新产品开发过程质量控制

张 璇 上官琪

（广西柳工机械股份有限公司，广西 柳州 545007）

新产品开发是现代企业的主要活动，其特点为投资额高，过程长，创新性高，参与人员多，影响未知因素多。新产品开发过程失败，上市后出现质量问题会对给公司带来较大损失，严重的还会对公司的品牌形象造成不良的影响。因此系统性地提供较为稳定的新产品，即如何让新产品少出问题，成为现代质量控制的焦点。该文提供了一种适用于制造业的新产品开发质量控制的方法。

与生产过程中单纯追求解决问题以达到零缺陷质量控制目标不同，新产品开发并非解决问题的行为，相反，这是一个不断地在创造新的问题、激发问题并且解决问题的过程。新产品开发的质量控制目标在于提供满足客户需求的稳定的产品。

当新产品处于前期策划时，就要对市场及客户需求进行详细的调查研究，并将其转化为技术规格及参数，开展设计，控制样件/机建造过程质量，通过试验修正设计，对早期上市的新产品实施特殊关怀等，通过这一系列活动，使新产品达到客户的需求。新产品开发质量控制的重点主要体现在6个方面。1）开发前端对现有信息的收集处理。2）设计控制。3）样件/机首件及首批控制。4）试验控制。5）新产品上市早期关怀。6）工程变更控制。以下为这种新产品开发质量控制的流框架图，如图1 所示。

1 开发前端对现有信息的收集处理

框图中的法规要求、现有信息的收集分析、功能分析、产品定义均属于开发前端的主要活动。

法规要求包括目标市场的准入性法律法规要求、技术标准和强制性标准要求、地方及行业规则等，这些在开发前端就必须得到清晰的确认。他们与产品的成本、总投资额、供应商选择、产品功能、技术方案、设计难度强相关。例如：排放法规、噪声、电磁兼容和可靠性水平等。

现有信息的收集分析是非常重要的步骤，该步骤的投入不足或产品定义转化的不准确都会给新产品开发埋下失败的种子。优秀的企业通常会投入最好的产品经理和工程师组成团队来完成此项工作。该步骤也是新产品开发中除试验之外需要时间最长的步骤。表1 是该步骤的主要工作内容。

表1 现有信息及问题收集主要内容

现有信息主要包括问题类和需求类信息。问题类信息主要是故障、抱怨和不足。收集对象包含自己的机器，对手及标杆的机器。获取信息的方式有多种：问卷调查、用户走访、三包数据、外反馈件、竞争对手及标杆机器研究、操作测试对比等。另外还有一种信息来源于技术发展趋势，主要针对创新程度大的新产品开发，涉及整机或系统的原理发生根本性变化。信息的处理和分析相当重要的，通常由资深工程师执行。对问题类信息的处理流程为：抽取→澄清→去重→分类→根源分析→解决方案→实施解决。需注意的是，对现有产品的问题须尽可能地处理，避免将历史问题遗传到新产品上。需求类信息的分析方法很多，推荐KANO（卡诺图）、QFD（质量功能展开）等。

功能定义属于产品定义的范畴，因其重要，故而将其单独列出。产品的功能对成本的影响很大，在需求的分析阶段就必须对功能进行分级，分清基本功能、期望功能、亮点功能。并讨论顾客为每一个功能付费的意愿。从而得出产品的标准功能和选配功能。

产品定义的目标是明确产品的开发指标。它包括主要的性能参数定义、产品成本定义、质量目标定义、包装及运输方案定义。初步的总体匹配与方案设计必须与产品定义同时进行。产品定义由产品经理执行。开发前端对现有信息的分析处理最终会转化为产品定义。产品定义是产品设计的总纲领，产品定义的质量决定了产品的成败，因此控制好现有信息的收集分析和转化实质就是控制产品定义的质量。控制的手段主要为提高调查研究的质量、使用合适的人做合适的事、积极开展专家及行政评审。

2 设计控制

图1 新产品开发质量控制流框图

产品设计的目标是进行总体及系统方案设计，详细设计以达到产品定义的要求。高质量的设计须充分考虑产品性能与功能、安全性、标准化、通用性、成本、包装及运输、可制造和易制造性、人机工程、可靠性、可维护性和可维修性等要求。大部分的要求是从顶层向下分解的，譬如可靠性的要求，设计时要对产品定义确定的可靠性目标进行分解，分解到系统和零部件，对比现有零部件可靠性水平和目标的差距，通过重新选择、改进设计、重新设计等方式来缩少与目标的差距。

为了有效地控制设计风险，须对新设计及有较大改动的零部件及系统形成新内容风险控制清单，并进行FMEA 分析，对高风险零部件制定预防与控制措施，输出测试验证计划，必要时提前开展零部件试验。一些辅助设计手段也可以降低设计的风险，比例有限元分析。与工艺设计同步进行可以减少因设计的可制造性和易制造性所带来的风险。产品工艺性评审，样件的试制均应同步开展。

设计评审和FMEA 是设计控制的主要手段， 可以防止大量应不够谨慎或设计者的知识和经验不足而给设计带来的麻烦，也可以防止由于设计失误所造成的事故和损失。设计评审的范围可涉及与设计相关联的技术方案、匹配计算、零部件选型、供应商选择、成本、制造、包装、运输、配件和售后服务等方面。设计评审是当前较为高效的设计控制手段。

3 样件/机首件及首批控制

过程质量控制的范围包括样件/机首件试制与批量生产试制。图2 为质量特性在产品开发过程的传递路径。展示了从顶层的客户需求向制造底层的关健特性、工序、因子的传递过程，以及对应环节的过程质量控制方式。

首件试制的主要目的是确认设计的合适与否。首件试制解决的是符合性问题。也就是按图纸要求是否能制造出预期的产品，零件之间有无干涉，是否存在差错而无法组装等。其次才是试验生产加工方法。控制的重点是，试制品必须严格按照设计图纸制作，因为试制针对的是设计的质量，而不是试制品本身的质量。只有100%符合设计的要求，才能对设计起到评定的作用[1]。通过检验来确保制造质量是对制造过程评定的最直接有效的方法，因此对首件的要求必须是100%全检。

首台样件/机会进行试验，以验证设计的符合性。根据在试验过程中所产生的问题对设计进行修正改进及再验证，经评估后进入批量生产试制。

批量生产试制的目的是确定设计出来的产品进行正式批量生产时所采用的生产方式。因此批量生产试制解决的是一致性问题，主要有6 个方面的内容。1）确认工序设计是否妥当，并投入批量的工艺工装。2）确认首件试制中发现的问题所做的设计更改是否合适。3）确定产品的制造成本。4）确定对于外购件的要求供方是否已满足。5） 确定过程质量控制计划。6）培训生产操作工人[1]。批量生产试制中的首批是控制的重点。首批指的是全部的首次提供批量样件的活动，包含工序的变化或调整后所制造出来的第一批样件。首批样件必须严格执行100%全检。

4 试验控制

产品的试验方式与产品的特点有关。为了区别试验的成熟程度，部分企业会将产品试验分为3 个阶段：技术验证样机、功能性能样机、可靠性样机。

当开发的产品含有大量的创新因素时，必须提前对原理、原材料、零部件和分系统进行验证，这就是技术验证样机试验的目的。技术验证样机来源于设计中识别出来的新内容风险防控计划和开发前端识别出来的现有问题。样机试验与产品设计同步进行，通常采用计算机仿真、变换方法、零部件样件独立试验（台架、性能及功能、寿命等）、将样件安装在其他整机上进行试验的方式开展。越早进行技术验证样机试验，就越能发现潜在的问题，对设计的修正作用就越强，后期产品的试验时间大幅下降，问题能得到解决。

功能性能样机的试验目的是验证产品定义目标（可靠性目标除外）的满足程度，同时充分暴露设计缺陷。功能性能样机是严格按照设计图纸制造出的完整的全新样机。功能性能样机通常投入单台，试验包括样机的评审、整机/系统性能和功能测试、操作测试以及可靠性试验等。可靠性试验工况为典型的工况，必要时进行强化。对样机在试验过程中发现的设计缺陷，要不断进行设计修正，直到产品定义要求被满足为止。如果出现重大设计缺陷，还必须实施纠正措施，并验证措施的有效性。在样机完成试验后，对样机实施拆卸、检查及解体，以找出通过外在的观察无法发现的问题，并对某些故障进行深入的研究。

图2 质量特性在产品开发过程的传递方式

可靠性样机试验的目的是确认产品满足顾客的需求，同时通过可靠性增长试验充分暴露设计及批量制造缺陷，实现可靠性水平的增长。由于功能性能样机的数量较少，验证的典型工况单一，要想取得可靠性水平的增长，必须投入小批量可靠性样机试验。可靠性样机投入的数量通常为多台，投入数量及试验时长具体由类似产品的浴盆曲线、新产品可靠性增长水平、新产品单机价值决定。样机需要做的试验包括样机评审、整机/系统性能和功能测试、操作测试、可靠性增长试验、认证试验等。为了尽快达到可靠性增长的目标，往往采用加速强化的方式进行。此外，在可靠性样机试验中还需要重点关注功能性能样机试验及设计整改的内容，以及在功能性能样机上未得到充分验证的内容。

部分企业会在可靠性样机后投入少数批量的用户测试机用于测试市场对新产品的反应，虽然是一种商业行为，但是也能暴露不少适用性方面的问题。

试验控制的重点在于试验过程中问题的跟踪、解决、及再验证，问题解决7 步法是一个很好的工具，可以帮助我们持续跟踪直至问题解决。

5 新产品上市早期关怀

由于试验投入的局限以及刚进入量产，新产品开始进入市场时，可能会与部分客户的要求不一致，产品的制造质量与设计的产品质量也可能不一致。这些问题都会导致客户的强烈抱怨和不满。因此必须实施新产品上市早期关怀，为信息反馈和问题处理开辟绿色通道。

应成立早期关怀团队，由新产品开发项目经理带队，成员包括研发、工艺、制造、采购、营销、服务和配件等人员，职责为尽可能的收集与新产品相关的一切信息，为设计改进提供输入；对故障进行快速响应，在顾客抱怨升级前解决它。早期关怀团队实行例会制，根据是否出现重大故障及故障频度确定会议间隔时间。为获得第1 手信息，需进行较为频繁的用户走访，并在走访中检查新机器的使用情况。

实施新产品早期关怀活动结束的基本标准为：经评估，新产品达到设计的可靠性水平，并不在有重大问题被发现。

6 工程变更控制

工程变更指的是新产品上市后的设计变更。上市前的设计更改可以通过批量整图的方式进行。新产品上市后，供应链完成搭建，设计变更影响的范围会波及供应商、经销商、后市场，所以必需按规定的程序进行，并严格进行控制。图3 是工程变更的流程。

工程变更来源于产品试验未发现的设计失误、市场和客户对产品新的要求、竞争机型的变化、设计做出的更利于制造，使用和维护的改进、成本的降低、性能的提升、供应商的改变、上市后设计问题的解决等[2]。

变更的来源需要进行分析评审，以判断是否需要启动设计变更，应尽量避免不必要的变更。设计变更启动后，对变更的方案在必要时须进行评审。对变更的影响要进行关联性检查，检查包括对产品的功能、性能、形状、重量、互换性、安全性、可靠性、软件版本的影响；对操作、使用方式的影响；对相邻零部件装配、运动的影响；对成本的影响；对制造工艺，质量控制过程的影响；对客户、销售技术文件、服务、配件的影响，并将影响通知到相关方。另外，对设计变更的零部件和整机的成品及在制品要给出处理意见，报废还是转配件、留用等。确认最终变更的实施时间，对于需要试装的变更，需提前安排试装验证。除此之外，还需要对变更的实施过程进行跟踪，记录变更的零部件和整机批次。对上市后的整机进行变更效果跟踪。

工程变更控制重点为变更过程的闭环管理。在复杂的制造系统中存在多个断点，从工序过程，零部件生产，部件组装，到整机组装，历经的部门和人员越多，管理的难度越高。有必要设置专门的断点工程师对断点进行控制。

多数企业会采用在新产品开发过程中设置质量阀和阶段的方式进行过程控制，并设置通过的标准，这与该文所介绍的6 个方面的控制重点并不矛盾。这些控制重点为质量阀或阶段的通过标准提供了参考的依据。此外，新产品的过程控制方法与新产品的特点有关，即便是同一类别的新产品，创新程度高的要比只是执行了改进的新产品过程控制复杂，应根据具体是什么样的新产品调整过程控制策略。该文所介绍的方法适用于小批量多品种的工程设备类产品，对其他品类的产品有一定的借鉴意义。不论什么行业，什么产品，都需要根据发现的问题对新产品开发体系进行持续的精进改良。

图3 工程变更流程图