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1、质 量 设 计专 业 食品加工与安全 年 级 2010级6班 姓 名 高 倩 学 号 201007316z 4质量设计 质量设计是有助于质量实现的重要因素之一。换言之，质量应建立在产品的设计阶段和相应的生产过程中。一般而言，质量指的是满足或超过顾客对产品的期望，因此，考虑顾客的要求和期望(也叫做“顾客的声音”)对于质量设计十分必要；生产过程必须保证低消耗、高效率、对环境影响最小和符合法律法规的要求。食品还必须能保持和提高人们的健康水平。 长时间以来，在产品的研制和加工程序的设计过程中，处于主导地位的是技术本身，也就是说，新产品是懂技术的人发明的，销售是靠广告支持的。经过一段时间的试验之后，根据
2、顾客对于产品认可度的评价，进而对产品的概念进行修改或放弃。这种常用的产品研制方法不仅昂贵、周期长，而且产品淘汰率也较高。根据Coop(1993)、Kotler(1994)和Keuning(994)的统计，在过去的几十年中，7080的产品从未面市，面市的产品中有3040被淘汰。Dekker和I。innemann(1998)把这种过程形象地描述成从概念到成功产品的发明漏斗。 这一章主要讲述与食品质量和加工程序设计有关的技术和管理层面的内容。首先介绍设计过程的一般步骤，进而讲解影响农产品食品质量和加工设计的技术方面的变化因索，其次描述可以用来支持设计过程的工具。质量设计管理方面的典型内容包括以顾客为
3、主设计的管理、交叉功能设计和怎样管理设计的过程。 41设计过程 10年以前，一种产品可以在市场上畅销许多年，而如今由于消费者的要求和其他环境因素(法律，市场竞争)的快速变化，持续开发新产品对食品工业至关重要。这一节将讨论以下的内容：不同种类的新产品、产品和过程设计的一般步骤以及设计过程与公司效益的重要关系。 411新产品的不同种类 根据新产品种类的不同，在产品的设计阶段引入质量概念需要考虑许多因素。新产品所涵盖的范围包括新包装的老产品，或从未出现过的新产品，后一类称为发明的产品。新产品可依设计过程的特殊要求而分为不同的种类，根据设计过程的特点，Fu11er(1994)将新产品分成了以下7种：
4、(1)延续品：这是产品的新变种，例如某产品配以新的口味或新风味以后，就称做某一产品的延续品。这种产品的设计过程只需要对原加工过程进行微小的改变和对市场战略进行小调整，这种产品可能对储存或使用方法有微小的影响。 (2)重新定位品：这是对产品进行二次促销以对产品重新定位，例如在对产品的保健功能较注重时，一种本身含有较高的维生素E的奶油制品就可以被重新定位。这种产品只需要市场部门的努力来占领特定的市场份额。 (3)新样式产品：产品经过转换样式后(例如变成液态、粒状、高浓度、固体或冷冻的产品)就变成了新样式产品。例如把冷冻的即食比萨饼转变成可以冷藏的比萨饼时，所转化的产品的货架期显然降低了许多。与原产
5、品相比，新样式产品的物理特点改变很大，因此这种产品可能需要较长的研发时间，就比萨饼的例子而言，产品的储存和分销条件也受到了很大的影响。一种常见的失败因素是顾客并不一定喜欢这种改变，因此，样式的改变必须要有新的价值。 (4)配方产品：用新配方生产市场上已有的产品。新配方是为了降低产品原料的花费、改善原料不足对产品的限制、或者采用具有某种特殊性质的新原料。新配方产品有好的外观和风味、更多的膳食纤维或较少的脂肪等新的特点。这种产品的设计过程花费少，所需时间也较短；然而，有时很小的变动可能会产生严重的后果，例如产品的化学或微生物货架期，因此，提前预测或估计新配方产品可能产生的变化需要对食品技术有深刻的
6、了解。 (5)新包装产品：这种产品是用新包装对已有产品进行改装，例如可以延长产品货架期的气调包装法；就设计过程而言，新的包装可能需要昂贵的包装机械，但有时为了新的用途，可以制成新配方的产品(例如微波包装)。 (6)新产品：在原产品的基础上，加以新的改变(除了以上的改变)而得到的产品。这种改变应产生新的附加值，需要的改变越多，设计过程就越长。为了让消费者接受这种新的改变，产品的推销也可能非常昂贵。然而，某些情况下，新产品所需的时问和金钱则较少，例如，把冷冻的蔬菜和配料放在一个盘子上就变成了一种很好的即烹食品。 (7)全新产品：全新产品指的是市场上从未见过的产品。例如，用植物蛋白制成的全新蛋白质产
7、品就是个较为典型的例子。这种产品通常需要相当长的研发过程，花费也很高，而且失败几率也较高。然而一旦产品获得成功，仿制品就会很快充斥市场。在开始产品研发之前，通常需要评价产品的特点以便考虑不同做法所产生的后果(例如技术、市场推销、包装技术等)。 412设计过程的步骤 传统的产品开发过多地注意产品的概念和雏形，而很少关注产品开发的前期步骤，例如收集有关消费者对产品的要求等，这种产品开发方法没有把市场学、质量管理和产品的设计进行有机地结合。例如许多食品公司就是以他们意向中的产品作为出发点的，而并不是真正消费者所想要的，所以它们从一开始就错了。 理想的产品开发程序是一种产品开发和加工设计相互交联的行为
8、，正在开发的产品会给加工设计提出具体的要求，这种要求可能有利或者限制产品开发的机会。事实上，实际过程应包括产品的开发、加工的设计和所需的仪器，产品开发可以说是一种把消费者的要求转化成能被生产的具体产品的所有行为的总和。加工设计不仅包括生产机械的设计，也包括产品生产所需的厂房计划以及信息和控制系统的完善。 以下是对不同阶段的具体描述： (1)产品的设计程序应从了解消费者对产品的各项具体要求作为起始点，然后确定目标消费对象(谁是主要的消费者)。对于其他的限制，例如公司本身的目标和方针、政策法规的要求以及技术上的可能性等也应加以考虑。在这一阶段，“消费者的声音”和公司的要求必须要搞清楚。 (2)概念
9、阶段，产品研发小组要根据消费者的要求和其他限制条件对所有产品的概念进行筛选，然后把符合目标消费者要求的所有的产品特点加以详细说明，这其中也包括分销商和零售商的要求。 (3)产品的雏形阶段，食品制造者经常以一个简单的配方作为起始点。这些配方可以从食谱书籍、原料供应商或者对竞争者产品的分析结果等处得到。然后，对配方用原料加以调节从而得到所需要的特质(Fu11er，1994)。雏形产品制作出来以后，要对质量特质进行评价并用客观测试加以筛选。客观测试包括数值测量，如含有多少糖和口感等。产品雏形的研制可为工程师设计产品的过程提供信息，如什么样的加工方式(切，混合)、储藏方式(如加热，干燥，包装)和要求的
10、加工条件；另一方面，加工工程师也要向产品研发人员提供反馈信息。 (4)中试阶段，产品要从真正的生产线上制造出来。一般来讲，包装也应包括在内。中试阶段典型的方面包括： 确定产品保证安全和感官特征的货架期； 用主观方法对产品的特征进行品尝试验，每位品尝者必须写出他们最喜欢的产品和可以接受的风味； 找到可靠而且价格上可以接受的原材料供应商，例如产品原料、包装材料等； 确定其他资源，例如所需的仪器设备和工具； 就食品安全而言，对可能的危害物进行分析，并在加工过程中加以控制。 中试阶段可以提供加工的具体要求。所有可以影响产品质量的加工处理应有具体的控制范围和界限，食品工业中要求具体数值的典型参数有： 产
11、品生产中每一步的时间和温度条件，例如，热处理、流速、产品黏产品压力的变化(如混合时，流速与管的直径有关等)。(5)生产阶段，产品在真正的加工条件下进行批量生产，与产品有关的其他方面如产品标签、包装(初级和二级)、运输、质量控制系统以及工厂的养护和卫生等都应加以考虑。除此之外，产品的配方也应作相应的调整已适应批量生产的需要。尽量降低从中试到这一阶段的转变中可能遇到的问题，产品的质量还需通过顾客的评价测试，而且产品的货架期必须通过实验来加以确认，最后，产品生产加工的细则和产品的价格也应加以确定。 (6)销售阶段常常从市场试销开始，产品应根据地理位置、市场情况和公司本身的特点而仔细选择产品的试验区。
12、具体而言，应确定哪里的市场更适合于该产品的发展、最佳的推出时间以及怎样进行促销。由于不能彻底了解顾客的消费行为和市场竞争所带来的影响，所以市场试销的结果经常会被曲解。如果产品试销的结果比较满意，那么产品就可以进行正式销售。 以下图所示：产品的研发和加工设计并不是一次性的行为，而是公司的一个主要和经常性活动。事实上，在西方国家，全新产品的研发是维持市场份额的重要的竞争手段(Jongen和Meulenber9，1998)。产品研发的原动力主要包括： (1)产品寿命的缩短。产品的周期包括以下几个过程：产品的引入；产品销售的上涨；市场饱和时销售的下降；稳定销售阶段；最后由于竞争而衰落。在过去的几年里，
13、从产品的引人到最后衰落的时间变得越来越短，因此，新产品的研发就变得越来越重要。 (2)市场对产品的要求在不停地改变，因此产品概念(product concepts)也被迫不断改变。例如，为了适应市场的变化，目前已出现了几种不同的零售方式：网上购物、全天销售店、加油站的零售店等。 (3)技术的发展提供了许多机会，可以使以前不能实现的事变成现实，如：牛奶灭菌技术(光灭菌术、高压灭菌术)提供了制造健康而新鲜食品的机会。(4).外因的变化。例如，欧盟要求必须在一定时间内降低包装废料的数量，这一规定促使了食品包装业重新设计它们的包装概念。 因此，一方面产品的研发和加工设计对于在产品开发初期加强产品质量具
14、有重要意义，另一方面，它是食品公司在激烈的市场竞争中立于不败之地的重要工具之一。 413设计和公司业绩 顾客对高质量和个性化产品的要求在不断地增长，他们希望及时送货，而且也常在无意之中做着产品的性能和花费的比较。创新和设计的相关活动可能是影响公司业绩的最重要的因素。一直到最近，产品的研发主要考虑延长产品的流通寿命，产品一旦成熟就会批量生产，有可能的情况下，公司才会考虑购置比较特殊的设备，而对于产品本身的基本设计一般不会做太多的改变，而且重新设计的花费越高，可能性就越低。现在则不同了，为了保持竞争力，一个公司即使没有多种产品的计划，它每年也要更新或者重新设计许多已有的产品。几乎所有公司都提高了产
15、品开发的速度和产品的质量。 大规模客户定制化既满足了市场对个性化产品的要求，同时，又能保持大规模生产的规模经济。在食品市场，大规模客户定制化正在引起越来越多的注意，而且已出现了几种针对这种趋势的设计原理和方法，这其中模块设计可能是最重要的设计原理。在模块产品结构设计中，每一个模块演绎一项包括非指定设计的基本功能。这种设计方法可以加速产品的研发并降低花费，但另一方面要设计好连接模块之间的界面。如果每一模块的技术变化是不均匀的，那么模块设计就具有很大的优势。生产的设计和组装的设计就变成了连接所有生产工程师和生产以及组装设计者活动的技术。主要的目的是使产品设计和现有的或新的生产和组装技术相匹配。 4
16、2产品开发 为了开发符合或超越顾客期望的产品，有必要知道哪些因素影响产品质量的实现，更要搞清楚技术或管理方式可以影响哪些因素。影响产品质量实现的因素包括产品本身的(物理)特性、数量和价格，服务、灵活性和可靠性是公司实现总体生产质量的其他重要因素。技术参数主要影响产品本身的(物理)特性，而对于其中的内部和外部特征应当加以适当的区别。食品安全性、健康和感官特征属于内部特征，生产系统的选择和外界因素的影响则属于外部特征，而公司的管理活动影响产品的价格、数量、服务、灵活性和可靠性。这一节主要介绍与产品开发和工艺设计相关的因素。 421产品设计的技术变量 食品不同于其他非消耗性商品，食品本身和其生产的特
17、点决定了生产和加工过程的特殊性。主要的产品特点介绍如下。 (1)内源质量特征的稳定性。食品的一种典型性质是在收获(如新鲜产品)或加工(加工出的产品)后立即出现的衰败过程。化学、微生物、生理、酶和物理反应等几种衰败过程可以降低产品的内在品质(如颜色、风味、口感、质地和外观的变化或者维生素的降解)。为了在保质期内保持产品理想的内在性质，必需建立稳定产品性质的方法。产品性质的稳定可以通过调节产品的组成(如水活度、酸性(pH)，用添加剂)、优化加工过程(如恰当的时间一温度条件)和选用适当的包装方法。产品的研发过程中，对产品内在性质稳定性的检查应开始的越早越好。稳定产品质量的可能性和局限性对产品链的进一
18、步推进有重要的影响，如分销渠道的选择。举例来讲，新鲜进口的牛肉常常需要空运，如果发展出一个新颖的包装方法，就可以改用较便宜的运输方法如海运。产品的微生物稳定性决定了分销条件的使用，如为了维持婴儿食品微肆物的寄的稳定性可以决定分销的条件，这些条件应在产品研发的早期就应给予考虑。 (2)安全性。关心食品的安全就等于关心消费者的健康，这是食品区别于其他产品的特点，对于消费者而言，它正变得越来越重要。食源性致病菌的生长、有毒物质的存在(如微生物毒素、环境污染物或者农药残留)和外来的物理危害都可以影响产品的安全性。产品开发的每一步都应对微生物危害进行评估，对于影响微生物生长的所有因素都应考虑，例如起始的
19、细菌数、食品的组成(pH45以下很少会有微生物生长)、恰当的加工参数(如正确的中心温度)以及卫生操作和卫生过程的设计。后面3个因素在加工过程中也应考虑。 进一步讲，公司生产的安全食品可能由于不正确的分销条件或消费者的非正常使用(高温长时间储存有利于致病菌孢子的生长)而变得不安全。因此，产品开发过程中应检查由于生产或其他因素(分销、消费者)可能发生的潜在危害物。 (3)产品的复杂性。食品特别是加工的食品是非常复杂的，它含有许多种不同的化学物质，它们不仅可以相互影响，而且也影响最终产品的内在质量。除此之外，复杂的物理、化学和酶反应随时都可能发生。因此，产品组成的改变可能会导致很奇怪的变化。举例来讲
20、，于粉水分活度的提高可以预防脂质的氧化，但此条件有利于美拉德反应的进行而使产品变成了棕黄色。因此，产品的研发需要深厚的化学反应知识以及对它们之间相互关系的了解。 (4)产品一包装的相互作用。产品一包装之间的相互作用是食品的另一种特征，它也可能降低产品的内在质量性质。它们之间的相互作用可分为3类：食品成分向包装的扩散；外源物质通过包装向食品的扩散；包装所用材料物质向食品的扩散。一个典型的食品分子扩散例子是食品的风味物质可以扩散到聚合物的包装材料中，这种作用不仅改变了食品的风味而且还可能改变包装材料的性能。任何一种包装材料都有其特殊的扩散特性，有些可以允许水蒸气扩散，而有些则具有较高丧失产品的内在
21、特性(如本身很脆的点心会因为包装不当而吸湿变软)；另一方面，包装中的物质，如色素添加剂、增塑剂和重金属，都有可能扩散到食品中而影响产品的风味，甚至产品的安全。应该指出的是欧洲已颁布了对食品接触物质的要求和导则(90128EEC)。因此在食品的研发过程中应尽早根据食品本身的特点选择合适的包装，而不是等到设计即将完成时才考虑。 (5)原材料的供给和变化性。不同于许多工业产品，农业和食品工业的原材料的供应具有季节性。因此，原材料必须进口或者用恰当的条件把它们储藏起来以度过青黄不接的时期。例如，有些水果和蔬菜可以冷冻储藏直到被加工，而有些可以在受控条件下储藏以延长货架期。然而，储藏条件和不同来源的原材
22、料可以影响原材料的组成和最终产品的内在质量特性。对食品的质量而言，应尽量保持储藏条件的恒定，原材料的这种变化应在产品开发中给予应有的考虑。一个典型的例子是不同来源原材料混合物的研究，如粒状咖啡。此外，原材料的变化(因为气候和季节的变化)也为产品配方提出了特别的要求，建立产品的详细说明书时，应对原材料的变化加以考虑。根据配方和加工的不同，原料的差异对最终产品质量的影响并不相同。所有这些变化在产品的开发过程中都应加以考虑。 (6)生产方法和对环境的影响。生产方法的选择或者对周围环境的影响也可对产品质量的认知产生作用，因此由于生产系统的特征(转基因食品、用新颖的包装方法和原材料的来源等)而可能使消费
23、者对产品质量认可度所产生的影响应在产品开发时进行评价。对于食品而言，加工所产生的环境影响常常反映了所选择的食品包装方法(小包装、可回收包装、可重新使用的包装等)，选用的包装方法除了要满足功能性的要求外，对环境的影响也应加以考虑。 以上所描述的技术层面的变量在产品开发时应加以考虑。 422支持产品开发的技术工具食品技术人员和品质控制经理可以用这些方法来评估产品的质量特征、货架期或者生产中可能出现的危害物。以下将讨论常用的技术和方法。另一种可以应用于产品开发的工具叫做质量职能展开术(quality function deployment，QFD)。这种技术可以支持产品开发过程的结构化并同时保证消费
24、者的要求能融人产品设计和生产之中。QFD不仅仅是一种可以被食品技术人员使用的工具，它同时也需要产品开发小组其他成员的参与。有关QFD的理论将在下一节中讨论。 (1)决策方法(decision techniques)的技术基础。以下所描述的方法可以从技术角度帮助选择新的食品概念、中试产品和测试市场上已有的产品。其他的限制如消费者的需求、法律法规的要求、资金和竞争情况等都会影响产品开发过程中的选择程序。 感官方法：感官测试可以用来评价所开发产品的感官特征(如口感，颜色，外观，风味和质感)。感官方法可分为主观测试和客观测试。客观检测可以用不同的方法，而样品间的质量差异可以经过分析小组的检验得到证实；
25、而在主观检测中，没有经过训练的顾客代表可以对所测试的产品表示喜欢或不喜欢。客观方法主要用于雏形产品和中试产品的质量检测，而主观方法更多用于对零售产品的质量检测。 货架期检测：用储藏试验并在储藏中通过质量性质的检测可以确定产品的真正储存期。货架期常常由受过专门训练的人员用差别阈法(just noticeable difference，JND)来估计，它指的是质量检测与对照产品出现差异的最早时间。这一标准可以用于某一特定的质量性质，也可用于产品的总体质量(Singh，1994)。检测的标准在测试货架期前就应制定好(例如颜色的改变、感官品质的改变、细菌总数、营养的减少等)，可以接受的具体差异也应定下
26、来。一般而言，货架期的测试可分为两种：长期检测和加速试验(E11is，1994)。 在长期检测中，产品的货架期是在实际所用的储存条件下进行，加推导出真正的货架期，其结果应用长期检测的结果来验证。加速法检测时，由于正常的老化或腐败过程在极端条件下可能会发生改变，所以条件的选择必须认真仔细。这些试验的结果常用来比较雏形产品和已存在的产品的差异，而长期的实验则应用于对产品真正货架期的测试。专家系统：专家系统是以计算机为基础的技术，它可供食品工程技术员进行配方模拟并很快算出产品的货架期，如产品的理论货架期。一个专家系统应包括所有产品组成与产品质量的相关方程式，如微生物的生长、口感、颜色等。英国已开发出
27、了一个专门为烘烤食品所用的蛋糕专家系统(cake expert system)，这一专家系统可以计算出某一配方下的相对湿度，据此，就可以计算出无霉菌生长的理论货架期(Walker，1994)。类似这样的专家系统可早在产品雏形出来之前在产品开发中发挥作用。 挑战测试：挑战测试可用于估测产品遭受潜在致病菌和腐败菌的危险，它是人为地把某一特定的微生物接种到食品中的一种测验，所接种的是可能会在新食品中引起质量问题的微生物。这种试验不仅花费时间而且需要娴熟的实验技能，而这些条件常常不易具备(Shapton和Shapton，1991)。 微生物模型：微生物模型可以用来预测由于致病菌和腐败菌生长所引起的潜在
28、危险。这些模型可以在产品雏形不存在的情况下根据产品的组成计算出微生物的稳定性和安全性；它们还可以在生产过程中进行风险分析，例如在一定的加工条件下致病菌存活的可能性以及危险性。详细的资料可以参考有关文献(Walker，1994；Zwietering，etal1996；Wijtzes，1996)。 另一种方法，即危险分析和关键控制点(HACCP)，也可以用于产品开发过程中。HACCP的目的是分析潜在的危险物和加工过程中进行控制的关键点，它不需要以实际的产品为前提。HACCP计划的制定包括一个生产流程中程式化的危险物分析HACCP计划应该为设计过程提供信息，例如工艺设计的哪一阶段应作为控制点以及具体
29、的卫生要求。HACCP的详细程序将在第7章讲述。 从技术角度来讲，以上所介绍的方法可以在产品开发过程中针对产品的安全和质量提供决策依据。 (2)质量职能展开术的原理。质量职能展开术(QFD)是一种支持产品开发并引起人们注意的一套方法(Charteris，1993)。QFD首先是在日本于1972年作为开发电子产品、计算机软件、国防和健康保健的一种计划工具而发展起来的。近来它又被应用到了食品开发的领域(Kogure和Aka0，1983；Hofmeister，1991；Dalen，1998；Beth etal1997；Dekker和I。innemann，1998)。 质量职能展开术是一种在产品开发过
30、程中把顾客(消费者)的要求转化为每一阶段适当的技术要求的概念，每一阶段包括市场策略、计划、产品设计和加工、产品雏形的评价、生产和销售(Su11ivan，1986；Fortuna，1998；Cohen，1995)。事实上，它是一种在设计阶段保证把质量融合于产品和其加工工艺的计划过程(Charteris，1993；Dekker和1innemann，1998)。在QFD的过程中，一个或多个矩阵，又叫做质量表，可以按照图43的步骤建立起来。这些矩阵表示了消费者的要求和怎样转化这些要求成为可以测量的物理参数之间的相互关系，而且，它还表示出了这两者之间的先后顺序。 这些矩阵中的第一种矩阵组叫做“房式质量矩
31、阵组”(House ofQuality)，这一矩阵组包括以下6个部分： 第一部分：房式质量矩阵组中的“什么”(whatS)指的是质量部分，它含有顾客愿望和要求的目录。消费者常提供感官特征、健康功能和使用方便等不同的要求，对这些要求必须进行整理、分类从而变得有条理。顾客的要求可以通过对何事、何时、何地、原因和怎样的提问而得(如脂肪的最高含量是5)进行分类。通过对这一部分的结果进行详细描述和明确性质后，一个有条理的顾客要求清单就出现了。 第二部分：房式质量矩阵组中的“怎样”(HowS)指的是食品技术人员描述的并可以测量的特征。因此，顾客的语言(期望和要求)需要被转化成食品技术人员的语言，如产品要求
32、细则。在这一部分需要考虑好或者某一特定的目标)以及如何测量。 第三部分：关系矩阵(relationship matrix)表明了顾客要求和产品技术指标之间关系的强弱程度。它们之间的关系可能是强、中等或弱。所以，关系矩阵显示了产品技术指标在多大程度上满足了顾客的要求和期望。举例来讲，产品中的脂肪含量(产品技术指标)与顾客对健康的要求(低脂肪)正好相反，但却与产品的感官特征(顾客要求)成正相关。第四部分：相关矩阵(correlation matrix)是房子的屋顶，它表明了不同产品要求之间的相互关系，改变其中一种可影响其他的要求。例如，糖与感官上的甜味密切相关，降低糖的含量必定会降低其甜味。如果消
33、费者喜欢甜味和低糖，那么就需要对产品的要求作特殊的改变。相关矩阵有助于了解那些目前技术上还不能做到的、需要更多研究来满足顾客需求的领域。 第五部分：计划矩阵(planning matrix)是“什么”的数量部分，它含有表明各种需求对消费者相对重要性的市场数据资料。在这一矩阵里，消费者的期望和需要从高到低进行了排序；这一矩阵里也含有公司和竞争者的产品在多大的程度上满足了顾客期望和需求的信息。它可以给出哪种产品满足哪种需求及其分值。 第六部分：技术矩阵(technological matrix)和目标值一起构成了“怎样”的数量部分。它含有3类信息：技术重要性、比较信息和运营效率的目标。技术重要性是
34、根据需求的相对重要性来决定的(第五部分)，以及由各种需求与技术的相互关系决定的(第四部分)。因此，一个与消费者需要密切相关的技术指标有较高的技术重要性。比较信息包括竞争者产品与自己产品运营成绩的比较信息。运营成绩的目标值(“多少?”)是根据技术重要性和比较分析的结果而制定的。 房式质量矩阵组图当完成了房式质量矩阵组后，还可以构建其他的矩阵。在美国广泛应用的级联矩阵(cascade of four matrix)(Cohen，1995)。房式质量矩阵组(如产品计划矩阵)为工艺设计的展开输人了信息；在第二个矩阵里，总结了工艺设计的特点并根据它们的相对重要性讲行了分级。它是一种结构化方法，可以帮助转
35、化消费者的需求成为不同的技术语言(如食品技术员、加工工程师，生产计划经理)；QFD迫使从高到低排列消费者认为重要的性质，确定与竞争者相比产品的优势和不足以及产品特有的卖点；QFD也可使人们认识实现消费者需求所要克服的技术障碍。级联矩阵图 然而，要想使这一方法在食品工业中变成一个广泛接受的工具，还需要更多了解消费者的需求与可测量的技术指标的关系，从而充分满足顾客的需要；也需要更多了解食品原料和组分间的复杂的相互关系，从而能有一个较准确的关联矩阵。科斯塔等(2001)对QFD在食品工业中应用的长处和瓶颈做了一个非常全面的评价。另外对QFD更为常见的一点意见就是，这种方法只关注消费者最初的需求，并把
36、它转化成运营成绩的标准，而在以后进一步的产品开发过程中则缺少了对消费者的反馈。QFD为了消费者而设计，但并不能贯彻始终(Kauli0，1998)。 423产品设计的田口方法 为了估计质量的真正花费和高效提高产品的质量，可用田口方法来提高产品的质量和其加工过程。田口认为产品质量是产品关键特性的函数，也就是与产品性能有关特性的函数。这些特性的理想值(或者状态)是它的目标值，一个高质量的产品的性能应在任何操作条件下始终保持在理想状态。这种损失可能来源于消费者(短暂的产品寿命、昂贵的维修和保持费用)、公司本身(不断增加的不合格品、返工和保修费用、声誉的破坏和市场占有率的下降)或者社会本身的不利因素(环
37、境污染、安全等)。即使产品的性能在规定的范围之内，超出或低于其目标值都会造成损失。产品越接近其目标值，产品就越与其相近的产品一致，看上去就越好，也越能体现它所具有的价值。与其相近产品的一致性对于组装产品来讲尤为重要(汽车，电脑等)。质量损失函数可以使公司量化产品和加工技术的提高所节省的费用。质量损失图另外一个可能发隹的问题是如何降低产品对环境变化的敏感性。描述了一个3步走的方法： (1)系统设计。首先要完成一种产品的起始设计，设计中应包括可以影响产品性能理想状态参数的起始值。 (2)参数没计。需要通过一系列的实验来确定这些参数的最佳值以降低工程设计对变化源的敏感性，从而也就降低了损失。田口也用
38、这些统计学试验来决定设计参数的最佳值以达到降低花费而不影响质量。 (3)偏差设计。确定第2步中设计参数目标值可以接受的偏差。并不是所有的偏差都要求严格，而只是那些对产品性能具有重大影响的。 43过程设计 制造过程的质量设计不仅包括加工策划，而且也包括控制和信息系统的设计、生产筹划、物资和仓储管理。 根据田口(Taguchi)的提议，加工工程(process engineering)可以包括几个元素如系统设计(仪器和工具的设计)、参数及其偏差的设计。控制和信息系统应设计为操作者和仪器之间的通信工具，它不仅包括日常的文件如操作记录、路线图和流程图，而且也包括控制加工和生产中的物流的方法和程序，各种
39、质量的事情(如加工控制、结果检查等)都需要这些控制和信息系统。生产的组织包括各种决策，例如使用人力还是自动控制的仪器设备?生产安排是以工艺为基础的(相同的工过程设计图艺过程放在同一个区域)还是以产品为基础的(整条生产线只生产某一种产品)?物资和仓储管理包括整理原料供给和内部储存所需的原料。准时低越好，因为易腐烂的产品和内部运输会花费很多的金钱。 431技术的过程设计变量 食品加工设备的设计一方面需要食品工程的信息或知识，另一方面也需要懂得食品科学的理论基础。对食品加工工程设计来讲，应注意以下有关食品的几个方面： (1)变化性：农产品食品原料的物理特性在加工的不同阶段会发生变化，这些变化可能会对
40、每一步的加工设计产生重大影响。 (2)复杂性：食品生产所用的原材料或配料经常包括多种不同的组分，这些组分之间组成了一个相互交织的网络，而且组分间的相互作用会经常存在。因此，这些物质的非均匀性会对设备的设计有不同的要求。 (3)易腐性：食用农产品原料很容易腐败，这一特性要求加工设计时应给以特别的注意。举例来讲，设备的充分清洗对食品的安全非常重要。 (4)活体物质：对于原料的加工条件常常是由最终产品的特性决定的。举例来讲，对低度灭菌(10wpasteurised)的牛奶进行巴氏消毒时，所用的热力与生产奶粉来比要关键的多；对于低度灭菌的牛奶而言，灭菌后，某些酶的活性还需要保持。所以，即使原材料一样，
41、根据最终产品的不同，加工的条件和设计就会不一样。 (5)消费者的需求：消费者的要求，如更新鲜、安全而无防腐剂的产品会对产品的加工设计提出特殊的要求。 综上所述，加工工程师应当考虑产品原料和最终产品的特征以及原材料或配料的某一特征对于加工不同步骤的设计要求。 432支持过程开发的技术工具 与产品开发一样，加工设计有典型的支撑工具可以使质量在设计阶段融人到产品中。在这一节里，首先描述失败模式及效应分析(failure mode and effect analysis(FMEA)，其次，概述卫生设计的原理和普通工具，而卫生设计只是针对农业经济(agribusiness)和食品工业。 (1)失败模式与
42、效应分析的原理(FMEA)。FMEA是一个在产品、服务和加工的设计阶段探测潜在失败的系统分析技术，从而可以使因失败而造成的损失降至最低(Kehoe，1995；Banens et al1994；Daleet al1998)。有两种形式的FMEA： 设计FMEA指的是分析一种新的产品或服务的潜在失败；过程FMEA包括生产或服务过程的失败分析。 FMEA过程包括8个步骤。 第一步，FMEA小组确定和建立过程的不同组成部分(如步骤，因素或链条)。 第二步，确定每一个部分的各种可能的失败。例如，巴氏灭菌中可能的失败包括太高或太低的温度加上太长或太短的加热时间。太低的温度加上太短的加热时间可能会导致不充分
43、的致病菌的灭活，而太高的温度加上太长的加热时间可能会影响产品的口感或营养。 第三步，确定每一种可能失败的原因，如加热不当可能是由于调节温度的蒸汽阀工作的失常。 第四步，确定每一个加工工序的每一个失败对于内在或外在消费者的影响，如不当的加热可能使造成食品腐败的致病菌在储藏和分销过程中的生长，从而导致产品安全性的下降和一个较短的货架期。第五步，确定已存在的或提出的可用于检测和预防失败发生的控制措施。按时检察蒸汽阀会防止不当加热的发生。 第六步，失败形式通过失败的严重性和发生的频率以及探湘。 第七步，根据上一步所确定的相对重要性(例如RPN90)采取相应的纠偏行动，从而降低产生失败的可能性。如果RP
44、N90，纠偏行动要求优先执行，可以用控制图表来执行纠偏行动。有了一个好的控制图表，失效探测的能力提高了，D本身的数值降低了。 第八步，也就是最后一步，在上一步所采取的纠偏行动的基础上对第六步所提出的失败模式进行评价。 (2)食品工业的卫生设计。提高公众对食品安全的意识可以鼓励安全和卫生地加工食品。卫生设计的目的在于设计食品加工设备时，由微生物或者于清洗的化学物质所造成的污染可以被预防。事实上，如果农产品或者食品加工设备的设计不符合卫生要求，那么需要更严厉的清洗步骤，更有效的清洗剂或者更长时间的清洗和除菌(Curiel el al1993)。 卫生设计的法律可以从国际、欧洲和国内等不同水平来执行
45、。 世界卫生纰织(WT()负责食品卫生法规的制定，WTO的SPM协约包含一个非常广泛的方法和措施来保证人和动物免于食源性疾病的侵染。 在欧洲，从1928年起，所有新的仪器都必须符合机械指令89392EC。这一指令包括对于使用者与农和食品加工用机械的安全要求，后者也包括生产安全和卫生的产晶。每一个欧共体的成员国需要根据指令按照实际情况自行制定法规蚱加以实施。 此外，还有其他国际和圈内的组织为食品仪器的设计制定标准，如国际标准化组织，欧洲标准化委员会(CEN)，荷兰标准研究所(NIN)和德国标准研究所(DIN)。 其次，良好操作规范(Good Manufacturing Practice，GMP)
46、建立了可接受的基本标准以及产品加工和储藏的条件。几个GMP的法典包括对卫生设计、制造和正确使用仪器的要求(IFST，1992；FDA，1994)。机械指令中的卫生要求规定只是一般性的要求，因此在实际操作中，所规定的要求经常有不同的解释和实施。为了对付这一可能发生的问题，欧洲卫生仪器设计小组(Europen Hygienic Equipment DesignGroup，EHEDG)于1989年成立。EHEDG是一个独立的专门为安全和卫生地加工食品制定指导和检验方法的联盟(EHEDG，1995)，联盟成员包括欧洲的研究机构、食品工业、仪器制造商和政府组织的代表。EHEDG的报告包括设计和制造农业和
47、食品机械的详细指导。EHEDG所建议的卫生设计要求在功能要求(functional requirement)中描述的已经很清楚了，它要求仪器： 必须易清洗和消毒，而且最好在原地进行(C1P)；应该保护产品免受微生物和化学污染； 必须防止无菌设计时微生物的进入； 具有对微生物安全至关重要的仪器功能，可进行监测和控制(Curiel et al1993)。 为满足以上这些功能性要求，EHEDG制定了一系列的卫生设计标准，这些标准包括制作材料的标准，机械的几何构造以及安装的标准，以下逐一进行介绍。 仪器制作材料的要求。用来制作仪器设备的材料应无毒、不吸附、对产品和清洗剂在所使用条件下具有较好的抗性。与物料的接触面应有一个可以接受的Ra值，并且无凹凸、折叠以及其他的不规则表面。不规则表面难于清洗和消毒，因此微生物就可能存活下来并增殖从而污染下一批的产品。不锈钢、塑料和高弹性塑料等都可以用来制作农产品和食品加工的仪器设备。对于不锈钢的选择应考虑所加工产品本身的腐蚀性，含氯液体就可能引起不锈钢表面的腐蚀。选用塑料时，要考虑产品本身和加工条件对塑料的影响，例如，有些塑料会吸收液体丽膨胀。高弹性塑料常用来制作封口、垫圈和连接环等，过高的压力和加热条件可能损害这些零部件，因此在所用的加工条件下控制对这些高弹性塑料制品的过度压缩。 仪器的几何构造的标准。所有的仪器和管道应避免水平的表面以利于
