第三章 產品與服務設計
3-1 簡 介
3-2 為什麼要進行產品與服務設計
3-3 產品與服務設計的目標
3-4 產品的開發過程與現有的重要設計觀念與技術工具
3-1 簡 介
產品與服務設計的主要目的就是滿足甚至超越顧客的需求與期望。
3-2 為什麼要進行產品與服務設計
影響產品或服務之設計或再設計的原因有以下幾點：
1. 經濟方面
2. 政治方面
3. 產品責任方面
4. 法令規章方面
5. 同業競爭方面
6. 產品或服務之成本方面
7. 產品的生命週期方面
8. 技術改進方面
3-3 產品與服務設計的目標
基於滿足顧客需求與期望的主要目標下，產品與服務設計所要達成的目標，總的來說計有：
1. 利潤高：它是產品與服務之設計效益之衡量標準。
2. 開發成本與產品本身之生產成本低。
3. 產品上市所需時間短。
4. 產品上市服務的品質高。
5. 銷售量大，換言之，有較高的銷售點（賣點）。
6. 為生產作業設計(designing for operations)：容易製造、容易組裝、容易維護與服務。
7. 產品外形美觀能吸引人注目。
8. 產品之可靠度高。
3-4 產品的開發過程與現有的重要
設計觀念與技術工具
產品的類別繁多且千差萬別，然而，大體而言，不同產品的開發過程則是大同小異，可用下面一系列的過程來說明。
1. 產品開發與設計之創意
2. 可行性分析(feasibility analysis)
3. 產品規格設計(product specification)
4. 製程規劃(process planning)
5. 原型產品之開發(prototype development )
6. 設計與開發審查(design and development review)
7. 行銷測試(market test)
8. 推出產品(product introduction)
9. 後續評估(follow-up evaluation)
3-4-1 傳統的循序工程與同步工程
同步工程之所以出現於世是因為傳統的循序工程的缺陷或效率與效益不佳的事實。換言之，同步工程是循序工程的改善工程
1.傳統的循序工程(sequential engineering)
傳統的循序工程設計理念認為，新產品的設計與開發過程，或多或少需要執行試錯法(trial and error)，經過一些重複設計與修改，最後達成預定的成果。
2.同步工程(concurrent engineering)
同步工程的設計理念是，產品設計一次完成，一次通過測試，產品設計還未完全完成之前，不要求進行多次測試，換言之，同步工程的效用在於避免設計不當的修改或再設計。
圖3-1 產品開發流程圖
比較上面的循序工程與同步工程的過程規劃，很清楚地看到，同步工程的過程規劃比循序工程的效率與效益方面高明多矣。然而，為了要滿足或超越顧客的需求與期望，許多品質管理專家認為品質機能展開(QFD)是同步工程的完美藍圖，換言之，同步工程結合品質機能展開的理念與文件化的品質屋(quality house)會使產品的設計與開發趨向完美。以下略為介紹品質機能展開與它的具體藍圖的品質屋。
3-4-2 品質機能展開
品質機能展開(quality function deployment,QFD)是一種用來達成顧客期望的產品設計與開發的規劃工具。它是一種產品設計、工程設計與生產的管制方法以及能對產品作深度的評估。
品質機能展開以顧客的要求或期望為中心。把顧客最原始，含糊不清，也是最重要的要求開展成具體、明白、中肯的要求，然後依此要求的輸入，一一對應轉換成工程設計的技術述語(technical descriptors)的輸出，換言之，品質機能展開的實施，一定能讓公司組織保證它的完成品一定能符合顧客對產品的要求。
品質機能展開為了使完成品滿足甚至超越顧客的要求，它是由一組功能單位的專家所組成的品質機能展開組，分工合作共商產品的設計與開發的規劃，依下面四階段的展開，完成顧客的要求。
圖3-2 QFD的過程
構成上面的品質機能展開的過程之基本單元是品質屋(quality house)。所謂品質屋是外形看起來像一間房屋的矩陣圖表，如下圖所示。
圖3-3 品質屋
品質屋的基本架構由下面幾部分組成：
1.左邊牆壁：由市場研究、行銷、客戶服務、業務等工作的專業人員，列舉顧客對產品的期望或要求的心聲。
2.右邊牆壁：顧客要求的優先次序的評估
3.天花板：滿足顧客要求所需的工程設計之技術述語(technical descriptor)，它由工程設計的品質特性、設計參數等所組成。
4.屋內：標註顧客要求與技術述語之間的關係。
5.屋頂：標註技術述語之間的矛盾、相依、相似或彼此無關的關係。
6.地基：列舉技術述語的優先次序的評估
3-4-4 可靠度
產品可靠度意指產品在特定條件下被使用，經歷一段特定的時間或使用，還能保持不故障的機率。
產品或系統的設計階段應該把它們的可靠度之品質設計進去。因為，組成產品的零件愈多愈複雜時，由於每一零件都各有失敗機率，組合後它們將大大影響整個產品正常功能的運轉機率，如飛機、火箭、船隻、家電用品等等。核能電廠令人聞之色變，但是，如果不知其可靠度原本非常高的事實，瞎緊張只證明反對者見識淺薄。然而，屢見飛機掉下來的招魂場面的恐怖，比從來沒有在台灣死過人的核能電廠更令人印象深刻。根據事實作決策而事實依據數據，產品或系統的量化之可靠度如何計算呢？
1.串聯性的可靠度(series reliability)
抽水機(pump)由馬達(motor)及壓縮機(compressor)所組成，當抽水機能正常運轉時，其組件馬達與壓縮機必須同時成功地運轉，因此，若兩者能成功運轉的機率（可靠度）為與如下，如下圖。
抽水機的可靠度Rs＝×＝
由上面的例子可以推論：當產品或系統由n個組件或元件所組成時，若其組件或元件中有任何一個故障，則導致整個產品或系統故障。這類產品或系統的可靠度屬於串聯性的可靠度，如下圖。
產品或系統的可靠度Rs＝R1×R2×R3×…×Rn (3-1)
範例3-1
若某一生產系統由下圖來代表，請問該生產系統的可靠度為多少？
解答：
Rab＝××＝
2.並聯性的可靠度(parallel reliability)
上面抽水機的例子，由於壓縮器的可靠度只有，如果要改善壓縮機的可靠度，我們可以外加並接另一個壓縮器如下圖，
經過並聯後壓縮器的可靠度為Rp，
請注意，(1)(1)代表兩個元件都失敗的機率。
壓縮器並聯外加一個之後，其可靠度由提高為，因為，對抽水機而言，只要兩並聯的壓縮器中的一個成功地運轉，即可使抽水機正常運轉。
由上面並聯的壓縮器可以推論：當產品或系統若由2個或2個以上的組件或元件所並聯而成，並聯組件或元件中至少有一個不故障的成功機率（可靠度）如下圖，
經過並聯後，其可靠度為Rp，
(3-2)
範例3-2
為了改善範例3-1生產系統的可靠度，可靠度的元件打算另外並接兩個（如下圖）。
請問改善後生產系統的可靠度Rab為多少？
解答：
其一，故障率(failure rate)：意指產品或系統在特定的使用時間內發生故障的頻率，其公式如下：
故障率FR= (3-3)
其二，平均故障間隔時間(mean time between failures)，簡稱MTBF：用來衡量產品或系統的平均壽命。其公式如下：
(3-4)
範例3-4
隨機抽取某廠牌的探照燈20個，經過測試發現，連續使用20小時後其中2個故障，40小時後5個故障，80小時後6個故障，其餘在200小時後尚未故障，請計算探照燈的故障率為多少？與平均故障間隔時間為多少？
解答：
典型的產品故障率隨時間而變化如下圖，
上圖像浴缸，因此叫做浴缸曲線(bathtub curve)，這是由蒐集過去歷史數據並且加以分析而做成的。典型的產品故障率隨時間而變化共分三個階段：
第一階段：早夭期(infant mortality)
第二階段：隨機故障期(Random failures)
第三階段：耗盡期(failure due to wear-out)
上圖浴缸曲線的第一階段的早夭期而言，通常的生產設備的故障與產品故障屬於這種模式如下圖，
早夭期的產品壽命呈現指數分配，f(t)為指數密度機率函數(exponential probability density function)，故
，而且
產品或生產系統在特定時間T之前的故障率為，t＝0到T之間的面積如A1，
（在時間T之前故障）＝ (3-5)
因此，面積 = = (3-6)
之面積代表產品或生產系統在時間T之前的可靠度。
（ ）
範例3-5
經過大量的測試，某廠牌的抽水機之壽命平均為4年，而且呈現指數分配，請回答下面諸問題：
(a) 使用4年之前故障的機率為多少？
(b) 使用4年之後才故障的機率為多少？
(c) 使用6年之前不故障的機率為多少？
解答：
∵MTBF＝4年
(a) P（4年之前故障）＝
(b) P（4年之後故障）＝P（4年之前不故障）＝
(c) P（6年之前不故障）＝
產品故障率的浴缸曲線第三階段：磨耗期。產品由於使用日久因組件磨耗而故障，其使用壽命有時候呈現常態分配(normal distrbution)。讀過統計學的人都知道標準常態分配之圖示如下。
圖3-14 標準常態分配
設 為母體平均數，σ為母體標準差。
這裡， 代表平均磨耗時間(mean wear-out time)；
σ代表磨耗時間的標準差；
T代表產品之使用時間變數。
標準值(standars value)
表示從 到Z1為止的曲線下之面積（看圖3-14），換言之，該面積代表產品的使用壽命不會超過時間T1的機率（產品在時間T1之前故障的機率），反過來說，產品在時間T1時的可靠度（即不故障之機率），就是 的面積，因為，
所以，產品在時間T1的可靠度＝
，由於 無法直接求其積分值，因此，要查附錄的常態分配表，查到其面積大小（機率），反過來，也可由已知機率查出其標準值 ，再轉換成值 。
範例3-7
某一廠牌的馬達之平均壽命呈現常態分配，其平均值為4年而且其壽命之標準差為1年，請回下面諸問題：
(a) 馬達使用5年之前即故障的機率為多少？
(b) 馬達使用5年之後才故障的機率為多少？
(c) 馬達的故障機率為20%時，其使用時間為多少？
解答：
(a) ＝4年，σ＝1年，T1 ＝5年
使用5年之前即故障之機率為
的面積，查附錄的常態分配表到斜線面積，為，這就是馬達使用5年之前即故障的機率。
(b) 使用5年之後才故障之機率等於使用5年之前不故障之機率也是使用到5年之可靠度＝1＝（Z1右邊的面積）
(c)
，逆查常態分配表得到 ＝
∵ 年
3-4-5 電腦輔助設計(CAD)
電腦輔助設計使用電腦繪圖軟體如AutoCAD2005，直接在電腦螢幕上設計產品。
3-4-6 標準化與模組設計
大量生產的立場而言，產品或服務標準化很重要；產品與服務設計以及製程設計的標準化之程度愈高，愈有利於生產相同的組件與標準化的產品與提供相同的服務。
模組設計是產品標準化的一種形式，比方說，電腦產品的主機板之設計就是所謂的模組設計之一種，它把零組件湊合在一起而形成一個具多元功能的主機板。
