六西格玛设计在汽车产品开发中的应用

六西格玛设计在汽车产品开发中的应用余秀慧谢骋孙丽丽泛亚汽车技术中心，上海201201【摘要】阐述了六西格玛设计的过程和特点，结合实际产品设计案例，分析如何完善产品设计过程，实现设计质量的创新。【ABSTRACT】THEPROCESSANDCHARACTERISTICSOFSIXSIGMADESIGNAREEXPATIATED，ANDHOWTOOPTIMIZEPRODUCTDESIGNPROCESSANDREALIZEDESIGNQUALITYINNOVATIONONACTUALPRODUCTISANALYZED【主题词】产品开发汽车六西格玛设计0引言随着国内汽车市场竞争的加剧，很多汽车公司积极实施本地化发展策略，以中国市场需求为导向，结合国内消费者的审美情趣和价值取向，开发出消费者喜欢的汽车产品。产品的质量提高、设计创新和成本节约，90是在设计开发阶段决定的，要满足国内13益成熟的汽车市场需求，就必须要在产品的研发设计阶段引人新技术、新理论和新方法。六西格玛设计DFSS从设计初始就关注质量与成本，制定质量和成本目标，并在设计过程中不断优化，确保产品质量在设计阶段得到改进和保证，同时降低成本如图1所示。淞幡聪誊蚕一、传统设计琵图1质量成本与设计阶段关系收稿日期2010一O1212O程根据美国供应商协会ASI的经验统计，如果一个组织希望自己的效率能更上一层楼，它就必须在产品设计开发阶段采取六西格玛设计DFSSIT,2。1背景介绍11六西格玛设计简介六西格玛设计就是按照合理的流程，运用科学的方法准确地理解和把握顾客呼声，对新产品新技术新流程进行稳健设计，使产品技术流程在低成本的情况下，对造成变化的因素制造环境或用户环境的敏感度最小化，从而实现六西格玛质量水平。六西格玛设计在提高产品质量和可靠性的同时，会降低成本及缩短开发周期，具有很高的实用价值。在产品研发过程中，使用质量功能展开QFD确定设计的方向和目标，掌握顾客和市场需求。然后，运用创新方法和技巧，解决工程中的各种矛盾冲突，开发高质量、具有竞争力的设计方案，而且更重要的是能够实现产品设计创新。通过田口方法的应用，进行具体的产品设计参数选择，可以得到稳健产品设计参数的最优组合。上海汽车20100312安全气囊背景介绍安全气囊是避免乘员与汽车内构件发生直接碰撞的有效手段。目前主要有防正撞和防侧撞含翻车气囊两大类。无论是防正撞气囊还是防侧撞气囊，一般都包括传感器与电控单元、气体发生器和气囊及其它附件。当传感器探测到相关的碰撞信号后，通过电控单元运算判断是否点爆气囊，如果决定点爆气囊，电控单元触发气体发生器，短时间内产生大量气体对气囊充气，从而使气囊瞬间在人体与汽车内构件之间形成一个气垫，对乘员进行保护。下面以安全气囊为例，阐述如何运用DFSS方法对其进行稳健设计。2六西格玛设计21质量功能展开在六西格玛设计过程中，首先通过客户调研，了解客户对安全气囊的要求，然后使用QFD转换为工程师可以理解和操作的工程指标，并且识别工程指标与客户要求之间的关系，计算工程指标的权重，找出关键指标CTQ，决定设计改进的重点如图2所示。WF；Q；Q式中W为第I个客户呼声的重要程度；G为第个工程指标对应的相关关系量化值，强相关QJ9，一般相关3，弱相关QJI1；WJ为第项工程指标权重值。通过QFD的分析，计算工程指标的权重，可以确定气袋充气速度，气袋坚硬度，传感器类型是设计改进的重点。然后，通过QFD的“屋顶”矛盾矩阵，来分析工程指标之间是否存在设计冲突。在本例中，汽车发生碰撞，传感器接收碰撞信号，气体发生器开始充气。充气速度越快，气囊越早保护乘客不至于撞到方向盘、挡风玻璃和前座椅上。但是，如果气囊充气很快，会使气囊过于坚硬，类似刚体，从而伤及乘客。这里，气囊充气速度和气囊坚硬度之间就是一对冲突的工程指标。在开发概念阶段，将使用创新技巧，找到打破冲突的设计方案。22设计概念开发在设计概念开发阶段，使用TRIZ解决设计中存在的冲突。将气囊充气速度和气囊坚硬度，转换为TRIZ的技术矛盾对，就是运动物体的时间和有害方的影响。由TRIZ的矛盾矩阵可以得到解决问题的思路21减少有害作用时间；39惰性环境；16未达到或超过的作用；22变害为利。上海汽车201003图2QFD与TRIZ结合21根据创新原理和所要解决问题的特定条件，进一步的具体细化，最后提出解决问题的具体方法利用减少有害作用时间，未达到或超过作用原理，加快气囊膨胀速度，当气囊完全膨胀后，才会出现乘客与之碰撞的可能，同时在气囊侧面开孔眼，这样就达到了在乘客和气囊相互作用过程中自行调整气囊坚硬度的目的，减轻了对乘客的伤害。TRIZ主要是解决设计中如何做的问题，对设计中做什么的问题未能给出合适的工具。大量的工程实例表明，TRIZ的出发点是借助于经验，发现设计中的矛盾，矛盾发现的过程也是通过对问题的定性描述来完成的；QFD恰恰能解决做什么的问题。所以，将两者有机结合，发挥各自的优势，将更有助于产品创新。23田口方法田口方法的目标就是设计出对噪声因子不敏感的产品，如果将变化的顾客呼声作为噪声因子，则设计出的工程指标目标值就可以做到对这种噪声不敏感，从而保证了设计工作的有效性。在气囊案例中已经打破气囊充气速度和气囊坚硬度之间的冲突，确定了解决问题的方案。气体发生器充气压力是多少，泄气孔的个数和位置，气袋的材料，气袋折叠方式等参数如何设计，这些都可以用田口方法找到它们的最优组合。列出此次改进过程中可更改的设计参数及变化水平，气袋系统可能遇到的噪声因子及变化水平。对设计参数采用正交列表安排试验，对噪声因子采用组合策略，列出理想工况和恶劣工况。然后计算设计参数不同水平的各种组合在噪声因子影响下的信噪比和输出平均值，绘出信噪比和平均值的点图，找出设计参数的最优化组合如图3所示。SN10LOGRNM1，2“J式中，SN为信号噪声比；Y为系统输出的平均值；为系统输出偏差。最佳的信号噪声比SN。235，Y。299；原始设计JSNB。191，YB287。通过参数设计试验，此气囊项目最终选择A1B3C3D1E3F1G3H1为最佳设计参数组合，SN提高44，相当于气囊系统点爆时间变差降低40，平均点爆时间加快12MS。同时气袋材料和传感器可节约成本27元车。设计参数水L水平一2水平一3噪声因子水平一1水平一A气袋材料撑温度拌B气体发生器充气压力群存乘客位置拌C泄气孔位置和数量撑撑拌乘客体积群撑D泄气孔大小群E拉带位置气袋形状群拌F气袋折叠方式撑G气袋容量H传感器类型撑22ALA2B1B2BBC1CC3DLD2D3ELE2E3F1F2F3GLGZG3HL试验列表ABCDEFGHNLN2SNY11111LL112LL222222存群31I333333拌412112233拌拌拌拌5L22233L1撑拌拌撑61233L122撑捍撑7131LL323撑813222L3L拌9L3313212拌LO21133221撑拌撑L12L2LL332撑撑撑拌12213221L3撑群抖撑1322L23L32撑群1422231213撑拌152231232L拌L623132312拌拌拌撑L723213123撑撑撑拌182332L231撑撑撑拌A1A2B1132133C120D1D2D3E1E2E3F1F2F3G1G2G3H1H2备注“”代表具体数值图3田口方法确定最优参数组合下转第26页上海汽车201003加N如勰两种理论在对路面不平度特性的描述以及使用方法还有待进一步的研究。例如，利用分形维数描述路面的二维特性，寻找分维数与土壤本构之间的关系等。3实际路面是三维的，特别是考虑到汽车轮胎的弹性变形时，轮迹应视为一各向同性平面考虑而不是一维情况下的点接触。因此，对于汽车的振动实验和汽车模型的时域响应分析时有必要对路面进行三维模拟。4分形和小波理论还在不断的发展和完善，其各个分支都发展很快，因此，应该密切关注这些新动向，以使分形和小波理论在路面不平度的研究中得到深人的应用。参考文献1GB70311987车辆振动输入路面不平度表示方法M北京中国标准出版社，19872金虞臣，宋健路面不平度的模拟与汽车非线性随机振动的研究J清华大学学报，1999，3983高农，刘明思不平整路面下汽车随机振动的计算机模拟J哈尔滨师范大学自然科学学报，1997，1354张永林，钟毅芳车辆路面不平度输入的随机激励时域模型J农业机械学报，2004，3529125周云山，于秀敏汽车电控系统理论与设计M北京北京理工大学出版社，19996YSHIMURAASEMIACTIVESUSPENSIONOFPASSENGERCARSUSINGFUSSYREASONINGANDTHEFIELDTESTINGJINTJOFVEHICLEDESIGNS，1998192上接第22页在实际产品开发过程中，可以把QFD中工程指标之间的相互关系与TRIZ的矛盾矩阵联系起来，解决工程指标之间的矛盾，得到满足顾客呼声的创新设计。然后，利用田口方法对创新设计方案中的各个参数进行优化，获得参数最优组合。将QFD、TRIZ和田口方法融为一体如图4所示，用于产品设计质量控制，充分体现了质量控制中的源流管理思想、创新思想和以顾客为中心的思想，达到六西格玛设计的目的。263结语QFD、TRIZ和田口方法组成了六西格玛设计的重要部分，是一个强大的产品设计质量控制工具，因此，企业研发人员、工程师和管理人员等需要学习、了解和掌握这一工具，并应用于实际工作中。六西格玛设计的实施还应与企业文化相协调，应该在遵循其基本方法的基础上，对其应用过程做适当的改变，以适应当地环境和企业文化。