6Sigma設(shè)計在汽車設(shè)計中的應(yīng)用研究

夏金龍

（德州學(xué)院汽車工程學(xué)院，山東 德州 262200）

6Sigma設(shè)計在汽車設(shè)計中的應(yīng)用研究

夏金龍

（德州學(xué)院汽車工程學(xué)院，山東 德州 262200）

隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，汽車設(shè)計制造企業(yè)之間的競爭也在逐漸加劇。所以，為吸引更多的顧客，汽車設(shè)計也開始注重顧客的需求。而6Sigma設(shè)計是以顧客需求為核心的設(shè)計方法，應(yīng)用該方法進(jìn)行汽車設(shè)計能夠滿足現(xiàn)代汽車的設(shè)計需求。基于這種認(rèn)識，本文對6Sigma設(shè)計及其在汽車設(shè)計中的應(yīng)用問題展開了研究，從而為關(guān)注這一話題的人們提供參考。

6Sigma設(shè)計；汽車設(shè)計；應(yīng)用

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.11.023

CLC NO.: U462 Document Code: A Article ID: 1671-7988（2016）11-64-03

引言

早在上世紀(jì)90年代，6Sigma設(shè)計就在電子行業(yè)得到了應(yīng)用。直至21世紀(jì)，6Sigma設(shè)計的應(yīng)用也為國外各大汽車公司帶來了一定的產(chǎn)品設(shè)計利潤。因此，在國內(nèi)汽車工業(yè)取得一定發(fā)展成果的基礎(chǔ)上，相關(guān)人員有必要對6Sigma設(shè)計在汽車設(shè)計中的應(yīng)用問題展開研究，以便更好的促進(jìn)國內(nèi)汽車設(shè)計的發(fā)展。

1、6Sigma設(shè)計方法概述

6Sigma設(shè)計被簡稱為DFSS，是一種以顧客需求為中心的設(shè)計方法，能夠在汽車設(shè)計中的得到應(yīng)用。利用該方法，需要完成市場信息的收集，以便對顧客需求進(jìn)行確認(rèn)。在此基礎(chǔ)上，還要對產(chǎn)品關(guān)鍵質(zhì)量特性展開分析，以便為系統(tǒng)設(shè)計提供指導(dǎo)。由于該種設(shè)計注重過程，所以還需要實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵過程特性的轉(zhuǎn)化，以確保過程輸出滿足設(shè)計要求。利用該方法，也能夠確定產(chǎn)品設(shè)計成本目標(biāo)和質(zhì)量目標(biāo)，并且能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計過程的優(yōu)化[1]。此外，利用該方法對產(chǎn)品關(guān)鍵質(zhì)量特性進(jìn)行考量，也能夠確保產(chǎn)品設(shè)計的可靠性。

2、6Sigma設(shè)計在汽車設(shè)計中的應(yīng)用

2.1在客戶需求分析上的應(yīng)用

在汽車設(shè)計中，顧客需求將利用關(guān)鍵質(zhì)量特性CTQ表征，過程能力要素則需利用關(guān)鍵過程特性CTP表征。為實(shí)現(xiàn)顧客需求量化，需要利用對CTQ范圍進(jìn)行確定。為識別顧客的真正需求，還要建立CTQ矩陣（如下表1所示），以便通過確定CTQ排列次序為設(shè)計提供決策。而表中采取的示意填法，高H=9，中M=5，低L=1，空為0。值得注意的是，顧客需求需要被劃分成連續(xù)數(shù)據(jù)和離散數(shù)據(jù)。針對連續(xù)數(shù)據(jù)，可以直接利用上面的公式進(jìn)行CTQ范圍的確定。如果是離散數(shù)據(jù)，還要按照正態(tài)分布進(jìn)行每百萬缺陷率的反推，然后才能得到CTQ的范圍。

表1　CTQ矩陣

在對CTP能力進(jìn)行優(yōu)化時，一個CTQ將與多個CTPx對應(yīng)（如下圖1所示），使用的優(yōu)化方法有線性Gap法和非線性蒙特卡羅法。而DFSS的目標(biāo)就是過程能力，需要完成關(guān)鍵過程CTP的設(shè)計優(yōu)化，從而完成滿足顧客需求的必要途徑的探索。

圖1　關(guān)鍵過程及過程能力的關(guān)系

2.2在產(chǎn)品創(chuàng)新上的應(yīng)用

對于汽車企業(yè)來講，產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計的動力來源于顧客需求。利用DFSS，則能夠圍繞顧客需求進(jìn)行產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計，從而滿足汽車企業(yè)的發(fā)展需求。具體來講，就是需要在汽車設(shè)計測量和分析階段對顧客需求進(jìn)行層次分析，從而將汽車創(chuàng)新歸納為求解方案改進(jìn)、方案重新選擇、專業(yè)領(lǐng)域創(chuàng)造發(fā)明和跨專業(yè)的創(chuàng)造發(fā)明。在分析顧客創(chuàng)新需求時，需要從已知的汽車結(jié)構(gòu)和功能變量角度進(jìn)行組合設(shè)計，從而實(shí)現(xiàn)新的結(jié)構(gòu)和功能變量的生產(chǎn)。其次，還可以通過將已知結(jié)構(gòu)變量轉(zhuǎn)變?yōu)樾伦兞炕蝾惐瘸鲂伦兞繉?shí)現(xiàn)創(chuàng)新需求的分析。此外，還可以通過實(shí)現(xiàn)結(jié)果變量突變和利用定性、偶然知識完成顧客創(chuàng)新需求的推測。在對顧客需求層次進(jìn)行分析時，可以利用DFSS提供的TRIZ方法和其強(qiáng)調(diào)的機(jī)制創(chuàng)新及決策創(chuàng)新方法，以便從各個層面完成汽車設(shè)計創(chuàng)新，從而滿足顧客對產(chǎn)品的創(chuàng)新要求。就目前來看，DFSS管理提供的創(chuàng)新機(jī)制和決策是相互呼應(yīng)的，包含績效管理方法、沖突管理方法、激勵機(jī)制、群體決策等。

2.3在可靠性設(shè)計上的應(yīng)用

汽車設(shè)計需要擁有較高的可靠性，所以設(shè)計者需要將顧客對可靠性需求量化為可靠度和平均無故障工作時間MTBF值，從而實(shí)現(xiàn)汽車的可靠性設(shè)計。在設(shè)計的過程中，需要先對關(guān)鍵零部件的可靠性進(jìn)行量化分析，然后使用失效模式影響分析和故障樹進(jìn)行產(chǎn)品的失效預(yù)測，以確保產(chǎn)品設(shè)計能夠達(dá)到6Sigma設(shè)計要求。針對汽車上涉及法規(guī)和安全的零部件，除了進(jìn)行相關(guān)性能要求的滿足，還要專門進(jìn)行零部件可靠性的分析。針對與安全有關(guān)且不具有可修復(fù)性的零件，需要應(yīng)用平均首次故障時間和失效率對零部件的可靠性進(jìn)行分析。在對產(chǎn)品失效進(jìn)行預(yù)測時，還要系統(tǒng)分析新產(chǎn)品的失效模式，以便及早發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計問題，并且采取相應(yīng)的措施進(jìn)行失效問題的預(yù)防和糾正，繼而使產(chǎn)品設(shè)計達(dá)到要求。根據(jù)系統(tǒng)復(fù)雜程度和使用環(huán)境，還要完成汽車系統(tǒng)可靠性預(yù)計和分配。

2.4在成本控制上的應(yīng)用

在汽車設(shè)計階段，最終產(chǎn)品成本的80%將得到確定。根據(jù)通用汽車公司的載貨車變速器的數(shù)據(jù)可知，其制造成本的70%將由設(shè)計決定。而在汽車設(shè)計階段，合理進(jìn)行設(shè)計的改進(jìn)，則能夠?qū)崿F(xiàn)材料費(fèi)、制造費(fèi)和勞動費(fèi)的有效節(jié)約。所以，還要使用6Sigma設(shè)計方法進(jìn)行汽車成本的控制。而越早進(jìn)行DFSS的使用，則能夠使汽車設(shè)計擁有更大的自由度，從而使成本控制貫穿于汽車設(shè)計制造的全過程。如下圖2所示，產(chǎn)品質(zhì)量成本與設(shè)計階段存在一定的關(guān)系，所以DFSS需要從設(shè)計之初制定質(zhì)量和成本目標(biāo)，從而降低產(chǎn)品質(zhì)量成本。在DESS項目中，常用代用法和參數(shù)設(shè)計法實(shí)現(xiàn)汽車產(chǎn)品的低成本設(shè)計。具體來講，就是使用功能相同且成本較低的零部件進(jìn)行原來部件的代替，從而降低汽車成本。根據(jù)GE公司的數(shù)據(jù)可知，其使用DFSS提供的代用法進(jìn)行產(chǎn)品成本的降低，每年都能為企業(yè)帶來數(shù)億美元的利潤，所以DFSS法在GE公司得到了較好的推廣應(yīng)用。使用參數(shù)設(shè)計法，則需要將成本當(dāng)成是系統(tǒng)參數(shù)，然后通過優(yōu)化參數(shù)使汽車成本保持最優(yōu)[2]。在DFSS中，需要根據(jù)CTQ進(jìn)行低成本控制目標(biāo)的確定，然后進(jìn)行相關(guān)過程的成本計算。值得注意的是，由于汽車設(shè)計在不同階段產(chǎn)生的信息具有不同的完整度，所以需要使用不同的方法完成成本估算。在汽車設(shè)計的初期，需要使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和參數(shù)化估算方法完成成本估算。在對汽車產(chǎn)品進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計時，需要使用手冊估算等更為細(xì)致的方法完成成本估算。此外，在進(jìn)行估算方法選擇時，還要考慮產(chǎn)品生命周期、生產(chǎn)批量和產(chǎn)品類型等因素，以確保選擇的方法具有一定的靈活性，并且能夠?qū)崿F(xiàn)成本的準(zhǔn)確估算。

圖2　質(zhì)量成本與設(shè)計階段的關(guān)系

2.5在設(shè)計流程優(yōu)化上的應(yīng)用

想要確保汽車設(shè)計質(zhì)量，還要使用科學(xué)的設(shè)計流程。利用6Sigma設(shè)計，可以將汽車設(shè)計過程劃分成定義、測量、分析、設(shè)計和驗證這五個環(huán)節(jié)，然后逐一完成顧客需求確認(rèn)、成本分析、工藝分析、性能分析和設(shè)計驗證等內(nèi)容。利用6Sigma設(shè)計，可以為各個設(shè)計環(huán)節(jié)提供大量的應(yīng)用工具， 并且能夠從顧客需求角度出發(fā)完成汽車設(shè)計。為優(yōu)化汽車設(shè)計流程，還可以使用DFSS提供的關(guān)鍵線路發(fā)和計劃評審技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)計程序優(yōu)化。使用前一種方法，可以利用計算網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)圖進(jìn)行汽車設(shè)計關(guān)鍵路線和步驟的確定，然后通過優(yōu)化和調(diào)整網(wǎng)絡(luò)獲得最短設(shè)計周期。在這一過程中，設(shè)計資源和成本也將被納入考慮，所以得到的項目計劃方案為綜合優(yōu)化方案[3]。利用后一種方法，則能夠利用計算機(jī)和軟件進(jìn)行企業(yè)項目設(shè)計進(jìn)度的確定，可以通過制定最優(yōu)的進(jìn)度計劃獲得最佳效率。不同于關(guān)鍵線路法，使用項目評審技術(shù)可以對企業(yè)自身的特點(diǎn)進(jìn)行考慮，所以能夠完成對汽車設(shè)計項目及子項目的系統(tǒng)分析和評價。就目前來看，許多大型汽車設(shè)計項目都是利用該技術(shù)和計算機(jī)軟件完成計劃進(jìn)度的安排。

3、結(jié)論

總之，在汽車設(shè)計中應(yīng)用6Sigma設(shè)計，能夠從顧客需求角度提高汽車設(shè)計質(zhì)量和效率，并且實(shí)現(xiàn)汽車的低成本設(shè)計，所以能夠滿足現(xiàn)代汽車的設(shè)計要求。因此，相信隨著相關(guān)工具和方法的發(fā)展，6Sigma設(shè)計將能在汽車設(shè)計中得到更好的運(yùn)用。

[1]張博凡,王增強(qiáng).Autoform Sigma模塊在汽車后蓋內(nèi)板模具調(diào)試中的應(yīng)用[J].模具工業(yè),2014,07:40-42.

[2]朱正禮,杜建福,蘭志波.DFSS在新能源汽車電子產(chǎn)品開發(fā)中的應(yīng)用[J].機(jī)械設(shè)計與制造,2012,02:253-255.

[3]吳瑋瑋.新能源汽車電子產(chǎn)品開發(fā)中DFSS設(shè)計方法的應(yīng)用[J].陜西教育(高教版),2014,05:76+80.

The application of six sigma design in automobile design

Xia Jinlong
( Texas college of automotive engineering college, Shandong Dezhou 262200 )

with the development of automobile industry, car design and manufacture the competition between the enterprises are also increasing. So, to attract more customers, automobile design also began to pay attention to the needs of their customers. And six sigma design based on customer demand as the core, the design method of the application of the method to design cars can satisfy the design requirements of modern cars. Based on this understanding, in this paper, the six sigma design and its application in automobile design question for study, so as to provide reference for care about this topic.

six sigma design; Car design; application

u462 文獻(xiàn)表示碼：A

1671-7988（2016）11-64-03

夏金龍（1995-），男，就讀于德州學(xué)院汽車工程學(xué)院，專業(yè)交通運(yùn)輸（汽車運(yùn)用方向）。

指導(dǎo)教師：馬洪新（1968-），男，副教授，就職于德州學(xué)院，從事汽車制造、檢測技術(shù)的教學(xué)與科研工作。