基于QFD法探讨电动窗帘控制电机的选型

周大伟，谢述双

（北海职业学院，广西 北海536000）

0 概述

电动窗帘是一种智能家居设备，当前我国智能家居行业仍处在技术推广阶段。许多企业在销售电动窗帘的过程中都过于重视产品技术先进性的解释，从而忽略了产品的实用性和易用性。但对顾客而言，更关心的是电动窗帘到底能给自己带来什么样的便利。因此，现阶段应该重点提升顾客对产品满意度，利用顾客口碑价值对产品的推广产生积极作用。对生产者而言，将顾客对产品的要求融入到生产中，在满足顾客要求的同时，能以更低的成本获得更高的产品竞争力。

西方发达国家对电动窗帘的应用非常广泛，在现代高档场所中基本成为了标准配置。电动窗帘在十年前进入国内市场，现在正是其快速发展和推广的时期。目前市面上电动窗帘产品众多，对外形和控制性能的研究较多，但如何将顾客的要求融入到控制电机的选择中，这方面的介绍和研究尚有很大空间。本文就以电动窗帘为例，运用质量功能配置法，将顾客的要求和控制电机的技术性能进行量化分析，进而选出最合适的电机，从而达到提高设备功能性能、降低成本和满足顾客要求的目的。

1 电动窗帘种类、结构

目前我国市场上主流的电动窗帘种类较多，按机构动作形式可分为电动开合帘、电动升降帘、电动天棚帘等；按装饰效果可分为电动百叶帘、电动卷帘、电动罗马帘等。其主要组成部分包括电机、控制器、传动装置。其主要工作原理是：通过控制电机的正反转来带动窗帘沿着轨道往返运动，从而实现窗帘的开合动作，其中的核心就是电机。市面上种类繁多的电动窗帘，其工作环境的不同，对电机的要求也就不同。如家用室内的电动窗帘，对电机的静音性有一定的要求；写字楼、厂房采光用的电动天棚帘，对电机的寿命和稳定性有一定的要求；从消费者角度考虑，对电机造价和控制成本有一定的要求。为了满足需求，不同的电动窗帘应该选用什么类型的电机，应该是电动窗帘设计者首先考虑的问题。市面上电动窗帘用得较多的电机主要是步进电机、交流伺服电机和直流伺服电机。

2 控制电机的对比分析

2.1 步进电机

步进电机是一种利用电脉冲来实现机械转动的控制电机[1]。其优点是结构简单，驱动器技术成熟，可以实现微型化控制精度较高，可靠性好，寿命长，维护简单，控制成本低，响应速度快，停转时具有最大转矩。其缺陷主要是高转速下扭矩小，在超负载的情况下会破坏同步，工作效率较低。

2.2 交流伺服电机

交流伺服电机是指在伺服系统控制下的交流电动机，是一种利用交流电通入定子侧绕组产生旋转磁场，从而使转子旋转，实现将交流电的电能转变为机械能的装置[2]。其优点是自身结构简单，制造成本低，可靠性高，维护方便，惯性量较小，便于实现系统的快速响应。定子绕组散热比较方便，适应于高速大力矩的工作状态。其缺陷主要是启动性能较差，启动力矩小，电流大，调速性能较差，调速方式复杂，成本较高。

2.3 直流伺服电机

直流伺服电机是指在伺服系统控制下的直流电动机，是一种通过向转子电枢绕组通入直流电源，在电枢产生特定磁场，在磁场力的作用下，使转子旋转，实现将直流电的电能转变为机械能的装置。直流电机分为有刷和无刷两种，前者采用机械换向，寿命较短，后者采取电子换向，寿命长。其优点是启动特性好，启动力矩大，调速特性优秀，调速方式简单，调速范围宽，运行噪音非常小。其缺陷主要是结构相对复杂，成本较高，体积难以做到微型化[2]。

以上分析可以发现，不同的电机各有其优缺点，电动窗帘设计者仅从其性能特点很难直观地判断出哪种电机能更好地满足顾客要求，因此可以采用质量功能配置的经典工具——质量屋来对电机进行选型。

3 质量功能配置（QFD）

3.1 QFD与质量屋

质量功能配置（QFD），是一种在产品设计阶段进行质量保证的方法，于70年代初起源于日本的三菱重工和石桥轮胎，后被丰田及其供应商所采用的[3]。QFD的目标是在满足顾客要求的同时，以更低的成本获得同样甚至更好的性能。质量屋是质量功能配置的核心，是一种确定顾客要求与相应产品或服务性能之间的联系的图示方法。质量屋最大的特点是能以顾客为中心，将产品的各个性能之间、产品性能与顾客要求之间的复杂联系，用一种直观的矩阵框架形式表达出来，同时其制定过程也较复杂。

3.2 质量屋的制定过程

质量屋的制定需综合考虑顾客对产品要求、技术要求、市场状况及其相互之间的作用关系对产品质量功能的影响。一般质量屋的构造形似房屋的图形，如图1所示，其要素主要由以下各个关系矩阵组成[4]。

图1 质量屋的构造

左墙：顾客要求，表示顾客对产品最直观的要求，即WAHTS矩阵；

天花板：技术特性，表示针对顾客的要求需要实现哪些技术，即HOWS矩阵；

房间：关系矩阵，表示WHATS矩阵与HOWS矩阵的关系紧密程度；

屋顶：技术相关性，表示HOWS各项技术之间的相互关系；

地板：技术指标，表示HOWS项的技术目标和衡量值；

右墙：市场竞争力评估，表示从顾客的角度来评估产品在市场中的竞争力；

地下室：技术竞争力评估，表示不同产品间相同HOWS项的竞争评估。

质量屋建造完成后，通过定性和定量分析来得出输出的HOWS项，即完成从“要求什么”到“如何去做”的转化[5]。

3.2.1 左墙

根据顾客的反馈信息，分析出顾客对产品的主要要求，列入左墙。按顾客要求的重要度进行打分，通过统计，第i项的顾客要求平均值Ai（i=1，2，...，n），第i项顾客要求的权数ωi为：

把顾客要求和相应的权数列入左墙。

3.2.2 天花板

对顾客的要求进行分析后，确定出相应的产品技术特性，将各技术特性列入天花板中。

3.2.3 房间

房间是质量屋的关系矩阵，需将顾客要求与产品技术特性之间的关系以及关系的强弱程度，用特定的符号表示出来，列入房间中。选用的符号可以多种类，符号如下：

●强关系；○中等关系；△弱关系；空白无关系

在第i项顾客要求所在行与第j项技术特性所在列的交会格中，填入表示两者关系的符号，就形成了质量屋的关系矩阵。QFD是把顾客要求通过加权值的方式将重要度进行量化。方法是对关系符号所代表的关系强弱程度进行量化赋值，一般根据实践情况结合经验赋值，例如此处赋值为：

● 赋值9；○ 赋值3；△ 赋值1；空白 赋值0

3.2.4 地板

通过量化，关系矩阵转化为配分矩阵/Rij/，Rij是第i项顾客要求与第j项技术特性的关系配分。故第j项技术特性的重要度mj为各Rij的加权ωi之和，即：

规范化为技术特性重要度的加权数，第j项技术特性的加权数Mj为：

把各技术特性的重要度加权值Mj记在质量屋的地板内，根据这些加权值可以定出关键的、重要的技术特性。

3.2.5 右墙

将待评估的产品用字母表示，根据产品对顾客要求的符合度进行评分，将代表产品的字母填入对应得分处。根据实践情况结合经验，分值qi可设1至5分，根据顾客要求的权数ωi，则产品对第i项顾客要求的符合度Qi可量化为：

则，每个待评估的产品市场竞争力评估总分为：

将各产品的总分填入右墙的底部，根据这些得分可以判断出各产品在市场上的竞争力。

3.2.6 地下室

产品的技术竞争力评估，量化方法同右墙。根据产品对技术特性的符合度进行评分，将代表产品的字母填入对应得分位置。根据实践情况结合经验，分值tj可设1至5分，根据技术特性的重要度加权值Mj，则产品对第j项技术特性的符合度Tj可量化为：

Tj=Mj·tj

技术竞争力评估反映了产品技术措施所达到的水平，与同类产品的设计质量相比较，分析出该产品在市场上的技术竞争能力。技术竞争力是一个相对量，只对在质量屋内的产品作比较，所以不必进行规范化。

4 QFD的应用过程

以设计一款家用室内电动窗帘为例。现有A、B、C、D四种控制电机可供选择，分别是步进电机、交流伺服电机、有刷直流电机和无刷直流电机。

例中：A产品为选择步进电机作为控制电机的电动窗帘；

B产品为选择交流伺服电机作为控制电机的电动窗帘；

C产品为选择有刷直流电机作为控制电机的电动窗帘；

D产品为选择无刷直流电机作为控制电机的电动窗帘。

为了在四种控制电机中选出最合适的，分别对A、B、C、D四种产品进行分析，制定成质量屋，如图2，分析过程如下。

4.1 顾客要求（左墙）分析

通过咨询客服和收集顾客的反馈信息可以发现，顾客不仅关心产品的价格和质量稳定性，对电动窗帘的操控性能也是非常关心的，如电动窗帘是否可调节开合的幅度和速度、噪音的大小、耗电量等方面。通过对顾客的回访调查和分析，给各项顾客要求的重要度进行给分，并统计出平均值（1至5分）。

其中：顾客对电动窗帘的质量要求最高，则可在“质量稳定可靠”项打5分；

对可调节开合幅度有较高要求，则可在“可调节开合幅度”项打3分；

对运行噪音有一定的要求，则可在“静音”项打2分；

对耗电量有较低的要求，则可在“省电节能”项打1分；

对可调节开关速度有一定的要求，则可在“开关速度可调”项打2分；

对价格有较高的要求，则可在“价格低”项打3分。

所有顾客要求项的总分：5+3+2+1+2+3=16，

则各项顾客要求的加权数依次为：5/16，3/16，2/16，1/16，2/16，3/16.

将上述各项顾客要求和对应的加权数填入左墙相应的位置。

4.2 技术特性（天花板）分析

对顾客要求进行分析后，可确定出控制电机的技术特性要素，如例中有下列8项：电机寿命、扭矩、转速、效率、体积、角度控制、功耗、速度可调。

4.3 关系矩阵（房间）分析

通过对顾客要求（左墙）和技术特性（天花板）进行分析，根据两者的关联程度进行填分。

例中：电动窗帘的质量稳定可靠项与控制电机的寿命和运行效率有一定的关系，则在两者交会格中填“○”代表中等关系；

可调节开合幅度项与控制电机的角度控制能力有非常大的关系，则在两者交会格中填“●”代表强烈关系；

以此类推，并对各关系程度赋值为：

● 赋值9；○ 赋值3；△ 赋值1；空白 赋值0

则可得房间的关系矩阵例：

4.4 技术特性加权值（地板）分析

第j项技术特性的重要度加权值mj为各Rij的加权之和 ωi，即：

同 理可 得 ：m2＝ 0.75，m3＝ 0.13，m4＝ 1.69，m5＝ 0.56，m6=1.69，m7=0.5，m8=1.69

规范化为技术特性的重要度的加权数，第j项技术特性的加权数Mj为：

同理可得：M2≈0.09，M3≈0.02，M4≈0.21，M5≈0.07，M6≈0.21，M7≈0.06，M8≈0.21

将规范化后的技术特性加权数列入质量屋地板第一行，将产品技术特性的目标值列入地板第二行作为地下室的评估参考。

4.5 竞争性评估（右墙）分析

根据产品对顾客要求的符合度进行评分，将代表产品的字母填入右墙第一列对应分值位置，并根据顾客要求的权数ωi，则产品对第i项顾客要求的符合度Qi可量化为：

Qi=ωi·qi

本例中：A产品对第1项顾客要求的符合度为4，则 A 产品的

同理可得B产品的竞争力评估总分为3.81，C产品的竞争力评估总分为3.56，D产品的竞争力评估总分为3.94

将上述竞争性评估得分填入右墙第二列得分栏。

4.6 技术评估（地下室）分析

根据产品对技术特性的符合度进行评分，将代表产品的字母填入地下室第一行对应分值位置，根据技术特性的重要度加权值Mj，则产品对第j项技术特性的符合度Tj可量化为：

Tj=Mj·tj

本例中：A产品对第1项技术特性的符合度为5，则A产品的T1=M1·t1=0.12×5≈ 0.6

同理可得A产品的T2=0.09，T3=0.02，T4=0.21，T5=0.35，T6=1.05，T7=0.06，T8=1.05

同理可得B产品的技术评估总分为1.69，C产品的技术评估总分为2.86，D产品的技术评估总分为3.97.

将上述技术评估得分填入地下室第二行得分栏。

4.7 综合分析

分析质量屋的右墙和地下室发现，在竞争力评估总分中，各产品的得分相近，说明在满足顾客要求的能力上是相近的；在技术评估总分中，D产品则相对其它有较大优势，说明其技术特性更优。综合两项总分相加有：

A产品的总得分A总＝∑Q+∑T＝7.18.

同理，B产品的总得分为5.5；

C产品的总得分为6.42；

D产品的总得分为7.91.

四种产品中D产品总分最高，充分表明了选用无刷直流伺服电机的优势。见图2.

图2 电动窗帘质量屋

5 QFD应用存在的问题

通过质量功能配置法选出的最优方案可能存在一下两方面问题：

5.1 技术特性的优先级改变

在建造质量屋的过程中，由于顾客的要求有可能与产品多数的技术特性不相关或弱相关，通过重要度加权衡量后，有可能造成重要的技术特性变成了次要或不重要了，反过来也有可能造成次要或不重要的技术特性变成较重要的了，这一变化有可能引起评估中的技术假象，导致评估失误。

5.2 技术实现的资源约束

通过质量屋的选择来最大程度地满足顾客要求时，有可能引起在实现技术要求过程中的资源浪费。通过消耗巨大的技术资源来满足顾客，不是最佳的选择方案。因此在建造质量屋后的综合评审环节应该是方案中的重要环节。

6 结束语

本文以电动窗帘为例，提供了一种控制电机选型的方法和思路：运用质量功能配置法，通过对顾客要求、技术特性、关系强弱程度、产品符合度等进行量化和逐步地分析，最终选出合适的产品。QFD是在市场环境下，为满足顾客的真实要求、提升产品的质量、提高竞争力而形成的一种质量保证方法，非常适用于像电动窗帘等这类直接面向顾客的产品。通过研分析顾客的要求，可以完善产品的功能性能，并降低不必要成本。