基于6σ設計的車輛識別代號標示優化

□ 王 毅□ 余建波

1.同濟大學 機械與能源工程學院 上海201804

2.泛亞汽車技術中心有限公司 上海201201

1 研究背景

近些年來，盜取車輛、套牌車的非法交易一方面破壞了正常的汽車秩序，嚴重損害了我國汽車工業的發展，給國家及整車廠帶來了巨大損失；另一方面也破壞了行政管理制度，帶來嚴重的社會問題，如逃漏車輛影響國家稅收，逃避交通管理責任，擾亂交通管理秩序，損害原車車主的合法利益等。VIN（車輛識別代號）標示的出現，有力地杜絕了違法行為，增加了車輛的追溯能力，提高被盜車輛的找回率。VIN是為了識別某一輛車，由車輛制造廠為該車輛指定的一組字碼。乘用車應在行李艙的易見部位、變速箱（或驅動電動機）及其它至少五個零部件（或總成）標示VIN，也就是說一輛車至少有七處零部件（或總成）粘貼標示VIN標簽。這一組字碼代號，伴隨著一輛車的完整生命周期，從車輛的制造、交付客戶、上牌注冊、保險、年檢、維修保養、直到車輛被回收或報廢，VIN作為車輛的身份證載入每一輛車的服役檔案。同時，VIN是公安機關對被盜車輛、套牌車進行相關甄別追溯的強有力證據。

國內外對VIN進行了大量的研究，為了使管理和識別更加便捷，國際標準組織（ISO）對歐美各個國家的車輛識別方案、管理經驗進行了總結歸納，從而建立了統一的車輛識別系統相關標準：ISO 3779—2009《道路車輛 車輛識別代號（VIN）內容和結構》、ISO 3780—2009《道路車輛 世界制造廠識別代號（WMI）》等。我國制定的車輛識別相關標準主要有GB 30509—2014［1］、GB 7258—2017［2］、GB/T 25978—2010［3］、GB 16735—2004［4］等。

目前，對于VIN標簽位置的優化設計多以局部優化改進為主，仍有很大主觀性，難以達到預期的理想效果。綜合考慮現有人力、設備和費用投入，以及潛在風險和困難，決定以某一款全新開發車型后備箱VIN標簽為載體，運用蘇比爾·喬杜里提出的、被公認為更適用新產品開發的6σ設計（DFSS）流程IDDOV（識別、定義、開發、優化、驗證）來進行后備箱VIN標示設計開發優化。

2 DFSS流程

DFSS是一種支持新產品、新服務和新流程的開發與引進工具，其運用科學的方法，準確理解和把握客戶需求，并將其轉化成可以實現的工程指標，使產品在低成本下實現從產品、工藝、流程對可能造成系統性能變化因素的敏感度最小化，從而實現6σ質量水平。

2.1 問題識別

DFSS在識別階段的目的是確認項目，并說明存在的機會，論證即將開展的DFSS項目的可行性。

A公司是一家成立于20世紀90年代的合資汽車公司，目前擁有四大生產基地，共四個整車生產廠、兩個動力總成廠，是中國汽車工業的重要領軍企業之一。近些年來，隨著A公司不斷推出新車型，產品不斷嘗試和采用新技術、新材料。

傳統的VIN標簽設計方法已不適用于所有的車型，主要原因為一輛車上有七處不同位置要粘貼VIN標簽，其中行李艙的易見部位、變速箱（或驅動電動機）為必選項。

目前，粘貼標簽的基材在不斷變化，標簽系統的環境由原先單一環境轉化為復雜環境，國家已更新相關的強制性標準，需要在標簽的底膠中加入熒光暗記，以滿足國家標準要求粘貼于表面的標簽被移除后，原先粘貼標簽的部位其外觀應發生可辨認的改變，使檢查者能在原標簽粘貼區域追溯到原標簽的證據。另外，在某新車型后備箱VIN標簽在熱循環試驗中發現，在高低溫循環試驗后，標簽的邊緣存在部分翹起。綜上所述，需要開發一種新型的VIN標簽，可以粘貼于不同基材表面，一方面滿足粘貼標簽處的復雜環境，另一方面滿足更新后的國家強制性標準，以及解決試驗失效問題。針對某新車型后備箱VIN標簽在熱循環試驗中邊緣翹起的失效問題，從人、機、料、法、環五個方面對問題進行分析，繪制新車型后備箱上VIN標簽失效魚骨圖，如圖1所示，并找出導致標簽失效根本原因是由于環境問題所至。為此，采用甘特圖方法制定了相關的項目計劃和日程安排，新車型后備箱上VIN標簽甘特圖如圖2所示。

▲圖2 新車型后備箱上VIN標簽甘特圖

2.2 需求定義

定義階段是DFSS實施的核心過程，這一階段的任務是要清晰地說明客戶對產品的要求，并確定誰是我們的客戶，然后了解這些客戶需求。在收集客戶需求時，運用卡諾模型為指導，區分出不同層次的需求。在進一步細化展開客戶的需求時，通過質量功能展開（QFD）將客戶心聲（VOC）逐層分解為設計要求、工藝要求和生產要求，并提煉出客戶的關鍵需求，準確地識別和量化客戶需求。

針對某一款全新開發車型后備箱VIN標示項目，首先從客戶定義角度出發，通過分析，得到客戶分類由三部分組成（表1），分別為外部客戶、內部客戶和政府制度。外部客戶為消費者，通過對消費者進行問卷調查，發現客戶對VIN標簽的需求為美觀可靠。內部客戶主要由三方面組成，分別為項目團隊、制造團隊及試驗驗證團隊。項目團隊的要求是VIN標簽的開發成本要低，可以直接適用于所有車型；制造團隊的要求是現場制造易操作，易安裝；試驗驗證團隊要求是新設計的標簽需要滿足相關試驗要求。政府制度由四個標準組成，隨著標準的更新，主要變化點為：增加了完善標簽防偽防篡改性能要求；增加了發動機/變速器標簽（F類），并給出相應的性能要求。

完善標簽防偽篡改性能由原先 “移除標簽后在粘貼標簽的部件表面保留標簽的殘余部分或粘合劑，以便于檢查者得到原先存在標簽的證據”，變更為“粘貼于油漆表面的標簽移除后，粘貼標簽的部件區域外觀應發生可辨認的改變，使得檢查者能在原標簽粘貼區域追溯到原標簽存在的證據。若采用熒光方式實現，標簽移除后應留有熒光印記”。這就意味著需要在VIN標簽中加入熒光暗記以滿足標準要求。

增加了發動機/變速箱（F類）指的是直接粘貼在發動機或變速器金屬本體上的標示，通過法規的解讀，粘貼在變速器金屬殼體上的VIN標簽需要滿足一系列試驗性能要求，如150℃熱老化試驗等。通過找到潛在客戶，以及VIN標示的法規要求，使用QFD工具轉化成為可以量化的工程指標和工程要求。通過質量屋（HQD）確定工程指標與客戶呼聲之間的關系，VIN標簽的HQD如圖3所示。

表1 VOC的收集表

▲圖3 關于VIN標示的HQD

通過計算工程指標的權重，找出關鍵的指標，從而決定設計方案需要全力關注的正確項，計算工程指標的權重值Wi：

式中：rji為第j個工程指標的第i個客戶呼聲的重要程度；aji為第j個工程指標與第i個客戶呼聲的相關程度量化值，其中，強相關aji=9，一般相關aji=3，弱相關aji=1，不相關不填寫。

通過QFD分析的結果，可以確定VIN標簽熒光暗記、基材表面能、基材結構特點、試驗性能為設計方案需要全力關注的正確項，是設計改進的重點。通過分析，制定出VIN標簽的工程指標及改進目標見表2。

表2 VIN標簽的工程指標及改進目標

2.3 設計研發

設計研發階段的目標是利用創造性的方法確定可行的產品概念，使用符合邏輯的、客觀的方法來評估可選的方案，從而找到最適合的方案。普氏概念選擇，它是一種對概念進行評估和發展的技巧，現已成為DFSS設計的首選方法。

國家標準中關于后備箱（行李箱）VIN標簽位置的選擇要求為 “從車外無法觀察但打開后能直接觀察的合適位置”，綜合考慮后備箱（行李箱）的結構，通過頭腦風暴法、異想天開、自由交流、類推等方法確定潛在方案有六處，見表3。方案一，粘貼在行李艙上圍流水槽，該處的結構特點為無覆蓋，基材一般為鈑金；方案二，粘貼在行李艙蓋，結構特點為存在隔聲棉或者飾板覆蓋區，新車型的基材為Z材料；方案三，粘貼在車門邊緣及端面，結構特點為無覆蓋區域，基材為Z材料；方案四，粘貼在飾板/隔聲隔熱毛氈下方基材，結構特點為可能會被遮擋，隨著行李的放入，可能會被摩擦磨損，需要加裝保護裝置，基材一般為PA66/鈑金；方案五，在覆蓋件上直接粘貼，結構特點是易被更換，不能永久保持，基材一般為PA66/鈑金等；方案六，行李區地板表面（鈑金裸露區域），結構特點是易與行李直接接觸，易磨損，需要加裝保護裝置。以需求定義為基礎，確定開發和對比方案的關鍵評價準則：①含有熒光暗記；②基材表面能大于40 dyn/cm；③基材結構特點需滿足國家標準要求；④試驗性能需滿足國家標準要求；⑤易裝配；⑥成本低。

表3 新車型后備箱上VIN標簽的潛在方案

使用普氏概念選擇，對這六種方案進了對比分析，以方案二為基準，將其它五種方案按照所列標準進行評估，如現有方案優于基準方案，則在相應的表格內填入“+”；若劣于，則在相應的表格內填入“-”；若相同，則在相應的表格內填入“S”。新車型后備箱上VIN標簽普氏概念選擇見表4。

由表4可以看出，方案一粘貼在行李艙上圍流水槽的鈑金面，更好地滿足了基材表面能及試驗性能方面的要求，同時具備了低成本及留有熒光暗記的功能，這一方案可以作為優化分析的方案。同理，以選擇的方案一為基準，使用相同的評判標準進行評估，對其余方案進行第二輪的評估。經過兩輪的普氏概念選擇，最終確定方案一為后續優化方案。

表4 新車型后備箱上VIN標簽普氏概念選擇

2.4 方案優化

方案優化階段是對產品和過程設計參數的優化，其目標是在質量、成本和交付時間允許的基礎上達到企業利益的最大化。經過前期識別、定義、開發過程的研究，決定采用行李艙上圍流水槽為設計方案，為了減少因為制造工藝、環境波動等因素對產品及過程的影響，故采用試驗設計（DOE）分析方法進行優化設計。將涂膠克重、離型紙克重、熒光暗記的百分比作為控制因子，分別有兩種水平，將環境溫度作為噪聲因子，控制因子參數見表5。對噪聲因子采用混合組合，列出理想工況及高低溫極端工況，與不同的控制因子變化水平采用正交列表進行試驗分析。以熱剪切粘貼位移值作為系統響應值，M1代表極端低溫的系統響應值，M2代表理想工況的系統響應值，M3代表極端高溫的系統響應值，采用L4正交列表，見表6。計算出在不同噪聲水平下的信噪比和響應均值，并繪制出信噪比均值和系統響應均值點圖，從希望的響應效果中找出設計參數的最優化組合，熱剪切粘貼位移信噪比與系統響應均值圖如圖4所示。根據試驗結果可知，項目中的三個控制因子按照A2B1C2的選擇可得最佳設計參數組合。A2B1C2即為膠層克重選擇水平二，即40～50 g/m2；離型紙克重選擇水平之一，即50 g/m2；熒光暗記百分比選擇水平二為5%。相比之前的設計方案（A1B1C1）組合提高了4 dB，同時系統的響應位移距離也下降了1.17 mm。

表5 控制因子參數表

2.5 驗證確認

在征得公司管理層的同意，聯合供應商、試驗部門和車間生產管理部門，對新車型后備箱（行李箱）上VIN新標簽進行了生產，粘貼位置調整，對生產現場區域按改善方案進行布置，并投入使用。根據調整后的布置，對路試車的情況進行跟蹤記錄，結果為零失效。

表6 L4正交列表（望小特征）

▲圖4 熱剪切粘貼位移信噪比與系統響應均值圖

經過位置優化，從根本上杜絕了新車型后備箱（行李箱）上VIN標示失效的發生。使用DFSS的方法對A公司某新型后備箱VIN標示的研發實際意義重大，可總結如下：提高內外部客戶滿意度；滿足復雜粘貼環境要求；滿足國家標準對標簽的性能要求；為統一不同車型標簽粘貼位置打下基礎，有效提升生產線安裝節拍；從根源上杜絕套牌車的形成，維持正常的汽車秩序。

3 結束語

筆者利用了DFSS對A公司某新車型后備箱VIN標示設計流程進行了分析，使用甘特圖制定了相關的任務分配、項目計劃和日程安排，并通過QFD的方法明確了客戶需求并將其轉化為工程指標，通過頭腦風暴法尋找潛在相關方案，并通過普氏概念分析找到了最優方案。經過DOE優化和驗證，完成了預計目標，找到了最優方案。從根本上優化了新車型后備箱（行李箱）VIN標簽粘貼系統的方案，解決了失效難題。目前，該設計方案已加入方案選擇庫中可供其它新項目進行參考。