牛晋生

摘 要：随着自动化控制理论的成熟与发展，自动化工程设计得到越来越强有力的技术支撑。但是面对日益激烈的竞争环境和多变的用户需求，常规的自动化工程设计流程在处理创新性工程项目时，在向产品化设计开发转型时，可能需要引入新的设计思想。六西格玛服务设计是一种容易掌握的并且也是一种极其有效的数据驱动方法，能防止任何形式服务过程中的缺陷，特别强调以积极主动的姿态做到一次就把事情做好。六西格玛服务设计（完全质量业务）不仅能生产出高质量的产品和提供高质量的服务，而且与其竞争对手相比，能在整个生命周期中以低成本和高效率运作。本研究从六西格玛服务设计角度，思考自动化工程设计流程，尝试将六西格玛服务设计理论引入到自动化工程设计实践中。

关键词：自动化工程设计 六西格玛服务设计 生命周期 方法

中图分类号：F2 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）07（a）-0006-02

面对日益激烈的竞争环境和多变的、定制化的用户需求，创新设计、产品化设计在自动化工程设计中的作用越来越重要，质量控制的难度越来越大。制造中的质量是一种符合的产品，按时交付，并有支持的文档；服务中的质量是以符合期望、可用性、过程的经历和人与所获得服务的交互来度量的，自动化工程设计也是一种服务。

自动化工程设计引用国际通用的设计体制，设计过程分为基础工程设计（基本设计）和详细工程设计（详细设计）两个阶段。

六西格玛服务设计[1]理论是质量控制学科演化发展的新成果，是设计服务功能全部方面的一种结构化、数据驱动方法，旨在消除设计过程引起的缺陷和改进客户的满意度、销售额和年收入。不同于六西格玛管理[2]的MAIC过程，六西格玛服务设计由分布在7个开发阶段上的4个阶段（ICOV） 组成，4个阶段分别是：辨识（Identify）、表达（Convey）、优化（Optimize）和验证（Verify）。本研究引用六西格玛服务设计（以下简称服务设计）理论中的设计映射和设计脆弱性，对照分析自动化工程设计的生命周期关键节点和质量控制难点，指出存在的某些问题和隐患，探索将六西格玛服务设计理论引进到自动化工程设计中。

1 设计映射

服务设计应用传递函数[CTSs=f（x）]来保证客户的期望得到满足，并嵌入到设计中，传递函数常用来设计和监视一个过程，检测它是否失控、或是否征兆发生在过程之中。设计映射是服务设计实现路线图中的关键步骤，需要确认三种形式的映射，分别是客户映射、功能映射和过程映射，要求以图形或数学地表达，画出各功能单元的输入-输出或因果关系。

1.1 客户映射

客户映射实现从客户属性到功能要求的映射，把客户的需求（VOC：Voice of Customs）和影响客户满意度的决定性影响因素（CTQ：Critical to Quality）表达成客户的功能要求（FRs：Function Requirements），相当于自动化工程设计中的技术附件编制（需求分析），见图1。

根据服务设计理论，客户映射阶段必须正确地表达客户的需求，同时必须考虑市场、成本、法律等综合因素，要求必须系统性地编制技术附件，必须与客户代表充分沟通需求分析结果。由于需求分析需要时间和实践经验，为了赢得技术附件商谈的主动和确认正确地功能要求，前期的准备工作越早越好，甚至要求配置专业的团队随时跟踪市场的动态，及时响应客户需求的变化。

客户映射不仅影响到客户对潜在卖家的技术评价和综合能力评价，同时影响到潜在卖家的成本测算和项目风险评价。

1.2 功能映射

功能映射实现从功能要求（FRs）到设计参数（DPs：Design Parameters）的映射，把客户的功能要求表达成组织内部的设计参数，相当于自动化工程设计中的基本设计，见图2。

功能映射不仅影响到设计的正确性，同时影响到设计的完整性。要求在自动化工程设计流程中严格控制功能要求的传递，由于一部分功能要求来自外部主体（如图1中的工艺、设备和公辅），一部分功能要求来自内部各专业，在建立矩阵关系之前必须先处理客户映射的嵌套（例如：自动化按照设计参数向电气提客户需求，电气确定功能要求后再推导设计参数），要求设计流程中具备交互环节。

相对于详细设计输出成果，基本设计输出成果是组织内的中间过程输出成果，设计团队应该比客户更加重视功能映射工作（基本设计）。遗憾的是在实践中，受设计成本和设计进度影响，往往忽视从功能需求到设计参数的表达，甚至直接进入下一步的过程映射（详细设计）。

1.3 过程映射

过程映射实现从设计参数（DPs）到过程变量（PVs：Process Variables）的映射，把设计参数进一步细化成过程变量，相当于自动化工程设计中的详细设计，见图3。

根据服务设计理论，过程映射可以在组织内部完成，也可以由分包商（或供货商）完成，同时客户映射和功能映射必须在组织内部完成。

过程映射主要影响到设计的实现成本，要求在自动化工程设计流程中优先处理功能映射的嵌套，尤其是分包商功能映射的嵌套（例如：分包商按照过程参数向设计团队反馈设计参数，设计团队需重新修正过程变量）。

实践中，分包商可能参与基本设计，导致过程映射中出现客户映射和功能映射的多重嵌套，往往对设计的完整性产生不良影响，甚至给后续的实施（验证）阶段埋下隐患。

根据服务设计理论，在过程映射阶段就需要检测（测试）代表参加；对自动化工程设计来说，在详细设计阶段，就需要硬件设备制造相关人员和软件编程、测试相关人员参加评审，一方面采取积极主动的预防性检查，另一方面确保设计成果（过程变量）准确地传递到下一个工程环节。

2 设计脆弱性

服务设计理论中采用价值工程VE或价值分析VA工具来降低制造或服务工业的成本，价值工程关系到一个产品或服务对其成本而言的价值，采用设计脆弱性概念来评价质量（质量定义为不相反影响服务效能的设计脆弱性程度）和改进质量控制。

设计脆弱性分两类，第一类是由于违反设计原理而造成的概念脆弱性（例如：为需要交流电源的设备设计直流电源）；第二类是超出设计者称为“噪声因素”控制外的因素结果产生的运作脆弱性（例如：用于驱动机械设备运转的电机选型与电气设计中的不一致）。

在服务设计理论产生前，用传统方法解决脆弱性问题。由于传统方法利用相对落后于设计活动的信息，是事后事实的实践，驱动设计活动走向无休止的设计→调试→设计变更→再调试的循环，产生广为出名的“救火”运作模式。遵循传统实践的公司往往承受高设计成本、完工时间较长、质量水平较低和勉强竞争边缘之苦。

服务设计理论采用公理化设计方法[3]为量化设计脆弱性提供工具和公式来解决设计的各种脆弱性，然后消除或降低它们。公理化设计方法未必完全适合自动化工程设计，但是传统方法解决脆弱性问题的教训值得反思，必须通过流程设计和工作方法约束来发现脆弱性问题或降低脆弱性导致的高成本风险。

3 结语

分析六西格玛服务设计的成功案例，对自动化工程设计组织而言，服务设计理论指导实践的前期是将服务设计做为自上而下的管理方法引进到组织管理流程中。不同于防微杜渐，更不同于“救火”模式，采用服务设计理论可以通过流程设计和工作方法提前发现错误，采取积极的预防处理措施，实现高质量和低成本。

对自动化工程设计团队而言，需要注意的是：

（1）如果在功能映射阶段引入分包商，分包商必须作为设计团队的一份子开展设计工作，即采用同样的设计流程、工作方法，最好在同一平台上工作。否则，功能映射阶段的问题将在过程映射阶段放大，并且给后续阶段的工作留下隐患，例如：分包商设计资料提交延误设计进度，设计资料错误或变更导致设计错误或变更，功能理解差异导致返工，甚至重新订货。

（2）组织的存在是为了解决分工和协作的问题，严格执行作业流程与人力资源效率存在表面上的矛盾，对照服务设计中的“门关”概念，设计团队内部和外部的资料交付、过程讨论和阶段评审等工作不能妥协，必须步步为营地开展设计工作。项目越重要，沟通制度的形式化也越重要。

参考文献

[1] 奥萨·艾尔海克，等.六西格玛服务设计走向卓越之路线图[M].胡保生，译.西安：西安交通大学出版社，2008.

[2] 彼得 S，潘迪，等.六西格玛管理法[M].马钦海，等译.北京：机械工业出版社，2011.

[3] Nam P Sub. The Principles of Design[M].Oxford University Press，1990.