質(zhì)量功能展開法在盤磨機(jī)磨片設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

對造紙企業(yè)來說，能否抄造出讓用戶滿意的紙 張，關(guān)鍵有兩個(gè)環(huán)節(jié)：打 （磨） 漿和抄紙。盤磨機(jī)作 為打 （磨） 漿的重要設(shè)備之一，其大型化不僅大幅度 提高了生產(chǎn)能力，對降低單位產(chǎn)量的電耗有一定效 果，而且磨盤齒型靈活多變，易于滿足不同用戶的需 求，因此近年來被越來越多的造紙企業(yè)采用。磨片之 于盤磨機(jī)猶如心臟之于人體，其設(shè)計(jì)方案的優(yōu)劣直接 影響到漿料質(zhì)量，因此，用戶十分重視磨片的選擇， 專家學(xué)者格外青睞磨片的研究。

磨片主要包括齒寬、齒高、槽寬、磨齒傾角、擋 壩等結(jié)構(gòu)特征，它對漿料主要起到切斷、擠壓揉搓、 疏解等作用，因此，可將磨片分為切斷型、帚化型和 疏解型[1]。在磨漿過程中，漿料和磨漿濃度相同，磨 片齒型不同，漿料質(zhì)量和性能也會(huì)不同。陳克復(fù)[2]指 出，磨盤選擇的標(biāo)準(zhǔn)有以下3點(diǎn)：①能磨出質(zhì)量好的 漿；②電耗低；③噸漿磨漿成本低。然而這些標(biāo)準(zhǔn)只能從宏觀層面上指導(dǎo)磨片研發(fā)，不同的造紙企業(yè)主要 生產(chǎn)的紙種不同，對漿料質(zhì)量的要求也不同，因而用 戶會(huì)對磨片設(shè)計(jì)提出各種各樣的要求，無論是企業(yè)的 磨片研發(fā)部門還是專門的磨片生產(chǎn)企業(yè)一般會(huì)根據(jù)經(jīng) 驗(yàn)來設(shè)計(jì)磨片，通過實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行測試或生產(chǎn)線試驗(yàn)調(diào) 試達(dá)到生產(chǎn)需求，這一過程難免會(huì)對用戶需求考慮不 周全，設(shè)計(jì)的磨片自然缺乏很強(qiáng)的針對性，且主觀性 強(qiáng)，設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)高度集中，不利于磨片產(chǎn)品快速研發(fā)和 優(yōu)化設(shè)計(jì)。 

質(zhì)量功能展開法 （QFD） 是把顧客對產(chǎn)品的需求 進(jìn)行多層次的演繹分析，轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求、零 部件特性、工藝要求、生產(chǎn)要求的質(zhì)量工程工具，用 來指導(dǎo)產(chǎn)品的健壯設(shè)計(jì)和質(zhì)量保證。該方法廣泛應(yīng)用 于產(chǎn)品開發(fā)、規(guī)劃決策、服務(wù)管理、軟件工程等領(lǐng) 域，國內(nèi)外相關(guān)研究成果豐碩。楊正強(qiáng)[3] 以摩擦焊機(jī) 為例，研究了非典型性的特種機(jī)床造型設(shè)計(jì)過程中 QFD 的應(yīng)用；劉宗明等人[4]、石元伍等人[5]將 QFD 與 Kano 模型相結(jié)合，分別對不同服務(wù)類型的智能機(jī)器 人、血壓計(jì)的用戶需求獲取及需求轉(zhuǎn)化進(jìn)行研究，并 提出設(shè)計(jì)方案；王晨等人[6]將AHP、QFD和TRIZ理論 等多種方法相融合，提出一種基于用戶需求的產(chǎn)品創(chuàng) 新策略，并應(yīng)用于車輛轉(zhuǎn)向器驗(yàn)證其有效性。國外學(xué) 者 Katerina Gotzamani等人[7]在 QFD中引入多元馬爾可 夫模型 （MMC），考慮到用戶需求的動(dòng)態(tài)特性并能夠 捕獲用戶當(dāng)前和未來的偏好，采用 AHP 確定用戶偏 好的優(yōu)先級(jí)，并最終將它們轉(zhuǎn)換為理想的質(zhì)量產(chǎn)品； Lager Thomas [8] 運(yùn)用 QFD 方法提出一種基于生產(chǎn)平臺(tái) 的非組裝產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)框架，使用質(zhì)量功能展開策 略來識(shí)別產(chǎn)品族、生產(chǎn)流程和原材料等之間的相關(guān) 性，并認(rèn)為此方法是非組裝產(chǎn)品創(chuàng)新探索和開發(fā)的有 效途徑。 

本研究主要對盤磨機(jī)磨片的用戶需求進(jìn)行挖掘、 分層整理，通過層次分析法 （AHP） 確定各項(xiàng)用戶需 求的重要度優(yōu)先級(jí)排序，運(yùn)用 QFD 方法構(gòu)建磨片設(shè) 計(jì)質(zhì)量屋 （HOQ），充分考慮各因素之間相互制約、 相互影響的錯(cuò)綜復(fù)雜關(guān)系，實(shí)現(xiàn)具體的用戶需求到設(shè) 計(jì)要求轉(zhuǎn)換，根據(jù) HOQ 分析結(jié)果，最終更加科學(xué)客 觀地得出磨片設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)。 

1 用戶需求獲取及重要度排序 

對于磨片開發(fā)而言，挖掘用戶需求，將原始的用 戶需求進(jìn)行更細(xì)致的分析總結(jié)是磨片創(chuàng)新的關(guān)鍵。首 先通過對盤磨機(jī)直接和間接使用人員進(jìn)行問卷或訪談 式調(diào)研、查閱文獻(xiàn)分析，獲取用戶對磨片的基本需 求；再通過歸納梳理出用戶需求層級(jí)關(guān)系圖；最后將 具有層次結(jié)構(gòu)的需求關(guān)系圖整合為用戶需求展開表， 如表1所示。本研究將盤磨機(jī)磨片的用戶需求分為了 3個(gè)水平層次，第一層為用戶總需求，即磨片性能良 好；第二層將用戶總需求分類得到漿料質(zhì)量好、電能 消耗低、噸漿成本低共3類分需求；第三層為各分需 求細(xì)化的具體要求，如漿料打漿度合適、抄紙物理性 能良好、運(yùn)行成本低等[9-10]。

 構(gòu)建盤磨機(jī)磨片用戶需求層次結(jié)構(gòu)后，借助 AHP 方法確定各項(xiàng)用戶需求權(quán)重，AHP 方法的核心 任務(wù)是分層次構(gòu)造需求判斷矩陣[11-12]。在判斷矩陣中， 為了防止數(shù)據(jù)過于離散，采用數(shù)字 1～5 及其倒數(shù)表 示 i 需求比 j 需求重要的等級(jí)水平，其具體含義見表 2。在規(guī)定了統(tǒng)一的重要度等級(jí)賦值后，設(shè)計(jì)除總目 標(biāo)層以外的各個(gè)層次兩兩因素相比較的AHP打分表， 由 6 名來自造紙企業(yè)技術(shù)負(fù)責(zé)人、盤磨機(jī)直接使用 者、維修人員及漿料生產(chǎn)線管理人員、磨片生產(chǎn)企業(yè) 負(fù)責(zé)人及從事磨片設(shè)計(jì)研究專家填寫，并通過計(jì)算6 組原始數(shù)據(jù)的加權(quán)幾何平均數(shù)，得出一組最終應(yīng)用于 AHP的群判斷矩陣數(shù)據(jù)。 

用戶需求群判斷矩陣構(gòu)造完成后，確定每個(gè)層次 各項(xiàng)需求相對于上一層次需求的對應(yīng)權(quán)重，之后還需 要對矩陣進(jìn)行層次單排序及一致性檢驗(yàn)和層次總排序 及一致性檢驗(yàn)。CR 為一致性比率，當(dāng) CR＜0. 1 時(shí)， 認(rèn)為矩陣有滿意一致性，說明權(quán)重分配合理；反之， 當(dāng) CR≥0. 1時(shí)，認(rèn)為矩陣不具有滿意一致性，則需要 對判斷矩陣進(jìn)行某些調(diào)整，直至其具有滿意一致性。 一致性檢驗(yàn)相關(guān)計(jì)算見式(1)、式(2)和式(3) ，其中 RI的數(shù)值可根據(jù)矩陣階數(shù)查表3得知。

 CI = λmax - n n - 1 （1）

 式中，CI 為一致性指標(biāo)；n 為判斷矩陣的階數(shù)； λmax為判斷矩陣的最大特征值。

 CR = CI RI （2） 

式中，CR為一致性比率；RI為隨機(jī)一致性指標(biāo)。 

CR( k ) = CI( k ) RI( k ) =∑i = 1 aiCI ∑i = 1 aiRI （3） 

式中，CR(k) 為層次總排序一致性比率；ai為對矩 陣A來說Ci的優(yōu)劣系數(shù)。

首先進(jìn)行層次單排序及一致性檢驗(yàn)。計(jì)算2次水 平需求相對 1次水平需求的權(quán)重，如表 4所示。由計(jì) 算結(jié)果可知，CR= 9×10-5＜0. 1，滿足一致性檢驗(yàn)。 再分別計(jì)算每一組 3次水平需求相對其 2次水平需求 的權(quán)重，如表 5~表 7 所示。由計(jì)算結(jié)果可知，CR 均 小于0. 1，滿足一致性檢驗(yàn)。

最后進(jìn)行層次總排序及一致性檢驗(yàn)。通過計(jì)算， CR=1×10-5＜0. 1，滿足一致性檢驗(yàn)。層次總排序就是 指某一層次的所有元素相對于最高層 （總目標(biāo)） 的權(quán) 重，依次沿遞階層次結(jié)構(gòu)由上而下逐層計(jì)算，即可得 到最底層每個(gè)個(gè)體元素在最高層 （總目標(biāo)） 中的權(quán) 重。對于本研究而言，即是將第三層每個(gè)個(gè)體元素權(quán) 重與第二層每個(gè)主體元素權(quán)重相乘，就可得到第三層 每個(gè)個(gè)體元素在最高層 （總目標(biāo)） 中的權(quán)重，數(shù)學(xué)表 達(dá)公式為 Aij＝ai·aij （i=1，2，3；j=1，2，3）。如表 8 所示，得到 3 次水平需求相對 1 次水平需求的權(quán)重， 即得到最底層各項(xiàng)用戶需求的重要度。

 2 質(zhì)量屋 （HOQ） 構(gòu)建 

構(gòu)建質(zhì)量屋 （HOQ） 是 QFD 最核心的內(nèi)容，是 由用戶需求展開表 （表1） 與設(shè)計(jì)要求展開表 （表2） 組合而成的矩陣形表格，可以表示兩者中各因素之間錯(cuò)綜復(fù)雜的關(guān)系[13]。HOQ可以將市場上的抽象語言信 息轉(zhuǎn)換為公司內(nèi)部用于設(shè)計(jì)產(chǎn)品的特定技術(shù)信息，即 通過重要度轉(zhuǎn)換將用戶需求權(quán)重轉(zhuǎn)換成設(shè)計(jì)要求權(quán) 重，以實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求的快速把握和定位。因 此，重要度轉(zhuǎn)換是 HOQ 構(gòu)建的核心所在。本課題研 究的磨片設(shè)計(jì)HOQ主要構(gòu)建步驟如下： 

（1） 用戶需求及其權(quán)重計(jì)算。根據(jù)文章第一部分 得到的用戶需求及其權(quán)重I，建立HOQ的左墻。

 （2） 構(gòu)建設(shè)計(jì)要求展開表。本課題 HOQ 中的設(shè) 計(jì)要求展開表也即產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求的提取過程。磨盤參 數(shù)對漿料質(zhì)量影響十分顯著，因此其設(shè)計(jì)至關(guān)重要且 非常復(fù)雜。通過查閱文獻(xiàn)、專家調(diào)研等方法，梳理出 磨片主要設(shè)計(jì)要求如下：磨齒寬度、磨齒高度、溝槽 寬度、磨齒傾角及擋壩分布，設(shè)計(jì)要求展開表見表 9[14]。根據(jù)其建立 HOQ天花板。

（3）構(gòu)建相關(guān)關(guān)系矩陣。即構(gòu)建用戶需求與設(shè)計(jì) 要求之間關(guān)系程度的矩陣，一般用相關(guān)度 Rij表示第 i 個(gè)用戶需求與第 j個(gè)設(shè)計(jì)要求之間的相關(guān)程度，可以 用 9、7、5、3、1、0 分別代表非常密切、密切、比 較密切、有一定影響、有微弱影響及無影響的取值。 根據(jù)兩兩因素間的具體關(guān)系填入對應(yīng)數(shù)值，構(gòu)成相關(guān) 關(guān)系矩陣即形成HOQ的房間。

 （4） 重要度轉(zhuǎn)換。重要度轉(zhuǎn)換是將用戶需求重要 度轉(zhuǎn)換為設(shè)計(jì)要求權(quán)重的過程，所得設(shè)計(jì)要求權(quán)重構(gòu) 成 HOQ 的地下室。為了降低用戶需求的數(shù)量和分布 對計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生的影響，本研究采用獨(dú)立配點(diǎn)法來實(shí) 現(xiàn)重要度的轉(zhuǎn)換。獨(dú)立配點(diǎn)法是將用戶需求重要度直 接與設(shè)計(jì)要求所對應(yīng)的相關(guān)系數(shù) Rij相乘，然后再垂 直方向求和得到設(shè)計(jì)要求絕對權(quán)重 Wj，最后將其歸 一化轉(zhuǎn)化成設(shè)計(jì)要求相對權(quán)重W'j。

 HOQ構(gòu)建過程中相關(guān)計(jì)算如式(4)和式(5)所示。 

Wj =∑i = 1 n Ii Rij （4） 

式中，Wj為設(shè)計(jì)要求絕對權(quán)重；Ii 為用戶需求絕 對權(quán)重；Rij為用戶需求與設(shè)計(jì)要求相關(guān)性系數(shù)。

 W'j = Wj ∑j = 1 n Wj （5）

 式中，W'j 為設(shè)計(jì)要求相對權(quán)重。 

根據(jù)以上步驟建立盤磨機(jī)磨片設(shè)計(jì)要求的HOQ， 最終分析得到的設(shè)計(jì)要求相對權(quán)重值和絕對權(quán)重值則 可以表明各設(shè)計(jì)要求在磨片設(shè)計(jì)中的重要程度，具體 過程見表10。 

從以上分析來看，設(shè)計(jì)要素中的磨齒傾角是影響 用戶需求最重要的因素，溝槽寬度、擋壩分布及磨齒 寬度次之，磨齒高度對用戶需求影響最小。為了驗(yàn)證 該方法計(jì)算結(jié)果的正確性，將磨片5個(gè)主要設(shè)計(jì)參數(shù) 磨齒寬度、磨齒高度、溝槽寬度、磨齒傾角及擋壩分 布采用專家打分法進(jìn)行分析，得到的結(jié)論是磨齒高度 在磨片參數(shù)對漿料質(zhì)量影響中最微弱。即兩種方法得 到的磨片設(shè)計(jì)要求重要度相同，從而可以客觀地獲得 磨片設(shè)計(jì)關(guān)鍵參數(shù)。 

3 分析結(jié)果驗(yàn)證 

運(yùn)用質(zhì)量功能展開法 （QFD），特別是構(gòu)建磨片 設(shè)計(jì)要求質(zhì)量屋 （HOQ），可以更加客觀科學(xué)地評估 和分析用戶需求與設(shè)計(jì)要求之間的關(guān)系，最終確定磨 片設(shè)計(jì)關(guān)鍵參數(shù)，實(shí)現(xiàn)磨片快速研發(fā)和優(yōu)化設(shè)計(jì)。 

為了驗(yàn)證 QFD 分析結(jié)果的正確性，同時(shí)避免各 設(shè)計(jì)參數(shù)對成漿質(zhì)量及紙張性能影響的相互干擾，本 次實(shí)驗(yàn)選擇磨齒傾角作為磨片設(shè)計(jì)的變量，磨齒傾角 分別為 5°、22°、39°的 3 種磨片設(shè)計(jì)示意圖見圖 1。 采用 2Cr13 馬氏體不銹鋼材料制造出直徑 203 mm 的 磨片，將漂白硫酸鹽桉木漿漿板浸泡 3 h，運(yùn)用疏解 機(jī)疏解，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室循環(huán)打漿。磨片具體設(shè)計(jì)參 數(shù)、實(shí)驗(yàn)條件和過程參數(shù)見表11。

 采用不同磨齒傾角的磨片進(jìn)行打漿，檢測打漿后 的漿料打漿度并抄片，檢測手抄片的厚度、撕裂度及 抗張強(qiáng)度等物理性能，檢測結(jié)果如表12所示。 

從表12可以看出，磨齒傾角分別為5o、22 o、39o 時(shí)，相同的漿料在相同打漿條件下，成漿的打漿度、 紙張厚度、抗張強(qiáng)度及撕裂度差別較大；且同一磨齒 傾角下，打漿前后漿料性能和手抄片的物理性能變化 明顯。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，磨齒傾角對漿料質(zhì)量和紙張物 理性能有一定影響。而表4中顯示漿料質(zhì)量在用戶對 磨片性能需求中相比其他兩個(gè)因素明顯重要，間接說 明磨齒傾角是影響用戶需求的重要因素。同時(shí)，比表 面負(fù)荷 SSL （Specific Surface Load）、磨漿強(qiáng)度等理論 指出，除磨齒傾角外，磨齒寬度、溝槽寬度等對漿料質(zhì)量也會(huì)具有一定影響，并且得到了前人的驗(yàn)證。以 上結(jié)論與表 10 盤磨機(jī)磨片設(shè)計(jì) QFD 的分析結(jié)果基本 吻合，表明 QFD 可用于盤磨機(jī)磨片的研發(fā)、參數(shù)化 設(shè)計(jì)及優(yōu)化設(shè)計(jì)中。

 4 結(jié) 論 

本課題對盤磨機(jī)磨盤的用戶需求進(jìn)行挖掘、分層 整理，通過層次分析法 （AHP） 確定各項(xiàng)用戶需求的 權(quán)重并進(jìn)行重要度排序，結(jié)合質(zhì)量功能展開法（QFD） 構(gòu)建盤磨機(jī)磨片設(shè)計(jì)質(zhì)量屋（HOQ），實(shí)現(xiàn)具體用戶需 求到磨片設(shè)計(jì)要求的轉(zhuǎn)化，根據(jù)HOQ分析結(jié)果并結(jié)合 專家打分法確定磨片設(shè)計(jì)關(guān)鍵參數(shù)，進(jìn)而設(shè)計(jì)、制作 磨片并進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明， QFD方法 可用于磨片參數(shù)化設(shè)計(jì)及優(yōu)化設(shè)計(jì)過程，更加科學(xué)客 觀地設(shè)計(jì)出具有很強(qiáng)針對性的磨片。然而，QFD方法 涉及的因素眾多，生活中紙張種類眾多而導(dǎo)致用戶對 磨片需求信息很難統(tǒng)一，需求重要度的決定方法不同 等都會(huì)影響磨片設(shè)計(jì)關(guān)鍵參數(shù)的確定。因此在后續(xù)的 磨片設(shè)計(jì)研究中，應(yīng)當(dāng)對用戶需求進(jìn)行更加系統(tǒng)有效 地歸納分析，更準(zhǔn)確地描述磨片設(shè)計(jì)要求，才能真正 地實(shí)現(xiàn)從用戶需求到設(shè)計(jì)要求的轉(zhuǎn)化。

來源：《中國造紙》：http://m.12-baidu.cn/w/zw/24523.html