服务型制造网络模块化质量属性识别_张蕾.pdf

第 卷第期计算机集成制造系统 年月 ：收稿日期：；修订日期：。；基金项目：国家自然科学基金资助项目（，）。：，（，）服务型制造网络模块化质量属性识别张蕾，冯良清，王娟（南昌航空大学 经济管理学院，江西南昌 ）摘要：针对服务型制造网络（）质量属性多级协同交互及各自相关矩阵非对称性问题，采用质量功能展开（）将顾客需求映射到 模块化多级质量属性设计过程中，提出一种结合模糊层次分析（）、决策试验与实验评估（）的多模块递阶质量屋方法来计算考虑非对称性自相关矩阵的质量属性权重。首先从质量特性、质量水平、质量行为个维度构建 模块化质量属性评价指标，然后建立 多模块递阶质量屋模型计算 模块化质量属性权重，并根据权重识别关键质量属性。最后通过案例对比传统 和 方法，验证所提方法能够更好地揭示模块化间的协同交互规律及各自内部因素的直接关系与间接关系。关键词：服务型制造网络；质量属性；模糊层次分析法；决策试验与实验评估法中图分类号：文献标识码：，（，）：（）（）（）（），：；引言在融合升级的产业高质量发展过程中，服务创新是制造领域实现价值增值的重要源泉，依赖于制造业务的服务已经成为决定制造企业赢得竞争优势的关键因素。在核心研发和业务营销等价值高端计算机集成制造系统第 卷环节很大程度上被发达国家企业主导的情形下，服务型制造的提出为中国制造企业转型提供了一个全新的制造模式，中国制造 明确了我国实现制造强国战略的九项任务之一就是积极发展服务型制造。服务型制造是基于制造工艺流程和服务业务流程适应性协调的现代供应链运营模式，在服务型制造模式下，分散化的制造企业、服务企业和顾客等价值模块协同运作形成服务型制造网络（，）。随着工业市场向定制市场转变，顾客对个性化、高质量、低成本的产品和服务需求给传统的生产模式带来巨大挑战，目前能够在产业链上独立完成所有生产活动的企业极其罕见，有些设计、制造和服务甚至一个国家都不能独立完成，因为单独的企业或国家很难在制造业产业链的所有环节都具有核心竞争力。在此情况下，许多企业或国家开始进行合作，通过制造性企业和生产性企业联盟、产学研联盟、母子式组织等协同发展生产力，此时服务代替产品成为交易过程中的主要中间商品，应运而生。从模块化角度看，通过分解和整合顾客效用模块、生产性服务模块、服务性生产模块等价值模块，提供集成的产品服务系统，根据顾客定制化需求，将集成化产品服务系统分解为多个不同的独立模块，由相关模块集成商与提供商协同完成，通过网络组织高效分工协作及顾客全程参与，实现对各模块节点价值的增值。在增强产品多样化、降低企业生产成本、提高顾客效用价值方面均具独特优势，如何在定制化市场下重新配置 现有资源，通过 模块化质量属性设计满足顾客个性化需求，提升顾客产品服务需求效用价值，并为网络运营提供高效的战略决策，将成为 结构布局与模型构建的核心问题。根据多属性效用模型可知，产品和服务的效用等于各质量属性的效用之和，各属性的效用等于属性水平和属性权重的乘积。考虑产品和服务质量属性水平变化、属性权重及市场环境变化是影响效用变化的三大关键变量，本文将聚焦于 模块化质量属性权重变化，以顾客需求驱动为前提，识别 模块化关键质量属性，为提升顾客效用价值和 运营效 率 提供参考。目前关于质量属性权重计算方法的研究，传统方法是针对产品质量特性层级展开，结合定性与定量的方法进行识别；另一类方法是以顾客需求驱动，通过质量屋实现顾客需求转化为质量属性设计的质量功能展开（，）方法。对于复杂产品及多类型服务质量特性，展开后具有多维性和自相关性特点，难以适用传统方法和 方法。针对多维性问题，复杂产品以及多级制造过程的质量特性识别方法成为近年学界研究的热点，利用数据挖掘、机器学习的特征选择方法可以有效解决多维数据的质量特性识别问题。国内何桢团队对该方面进行了有效探索，如基于（）和 （）算法的复杂产品关键质量特性识别方法，基于 与 的复杂产品关键质量特性识别方法、明显增加了质量特性的分类精度。针对多级制造过程的多元质量特性波动问题建立空间波动状态的传递模型，有助于提高关键质量特性识别分类的精度，在此基础上进一步将状态空间传递模型与最小二乘回归方法结合，能够高效提升多级制造过程的识别精度，缩短识别时间，节省社会成本 。针对自相关性问题，传统 方法常通过矩阵运算获取功能需求重要度，缺少系统的建模方法分析顾客需求和功能需求各自自相关矩阵关系 。传统主观直接评价方法认为其相关矩阵是对称的，忽视了顾客需求和功能需求自身自相关矩阵的非对称性问题，无法分析各因素之间的相关关系。决策试验与实验评估法（，）是一种运用图论和矩阵工具分析元素间逻辑关系的方法，可以直接反映各因素间影响与被影响的强弱。既能分析因素间的因果关系，也能计算直接关系矩阵，使计算结果更加客观，可以作为处理顾客需求自相关矩阵与质量特性自相关矩阵的方法。等 和 等 采用 分析因素间的因果关系，并对其进行因果分类；等 采用 分析系统因素的影响关系，并根据分析结果确定各因素的重要度排序；王增强等 通过质量特性间对称的自相关关系获取质量特性重要度，但质量特性的关系是非对称的；朱春艳 采用 分析顾客需求的自相关关系，而在产品服务设计阶段，顾客需求自相关关系和质量特性需求自相关关系同时存在，且均为非对称的；等 建立了模糊网络分析法质量功能展开（第期张蕾 等：服务型制造网络模块化质量属性识别 ，）模 型 计 算 质 量 特 性 重 要度，认为顾客需求与功能需求各自的自相关关系是对称的，但在实际过程中该关系一般是非对称的。上述对复杂产品与多级制造过程中质量属性权重计算方法的研究，对于解决包含模块间组织行为质量特性、多模块产品质量特性和多模块服务质量特性的 模块化质量属性识别问题仍存在如下局限性：（）传统的质量属性面向产品的质量特性，更加注重产品物理特性需求，并将实现产品的功能特性作为最终方案，考虑 向顾客提供的是“产品服务”集成系统解决方案，其质量属性特征必须涵盖顾客对产品和服务的需求。（）关于质量属性权重的计算，以上研究考虑了质量属性的多维性和自相关性，忽视了多维 模块质量协同交互性特征，且未考虑顾客需求与质量属性各自自相关矩阵的非对称性问题。基于此，本文首先从质量特性、质量水平、质量行为 个维度建立了 模块化质量属性指标；然后，提出基于模糊层次分析决策试验与实验评估（，）的多模块递阶质量屋模型来揭示多维模块化质量协同交互规律，运用模糊 方法和 方法解决顾客需求和质量属性各自自相关矩阵非对称性问题，获取 模块化质量属性初始权重，并根据其权重识别关键质量属性；最后，以某汽车制造企业的 模块化质量属性权重计算为例，验证了所提方法的可行性。模块化质量属性多模块递阶质量屋模型 模型构建根据 模块化质量的复杂性特点，质量属性表现出多元层次结构，其多元层次的变化是影响 模块化质量的重要因素。以单一的产品质量整体排序反映产品质量属性的内涵本质不能体现其他局部质量的属性特征，其结果将导致微观层面质量属性信息缺失。本文以汽车产品的 模块化质量属性指标为例，在参考文献 的基础上，进一步将宏观层次的质量属性映射到微观层次，对一级指标中的质量特性、质量水平、质量行为进行二次细分，形成 模块化质量属性多元化分解树，以综合反映 模块化质量属性的本质特征，具体如表所示。表 模块化质量属性评价指标一级指标质量特性 质量水平 二级指标技术特性 经济特性 社会特性 创新水平服务水平 三级指标指标说明可信性 产品的可靠性及维修服务的保障性安全性 行驶中避免事故，保障行人和乘员安全的性能操纵性 转向系统操纵性能和汽车转向时的车身稳定性结构性 装备质量的尺寸公差、系统耦合性等设计经济性 设计过程成本和消耗费用的节约水平制造经济性 一般表现为可制造性、制造工艺性等使用经济性 完成单位运输量所支付的最少费用资源优化性 资源在不同产业部门之间的最优使用设备回收性 设备回收利用价值绿色性 低排放、低消耗等专利申请比 专利知识产权的申请情况研发投入成本 提升新技术投入的研发成本新产品投入比 新产品投入占总投入成本的比例低碳技术运用 服务流程的节能降污染水平服务质量 服务投诉率及管理体系的优劣服务柔性 处理突发事件的服务应急能力服务费用 价格的竞争优势服务创新投入 创新服务规则与内容成本投入计算机集成制造系统第 卷续表质量行为 适应性质量协作 合约化质量协调 模块化质量协同 质量意识培训 对员工进行质量意识培训的力度质量体系建设 建立管理体系，改进各项质量管理活动转包生产 模块化流程外包行为效益合同设计 设计合同落实的有效性合同监督 监督措施的安排实施情况合同激励 激励措施的安排实施情况信息平台建设 利用现代信息技术支撑品牌的运营管理能力并行质量工程 生产、制造和保障过程设计的综合能力集成联盟 形成复杂网络合作联盟集体相比传统的产品特性和服务特性，各模块的质量特性集成两者特点，其质量特性除了包括产品的技术需求指标外，还应包括人的需求指标，更具复杂性和高维性，人的因素对质量的影响将更加明显。通过梳理文献及调查分析，本文从顾客效用价值角度将顾客需求拆分为经济需求、技术需求、环境需求个层面，其中：经济需求二次细分为维修成本（）和购买成本（）；技术需求二次细分为操作方便（）、安全可靠（）、运行故障（）、驾驶舒适（）、运行速度（）、维修技术（）、使用寿命（）和外形美观（）；环境需求二次细分为节能省油（）和运行噪音（）。公理化设计理论是一种常用的结构化设计方法，在公理化设计域的结构中，可以通过建立评价设计指标并支持相关指标的工具来改善设计活动。本文借助公理化设计中的过程划分及相关概念，通过构建“顾客需求质量特性”“质量特性质量水平”“质量水平质量行为”多级质量屋，提出 模块化质量属性多模块递阶质量屋模型，实现了顾客需求到质量属性设计参数的逐级转换，如图所示。通过分解和整合顾客效用模块、生产性服务模块、服务性生产模块等价值模块，使整个系统形成新的架构特征。根据服务生产需求可将 整合为顾客效用模块和服务提供模块，其中服务提供模块包括生产性服务模块和服务性生产模块。图中以顾客需求为输入变量，依次构建 模块化质量属性多模块递阶质量屋模型，刻画多维模块化质量协同交互规律。第个质量屋起始于顾客需求，主要是将顾客需求转化为产品的质量特性功能参数，质量关联矩阵表达为“顾客需求质量特性”一级质量屋；第个质量屋承接质量特性功能特征，主要是将质量特性转化为质量水平功能参数，质量关联矩阵表达为“质量特性质量水平”二级质量屋；第个质量屋承接质量水平功能特征，主要是将质量水平转化为质量行为功能参数，质量关联矩阵表达为“质量水平质量行为”三级质量屋。质量屋的逐级映射关系根据顾客需求与 模块化质量属性需求间的网络动态交互关系实现，通过分析不同设计域中评价指标之间的关联标度，可以进一步明确质量屋相关质量属性之间是否存在映射关系以及映射关系的强弱。计算步骤模糊 层 次 分 析 法（，）与传统层次分析法主要区别于判断矩阵是由标度构成的非单一实数，将 引入质量屋，既考虑到顾客需求内部的相关关系，又克服了传统层次分析法中人的模糊判断、选择、偏好对结果的影响。为充分考虑顾客需求、质量特性、质量水平、质量行为各自自相关矩阵的非对称性问题，将模糊 方法引入质量属性权重计算，以顾客需求为输入变量，建立基于 的 多模块质量屋关联矩阵 。（）第期张蕾 等：服务型制造网络模块化质量属性识别式中：为顾客需求初始权重向量；为顾客需求自相关矩阵；为顾客需求与质量特性间的质量关联矩阵；为质量特性自相关矩阵；为质量特性初始权重向量；为质量特性与质量水平间的质量关联矩阵；为质量水平自相关矩阵；为质量水平初始权重向量；为质量水平与质量行为间的质量关联 矩 阵；为 质 量 行 为 自 相 关 矩 阵。基 于 的 多 模 块 递 阶 质 量 屋 关 联 矩阵，计算 模块化质量属性权重的具 体 步骤如下：（）确定基于模糊 的顾客需求和质量属性自相关矩阵根据问卷调查的方式获取顾客需求（，）和质量属性，（，），通过专家（，）的三角模糊语义评价确定顾客需求自相关和