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概念缺陷 - 功能耦合 水龙头设计引发的思考
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2022.12.23 江苏

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本文将探讨功能耦合,功能耦合的识别工具、功能耦合的负面效应、公理设计的应用和公理设计应用的困境。

​功能耦合的概念

功能耦合的意思就是说有相同的因素同时影响着不同的功能,由冷水单用水龙头和热水单用水龙以及管道组成的系统就是一个典型的出水流量和出水温度之间存在耦合的设计。

假定我正在使用的冷热水混合系统就是如上所述的系统,可以将两个水龙旋转到一定的角度获得40℃的温水,此时出水流量确定。如果我要获得出水流量为另一水平的但出水温度仍然为40℃的温水,就需要进入新一轮的调节过程,单单旋转一个水龙头是不能满足我如上需求的,两个水龙头都需要进行调整才能满足。这就是这个系统中出水温度和出水流量存在耦合的解释。

功能耦合识别工具

“设计结构”可以协助开发团队识别特定设计的功能耦合。耦合表明功能之间缺乏独立性。功能耦合是一种设计缺陷,将增加控制和调整设计实体的困难,将降低设计实体的可靠性和稳健性,将延长产品发布时间,将增加为满足顾客需求而生成的解决方案的复杂性这。

​“设计结构”是公理设计中的基础模型、常用模型、重要模型。设计结构是描述功能要求、设计参数和过程变量相互关系的集合。框图、过程图和功能树是表达设计结构的一些工具,某些工具的使用频次高于其他工具。

在六西格玛设计的概念开发阶段,开发团队需要关注并适当使用实践中已被证明有用有效的因果矩阵、过程图等工具。以DMAIC为路径图的六西格玛改进理论与实践已经大量使用了这些工具,并且取得了不小的成效。

​功能耦合的效应

如果出现了功能耦合,即使开发团队为了满足顾客需求而在六西格玛设计方面付出了很多,那么这些付出的价值也会逊色不少。

耦合有很多消极影响。在传统的设计困境中,设计者试图通过调整一些过程变量来解决一个顾客满意项的问题,却不考虑这种变化对设计实体的其他功能的影响。这种疏忽将使情况复杂化,出现了解决初始问题但其他问题又冒出来的现象,在反复试验中得到折衷或错误的解决方案。在功能耦合的情况下,即使解决了已经出现的问题,但后续很可能会出现其他的问题,而且可能不可预测。

​公理设计的优势


六西格玛设计的理论优势与应用优势来自于六西格玛原则与科学设计方法的结合。

在采用公理设计中的反复迭代策略时,结构的高层次要素间的关系用更为抽象的设计结构来表达,以便于选择更为稳健健康的概念,结构的低层次各要素间的关系则用机理数学模型和/或经验的数学模型来表达,以便于减少变异与设计控制。

公理设计为概念实体的构思、评估和选择提供规则,遵循设计公理的概念是稳健。当设计无功能耦合时,在设计优化(O)和验证确认(V)阶段的任务会变得相对简单些;但如果选定的概念存在功能耦合时,则在设计优化阶段和验证确认阶段的工作量就会比较大,因为在调整参数时需要考虑的事情比较多。

​公理设计实施的挑战

但由于技术、组织文化、成本或其他条件的限制,选定的概念不一定总能遵循设计公理。设计组织可能会发现:现有的设计存在部分功能耦合或设全部耦合的现象,即使有解耦的技术,但短期内解耦的成本非常高昂,不得不放弃耦合问题的解决。

特别提醒:现有设计的功能耦合不能成为新品设计时不进行无耦合设计的借口,一旦发现多个功能有共有的影响因子时,而且意识到共有影响因子变化会严重影响某些功能的实现时,则需要想尽一切办法进行解耦操作

参考文献

[1] Kai Yang, Basem EL-Haik. Design for Six Sigma-A roadmap for Product Development[M], Second Edition. McGraw-Hill,2008

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