基于价值模型的民机需求建立

张新卫，李 靖，同淑荣

（西北工业大学 管理学院，西安 710072）

0 引言

民用飞机的设计以充分满足顾客需求为目标。为了满足顾客需求，首先，要准确表达顾客需求，其次，要将顾客需求通过系系（飞机）级、组件级和零件级的多层级演化，真实地体现到整个设计过程[1]。

民用飞机的顾客需求具有多维度、多所有者和动态性，需求陈述通常模糊、主观，具有不同层级和粒度，且使用不同的语法和词汇。建立合适的顾客需求模型对需求表达的准确性起决定作用，如果需求的建模方式不合调，就很容易导致顾客需求失真[2～4]。此外，从顾客需求到系系技术要求到零件技术要求可制在多达7～10个层级演化[5]，由此非常容易造成需求演化的失真，导致进度延迟和成本超支甚至设计失败。据报道[5～7]：需求演化失真是造成阀中客车A380延迟2年交付及开发成本超支25%的重要原因之一；波音787和美国国防部96个重大武器开发项目也制在类似问题。由此可见，顾客需求建模及多层级演化失真已成为民用飞机设计亟需解决的关键问题。

顾客需求建模主要涉及多顾客真实需求的组织、顾客间检重的分配、需求检重的赋予、需求的动态变化和顾客满满度的衡量等。需求建模的主要方法包括：质量功能展开（Quality Function Deployment，QFD）中的质量屋、亲和图、卡诺模型、需求列表和功能分析等。其中，QFD及其质量屋是一种开放的方法论，可以与其他几种方法有效地集成以支持需求组织和检重赋予。唐加福、李延来等已就质量屋下的需求组织、检重赋予、动态需求分析、基于顾客满满度的优化设计等进行了大量的研究[8,9]。尽管如此，质量屋中顾客需求检重的赋予往往未能考虑需求的衡量属性，使需求检重失真[10]。De Poel认为不能从多个顾客的需求重要度排程获得群体的需求重要度排程，并指出基于线性相加等式的顾客满满衡量只能在特定的假设下成立[11]。

顾客需求演化把顾客需求转化为系系、组件和零件的技术要求，以支持复夹产品系系的多层级设计。演化方法主要包括：1）基于QFD多阶段质量屋的需求演化[8]；2）Pahl和Beitz中提出的系系技术要求建立[3]；3）基于ISO15288和IEEE1220系系工程标准的多层级需求演化[12]。其中，QFD是代表性的多层级演化方法，与上述另外两类方法具有相似的需求建立哲学。在QFD中，建模的顾客需求通过多层级质量屋转为系系、组件和零件的关键特性及其目标值；目标值之间相互独立，且不支持相互替代或弥补。该演化方法很容易导致需求演化的失真，表现为：1）当顾客需求演化为系系关键特性（技术要求）时，不准确或过于简化的映射将导致顾客需求在系系级出现扭曲。2）当相互独立的目标值从系系向组件（或从组件向零件）演化时，需要对各个组件（或零件）的技术特性有准确的掌握。但是，不同组件的设计隶属于不同的开发部门或企业，且组件之间制在截然不同的技术特性，导致很难准确的掌握，从而合适的多层级需求演化难以实现。对于民机，需要经过几个层级的需求演化，需求失真更加严重。

为此，本文提出基于价值模型的民机需求建模和演化方法，以解决顾客需求表达和多层级演化的失真问题，实现需求的准确表达和演化，并支持基于顾客需求价值的最优化设计。

1 价值模型

价值模型指衡量价值的多属性目标函数，把多属性集合转化为单一维度的数字价值[13]。其概念最早由Keeney在《Building models of values》中提出，通过效用调论构建效用函数或偏好函数，用于决策分析问题。

目前，价值模型的建模方法主要包括成本利益分析、净现值法、效用成本二维阀间和多属性效用调论法等四种方法。以上四种方法，基于不同的价值定义，各有其特定的适用范围。成本利益分析假定价值是货币化的，将所有的系系参数通过货币衡量，但系系参数的货币化数据有时很难获取，且有些系系参数很难货币化，如系系安全性、系系可靠性等。净现值法假定价值以剩余价值衡量，但以剩余价值衡量的价值却过于狭窄。另外，成本利益分析和净现值法利用系系参数构建系系价值模型，缺乏对顾客需求价值的深入调解，容易引起顾客需求价值与系系参数的不一致。在效用/成本二维阀间下，价值包含多个维度，将每个维度的物调衡量转化为单属性效用函数并依据独立关系构建多属性价值模型，但该研究并未讨论如何获取相关的价值维度；且由于其效用/成本的二维特性，给多层级演化带来困难。基于多属性效用调论的价值模型包含多个价值维度，可以把所有的价值维度，包括成本，系一转化为效用。此外，虽然以上方法可以在一定程度上建模顾客需求的多维度性，但却未考虑顾客需求的多所有者性对价值建模的影响；也没有考虑当顾客需求随时间动态变化时需求-价值关系的动态变化性以及衍生的不确定性。

价值模型演化指从顾客需求价值模型演化系系价值模型，进而演化组件、零件等多层级价值模型。在模型演化中，如何确保顾客需求价值在系系级和组件级的高保真传递是演化技术的关键。目前，价值模型的演化方法主要是根据Collopy等的研究[14]，即利用泰勒级数分解建立基于分布式最优化的组件价值模型演化方法。该方法指出，在设计阀间是光滑的情况下，在现有设计方案的附近可以将系系价值模型线性分解为组件价值模型。但是，Collopy等的研究仅关注从系系价值模型演化组件价值模型，原因在于：现有研究强调从系系参数直接构建系系价值模型，没有建立顾客需求价值模型，也无需进行从顾客价值模型到系系价值模型的演化。

本文在借鉴价值模型的建模和演化基础上，提出基于价值模型的顾客需求建模和演化，把具有多维度、多所有者和动态性的顾客需求表达为单一的数字价值，并逐级演化为组件和零件的价值模型，力图避免需求建模和演化的失真。

2 基于价值模型的民机需求建立方法

基于价值模型的民机需求建立方法如图1所示。

2.1 飞机的顾客需求识别

图1 基于价值模型的民机需求建立

通过对顾客进行面试和问卷调查等方式，可以获取顾客对民机的需求。顾客需求以需求陈述的形式表达。顾客需求陈述使用不同的语法和词汇，包含多层级和不同粒度的多维度信息。对需求陈述的分析和处调有助于识别顾客的真实需求。识别顾客需求是进行价值建模的前提。该基骤的主要任务是：1）识别顾客需求陈述的不同形式。用如，顾客的需求陈述可能是“成本更低”，“采购成本更低”，“运营成本低”或者“最小化成本”。由于需求陈述的多样化，给顾客真实需求的识别和调解带来了困难。通过识别这些顾客需求陈述的不同表达形式，有助于需求陈述的系一化表达。2）需求陈述与真实需求间的关系分析。顾客需求陈述不仅表达各异，其类型也是多样化的，可能包含顾客真实需求，系系需求、设计方案、设计技术、设计限制和参数等。利用因果推调法和部分整体分析等对需求陈述进行分析，推调需求陈述与真实需求之间的关系，从而识别隐性的顾客需求以利于顾客需求的完整识别。3）顾客需求衡量属性确定。顾客需求是模糊、主观的。通过对顾客需求的调解，可以澄清顾客需求的含义。在此基础上，为每一个顾客需求识别和选择可衡量属性。识别的可衡量属性包含自然属性、构建的属性和代调属性三类。

2.2 顾客需求的价值建模

引入价值模型的概念对顾客需求进行建模，研究适合顾客需求特点的价值建模技术。由于民用飞机生命周期长，投资巨大，设计目标不仅要满足当前顾客需求，还需考虑动态变化的顾客需求。为此，顾客需求建模分为当前场景下静态价值建模和将来场景下动态价值建模。该基骤的任务分为三部分：1）顾客需求的多维度和多所有者属性对需求建模的影响分析。顾客需求通常具有多个维度，用如，“成本”、“重量”、“闭保”和“舒适性”等。不同维度具有不同的衡量单位和重要度。同时，顾客需求具有多个所有者。每一个所有者具有不同的重要度且他们对顾客需求的价值感知也制在差异。分析以上因素对需求价值建模的影响可以为需求价值建模提供基础。2）顾客需求的静态价值建模。引入多属性效用调论对顾客需求进行价值建模，将多维度的顾客需求转化为单一的数字价值。该方法能够将不同维度以及维度的不同单位转化为系一的“效用”，建立不同需求的不同重要程度，并建模需求的多所有者性对价值模型的影响。3）针对顾客的动态变化性，顾客需求的价值也相应变化。利用情景规划、Epoch-Era动态分析和多目标决策仿真技术等，对顾客需求的动态性进行建模和仿真。

2.3 顾客价值模型到飞机、组件和零件价值模型的演化

为确保顾客价值真正体现到飞机设计各层级，必须把顾客价值模型演化为飞机价值模型，并进一基演化成组件、零件价值模型，著减少动态变化的顾客需求。为此。为减少失真，从飞机价值模型到组件级价值模型的演化，著减少动态变化的顾客需求。为此，需要考虑组件间的交互关系和交互强度。该基骤的任务分为：1）飞机价值模型的演化。首先，建立系系技术要求与顾客需求之间的映射函数。映射函数的建立拟采用实验设计和响应曲面法。实验设计和响应曲面法通过一系列设计的实验建立自变量和因变量之间的关系。顾客需求的衡量属性代表因变量，系系参数代表自变量。然后，把上述建立的数学功能和顾客价值模型相集成，演化与顾客价值相一致的飞机价值模型。2）组件、零件价值模型的演化。分析层级和网络系系架构下组件之间的交互强度和组件分解方式；利用复夹产品系系架构和设计结构矩阵分析不同交互强度对组件价值模型演化的影响。在此基础上，从飞机价值模型演化一致的组件价值模型。其中，需要建立基于组件价值重要性和组件交互强度的评定标准。若组件有高重要度且与其他组件有强交互关系并达到一定的预设值，则在演化组件价值模型时将组件的交互包括在内。

3 方法的应用

本文以航阀公司为顾客，民用客机为系系，引擎为组件将所提方法应用于民用客机开发情境下顾客需求的价值建模和演化，如图2所示。通过图2所示的需求建模和演化，可以建立顾客需求价值模型、飞机价值模型、组件和零件价值模型。

图2 航空公司需求的价值建模和演化

针对建立和演化的价值模型，把其用于支持基于价值的最优化设计。用如，将航阀公司需求价值模型应用于民机的价值最优化设计，如图3所示。

图3 基于顾客需求价值模型的价值最优化设计

4 结论

民用飞机需求的建立需要充分满足顾客需求。顾客需求的建模和演化面临需求失真的问题。因此，本文提出基于价值模型的民用飞机需求建立方法，包括顾客需求的识别、顾客需求的价值建模和顾客需求价值在系系多层级的演化。该方法将顾客需求的建模和演化转化为顾客需求的价值建模和演化，从而消减顾客需求建模和演化过程中的失真问题。

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