质量功能展开在滚动轴承质量改进中的应用

河南科技大学机电工程学院□吕 锋 罗天宇 姜 科

滚动轴承是轴和其他旋转部件的重要支承，对设备的正常运行起着至关重要的作用。为保证产品满足顾客要求，必须寻找一种可以系统分析顾客需求的方法，实施根源上的质量改进，从而彻底解决轴承质量问题。因此，将质量功能展开（Quality Function Deployment，QFD）理论应用到轴承质量改进中，将顾客需求投射到生产制造过程中，确立过程的关键控制点，探索为满足顾客需求应釆取的措施，为提高产品质量水平、增强产品竞争力提供方法。

1 方法原理与基本理论

（1）质量功能展开

质量功能展开是一种把顾客需求转化为设计要求、零部件特性、工艺要求、生产要求的多层次演绎分析方法。QFD的核心内容是顾客需求转换，质量屋是具体实现这种需求转换的基础工具。

构建轴承质量改进的质量屋如图1所示。

图1 轴承质量改进的质量屋

（2）层次分析法

层次分析法 （Analytical Hierarchy Process，AHP）是美国运筹学家Saaty于20世纪70年代提出的一种系统分析方法，其基本思想是建立梯阶层次结构，通过两两比较因素的相对重要性，给出相应的比例标度，确定相关因素之间的相对重要序列。

构建轴承质量的顾客需求指标体系，通过两两比较顾客需求的相对重要性，建立顾客需求重要度判断矩阵C。见式（1）。

由特征方程CW=λmaxW（λmax判断矩阵的最大特征根），求得顾客需求重要度判断矩阵C的每一列的特征向量。见式（2）。

将特征向量归一化后，记为W。见式（3）。

由于对顾援需求重要度判断矩阵的主观评定可能存在偏差，应进行一致性检验。为此，计算一致性指数CI[见式（4）]和随机一致性比率CR[见式（5）]。

式中：n为顾客需求重要度判断矩阵阶数；RI为平均随机一致性指数，取值由顾客需求重要度判断矩阵阶数确定。

如果CR<0.1，则矩阵通过一致性检验，判断矩阵的一致性被接受，wi即为顾客需求重要度；否则需要对顾客需求重要度判断矩阵进行修正。

应用AHP确定QFD中的顾客需求重要度，既可避免重要度预测与实际情况的不一致性，又可克服比较时的主观性和不确定性，使结果更具科学性和准确性。

2 轴承质量的顾客需求指标体系建立

顾客需求是进行QFD规划和决策的重要依据。因此，必须科学地选择调研对象、调研方法以及对顾客需求的分析方法，以全面准确地获取顾客需求。文中釆用询问调查及问卷调查两种方式，调研设计、制造、销售、维修、使用等轴承全生命期内的相关人员和专家。为了有效地分析顾客需求信息，依据GB/T 307.2—2005《滚动轴承 测量和检测的原则及方法》和GB/T 307.3—2017《滚动轴承 通用技术规则》，以及相关产品标准规定，釆用亲和图法将顾客的需求信息分层，建立了包含12个顾客基础需求的滚动轴承质量顾客需求递阶层次结构，如图2所示。

图2 滚动轴承质量顾客需求层次结构图

3 轴承质量提升的质量功能展开

（1）基于差异模型的轴承质量顾客需求指标简化

选取某轴承企业的轴承为质量改进对象，以期使新产品质量能够与顾客需求相一致。轴承质量的顾客需求指标较多，而现实中顾客可能仅对某几项需求指标不满意。因此，采用满意度的差异模型，简化处理数据。见式（6）。

式中：iv为要求质量的重要性；为满意程度的平均值；为顾客期望值的平均值。

若iv<0，即顾客满意程度低于期望值，顾客表现为不满意，则该质量需求指标需要改进；若iv≥0，则不需要改进。通过顾客调研和数据处理，尺寸精度、旋转精度、游隙等级、振动噪声水平和油脂五项质量需求指标需要改进。

（2）轴承质量需求重要度确定

两两比较需要改进的五个质量需求指标的相对重要性，以C=|cij|n×n表示由此形成需要改进的轴承质量需求的重要度判断矩阵。cij表示质量需求i相对于需求j对实现客户满意的重要度。

顾客质量需求重要度判断矩阵元素采用1～9及其倒数的标度方法，其赋值准则见表1。

将顾客质量需求指标两两相比，通过评定建立顾客质量需求重要度判断矩阵。见式（7）。

表1 顾客需求矩阵赋值及其意义

应用AHP法，得到质量需求指标重要度见表2，一致性检验结果为λmax=5，CI=0，RI=1.12，CR=0<0.1。

表2 指标重要度

（3）市场竞争能力评估

市场竞争能力指数计算见式（8）。

其中，i=1，2，…，n。

式中：Mi为市场竞争能力评分（1代表无竞争能力；2代表竞争能力低下；3代表没有竞争优势；4代表有一定的优势；5代表有较大的优势）。

通过对国内和国际市场上同类轴承与公司目标产品进行水平比较，对改进前、后产品和竞争对手产品的市场竞争力进行评定，结果见表3。

（4）实现顾客需求的技术措施及技术竞争性评估

考虑到能够影响轴承质量高低的要素，结合本企业特点，选取了工艺参数设定、装配质量、清洗质量、设备稳定性、油脂成分用量、现场控制能力六个技术措施。同时根据顾客对轴承的质量需求与技术措施的关联程度，由QFD小组的专家根据实践经验经打分得到关系矩阵见式（9）。

表3 市场竞争能力分析表

其中，rik表示第i个质量需求和第k个技术措施之间的关系，并用{9，7，5，3，1，0}分别代表{强相关，较强相关，相关，较弱相关，弱相关，不相关}；8，6，4，2代表的关联程度介于各自相邻的两个分值代表的相关程度之间。

各个技术措施的相对重要度见式（10）。

技术竞争力指数计算见式（11）。

式中：Tk为各技术措施的竞争能力评分（1代表技术水平低下；2代表一般；3代表行业先进水平；4代表国内先进水平；5代表国际先进水平）；m为技术措施的数目。

（5）技术措施之间的相关关系确定

QFD中以正相关、不相关和负相关三种形式定性描述技术措施之间的相互关系，并用○表示正相关，×表示负相关。目的是使QFD小组可直观地看出负相关的技术措施，避免某项技术措施的实施对其他技术措施产生负面影响。文中的技术措施之间无负相关关系，质量屋屋顶可裁减简化。轴承质量改进的简化质量屋见表4。

由表4可知，改进前企业轴承技术竞争能力指数仅0.43，改进后技术竞争能力指数提升至0.78，高于国内同类产品的0.73，处于国内领先地位。

（6）具体改进措施

依据各项技术措施的重要度（表4），为满足顾客质量需求，应着重从以下方面进行改进：

表4 滚动轴承质量改进的简化质量屋

1）增强质量控制意识，应用科学的方法对生产现场的人、机、料、法、环等生产要素，进行有效的计划、组织、协调、控制和检测，使其处于良好的状态；

2）改善装配环境，提高装配工的装配水平和熟练程度，控制产品不良率；

3）工艺参数必须依据顾客需求和国家标准，由技术部门科学严格地制定，控制尺寸、旋转偏差以及其他技术条件；

4）保证生产设备性能稳定，及时对机床进行调整，消除偏差；

5）合套前、后对轴承进行彻底清洗，清洗液定期过滤，及时更换；

6）应用高质量的油脂。

4 结束语

基于QFD方法深入挖掘顾客对滚动轴承质量需求，引入AHP法，对顾客需求重要度的确定进行有效修正，借助于质量屋模型对顾客的质量需求进行转化，同时结合企业的特点，提出了为满足顾客的质量需求，企业应采取具体的改进措施，为提高轴承产品质量，提升顾客满意度提供了一种理论方法。