《Proceedings of the Design Society》：Extending QFD for smart product-service systems with smartness parameter categorization
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循环经济（Circular Economy, CE）的核心在于通过客户功能性和整个产品生命周期内的服务实现价值创造，并借助数字化工具改善管理。这一转变催生了智能产品服务系统（Smart Product-Service Systems, Smart-PSS）模式
循环经济（Circular Economy, CE）的核心在于通过客户功能性和整个产品生命周期内的服务实现价值创造，并借助数字化工具改善管理。这一转变催生了智能产品服务系统（Smart Product-Service Systems, Smart-PSS）模式的兴起。然而，智能产品服务系统的设计具有复杂性，需要方法论支持以实现成功实施。本研究通过将该方法应用于光伏产业，探讨了基于质量功能展开（Quality Function Deployment, QFD）框架的新型工具的可行性。
研究背景与问题提出
随着全球对循环经济商业模式的关注日益增长，以整个产品生命周期内的功能性和服务提供为中心的价值创造模式正在形成。这一演变催生了以服务化为导向的商业模式，特别是产品即服务（Product-as-a-Service, PaaS）系统，该系统侧重于提供对产品功能的访问而非所有权。开发有效的PaaS解决方案需要一种整体性和系统性的方法，将产品、服务和供应链设计融为一体，最终将传统企业商业模式重塑为更可持续、更面向服务的框架。PaaS方法的实施具有显著潜力，尤其对于工业复杂系统而言，其中售后服务对于确保产品功能和防止过时至关重要。
然而，实现这一目标对企业而言并不容易，存在众多PaaS采纳障碍。这些挑战在面向B2C市场的电气和电子设备（Electrical and Electronic Equipment, EEE）领域尤为突出，该领域的实证实施研究稀缺，向服务化模式的转变探索不足。近期工业4.0技术的进步表明，通过整合数字工具可以在一定程度上改善产品服务系统（Product-Service Systems, PSS）商业模式的实施。这些解决方案被称为智能产品服务系统（Smart-PSS），指将智能产品和电子服务整合为连贯的、由信息技术（Information Technology, IT）驱动的解决方案，使企业能够收集有关产品使用和客户行为的实时数据，支持预测性维护、个性化服务交付以及整个生命周期内的产品改进。
然而，这些进展也带来了数据管理和决策方面的新挑战，需要 robust 的支持工具来帮助工程师管理Smart-PSS的复杂性。实现这一目标需要开发由众多异构和交互组件构成的系统，这要求有结构化的方法论来指导其设计和评估过程。这代表了实施Smart-PSS解决方案的主要障碍之一，即难以整合产品和服务开发流程，以及将智能组件嵌入现有和新系统的困难。尽管对Smart-PSS开发的关注日益增加，但仍需更多涵盖案例研究和内容分析的研究。具体而言，在Smart-PSS概念开发阶段仍存在研究空白，特别是在全面识别客户需求和期望方面。
研究目的与方法
为应对这些空白，本研究旨在增进对Smart-PSS开发工具的了解，通过调查基于QFD方法的应用。虽然QFD方法在PSS解决方案开发中的应用已在文献中得到充分确立，但很少有研究涉及Smart PSS固有智能特性的设计和开发。研究人员选择了QFDforSmart-PSS方法，该方法将成熟的PSS设计QFD框架扩展至智能解决方案的开发。QFDforSmart-PSS建立在QFDforPSS框架基础上，将IT驱动特性与PSS特性和组件相结合。尽管其首次应用显示了积极结果，但该工具仍处于开发的初始阶段，需要进一步研究以验证其可行性。
本研究将该方法应用于一个案例研究，聚焦于为城市光伏（Photovoltaic, PV）系统设计PSS商业模式，并与可再生能源领域的公司合作开展。同时进行了敏感性分析以验证结果的稳定性和稳健性。样本队列来源于一家向私人用户提供光伏解决方案的能源供应商，客户需从先前研究中获取，并通过与该公司客户关怀和项目管理部门的四位专家进行咨询进一步 elaborated。
研究采用的关键技术方法包括质量功能展开（Quality Function Deployment, QFD）方法框架、两阶段质量屋（House of Quality, HoQ）分析、信息技术和特性组件分类体系、接收状态参数（Receiver State Parameters, RSPs）转化与映射、1-5分重要性评分量表、0-1-3-9分关系强度评估量表、Spearman秩相关系数（Spearman's Rank Correlation Coefficients, SCC）稳定性检验，以及基于Wang等人（2020）提出的多场景离散权重扰动敏感性分析方法。
研究结果
在第一阶段研究中，研究人员将客户期望转化为接收状态参数（RSPs），并定义了PSS特性。通过与专家进行个别咨询获得四项不同的重要性评分，其均值用于第一质量屋。RSP与PSS特性之间的关系强度分数则通过与专家的共同讨论获得。第一阶段结果显示，产品特性优于服务和IT特性，但在IT特性中，ITCH4、ITCH1和ITCH3表现良好。同时，面板类型和安装系统的重要性对设计师构成挑战，高效系统、减小尺寸和建筑一体化的特定组合是公司技术人员的主要关切。
在第二阶段研究中，PSS特性被转化为组件并进行优先排序。通过评估各组件的相对重要性，研究发现远程诊断系统（ITCO3）、用于数据传输和存储的云平台（ITCO4）以及用于监控和数据采集的SCADA系统（ITCO5）等IT组件被识别为实施中最关键的要素。产品属性方面，面板材料和存储系统材料（即电池）构成关键问题，可能与其组件和材料的潜在供应短缺有关。总体而言，客户重视易于管理和长期可持续性，包括维护和生命周期结束处理，这些偏好与不断演变的回收和废物管理政策相一致。
敏感性分析结果
为验证方法的稳健性，研究人员开展了敏感性分析。在第一阶段，构建了8种不同的权重情景，每种情景中单一RSP的重要性权重增加35%，其余标准权重相应降低。通过比较不同情景下PSS特性的重要性，并计算Spearman秩相关系数进行定量评估。分析揭示了基线排序与扰动权重情景下生成的排序之间存在高度秩相关，尽管有意修改标准权重导致部分特性最终排名出现轻微调整，但这些变化在整体一致性方面统计上不显著，绝大多数SCC超过0.95，表明存在非常强的正相关，最低观察到的SCC大于0.86，即使在最受扰动的情景下也确认了实质性相关。
在第二阶段，使用第一阶段情景中PSS特性的不同权重开发了8个不同的质量屋和相应的PSS组件排序。通过计算Spearman秩相关系数验证结果的稳健性，各情景之间显示出强相关性。结果表明该方法即使在大权重扰动下也能产生稳定可靠的优先排序结果。
讨论与意义
该方法的成功实施揭示了最相关的客户需求涉及安装和运营成本、能源效率以及短干预时间。相反，系统耐用性和技术支持质量被视为增值最少的特性，这可由大多数公司目前提供基本保修的系统销售模式解释。研究发现客户对易于管理和长期可持续性的重视，包括维护和生命周期结束处理，与不断演变的回收和废物管理政策相一致，凸显了光伏供应商采纳生命周期管理策略的必要性。
从服务角度，系统使用阶段的客户支持质量对实施PaaS方案至关重要，而使用后收集光伏系统的逆向物流则不重要，这可能与该类型市场在大多数欧盟国家仍不成熟有关。该研究验证了新型QFD方法对Smart-PSS解决方案开发的有效性。QFDforSmart-PSS保证的更结构化客户需求转换，促进了物理和服务方面的全面提升，推动了与IT相关技术元素的整合，如云计算和远程监控，这对创新解决方案的创建和现有系统的改进均有价值。
在设计、生产和使用的时间阶段方面，IT元素的设计甚至可以延迟至产品使用阶段，这对设计管理具有重要意涵：得以从产品、服务、IT的更广泛解决空间中，找到一组最优设计活动集合。传统PSS设计方法中将IT归入服务组件信息类别的元素，可通过该方法单独部署，使设计团队更清楚地了解PSS设计的各种要素。该方法支持PSS系统向"智能"配置进化，增强客户和制造商或服务提供商的价值。虽然观察到的稳定性可能表明由于产品、服务和IT元素之间强相互依赖性而导致响应性有限，但总体而言结果具有高度一致性和稳定性。
从方法论角度，现有Smart-PSS设计方法通常将数字技术视为嵌入式使能器或评估标准，而非关键设计元素。所提出的方法支持物理、服务和IT元素之间更清晰的权衡分析，整体应对Smart-PSS设计的复杂性增加。该方法可通过针对特定行业条件定制其智能、产品和服务元素而适应不同行业，并预期可扩展至不同数字成熟度水平，支持新智能解决方案和现有系统改造。
研究局限性包括质量屋指标的固有限制，以及研究依赖单一案例研究和仅四位内部专家输入对结果普适性的约束。未来研究应纳入多个跨行业案例研究，并借助多准则决策工具如TOPSIS、AHP和ANP，或模糊逻辑等技术减少人为判断偏差。
研究结论
Smart-PSS模型的发展正在成为通过客户功能和整个产品生命周期服务促进价值创造的手段。本研究检验了一种支持设计师的新方法，扩展了QFD的功能以开发和比较产品、服务和信息技术元素。尽管本研究具有探索性质，但它有助于增进对基于QFD的PSS开发方法的认识，为其实进一步发展提供实践见解。
