現(xiàn)代產品結構日益復雜，精度不斷提高，而且其中不乏技術密集型產品。這些復雜的高科技產物廣泛采用了新材料和新技術，用戶對其可靠性、可維修性、安全性和成本效益等指標，都提出了更為嚴格的要求，產品質量。因此，現(xiàn)代產品的設計開發(fā)方法與傳統(tǒng)產品相比，發(fā)生了很大改變，而制造企業(yè)和用戶尋求提高產品質量的途徑也正悄然發(fā)生變化。

產品設計與產品質量

從本世紀50年***始，基于傳統(tǒng)設計開發(fā)經驗，結合新興的統(tǒng)計分析技術、管理技術、IT技術和方法論，人們積極尋找先進的設計理論與方法，TRIZ理論、ADT理論、田口設計法、六西格瑪設計等一系列新的理論方法應運而生。公理設計理論的奠基人Nam P.Suh教授曾指出，“經驗或對比設計技術與方法極大地限制了實際設計水平的提高，對復雜產品的高效、系統(tǒng)設計顯得無能為力，基于新的設計技術與方法理論，建立系統(tǒng)、完整的現(xiàn)代設計方法學和設計平臺，是應對設計挑戰(zhàn)的關鍵”（Nam P.Suh，2001）。

而且，隨著新型設計方法實踐活動的深入展開，人們發(fā)現(xiàn)，產品的功能性、可靠性、安全性、成本效益和可維護性等質量指標與設計過程、設計方法息息相關。NASA火箭因O型密封圈的錯誤布置導致發(fā)射失敗，新奧爾良酒店的承重設計問題導致其在颶風中垮塌，某型號手機的鍵盤受力設計不合理導致頻繁斷鍵，某品牌電視的EMI設計缺陷導致視頻信號紊亂……在設計階段出現(xiàn)問題，對最終產品質量的影響幾乎是致命的，反之，在嚴格控制設計開發(fā)階段的質量，是提高產品質量水平的重中之重。而且，通過深入研究，我們還會發(fā)現(xiàn)，產品設計質量不僅影響最終產品，還會影響制造工藝和生產環(huán)節(jié)。因為設計方案決定了生產計劃的制定，原材料的采購，零部件的選用，加工設備的調配，加工工序的安排，加工精度的確立，以及質量等級的高低……設計上的“先天不足”會造成后續(xù)工作一系列的“后患”。南方一家設計、生產煙火報警器的企業(yè)就遇到過類似的問題，設計人員選用了不在企業(yè)備件目錄內、已經停產的一種時序控制芯片，在量產準備階段才發(fā)現(xiàn)，這種時序芯片市場上已經沒有存貨，只能采用同類的國內仿品，質量根本無法保證，而重新修改設計、制版、排產、備料需要耗費大量的時間和金錢。

設計問題導致手機鍵盤頻繁斷裂

據統(tǒng)計，在最終產品的質量問題中，80%是由設計原因引起的，而設計還決定了70%的產品成本。設計是產品質量形成的根源。在備件、生產、檢驗等環(huán)節(jié)進行質量控制和改進所取得的效果，遠沒有控制和改進設計質量所取得效果好，而這一環(huán)節(jié)恰恰是國內大部分企業(yè)所忽視的。

談及中國企業(yè)的產品質量控制，中國工程院劉源張院士就曾指出：“中國企業(yè)拿到國外訂單，很少檢測圖紙設計是否有缺陷，只能完全依照圖紙生產，監(jiān)管生產階段的質量管理與國外看齊了，產品質量仍然會市場出問題。追根溯源，產品質量還是設計進去的，既不是檢測出來的，也不全是造出來的?！笨刂坪透纳圃O計質量，減少設計差錯，是提高產品質量的金鑰匙。

改善設計質量的理論與方法

寬泛意義的設計是指產品正式投產前的全部開發(fā)研制過程。一種新產品從開始提出設計要求直到投產使用，包括調查研究、制定方案、產品設計、試制、試驗、鑒定以及制造、裝配、銷售、使用和維修準備等過程。大體而言，設計過程又可以分成概念設計、方案設計、詳細設計、樣機試驗和工藝生產準備五大階段。上述各設計階段互相之間有著密切的聯(lián)系，相互作用和影響。由此可見，設計質量應是上述幾個研發(fā)階段質量的總和，設計過程任何一個環(huán)節(jié)的質量問題都可能影響到產品的設計質量，進而影響最終的產品質量。

如何改善產品的設計質量呢？我們必須從眾多新興的設計理論和方法中汲取營養(yǎng)。公理設計、穩(wěn)健設計和六西格瑪設計是三種與設計實踐結合較為緊密、并日臻完善的設計理論和方法體系，這三者相互關聯(lián)、相互結合、相互作用，形成了提高產品設計質量的理論基礎。

• 公理設計

科學發(fā)展史證明，科學公理與科學理論、方法之間密切相關，例如，利用幾何公理可以建立歐幾里德幾何學，利用物理公理可證明牛頓第二、第三定律，利用光速絕對性和運動相對性公理可以推導出黎曼幾何學和廣義牛頓定律……任何理論和方法背后似乎都有著公理的存在，那么設計理論和方法的背后是否存在固定的設計公理呢？

從數學設計學的觀點看，設計就是一個把顧客“需求域”的顧客需求參量映射到“功能域”的功能參量，又從功能參量映射到“物理域”的設計參量，再從“物理域”將設計參量映射到“過程域”的過程參量的連續(xù)映射過程，以創(chuàng)造“使顧客完全滿意（TCS）”的理想綜合解。而從工程學角度講，設計是將顧客的需求或革新要求轉換成為滿足顧客和企業(yè)期望的產品、過程/流程或服務的活動。麻省理工的Nam P. Suh教授認為，上述設計過程公理的發(fā)現(xiàn)將會促進設計理論與方法的科學化與設計創(chuàng)新。

公理理論的設計域與設計過程鏈

1990年，Nam P. Suh教授提出了公理設計理論，他針對設計活動，提出了公理化理論框架，并據此提供了評價和判別產品設計質量好壞的標準,進而推出改善設計質量的方法。80年代，公理設計形成了12條設計假定，最后歸結為兩條設計公理：獨立公理與信息公理?；谶@兩條公理又建立了16個定理與8條推論。公理設計的最終目標是：證明設計活動本身是可描述、可掌握的設計科學，人們可以利用公理設計的理論、方法增強設計的創(chuàng)造性、設計方案的魯棒（穩(wěn)定）性和可制造性、可維護性，并建立通用的設計科學基礎、設計平臺和設計工具，提升設計的可控性和自主性。

• 穩(wěn)健設計

穩(wěn)健設計又稱為田口方法，是日本田口玄一博士所創(chuàng)立的。田口方法是一種低成本、高效益的質量工程方法，它強調產品質量的提高不是通過檢驗，而是通過設計。其基本思想是把產品的穩(wěn)健性設計到產品和制造過程中，通過控制源頭質量來抵御大量的下游生產或顧客使用中的噪聲或不可控因素的干擾。田口方法不僅提倡在低成本的條件下開發(fā)出高質量的產品，而且使用先進的試驗技術來降低設計試驗費用，這也正是田口方法對傳統(tǒng)思想的革命性改變。

田口方法的特色主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

(1)“源流”管理理論。田口方法認為，開發(fā)設計階段是保證產品質量的源流，是上游，制造和檢驗階段是下游。在質量管理中，應該著重抓好上游管理。

(2)產品開發(fā)的三次設計法。田口方法將產品開發(fā)設計分為三個階段，即系統(tǒng)設計、參數設計和容差設計。田口方法追求產品的系統(tǒng)穩(wěn)定性，通過分析質量特性與部件之間的非線性關系，找出使穩(wěn)定性達到理想水平的組合，而不是一味地提高部件的品質標準。三次設計方法能從根本上解決內外干擾引起的質量波動問題，利用三次設計這一有效工具，設計出的產品質量好、價格便宜，且性能穩(wěn)定。

(3)質量與成本的平衡性。引入質量損失函數這個工具使工程技術人員可以從技術和經濟兩個方面分析產品的設計、制造、使用和報廢等過程，使產品在整個生命周期內社會總損失最小。在產品設計中，采用容差設計技術，使得質量和成本達到平衡，設計和生產出價廉物美的產品，提高產品的競爭力。

(4)新穎、實用的正交試驗設計技術。使用綜合誤差因素法、動態(tài)特性設計等先進技術，用誤差因素模擬各種干擾(如噪聲)，使得試驗設計更具有工程特色，大大提高試驗效率，增加試驗設計的科學性，并大大節(jié)約試驗費用。

• 六西格瑪設計

六西格瑪設計是按照合理的流程、運用科學的方法準確理解和把握顧客需求，對新產品/新流程進行健壯設計、使產品/流程在低成本下實現(xiàn)六西格瑪質量水平。同時使產品/流程本身具有抵抗各種干擾的能力，既是制造和使用環(huán)境惡劣，產品仍能滿足顧客的需求。六西格瑪設計是在提高產品質量和可靠性的同時降低成本和縮短研制周期的有效方法。

六西格瑪設計的誕生是市場競爭的結果。特別是20世紀90年代以來，世界范圍內高新技術產業(yè)迅猛發(fā)展，社會生產力不斷提高，消費越來越多樣化，國際市場對產品的要求越來越苛刻。高品質、短周期、多品種、小批量、高可靠性、具有良好的維修性和售后服務的產品才能勝出，市場競爭也由價格競爭為主轉向質量(包括品種、性能、價格、交貨期、可靠性、售后業(yè)務等方面)競爭。在這種情況下，綜合各種質量管理理論、方法和工具，并汲取穩(wěn)健性設計等方法、理論，六西格瑪設計誕生了。六西格瑪設計目前可謂風頭正勁，為許多世界頂級企業(yè)所采用，創(chuàng)造了巨大的經濟效益。

精益研發(fā)與設計質量管理

針對提高企業(yè)產品研發(fā)、設計質量，安世亞太在其精益研發(fā)體系中，提供了一整套的質量設計解決方案——PERA.Quality質量設計平臺。PERA.Quality是精益研發(fā)的核心部分，貫穿了企業(yè)產品研發(fā)的各個環(huán)節(jié)，將設計質量優(yōu)化和管控的理念滲透到產品的全生命周期之中。在精益研發(fā)體系中，PERA.Quality和創(chuàng)新設計平臺PERA.Innovation、協(xié)同仿真平臺PERA.Simulation采用統(tǒng)一的流程管理、數據管理和知識管理，提供了基于質量管理、注重技術創(chuàng)新、支持產品優(yōu)化的虛擬樣機開發(fā)環(huán)境，形成企業(yè)全新的基礎研發(fā)平臺。

精益研發(fā)平臺的系統(tǒng)架構

PERA.Quality質量設計平臺基于公理設計、穩(wěn)健設計和六西格瑪設計理論方法，包含了六大核心技術，分別是質量功能展開（QFD）、公理設計、正交試驗設計、穩(wěn)健性設計、可靠性設計和面向X的設計。這六大技術內部具有復雜的應用和數據邏輯關系，其間采用統(tǒng)一的流程管理、數據管理和知識管理，實現(xiàn)技術應用的整合，通過多學科優(yōu)化，實現(xiàn)設計后端的綜合優(yōu)化。而產品的質量設計過程就是綜合、交互運用上述六項技術的過程：首先利用QFD技術從客戶需求出發(fā)，將客戶的需求轉化展開為設計項目的技術需求指標，然后利用穩(wěn)健設計、正交實驗設計、可靠性設計、面向X的設計等方法完成設計，并逐級利用設計公理進行判斷和優(yōu)選，最終實現(xiàn)設計質量指標。PERA.Quality將一系列的質量設計方法封裝在統(tǒng)一的平臺內，設計師在這一平臺上開展設計工作，就在不自覺間運用了先進的質量設計方法。同時，經過長期的應用磨合與知識積累，可以逐步建立企業(yè)自身的質量設計知識庫，形成獨一無二的核心設計能力。

QFD的功能展開矩陣——質量屋

設計質量管控，人人參與

中國質量協(xié)會的馬林副會長曾經在她那本《質量經營》的書中提到，“中國產品圍繞質量的索賠和投訴，有70％是設計問題所引發(fā)的”。而事實上，75%以上的中國企業(yè)的質量管理部門不負責設計質量的管控，他們僅僅負責制造生產和檢驗環(huán)節(jié)的質量問題。產品的設計和研發(fā)質量誰來關心呢？技術部門的設計研發(fā)人員嗎？很多設計研發(fā)人員習慣從技術層面考慮問題，而產品的質量、經濟性、可制造性等指標則往往被忽略。事實上，很多企業(yè)針對設計人員開展的穩(wěn)健性設計、六西格瑪設計培訓，更像是統(tǒng)計學培訓，確實與設計本身關聯(lián)不大。難怪研發(fā)人員不買賬。企業(yè)的管理者是否該積極參與到設計質量的管控中呢？畢竟設計質量的改善對提升經濟效益作用明顯。但是，由于對產品設計本身缺乏深入了解，企業(yè)的管理者和企業(yè)IT人員一樣，往往只能充當各種專業(yè)培訓的促成者和購買各種平臺、工具的推動者和決策者，應用成功與否則與其無關。

事實真是如此嗎？不，事實是，實施和應用PERA.Quality這樣的質量設計平臺，并從中持續(xù)獲益，需要企業(yè)方方面面人員的積極參與。

首先是企業(yè)管理者的支持和參與。管理者的作用是通過行動自上而下地貫徹、統(tǒng)一研發(fā)質量管控的思路，使所有參與者和所有活動都集中于不斷改進研發(fā)質量。管理者必須付諸行動，而不是僅僅停留在公開演說階段，積極、持續(xù)地參與到研發(fā)質量管理的工作中，與熟悉研發(fā)技術和流程的中層技術管理者緊密配合，不斷關注研發(fā)質量管理的改善情況，是質量設計平臺成功應用的關鍵。

其次，研發(fā)部門的中層技術管理人員和企業(yè)IT人員要相互配合，為質量設計平臺的實施和應用營造良好的技術環(huán)境和人文氛圍。深入分析企業(yè)的研發(fā)質量管理需求，制定詳細、切實可行的規(guī)劃，把握好系統(tǒng)實施的進度，確保持續(xù)獲得階段性的收益。同時，為研發(fā)人員提供高質量、與設計實際緊密結合的研發(fā)質量管理培訓，建立相應的激勵機制，鼓勵技術人員積極摸索新的設計方法，并采用研發(fā)質量管理平臺。要知道，研發(fā)人員學會了魚骨圖、控制圖、矩陣圖不代表研發(fā)質量的提高，而深入理解研發(fā)質量管理的實質，自發(fā)地靈活運用PERA.Quality平臺、工具，實際效果會好得多。

第三，千萬不要忽略了企業(yè)的質量管理部門。正如前文所述，研發(fā)質量左右著后續(xù)的工藝、生產和檢驗等一系列的環(huán)節(jié)，企業(yè)的質量管理部門怎么能將生產、質檢與研發(fā)質量管理割裂開來呢？何況，PERA.Quality本身已經將研發(fā)質量管控的理念貫穿到了產品的全生命周期中。企業(yè)可以吸納質量管理部門的人員組成跨部門的獨立研發(fā)質量管控小組，由企業(yè)管理者授權，統(tǒng)一管理、協(xié)調研發(fā)質量的改善工作。獨立的研發(fā)質量管控小組將有助于改善項目的持續(xù)性和實施效果。

第四，研發(fā)人員的積極參與。研發(fā)人員不應僅僅成為技術實現(xiàn)的機器，要從設計方法論的角度看待設計過程，積極學習和掌握各種先進的設計方法，充分利用PERA.Quality提供的QFD、穩(wěn)健設計等技術，將設計作為一項有目的的、創(chuàng)造性的工作，將創(chuàng)新能力最大化，從而實現(xiàn)自身設計能力質的提升。

實施精益研發(fā)的質量管理平臺、改善研發(fā)質量是轉變企業(yè)傳統(tǒng)觀念和研發(fā)模式的過程，在全員積極參與的前提下，明確的戰(zhàn)略目標，切實合理的項目規(guī)劃，高效的項目組織，以及必要的激勵手段是保證研發(fā)管理項目成功的關鍵，是使研發(fā)質量獲得明顯改善的重要基礎。