本文是一篇工程管理论文，本文分析了W公司现状、ALEB自动装车装备的需求及其优化特征以及关键优化目标，提出一套基于CIVLTS-QFD的设计需求优化方法，并对优化过程进行研究，最后，求解设计需求优化方案集。
第1章 引言
1.1 研究背景和问题提出
1.1.1 研究背景
随着我国劳动力成本逐年攀升，制造业普遍出现了用工难,用工贵等问题。2012年，浙江省率先提出“机器换人”的发展战略，加快推动当地传统制造业转型升级。“机器换人”的主要抓手是通过引进自动化设备和装备赋能传统生产制造产业，不仅有效改变落后的生产作业方式，也创造了大量的高新技术岗位。2015年6月15日，李克强总理首次提出了以制造业为核心的强国战略——“中国制造2025”，并指出战略核心是主打“中国装备”。在过去30年，虽然我国的制造业经历了突飞猛进的发展，但依然有大量制造装备需要从国外引进，尤其是高端的智能制造装备。自主制造装备先进性是衡量国家的生产制造水平重要的指标。随着我国政府推出对制造装备企业强有力的金融和税收支持政策，大量的智能或自动生产装备企业应运而生。
物流效率是影响制造型企业效率的关键因素，而快速高效的搬运和装卸对于提升物流效率起到关键作用，因此越来越多的高新技术公司投入大量的资金研发新型的自动化和智能化搬运和装卸等物流技术。目前，大多数国内外公司研发自动化装车装备主要分两种：自动导航起重装卸设备和自动连续输送装卸设备。由于欧美国家的托盘制作和物流车辆具有标准化，通用化的特点，在物流过程中托盘与货物共同流转，所以欧美国家基于托盘采用AGV等自动导航装卸设备装载货物获得良好效果。但是国内大部分企业的货物是堆垛整件形式运输，而且国内企业供应链上下游普遍没有执行严格的托盘标准，托盘很难在企业间流转。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 顾客需求获取与分析研究现状
1）顾客需求信息获取
准确并全面获取顾客需求信息是分析和优化设计需求的前提条件与基础。顾客需求获取一般采用调研与访谈等传统方法，如chen[1]等提出采用阶梯法引导顾客提出需求，按照层次结构化分解问题来面试受访者，可以更高效引出客户需求；也有学者应用角色分析、场景分析、专家咨询和线上获取等方法： 王雅妮[2]等人基于角色法搜集顾客需求并应用在产品造型设计中，这种方法适合用户角色会经常变化的情况；Shieh, Meng-Dar[3]等人采用图片分类法搜集引出顾客需求；陈健[4]等人采用头脑风暴分析获取顾客需求，可以避免调研中遗漏的隐性要求；Kim[5]、Jiao[6]、Zhang[7]和沈超[8]等人分别基于大数据和在线评论线上获取顾客需求，这种方法需要产品有众多的用户，且用户会在产品使用后将使用的评价公开呈现在网上，所以不适合小批量定制化的产品顾客需求获取；Liu[9]、张伟[10]和但斌[11]等人基于场景分析开发线上顾客需求获取系统，并形成客户需求模板，方便信息收集。综上可知，顾客需求获取方法要依据产品的特征而定，可以根据各方法的优缺点，挑选适合方法并组合使用获取自动化装备的顾客需求。
2）顾客需求分析
顾客需求分析主要内容包含顾客需求分类整理和重要度计算。原始顾客需求信息往往凌乱无序的，还包含大量的无关和重复的信息，需要进行整理和分类，使需求信息层次化和结构化，以及说明需求对顾客满意度的影响程度。亲和图（Affinity Diagram），又名KJ法，是一项探寻未知信息的工具，Takai[12]、陈婉静[13]、穆芸等人[14]通过KJ法建立需求树，将顾客需求层次化和结构化，但KJ法是依据所属关系进行分类，并未建立类别与顾客满意度的关系。Fan[15]、Demirbag [16]和王雪[17]等人应用Kano问卷调研的方式将顾客需求进行分类，Kano模型可以有效地将顾客需求按需求实现对顾客满意度不同影响进行分类，但问卷调查很明显不适用于设计周期短和顾客少等情形。根据Mikulic[18]等人的综述，也有学者采用直接分类法，避免通过大量调研间接分类方式。
第2章 W公司ALEB自动装车装备需求优化现状特征及关键目标分析
2.1 W公司ALEB自动装车装备设计需求优化现状
2.1.1 W公司简介
W公司是致力于研发，设计和制造自动化和智能化装备的高新技术企业，并以食品行业生产装备智能化和产业化为战略目标。公司对饮料行业进行广泛地调研，发现食品饮料广泛应用纸箱包装，且批次量大，大型工厂每天需要将大批量的产品从生产工厂运输到全国各地的销售网点，产品装载到货车上需要耗费大量的强体力工作量。由于劳动力成本逐年上升和工人对工作环境和条件的要求提高，食品饮料生产企业有强烈需要引进自动装车装备。W公司希望设计一款ALEB自动装车装备以迎合饮料细分市场的需求。由于每个行业对自动装车装备的需求不同，所以W公司可以通过对顾客调研访谈和专家咨询等路径，获取和分析顾客需求，并对ALEB自动装车装备设计需求分析和优化，最终选择一套令顾客满意且经济性好的设计方案。
2.1.2 ALEB自动装车装备设计需求分析及优化现状
W公司在设计前期已经对应用于平板车的自动装车装备进行了大量的研究和开发工作，积累了大量技术经验，可以为食品饮料行业装车装备的顾客提供定制化设计服务。定制化的设计是由顾客需求驱动，所以公司需要在设计前期充分理解顾客真实的需求。公司可以通过调研、访谈和专家咨询等方法获取大量的需求信息，但这些顾客需求信息仍然不能很好直接指导设计工程师的设计工作。因为这些需求信息往往以定性、模糊、无序和非结构化语言来呈现，而设计团队更希望是由技术特性量化指标构成的设计需求作为设计的依据。QFD是定性和模糊的顾客需求信息与可量化的设计需求之间的桥梁，也是通往科学且系统的产品设计资源配置之路。W公司具有比较完备的设计开发人员配置，其中，研发设计人员超过有100名，其中硕士及以上学历达到1/3以上，高级工程师有30多名，对外销售、营销、质量管理、生产制造和售后等部门的员工大多为本科及以上学历， 且拥有线上和线下员工培训系统。通过培训系统，QFD小组成员可以知悉基于QFD设计需求分析各种方法和理论，所以W公司拥有实施QFD的人力资源支撑和具备实施的条件。
2.2 ALEB自动装车装备主要功能及组成介绍
ALEB自动装车装备采用自动抓取的装车方式，以四自由度的桁架机器人作为主体实现空间搬运的功能，其基本功能见表2.1。ALEB自动装车装备由桁架机器人、自动抓手和控制系统等三部分组成，所有执行机构统一由控制系统控制下运行和协调工作，如图2.1所示。
（1）桁架机器人
桁架机器人实现主要功能：将自动抓手和整垛产品从预先指定位置搬运至车厢相应位置；将自动抓手返回至货物指定位置，进行下一次抓取货物。桁架机器人作为ALEB自动装车装备主要执行机构，决定装车装备的工作精度、效率和额定负载等性能参数。
（2）自动抓手
自动抓手实现主要功能：与桁架机器人配合，自动测量平板型货车车厢的位置和姿态，将货物从托盘分离后抓取并搬运；将货物搬运至货车放置指定位置附近时，进行自动微调抓手姿态，使货物精准且平稳地卸在平板货车上。
（3）控制系统
控制系统实现主要功能：当平板型货车进入ALEB自动装车装备的待装车工位时，通过传感器或激光雷达来精确定位，将货车车厢位置和姿态参数采集，对车厢空间参数进行测量和记录。车厢空间参数包含车厢原点（一般设定车厢长方体空间靠近车尾左侧为顶点）的坐标位置和以原点为轴心的X、Y、Z轴的姿态。这些参数决定了车厢相对位置和垛型码放的极限位置，也提供自动规划货物堆放位置和搬运的路径的基础数据，以及控制桁架机器人和自动抓手进行作业。
第3章 W公司ALEB自动装车装备设计需求分析及优化方法 ..................... 26
3.1 基于CIVLTS-QFD的设计需求优化方法研究思路 ....................... 26
3.2 连续区间值语言术语集相似性测度推导 ........................ 27
第4章 W公司ALEB自动装车装备设计需求优化过程 ....................... 46
4.1 QFD小组组建 .............................. 46
4.2 顾客需求获取与分析过程 ........................... 47
第5章 W公司ALEB自动装车装备设计需求优化效果评价 ......................... 74
5.1 ALEB自动装车装备设计需求优化效果定性评价 ......................... 74
5.2 ALEB自动装车装备设计需求优化效果定量评价 ...................... 76
第5章 W公司ALEB自动装车装备设计需求优化效果评价
5.1 ALEB自动装车装备设计需求优化效果定性评价
W公司根据A3方案为顾客定制化设计了ALEB自动装车装备，并已经现场安装调试完毕。依照合同约定，顾客测试其基本功能和关键性能，并验收合格。验收通过后，交付顾客试运营，并获得顾客对其质量认可。访谈顾客得知，装车速度、可靠性、可操作性、可维护性和安全等性能满足顾客的需要。现场自动装车实际情况如图5.1所示。
根据ALEB自动装车装备设计需求优化实际效果分析和总结，可以得出基于CIVLTS-QFD设计需求优化方法具有以下特点：
（1）优化效率高
ALEB自动装车装备是多系统复杂的机电产品设计，设计需求指标数目较多，同时，每个设计需求有多种候选规格或型式，所以，如果这些候选方案可以任意组合，且不考虑约束条件，共有45×35×24-3×44×35×23=2488320种
