大型复杂机电产品设计质量管控方案探讨

【摘 要】随着国际化程度的加快，大型机电产品改造研发与时俱进。本文针对大型复杂机电产品研发质量管控过程中的挑战，结合集成产品研发（IPD）成熟模式、众多质量体系管理模型和质量管理经验，从中国制造企业的实际情况入手，提出引入“设计质量总监”及“研发质量保证工程师”角色的新设想，从组织、流程和机制的角度，提出了此类产品的设计质量管控优化解决方案。

【关键词】复杂机电产品 产品设计 设计质量管控

传统类的大型、超大型复杂机电产品的研发，很少采用原理样机、工程样机、试制样机等研发过程来保证产品质量，大都具备一次集成、节点评审确认及整机试验，然后直接投入运营的先天条件。因此，此类产品的设计过程质量管理是产品质量的重要前提，直接关系到产品质量水平，对一个项目的成功实施至关重要。从某种程度上说，产品设计质量决定了产品的固有质量，是产品全生命周期质量控制的“瓶颈”。

1 大型、超大型复杂机电产品设计质量控制问题分析

我国是一个工业产品的制造大国。随着国际化程度的加快，中国产品己经渗透到国际市场的每一个角落。但现实是我国仍不是一个制造强国，我们生产的产品仍处于中、低档水平，除去基础技术与制造水平与国外存在差距外，与企业没有足够重视产品的研发质量、未能采用科学有效的方法进行设计质量的控制和管理有一定关系。其共性问题主要有：

1.1 设计过程质量管理的职能不健全

多数企业的现有质量体系，多以制造质量为核心，而对于产品研发过程，一般只有点上的运作要求，如技术评审、质量问题及故障数据收集、纠正处理等，缺乏全研发过程质量管理，更无对应的责任单位、岗位或角色，缺乏相对独立且能与产品设计形成背靠背的研发质量管理职能体系，导致产品设计质量监控缺乏统筹，设计质量监控不成系统；另外有些设计质量问题因无专门部门跟踪监督解决，致使这些问题在不同产品中频发和重发，以及大量的设计问题遗留到生产后端，致使产品研发成本居高不下。

1.2 设计过程质量管理较为粗放

因为对产品研发质量管控模式和手段的不熟悉，自然在现有的管理中，管理模式和手段难以达到精细化。具体体现为：

（1）设计质量控制策划开展不尽人意，如产品设计质量目标设定、流程裁剪及设计过程控制计划、技术状态管控计划、技术评审计划、仿真/计量/实验策划和计划等，未能系统全面启动；

（2）在产品设计环节，虽然已有基本的业务流程，但是“各阶段的关键活动、关键交付”不够清晰，关键活动、关键交付作为质量管控的基本对象没有列明；

（3）过程规范和标准不够完整，没有形成检查表单、设计指南、设计准则、接口规范等细节性具有指导意义的文档，“质量管控标准”仍未充分明确，缺乏“管控的尺度”，研发过程质量管控过分依赖过往相似产品的开发经验；

（4）在产品设计过程中虽设有质量评审活动，但评审策划不足，如评审内容齐套性确认、评审组成员选择与控制、评审重点预选识别等工作不到位，，导致评审的充分性、严肃性存在问题。

以上为管理方面的原因，此外，系统设计不到位，平台化和模块化不强，部件复用不足等问题也是普遍影响设计质量的关键因素。

2 研发质量管理的标杆理论

质量管理的核心理念“第一次就把正确的事做正确”。根据制造业界的理念及实践经验，产品的质量问题发现越早解决越容易，成本越少，越往后解决成本越高带来的损失也越大，而目前现实的情况是大量的设计变更都是在生产制造阶段发现的，显然质量成本很高。要改变这一现状，则需要加强前端的研发质量管理。

设计质量管理对产品的影响，从质量大师克劳士比（Crosby）的一些观点中也能得到充分体现。

美国著名的质量大师克劳士比（Crosby）就质量的定义及要求，给出了四项基本原则。从产品研发质量管理范畴来理解这些原则，可推导并明确设计质量管理工作重点。

从表1来看，设计质量管理原则体现了针对产品设计全过程的系统性主动预防思想，组织需要听取、理解客户的需求，通过产品设计的各个阶段，准确地将此需求转化为相关的技术要求和检验标准，并在实现过程中加以管控。

基于该理解，参考制造业界对研发质量管理的共识，可构建出如图1所示的研发质量管理组合策略模型，即在充分采用仿真、实验等技术手段的同时，还要注重研发过程的工作质量管理。在具体设计阶段，将产品设计质量控制方案集成到研发管理活动中，通过工作准则验证、对阶段性成果进行评估等，实现设计全过程质量管控，是组织在进行产品设计质量控制过程中应实现的目标。组织的质量管理活动也具体体现为将质量特性信息向产品参数准确无误地翻译、传递与实现。从这个角度看，组织保证、流程、质量管理活动及其运行机制是产品质量目标逐步实现的必备要素，是实现设计质量系统化控制的关键对象，如图1所示。

3 复杂机电产品设计质量管控解决思路

复杂机电产品是由机械结构、电器设备、控制装置、检测装置等有机组合在一起的复杂系统， 是机、电、液、控、光、磁、热等多种物理过程融于载体，应用了多学科、多领域专业知识且具有复杂功能的产品。相比其它单一领域技术产品，它更为复杂，要实现对其设计过程进行有效管控，根据集成产品开发（IPD）的管理思想，可以考虑从以下几个方面入手：

3.1 组织保证

（1）增加产品设计质量管理职能

第一，设立“设计质量总监”，作为产品设计过程质量管控的总体负责、谋划和统筹角色，在产品研发项目中，实现对产品研发全程管理和监控（如图2）。

研发质量控制各环节是息息相关，因此，“设计质量总监”参与至产品设计的各环节。

在产品设计前端，“设计质量总监”负责组织产品质量目标策划，负责组织制定产品设计质量保证计划、可靠性计划、验证计划（包括仿真、计量、实验等），制定产品质量保证策略，包括产品设计过程质量保证方案、流程裁剪方案、技术状态管控方案、仿真/计量/实验策略和方案等，把控需求、目标与前期策划。

在产品设计过程中，“设计质量总监”需对仿真、计量、实验的输出实行归口管理，确定产品设计满足需求和要求，并根据产品研发程序及裁剪规则，负责组织公司级各阶段评审；负责组织DFMEA分析和评审，参与PFMEA分析和评审；在出现产品设计质量问题时，负责对其进行问题分析和改进，对重大或频发质量问题制定改进措施，并跟踪落实情况，以保证信息一致。

（2）在产品研发各个阶段的设计输出时，必须由“设计质量总监”审核确认。

如此，“设计质量总监”与“总设计师”共同构建了设计和监控分离的、相互牵制的产品设计质量管控体系，强化了产品设计过程的监控。

第二，设立研发质量保证工程师（简称DQA），作为“设计质量总监”的执行层，落实对产品设计的全过程监控。

DQA的主要职责与“设计质量总监”的控制目标紧密相连，构成通常意义上的PDCA闭环。首先，通过对项目组成员进行流程辅导（引导和培训），指导流程裁剪，并对流程裁剪结果进行控制；其次，负责项目质量指标度量，定期提供质量指标度量分析报告，同时负责项目过程的执行监督，如组织不定期抽查，检查阶段设计输出的齐备状况，并对技术评审过程进行监控，包括审查确认技术评审成员资格；负责设计质量问题（包括评审问题，仿真/计量/实验反馈的问题，审计问题，外部反馈问题等）处理跟踪，推动问题解决。

DQA通过以上活动，将与“设计质量总监”一起，构建研发流程建设及优化、完善的组织保障，有效夯实研发质量控制的过程规范和标准基础，为设计质量的过程管理工作提供职能载体。

3.2 制定流程

结合研发质量管理实际需要，基于“设计质量总监”和“研发质量保证工程师（DQA）”调整到位的假设，完善和优化设计质量管理过程，形成基于产品设计过程质量控制的标准流程模型（如图3）。

如图3所呈现的产品设计过程质量控制流程模型：

（1）由“设计质量总监”牵头，组织仿真、计量、实验、可靠性等专业责任人以及DQA共同组成产品设计质量管理和保障组织体系；

（2）在设计输入分析及产品设计策划阶段，由设计质量总监提出产品质量目标，并根据不同产品特点制定产品设计质量保证及控制方案和明确产品研发流程裁剪方案；

（3）在系统设计阶段，输出产品设计过程中仿真、计量、实验、部件试制验证等整体方案计划及产品设计质量保证计划，并将此计划融入到产品设计整体计划中；

（4）在设计设计过程中，在各关键节点组织技术评审。在技术评审时，明确各阶段技术评审的准入条件及评审要素，并明确由设计质量总监负责组织，包括评审专家选择安排、评审会议安排、评审会议中问题及冲突解决的仲裁等。在技术评审前，由DQA对评审条件的完备性进行检查确认。技术评审后，由DQA负责跟进问题关闭等。对于由业务部门自行组织的设计评审，可由DQA对执行情况进行抽检（如表2）。

（5）在产品设计后期，“设计质量总监”负责统筹实验、试验，并对实验、试验的结果进行确认和裁定。

3.3 机制落地

以上研发质量管理体系的落地，关键在于人力资源的有效配套。在该模式中，“设计质量总监”及“DQA”是关键。

为确保“设计质量总监”能真正承担好相应的职责，出任该岗位的人员应满足基本任职要求，如应具有多年的工作经验，必须涉及过多个技术领域或相关领域的设计研发工作；对仿真、计量、实验、工艺等均有一定的了解，且应具有一定的质量管理经验。对于DQA，应满足从事至少5年的技术背景和一定的质量管理经验。这就要求组织在实施本项建议前就应有意识地提前进行相关人才的培养。

同时，“设计质量总监”具有相应的业务决策权和资源配置权，应在责权及分配机制方面做相应的调整，如赋予其在质量目标策划，流程裁剪，仿真、计量、实验及试验方案和计划、可靠性分析、DFMEA分析输出、各阶段的技术评审意见和责任结论等方面的决定权；以及为实现相关工作的方案和计划要求调动仿真、计量、实验等资源和费用使用的权限。

另外，产品研发部门也必须做相应业务配套，明确研发过程管控流程，调整相关业务绩效指标，如增加部件复用率、设计变更率、设计问题解决及时率等指标，有意识地降低设计错误发生频次。

4 结语

实现产品设计质量的系统化控制，是进一步提高产品质量水平的重要方面。通过引入“设计质量总监”及“研发质量保证工程师”角色，完善优化相应运作机制，可以较好的解决大型复杂机电产品设计的质量管控问题，构建起与产品设计“背靠背”的企业产品设计质量管控体系，为产品设计阶段质量系统化控制提供有效的途径和解决方案。在此基础上，若能进一步研究和拓展深化系统设计、推广共用基础模块技术、导入技术状态管理、建立产品全生命周期信息化平台（PLM）等，将对研发质量管理提升发挥重要作用。

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