强的灵活性和通用性，但在局部 寻求最优解的问题上存在不足【。该算法已被广泛应用于计算机、工程、管理科 学等许多领域。神经网络是一个大规模自适应的非线性动力学系统，包括大量简单的处理单元，这些单元广泛连接组成一个系统，用来模拟人脑神经系统的行为特征，具y j很强的数学性质和生物学特性，可以对问题进行概括、联想、类比、并行等 处理，优化设计效率较高【】。年将模拟退火法是首先由于年提岀，等于其引入组合优化领域，目前己得到了广泛的应用。模拟退火算法的思想来源 于对固体退

28、火原理的模拟，从理论上来说它是一种随机的全局优化算法,它在寻 找全局极小方面具有优越性，同时它在迭代过程中不但能够接受使目标函数向好 的方向前进的解,而且能够在一定限度内接受使目标函数恶化的解，进而使该算 法能够跳离局部最优，获得全局最优解【】【们。该算法常用来研究多变量优化问题。粒子群算法也称为微粒群算法，是在年美国学者与基于智能的提岀的随机搜索算法，该算法源于对鸟类群体活动的研究，进而 利用群体智能建立的一个简化模型，粒子群算法在对鸟类的觅食行为观察的基础 上,利用群体中的个体对信息的共享使整个群体的运动在问题求解空间屮产生从 无序到有序的演化过程，从而获得最优解。目前，粒子群算法较多的被

29、应用 于动态环境优化、目标函数优化等领域。对设计流程的优化方法中，质量功能展开与fh 口方法是最为典型的。质量功能展开方法在优化设计屮最重要的贡献是利用矩阵把产品开发过程进行有 步骤的分解，使设计人员对产品的优化设计过程有清晰明确的认识。但是对于客 户需求向设计要求的转化过程被忽略，无法体现客户需求【】。出口方法以在实验 设计提出的解决思路基础上选择最佳的参数组合，同时它所独特具有的质量 理论对于衡量质量的优劣提供了客观的标准,但是它不能展现产品开发过程的全 貌仅仅是一种过程方法，而且稳健设计的开展必须是在解决什么和如何解决都 已经明确的前提下开展。而向客户满意的产品质量研究现状 质量功能展开

30、的起源与发展质量功能展开，是基于客户需求驱动的产品设计开发方法，即在产甜设计中首先调查和分析顾客需求，使所设计的产 品能真正地满足顾客需求【。它最早在世纪年代的口本由口本的一个学者赤尾 洋二初次提出。在此之前，h本的制造企业所生产的产品无论在质量上述是 创新性上都处于劣势。为了改变这种情况，日本的制造业开始研究提高产品质量 的方法,在这种背景下，方法从初具雏形到口益改善】。年，“质量表”初次出现是在三菱重工神户造船厂的船舶的设计中，被有效的应用，该表具有了方法的一些特征。此后，日本的石川馨博士将价值工程理论应用于质量表中研究出了“业务机能展开表''，并将该种方法 在公司进行了成

31、功的实践】。年，赤尾洋二教授在深入了解了以上两种方法的基础上，提岀利用相关关系矩阵把客户需求与其他因素联系起 来，并将该方法应用于三菱重工神户造船厂。年,赤尾洋二教授总结了上述方法，撰写质量展开一文【引。在到年期间,制造企业开始在产品设计与制造屮使用质量表，此时和在提出的“质量表”屮将客户需求和技术需求巧妙的结合起来。赤尾洋二将上述方法和质量展开系统结合起来，正式提出了的概念。质量功能展开一书以阐述在实际企 业质量管理屮的作用为目的，作者赤尾洋二和水野兹在该书屮详细介绍了 应用案例，为在日本的推进和应用起到了十分重要的作用【。世纪年代中期开始被日木许多企业引用以改进产品质量，并取 得了巨大的经

32、济效益，为其屮代表z-o公司因成功的运用解决产品技术瓶颈而获得h本的国际质量奖一戴明奖。现在h本的机电产 业、农林产业、建筑工程、电子产品、软件系统、钢铁和纺织等领域已经广泛应用, 成为日木质量管理的独具优势之处，使得日木产品在国际市场上迅速发展, 赶超了欧美等国家。世纪年代，赤尾洋二与木目正复在美国期刊上合作发表日本的质量功能展开和全公司范围的质量控制，开始被引入四方国家。年，出版了美国木土第一木关于的著作用一半的时间做更好的 设计。年，在质量进展期刊上发表论文“质量功能配置”【。年，和在哈佛商业评论上合作发表了具有重大影响的论文“质量屋”；以上这些论文和著作推动了在美国的应用【。此后，很

33、多的欧美学者展开了对理论的研究，得出了丰硕的成果，发表了众多的论 文，使在世界范围内引起广泛的关注，对推动的发展做出了十分重要 的贡献。应国家技术监督局的邀请，赤尾洋二教授分别于年和到北京和上海讲学以推广理论，由此机会，国内的部分专家与学者了解了并开始对其进行深入研究，经过余年的发展,其应用涉及诸多行业，有机械、汽车、 家电、房地产、餐饮、旅游、软件等。随着国内的学者对的理论研究逐渐 增多与深入,研究成果也逐年递增，对相关文献进行检索可以明确看到国 内这方面的论文呈逐年递增的形势【】。 概念与细分模型研究在产品设计过程中，设计人员虽然具备充足的专业知识与经验，但同时由于视角的关系专业技术人员在

34、也容易受到自身的局限，在产品设计过程中更多 的考虑技术的问题而忽略客户的需求,用户需求一般是通过销售部门收集并反馈 过来，这种情况一是导致新产品形成的过程与用户的需求脱离，二是客户需求没有 被完全转述或转述不准确，从而导致开发的产品无法满足客户需求，不能在激烈 的市场竞争屮占有优势。基于解决上述弊端而提出的一种将客户需求纵向和横 向地贯穿到产品开发过程的方法，可以积极主动地改进产品质量。许多文献对都对的概念进行了展开介绍，虽然解释的方法不同，但其 基本原理与内容大体来说是一致的。下面对几种典型的定义进行介绍。的创始人赤尾洋二教授的定义为：“将客户的需求转化为技术特性，通过系统的展开，最终确定产

35、品的设计质量，并将这些质量体统的展开到每 个零 件和工艺过程的质量上，进而通过这一关系网络形成产品的整体质量” o 认为：“质量功能展开提供了一种将用户需求转的奠基人换为产甜开发和生产的每一阶段包括市场分析和规划、产品设计、原型评估、牛产过程、销售相应技术需求的方法，是保证达到用户要求的产品质量所需 的一切活动的总称【。把定义为：“一种结构化的产品开发与规划方法，该方法能够使产品开发准确地反映顾客需求，并能根据开发产品与服务的性能对顾客 需求的满足程度进行系统的评价”【。尽管不同的人从不同的角度对进行不同的解释,但通过他们的表述，可以得岀的研究基础是相同的，即首先需要识别客户需求然后通过系统的

36、展开实现与满足这些客户需求。目前，己经形成三种被广泛接受的模式:综合的模式、四阶段模式、/模式。综合的模式年，日本赤尾洋二教授提岀概念同吋，也提岀了的传统模型。综合模型以设计阶段为中心提供了一个有关的多重网络，通过定义了个矩阵、图表描述具体的产品设计步骤,并由具体工作步骤组成了综合性质量展开的框架，该框架包含有质量展开、技术展开、成本展开和可靠性展开的四阶段模式的赤尾模式被引入美国后，美国质量界对其进行了深入的研究,在此基础上，模型被简化为四个阶段，即美国供应商协会倡导的模式。模型的从客户需求开始,利用四个矩阵展开成四个阶段，客户需求通过这四个阶段被逐步分解为产品规划、零部件配置、 工艺规划和

37、生产规划，从而将客户需求层层展开，使设计的产品质量能最大程度的满足客户需求。此模型是一个瀑布式分解过程。可以清楚的了解上一步的决策 对下一步的影响【。/的矩阵模式劳伦斯成长机会联盟/质量与生产力中心的创立者提出了/的矩阵模式，该模式包括涉及产品开发过程信息的个矩阵，涉及产品开发过程诸方面的信息，对于系统屮的各种活动提供了良好支持。/模式的缺点是该模式使人们难以理解,其中各种活动之间缺乏逻辑的联系，在应用上缺乏可操作性，其优点是比较适合复杂的系统和产品，比 模式具有更大的灵活性【】四。三种模型代表了研究的基木形式，综合模型是起源，另两种模型由此演化而來，三者z间既有联系又有区别。在上述三种模型的

38、基础上。国内外学者进行了更为深入的研究。等针对不能用于产品、零件或服务概念的技术选择问题，把概念选择方法引入，首次提岀了增强质量功能展开的概念，该理论在产品开发设计过程中实现创新的选择【】【。和为了在产品设计过程中对设计知识优化，在质量屋的基木原理基础上,提出了顾客屋 的概念，并在此基础上提出了动态质量功能展开,的概念，该理论展开结构是顾客屋，客户屋将客户需求与产品和过程参数联系在一起，同时采用与顾客的交互信息 使产品设计过程具有学习的能力】劲。采用两个功能小组分别对客户需求和技术需求进行分析，同时建立矩阵，从而缩短一半的产品设计所用的吋间，基于上述产品设计方法，提出了快速，即并行展开功能。针

39、对传统不能很好的处理产品设计中各种定性和模糊信息的问题，等基于模糊集理论首先提出了模糊质量功能展开，的概念“。针对质量屋中定量分析大多都采用简单的离散标度、过于依赖专家进行绝对 判断法而造成的客观性不足的问题广些学者将层次分析法引入质量屋对其 进行改进。等提出了过程中客户需求分析框架排序法。邹宏新和陈容秋在传统的质量屋基础上进行拓展和演化，提出了拓展质量屋的概念，使传统质量屋从三维的并行工程拓展了一个维度，进行了四级展开,产品设计、工艺设计等进行协调处理】。胡启国和张鹏在刘鸿恩等学者的研究基础：提出了递阶质量屋的概念，建立 了质量屋功能展开的总体展开框架.，把层次分析法、模糊聚类与群决策方法很

40、好的结合起来引入到递阶质量屋中，同时为了保证决策的可行性 与有效性，该方法采用专家群策小组进行决策】。目前针对细分模型的研究主要是在这一理论框架下综合其他工具与方 法解决产甜设计领域的问题，主要的研究方向有:与田口方法、的结 合研究、与客户满意的结合、与企业绩效综合测量系统的研究、 与并行工程结合研究、与认证有效性研究【引。客户要求与设计需求的映射研究现状基于客户满意的客户需求到技术需求的映射，主要解决在产品设计阶段是基 于什么方法来设计出质量优良、客户满意度高的产品的问题。这个问题是当 前设计领域研究方向之一。基于顾客满意的产品设计很重要的一步就是将客户的要求转化为相应的设计要求并确定设计指

41、标的权重【。目前的转化方法及确定设计指标权重的方 法按文献内容整理为以下几种：非线性规划法基于大量的实验数据，利用非线性规划法确定客户要求与设计需求之间的相关关系【】。线性偏序法为了确定质量屋屮的顾客要求与工程特性z间的关系和工程特性z间 的自相关关系，提出获取产品规划过程中参与者的知识的线性偏序方法【】。 动态规划法等在确定客户要求与设计需求关系的过程利用专家的领域知识与经验來获取客户满意度的数值，进而利用动态规划方法确定最优方案【。多属性决策法基于与客户需求存在关联关系和自相关关系的工程特性组成一个多属性决策的条件属性集合，提出了多属性决策方法，以用来确定顾客要求与设 计要求转化的关系【。

42、网络分析法王美清等建立了用户需求与产品设计质量特征的理论模型，利用网络分析方 法，确定用户需求与产品质量特征的重要度，建立了用户需求、产品质量特征 之间、用户需求层与产品质量特征层之间融合与冲突求解关系模型，从而确定 质量功能配置中的设计要求【】。由以上可知，要以客户满意为目标对客户需求进行映射，必须将客户需求转化为相应的设计要求并确定各项设计需求的权重值，而以前的方法在确定客 户要求权重的前提下，主要通过两种方式将客户要求转化为设计需求，一是通过 传统质量屋的形式，一是采用大量实验样本，这两种方法都计算量过大，操作可行 性较低。当前研究存在的问题经过长时间的研究，现有的基于的理论与方法fi趋

43、完善，但面对现代的各种产品集成制造思想,在产品设计过程中的应用还存在一些问题，具 体表现在一下几个方而：客户需求的表达存在模糊性和不确定性,客户满意度的确定存在较大的困难。确定客户需求权重的方法缺乏客观性和一致性。在传统的模型中，一-般用简单加权法等确定客户需求权重，导致结果精度低,-致性差等问题。在确定设计要求之间的相关程度时，对其相关性采用正负离散标度进行绝对判断，因而也存在着判断一致性很差的潜在危险。优化设计改变z前设计者对设计方案进行分析然后再调整设计方案的设计过程,使设计者能在设计开始就主动寻求最优设计方案极大地提高了产品 的设计效率和质量，降低企业的设计和生产成本,提升企业的竞争力

44、。近些年，许 多学者对产品优化设计进行研究，取得了很多成果，但也存在一定的不足：产品优化设计缺乏客户参与。传统的优化设计一般是设计人员内部讨论评价以求得最优设计方案，忽视客户需求，因此设计人员设计的方案并不 一定满足客户需求。数学优化模型的建立难度大，精确度低，描述能力不足。对于复杂和性态不好的优化问题求解能力不足，很难获得全局最优解。因此,本文提出在获取客户需求并计算出需求权重的基础上,将传统的质量 屋进行改进，建立递阶质量屋模型,将客户要求转化为设计需求，同时引入 方法,获得设计要求的先验性权重，充分反映面向客户满意这一源头思想，再 利用嫡权法结合市场竞争评估矩阵对设计需求权重进行客观方面

45、修正,得到设 计需求的最终权重值，最后利用正交试验与灰色关联和结合方法对设计指标相关 的具体设计参数进行优选。木章小结本章对质量功能展开的起源与发展、质量功能细分模型、产品优化设计做了 详细的阐述,并提对当前质量功能展开与产品设计方案优选进行总结，为接 下来提出面向客户需求融合的产品优化设计研究提供了基础。第三章客户需求信息获取与处理满足客户需求是产品设计的最终口的，客户需求信息是产品设计的基础和依据，因此对客户需求信息的准确获取与整理在产品设计中至关重要。基于客户需求信息自身的复杂性、动态性、隐蔽性、模糊性等特点【，木文在综合之前研究成果的基础上提岀了基于客户设计者双向视角的客户需求获取的方

46、法 与步骤，针对客户因为白身领域知识的限制在需求表达时存在的模糊不确定等问 题，对客户需求信息进行分解,获得具有独立语义的客户需求单元，在此基础上 基于模糊聚类分析对客户需求进行分类，进而获得客户需求的层次结构，为进一 步客户需求权重分析提供依据。客户需求获取方法与步骤 客户需求获取步骤客户需求获取步骤为：确定需要获取的信息内容企业获得的信息越多就越能准确地把握客户的真正需求，但是要得到越多的信息，所花费的吋间、费用就越多，因此企业在确定信息内容时，需要综合考 虑信息广度和费用两个方面。需要获取的信息一般包括:客户基木特征;客需要解决的问题;客户购买或使用产品的情况;客户对产品结构或功能的要求

47、;客户评价和反馈。确定调查对象调查对彖选择是否合理直接影响调查的结果，如果调查对彖选择的不合理，则最终得到的客户需求将不全面甚至是错误的。一般来说，对新产品进行设 计研发时需要重点调查那些与新产品相似的产品使用者:对现有产品进行改善时 应重点调查现有产甜的客户。选择需求获取的方式需求获取的方式很多，企业必须根据产品属性和自身特点选择其屮一种或几种调查方式。根据所选方法的要求做好充分的调查准备工作，如选择调查人 员、设计调查表格等。进行需求获取按照所选的调查方法对所选定的调查对彖进行用户需求收集,从而获取客户信息。整理客户需求一般来说，无论采用哪种调查方式调查得到的客户信息都是杂乱的,不规范的，

48、需要对其进行分解和分类，除去一些没用的信息，使用统一、便于理解的式描述信息，以求能全面、真实的反映客户需求。客户需求获取方法客户需求是指产品使用者用自己的语言表达的对产品在功能、外观、性能等 方面的要求，它是企业进行产品设计的依据和源头。客户需求能否满足是制 造企业能否在愈加激烈的市场竞争中立足的重要影响因素。产品使用者对客户需 求进行表达时由于受到多种约束，使得客户需求呈现动态性、复杂性、多样性等 特征。因此,客户需求能否做到精确与完整的获取对能否成功的进行产品设计有至 关重要的影响。当前，客户需求获取的方式总体上可以分为以下三类【】：外部市场调研最基本最直接的需求获取方式就是外部市场调研，

49、其主要分为询问调查和观察调查两类。询问调查是指调查者通过当面调查、问卷调查、电话调查、邮寄调查等方式 与被调查者进行询问、沟通和接触，从而获得有效的需求信息;观察调查则是 调查者在柜台或产品使用现场对被调查者的情况进行观察和交流，记录所需耍 获取的需求信息。企业内部数据挖掘对企业内部的数据库进行挖掘分析，通过挖掘数据库中客户的基本资料、客 户的订单记录、以及客户的投诉、意见反馈等信息，有效地分析这些数据从 而得客户的需求。网络获取主要有网络问卷调查、网页信息抓取、信息分析等，还可以通过挖掘技术分析国内外经济和政治形势，以及新技术、新材料、新工艺带来的 影响，挖掘竞争对手的产品信息，发掘客户未来

50、需求的走向及其它信息。企业门户网站是一个有效的网络获取有效手段,它将企业的内外部信息整合 统一发布到网站上，客户可以通过门户网站查看产品信息及进行问卷调查, 企业从与客户的交流及问卷中获取有用的信息，从中挖掘岀客户需求。本文的研究采取最基本的市场调查方法来获取客户需求，展开市场调查之前首先做好相应的准备工作。目前对客户需求展开的市场调查，既有从客户视 角设计的调查问卷也有基于设计者的专业知识与设计要求的调查问卷。基于客户 视角的需求调查更能全面了解客户需求，但同吋容易存在问卷输出的信息对设计 要求过于泛化，与设计要求关联度低等问题。采用设计者视角的调查问卷虽然目 的明确，但难以客观全面的获取客

51、户需求。因此，本文采用客户与设计者双向视角方法对客户需求展开调查，该方法首先通过与设计者沟通以确定设计者的在 产品设计中的关注点，再通过而谈、电话的方式对客户进行访谈，了解客户容易回 答的问题形式，然后设计出调查问卷。该方法设计的调查问卷可以有效地避免 问卷的输出信息对设计者在产品设计时没有指导意义，同时保证了客户需求信息 能全面获取。基于语义的客户需求分解客户需求信息收集的过程是面向普通的消费者，他们不熟悉设计领域的知 识，往往无法对自己需耍的产品性能做出明确、清晰、完整的描述，为了使产品 设计人员更好的获取客户需求就需要首先对客户需求进行分解，客户需求分解过 程见图。客户需求分解处理的最终目的是要获取一组不改变客户初始所要表达尼、思的明确、具体、比较完整并且尽可使其不可再分割的客户需求单元。这里 的不可再分割并不是指简单的不能继续分解的问题，一般来说，需求分解粒度越小,越能准确的获取客户需求，但是如果需求粒度过小，则可能使其偏离客户原 本表达的含义。另外，在客户需求分解过程中，专业人员通过自己对客户的描述语准去理解，结合自己领域知识，用完整的、具体的客户需求单元对客户需求进 行表达，但由于不同的设计人员对于相同的客户需求描述可能产生不同的理解, 在这种情况下得出的客户需求结果可能不一致。因此，为了确保分解后的客户 需求单元能与原本客户需求和符合，在客户需求分