1、新产品开发概论（第六部分）常用工具BY 关义春博士精策管理顾问有限公司内容提要 6.1 IPPD的系统工程与质量工程方法介绍 6.2 七个管理和计划工具 6.3 QFD 6.4 健壮性设计-质量损失 6.5 TRIZ-创造性解决问题的方法 6.6 Axiomatic design method6.1 IPPD的系统工程与质量工程方法介绍需求输入功能分析分解和功能定位综合评估和决策系统单元描述6.1.1 IPPD的系统工程与质量工程方法介绍客户七个管理和计划工具功能质量展开健壮性设计（DOE，田口6）统计过程控制知识反馈6.1.2 IPPD 与传统系统工程开发过程的比较-DDPLTMIPPD概念
2、设计系统设计总体设计参数设计详细设计容差设计生产设计过程设计详细设计容差总体设计参数器件权衡模块权衡系统权衡器件权衡模块权衡系统权衡如转速，扫描范围，光强度，均匀性，体积重量，传输，作用距离，等6.1.3 常用的工具与方法为 七个管理和计划工具 功能能质量展开 健壮性设计-DOE,田口方法，统计过程控制 功能分析 价值分析 权衡方法 TRIZ DFX重点讨论论内容6.2 七个管理和计划工具头脑风暴组合整理与排序实施和处理亲近图关系图树图/系统图矩阵图优先权矩阵过程决策程序图网络图产生逻辑6.2.1新老七工具间的关系事实数据数值数据文字数据组织整理新七工具信息基本七工具产生主意产生主意形成计划形
3、成计划分析方法分析方法收集数据后定义问题收集数据后定义问题在收集数据钱定义问题在收集数据钱定义问题Source:Nayatani,Y.,The Seven New QC Tools(Tokyo,Japan,3A Corporation,1984)6.2.2 Basic Seven Q.C.Tools6.2.3 联合应用七个新工具的意义6.2.4 联合应用七个新工具的意义6.2.5 联合应用七个新工具的意义6.2.6 联合应用七个新工具的意义 Unstructured Problem must be put into solvable formProblem is mappedProblem b
4、ecomesobvious to allThoughts are easily organizedThings go wellPeople understandproblemCooperation is obtainedCountermeasuresare on targetProblem becomesobvious to allNub of problem is identifiedProblem can be clearly articulatedPlans are easily laidNothing is omitted6.2.7亲近图6.2.8 Relations Diagrams
5、6.2.9 New Seven Q.C.ToolsTree Diagrams Completing a Tree Diagram要完成要完成3层方法3层方法主要方法3层方法3层方法约束主要方法次要方法次要方法次要方法次要方法3层方法3层方法3层方法3层方法4层方法4层方法4层方法4层方法4层方法4层方法4层方法4层方法4层方法4层方法4层方法4层方法6.2.10 New Seven Q.C.ToolsMatrix Diagrams Advantages of Matrix Diagrams(cont.)5 types:L-shaped,T-shaped,Y-shaped,X-shaped,an
6、d C-shapedOO=1O=4主要的主要的O=2OX=5O辅助辅助=3X=6有效性有效性实际能力实际能力RankSite QC circle部门总管部门总管二级计划二级计划管理员管理员领导领导成员成员来自 树状图的4级方法OO1O来自 树状图的4级方法OO1O4次/月来自 树状图的4级方法O3O每次会议来自 树状图的4级方法O2O来自 树状图的4级方法OX5OAt least 3 times/year/person来自 树状图的4级方法OO1OO来自 树状图的4级方法4O评估评估职责职责标记标记6.2.11 New Seven Q.C.ToolsArrow Diagrams Arrow D
7、iagram战略战略1约束活动2435968710131211Completing a PDPC6.2.12 New Seven Q.C.ToolsProcess Decisions Program Charts StartGOALYESYESNONONONONOYESNONOCompleting a Prioritization Grid 6.2.13 New Seven Q.C.Tools Matrix Data Analysis 设计A.30.2033.90.603.21(tie)设计B.40.10411.6.103.02Design C.25.2524.5012.53 Design D
8、.10.2013.10.603.21(tie)1.05.75.26.1924.95.243.40431.6.311.101.10.202.40.25.750.33.901.25.90.251.25百分比重量等级打分.4041.6.303打分百分比重量等级打分等级打分百分比重量等级打分等级百分比重量百分比重量6.3 QFD（质量工能展开）1972产生于日本三菱公司 开始解决顾客的需求问题 先已发展成为先进产品开发的基本工具 在国内应用还不多。国外大量采用 时间证明采用QFD可以节省1/2的费用和时间6.3.1 用户之声 VOICE OF CUSTEMER 这里客户是广义的 工作产品的后续使用者都
9、是“客户”-直到最终用户 客户之声就是各个方面对产品的希望，需求6.3.2 QFD的效果6.3.3 QFD 是一个集体活动6.3.4 QFD是一个建立在新七大工具支持基础之上的综合工具质量屋HOQ6.3.5 与新七大工具的关系6.3.6 QFD产品设计流程6.3.7 HOQ6.3.8 各个部分特性和关系 QFD/CAPTURE 软件讲 简单的QFD 复合的CQFD EQFD一种增强的QFD6.3.9 实施QFD的五大步骤-第一步6.3.9-1第二步6.3.9-2第三步6.3.9-3第四步6.3.9-4第五步6.3.10-1 CCAPD6.3.10-2 CCAPD法CCAPD法6.3.10-2产
10、品设计过程6.3.11 顾客之声表6.3.11-1 标准顾客之声6.3.12 制作优先图6.3.13 质量屋的其他部分6.4 健壮性设计-质量损失6.4.1 田口田口The Taguchi method质量Quality健壮性设计Robust Design质量损失函数Quality Loss Function6.4.2 基本概念 1 产品质量是设计出来的，不是检验出来的 2 质量目标是减少对目标值的偏差，得到最佳值 3 质量不是基于外观的特征和特性 4 用一个损失函数来表示质量成本。6.4.3 质量质量Quality理想质量（Ideal Quality）-参考点（目标值）(target val
11、ue)for 决定产品或服务的水平-交付的产品要能合理的环境中可靠的完成其应有的性能6.4.4 健壮性设计健壮性设计Robust Design“An Engineering methodology for improving productivity during research and development so that high-quality products can be produced quickly and at low cost”一种在研发阶段用的，能使人们快速低成本地生产高质量的产品，改进生产率的工程方法设计高质量的无缺陷产品和服务在不可控因数下，具有最小变数灵敏度的设
12、计方法6.4.5 Quality Loss Function质量损失函数质量损失函数定义定义购买一件不合格的产品造购买一件不合格的产品造成的经与社会惩罚。成的经与社会惩罚。6.4.5 定质量损失函数定质量损失函数Quality Loss Function 设定规格 指定最小偏差目标 偏差的的增加造成对社会的损失6.4.6 设定规格设定规格对社会的损失对社会的损失Loss to society-退货Product rejection-返工Product rework-污染Pollution6.4.7 设定最小偏差目标设定最小偏差目标6.4.8 设定最小偏差目标设定最小偏差目标与标准质量不符Dis
13、agreements with standard quality 6.4.9 设定最小偏差目标设定最小偏差目标 Quadratic Loss Function（平方关系）6.4.10 设定最小偏差目标设定最小偏差目标 Quality Loss Function-购买一件不合格的产品造成的经济与社购买一件不合格的产品造成的经济与社会惩罚。会惩罚。QLF 计算计算:K=C/TL=K*V ($/unit)K=常数常数L=惩罚惩罚C=单件修复成本单件修复成本V=平均标准偏差平均标准偏差T=容差范围容差范围 tolerance interval6.4.11 应用田口质量损失函数应用田口质量损失函数的意义
14、的意义1)找出购买不合格产品造成的损失.2)实施产品改进.6.4.12 田口哲学6.4.13 田口质量控制技术6.4.14 参数设计与正交试验设计6.4.15 田口方法-三次设计6.4.16 统计过程控制（SPC)与产品开发的关系设计产品时要了解生产过程的控制原理，这样才能更好地设计过程。1统计的观点，参数是分布的统计的观点2参数的设计时要符合SPC实际应用情景3IPPD或DFSS等的核心就是尽早地考虑过程因素，设计建模、仿真等必须以实际的过程为参照物4设计的目标是生产，SPC是现代生产的必备方法。过程设计，包括过程的控制系统定义技术开发概念系统设计总体/参数 系统集成 详细/容差制造线内质量
15、 定义分布对开发过程控制CP=1接近61CP=12达标达标 6CP=26.4.1 7 DFSS 设计演进设计演进6.5 TRIZ-创造性解决问题的方法6.5.1意义6.5.2核心内容6.5.3研究发现6.5.4发明特征6.5.5发明层次6.5.6五级发明6.5.7发明模式6.5.8 运作6.5.9工具6.5.10 TRIZ的发展 1998 Ideation International Inc.Advanced Software ToolsMethodology Advancement1946 1982 1985 1992 1997 2002 Kishinev EraClassical TRIZ
16、 Era40 PrinciplesPatterns ofEvolutionARIZ-85AFDDirectedEvolutionAdvanced ToolsRe-Structuring of Theoretical Base1234323Non-TechnologicalApplicationsEvolution of TRIZ MethodologyIdeation/TRIZ EraMethodology Advancement1946 1985 40 PrinciplesPatterns ofEvolutionARIZ-85123476 standardsolutionsClassical
17、 TRIZ EraAltshuller Leadership EraTRIZ is half science and half art.6.5.11 经典TRIZ1946-1985Basic ToolsSystemApproachParadox/ContradictionIdealSystemARIZSu-Field76 Standard Solutions40 Principles4 Separation PrinciplesEffects:(phys,chem,geo)8 PatternsExamples of InnovationClassical TRIZIncreased perfo
18、rmanceGet rid of system抯 harmful effectsGains received without compromise or tradeoffAll mankind knowledgePast,present&future6.5.11-1 经典TRIZKishinev School EraFounded by Boris Zlotin/Alla Zusman Analyzed,evaluated and structured Classical TRIZ tools Continuously advanced the theoretical base Advance
19、d/improved tools ARIZ,SF Modeling,Lines of Evolution,System of Operators,Innovation Guides&Examples Added tools(ISQ,PF)Developed new applications(AFD,TRIZ VE)Adapted the methodology to computer science6.5.11-2 Kishinev School EraMethodology Advancement1982 1985 1993 AFDLines ofEvolutionAdvanced ARIZ
20、Non-technologicalapplications12Kishinev EraTRIZ Becomes a Set of Tools for Mass UtilizationTRIZ for valueanalysis System of operatorsRussian version of IWBRussian version of Manager WorkBenchTRIZ theory of organizations evolutionTRIZ for solving scientific problem6.5.11-3 Kishinev School Era Kishine
21、v Era 1982-1992Analytical ToolsAdvanced ARIZSu-FieldInnovation SituationQuestionnaireProblem FormulatorSystem ofOperators76 Standard Solutions40 Principles4 Separation PrinciplesEffects:(Phys,chem,geo,etc.)8 Patterns of EvolutionExamples of InnovationAdditional OperatorsApplicationsDirected Evolutio
22、nKnowledge-Based ToolsAnticipatory Failure Determination6.5.11-4 Kishinev School Era 1982-1992 Studying,evaluating and creating U.S.market Adapting the methodology to the Western world Developing and enhancing tools ARIZ,Lines of Evolution,System of Operators,Problem Formulator,Innovation Process Qu
23、estionnaire Developing application to meet customers needs Anticipatory Failure Determination,Directed Evoluton Establishing market presence with educational programs,software,and analytical services6.5.11-5 The Ideation EraWesternization and Adaptation to Market Methodology Advancement 1992 1997 Ad
24、vanced software toolsAFD softwareDirectedEvolutionRe-structuring of theoretical base23Non-technologicalapplications1Advanced TRIZeducationDirected EvolutionSoftwareManager WorkBenchSoftware6.5.11-5 Ideation/TRIZ Era Ideation/TRIZ Methodology 1992-PresentApplicationsDirected EvolutionKnowledge-Based
25、ToolsSystem ofOperators76 Standard Solutions40 Principles4 Separation PrinciplesEffects:(Phys,chem,geo,etc.)8 Patterns of EvolutionExamples of InnovationAdditional OperatorsIDEATORIMPROVERELIMINATORIWBTRIZ SoftTMCertificationAFDFormulatorAnalytical ToolsAdvanced ARIZSu-FieldInnovation SituationQuest
26、ionnaireProblem FormulatorAnticipatory Failure Determination6.5.11-6 1992-PresentA scientific and systematic methodology for evolving a mutually distinct and collectively exhaustive family of solutions to unresolved tasks.6.5.11-7 What Is Ideation?Start TimeDeadlineAn ExhaustiveSet of PossibleConcep
27、ts of Solution ConfidentDecision PointForcedDecision PointNumber ofSolutionsforReliable ChoiceConsideredSolutionsTimeConventional InnovationProcessIdeation Process6.5.11-8 Why is the Ideation Process Different?6.5.11-9 Summary Offering of theIdeation/TRIZ MethodologyFour Key FindingsDefinition of th
28、e Inventive ProblemLevels of InventionsPatterns of InventionsPatterns of EvolutionThree Main PremisesIdealityContradictionsSystem ApproachFour Analytical ToolsInnovation Situation Questionnaire(ISQ)Problem FormulatorAlgorithm for Inventive Problem-Solving(ARIZ)Substance-Field Analysis(Su-Field)Seven
29、 Knowledge-Based ToolsPattern/Lines of Evolution40 Innovation Principles&Contradiction TableSeparation Principles76 Standard SolutionsEffectsSystem of OperatorsSelected Innovation ExamplesThree Main ApplicationsInventive Problem Solving(IPS)Anticipatory Failure Determination(AFD)Directed Evolution(D
30、E)6.5.11-10八种演化方式1.Life cycle.2.Dynamization.3.Multiplication cycle.(Transition to Bi-or Poly-system)4.Transition from macro to micro level.5.Synchronization.6.Scaling up or down7.Uneven development of parts8.Replacement of human(Automation)6.5.11-11 SU-FIELDSU-SUBSTANCE(物质）FIELD 场：电场，磁场，力场，热场，相互间的作
31、用有意也有害，1.0 分析系统 3.0 定义理想最终结果，阐明物理冲突2.0 分析资源 4.0 分离物理冲突5.0 使用知识库 效应（Effects）标准（Standards）原理（Principles）9.0 在实际应用中评审ARIZ的 所有阶段8.0 开发解决方案的最多用途7.0 评审解决方案，分析物理冲突是否6.0 更改“最小问题“解决方案?解决方案?解决方案?解决方案?Macro Flow Chart for ARIZMini-problemModel of the ProblemTechnical ContradictionOperating ZoneOperating TimeRe
32、sources of the System,Subsystem,Supersystem物理冲突(宏观级macro level)物理冲突(微观级)理想最终结果（Ideal Final Result(IFR)YESYESYESNONONONO关键 学问 解决方案的其他用途 添加到知识库 满足IFRt没有物理冲突 可以实施YESI.原始问题重建(PLAN)II.消除物理冲突(DO)III.分析解决方案(CHECK/APPLY)arconi Works International Janice Marconi 12/20/97问题的“最小问题”模型技术冲突操作地域操作时间系统资源子系统超级系统6.5.
33、12-1 ARIZ1.0 分析系统分析系统形成物理模型形成物理模型1.1 完成问题的初步分析 绘制简单的草图 标记主要部件1.2 描述小问题 Mini-Problem 1.3 以两种方式表述系统冲突1.4 强化冲突1.5 选择那一种增选择那一种增强的冲突版本强的冲突版本最适合基本功能最适合基本功能 1.6 绘制增强的冲突模型 陈述原始问题 绘制系统基本功能确认系统给子系统取名罗列系统的初始有用功能项 依据基本功能和系统来确认系统的功能项减少技术和工作相关的行话阐明小问题 Mini-Problem确认只对系统进行了最小的更改 minimal changes 在最小更改下，系统（子部件）完成基本功
34、能（插入）EC-1消除或降低有害的作用，但也减少/减轻了有用的作用/,EC-2改进有用的作用但增加了有害的作用 I.RESTRUCTURING OF THE ORIGINAL PROBLEM(PLAN)给超级系统取名把环境表述为超级系统罗列系统的初始有害的功能项 6.5.12-2 ARIZ2.0 分析资源以便分析资源以便在形成方案在形成方案过程中使用过程中使用 2.1 描述操作区域 2.2 2.3 Zone1绘制当有用的作用出现时的空间Zone 2Per 1Per 2工具有害作用的目标有用作用的目标其他的系统级目标环境超级系统系统的副产品系统的废弃物 T1T2T3T1T2T3Per 2Time
35、I.RESTRUCTURING OF THE ORIGINAL PROBLEM(PLAN)区域1区域 2Per 1绘制当有害的作用出现时的空间罗列系统资源表述操作时间考虑冲突需求之前的时间考虑冲突需求期间的时间考虑冲突需求之后的时间展示在那个时间段有用的作用发生展示在那个时间段有害的作用发生罗列内部物质和场罗列外部物质和场6.5.12-3 ARIZ3.0 定义理想最终结果定义理想最终结果表述物理冲突表述物理冲突以设置解决问题以设置解决问题 的方向的方向 3.1陈述初始理想最结果 (IFR-1)3.2 利用第二步第三条列出的资源，尝试IFR的不同表述增强IFR-1 使用资源作为位置标记 as a
36、 Placeholder消除负效应 应用“工具”作为资源在操作域进行 Operating Zone在操作时间阶段进行 Operating Time3.5 细化理想最终结果 (IFR-2)3.6 使用S-Field分析和标准解决方法进行时不使系统复杂 完成正面效应时进行 th Positive Effect区域1区域2T1T2T3Period 2Period 1在下面的空格替代不同的资源 “_”将在操作域和操作时段减少负面效应 而（在完成正面效应时）不使系统复杂试用独立的粒子表述物理冲突的在操作时段使用操作域的较高级 I.RESTRUCTURING OF THE ORIGINAL PROBLEM
37、(PLAN)3.3 在宏观级定义物理冲突 3.4 在微观级定义物理冲突 应用“目标”作为资源应用“系统”作为资源应用“环境”作为资源应用“超级系统”作为资源6.5.12-4 ARIZ4.1应用分离原理消除物理冲突4.2 应用物质-场分析和标准方法4.4从IFR-2一步步回到形成简单问题阶段拆解系统轻微破坏系统 改变一下系统 在部件间分离 T 1T 2T 34.0 分离物理冲突，理想化的解决系统冲突在时间上分离相反的物理状态 在系统和部件间分离相反的物理状态 在同一种物质中允许相反的两种物理状态共存 在空间上分离相反的物理状态 4.3 应用“聪明小人”技术来解决问题6.5.12-5 ARIZ5.
38、0 应用知识库，应用知识库，不断探索直到不断探索直到获得解决方案获得解决方案5.1采用与IFR-29（STEP 3.0）相似的成功解决问题的方案5.2 应用科学效应 Scientific Effects 5.3应用40个原理40 Principles5.4 应用S-Field分析 5.5 应用标准解决方案 6.5.12-6 ARIZ如果问题还没解决 6.0 更改问题最小版本更改问题最小版本“Mini-Version”6.1回顾在第一步进行的冲突分析6.2 选择其他的冲突版本6.3 在“最小问题”后重新表述其他冲突 6.4 重新表述最小问题 6.5 在超级系统级重新表述问题 确实是一个问题还有没
39、有更多问题EC1 to EC2如果开始选的 EC-1(物理冲突 1)现在 选 EC-2 EC2 to EC1如果开始选的 EC-2(物理冲突2)那么 选 EC-1如果问题还没解决 如果问题还没解决 6.5.12-7 ARIZ7.0 评审解决方案分析物理冲突的消除评审解决方案分析物理冲突的消除 1.物理冲突几乎理想地消除了物理冲突几乎理想地消除了2.解决方案满足系统的各项需求解决方案满足系统的各项需求 7.1 评审引入的物质和场7.2评审获得的方案 如果解决方案不能作为整体解决方案是否可作为部分解决方案解决方案是否实际可行？方案确实已消除系统的物理冲突？方案满足系统的 IFR?解决方案会引起其他
40、问题吗？6.5.12-8 ARIZ8.0 开发解决方案的最大应用，开发解决方案的最大应用，应用从最近产生的概念中应用从最近产生的概念中 获得的知识获得的知识8.1 确定本解决方案如何更改以适合超级系统8.3用这个方案可否解决其他问题如果系统规模变化方法应如何变化从反面来表述方法并应用到其他问题 应用这种方法到其他问题 普适化解决方案，形成方法8.2更改的系统是否由新和不同的用途系统的规模到零 系统的规模到无限大6.5.12-9 ARIZ9.0 在实时应用过程中评审在实时应用过程中评审所有的所有的ARIZ步骤获得明确的步骤获得明确的关键学问关键学问加强加强PDCA圈的应用部分圈的应用部分 9.1
41、评审在应用ARIZ过程中所拥有的实际步骤9.2注意解决方案与其他的科学响应和标准方法之间的差别 9.3把解决方案加入到知识库 确定为什么这个方案与其他方案不同 确定是什么使该方案与其他的方案不同增加其他效应 Add to Other Standard SolutionsPlanDoCheckApply6.5.12-10 ARIZ6.6 Axiomatic 简介CustomerThe benefits customers seekFunctionalFunctional requirements of the design solutionPhysicalDesign parameters of
42、 the design solutionProcessProcess variables6.6.1 四个域Functional requirementFunctional requirements(FRs)are a minimum set of independent requirements that completely characterize the functional needs of the design solution in the functional domain.ConstraintConstraints(Cs)are bounds on acceptable sol
43、utions.Design ParameterDesign parameters(DPs)are the elements of the design solution in the physical domain that are chosen to satisfy the specified FRs.Process variableProcess variables(PVs)are the elements in the process domain that characterize the process that satisfies the specified DPs.6.6.2 左
44、边的域的决策传递到右边的域6.6.3 偶合矩阵DP1DP2DP3FR1XOOFR2XXOFR3XOXDP321333231232221131211321DPDPXXXXXXXXXFRFRFRDP32133031022210011321DPDPXXXXXFRFRFR6.6.4 两条公理 Axiom 1The Independence Axiom Maintain the independence of FRs:In an acceptable design,the DPs and the FRs are related in such a way that a specific DP can b
45、e adjusted to satisfy its corresponding FR without affecting other FRs.Axiom 2The Information Axiom Minimize the information content:Among alternative designs which satisfy Axiom 1,the best has the minimum information content which means the maximum probability of success.6.6.5 两条公理举例Designs which d
46、o not satisfy the Independence Axiom are called coupled.An everyday example is a typical water faucet.The two FRs are control the temperature and control the flow rate.The two DPs are the hot-and cold-water handles.This design is coupled because it is impossible to adjust either DP without affecting
47、 the other FR:Each handle affects both temperature and flow rate.Designs which satisfy the Independence Axiom are called uncoupled or decoupled.The difference is that in an uncoupled design,the DPs are totally independent,while with a decoupled design,at least one DP effects two or more FRs.As a res
48、ult,the order of adjusting the DPs in a decoupled design is important.In the above example,the two FRs-control the temperature and control the flow rate are independent.One DP does not effect the other so this design is uncoupled.6.6.6 关系表述FR1FR1FR1DP1DP2DP3X11X22X33不耦合FR1FR1FR1DP1DP2DP3耦合FR1FR1FR1DP1DP2DP3去耦合321332211321DP000000DPDPXXXFRFRFR321333231232221131211321DPDPDPXXXXXXXXXFRFRFR321333231222111321DP000DPDPXXXXXXFRFRFR
