車輛識別代號標簽的工藝參數優化及驗證

王 毅

（泛亞汽車技術中心有限公司，上海 201201）

車輛識別代號標簽是為了識別某一輛道路車輛，由車輛制造企業為該車輛指定的一組字碼，以柔性材料在車輛的不同位置進行標示。該代號是每一輛汽車獨一無二的身份證號，對于車輛的身份鑒別有著非常重要的作用[1]。

隨著我國道路車輛普及率越來越高，“套牌車輛”的違法行為日益猖獗，為了從根源上杜絕套牌車的形成，維持正常汽車秩序，國家制定并更新了一系列關于道路車輛識別代號標簽的標準。在身份識別方面，車輛識別代號標簽的穩健性、有效性起著關鍵的決定性作用。車輛識別代號標簽在套牌車、克隆車識別、準確搜查、偽造證據收集方面有著重要作用[2-3]。

目前階段，我國車輛制造企業質量管理水平發展有限，在批量生產、裝配車輛識別代號標簽的過程中，由于標簽系統不穩健，標簽可以被從車體上完整剝離，或是裝配過程中標簽無法從離型紙上被撕下導致的撕裂、經過耐久試驗后標簽和被粘貼車體間產生大量氣泡，以及標簽本身開裂等失效模式，如圖1所示。道路車輛識別代號標簽本身性能的不穩健，給整車的身份識別帶來了極大地被篡改、被復制、被偽造的隱患。車輛識別代號標簽不穩健導致一次合格率低、標簽返工率高、返工成本浪費、影響交付及時率。因此，開展優化標簽的生產工藝，提升車輛識別代號標 簽穩健性的課題研究，并通過一定的試驗方法進行驗證，該課題研究旨在解決現有標簽穩健性問題，解決制造過程發生的質量問題，降低標簽的不合格率以及返工成本的浪費。

圖1 道路車輛識別代號標簽失效模式示意圖

田口方法是由日本的田口玄一博士在19世紀50年代所提出的一種用于尋找最佳參數組合致力于使設計的產品質量穩定、波動性小的試驗方法。該方法被廣泛應用到機械制造、汽車制造、電子制造等行業[4]。首先，根據被粘貼物的表面能大于40 Dyne/cm的工程要求，選擇被粘貼位置的材料表面能為42～46 Dyne/cm的鈑金，再利用田口方法對涂膠克重、面材克重、熒光暗記等控制因子進行試驗研究，獲得防止標簽失效的最穩健比例組合。

1 穩健性研究試驗設計

1.1 粘貼系統分析

穩健設計即為對零件的技術參數進行優化、對零件的輸出特性以試驗或計算的方式加以評價，最終弱化對各種噪聲的反應，從而獲得較為穩定的零件性能。

優化的對象為車輛識別代號標簽粘貼系統，輸出特性即響應為粘貼穩健性，進一步細分為粘接力、初粘力、內聚力。

本系統中不存在信號輸入，屬于非動態響應，即參數圖中沒有信號，或者信號是固定值，且不是引起響應的原因。非動態響應的信噪比[5]為

式中，S/N為信噪比；σ為系統變差。

由式（1）可以看出，當一個產品的信噪比（S/N）越大，該產品越穩健，產品受噪聲影響越小，產品的設計越優秀。雖然噪音因子對于系統的影響無法進行規避，但是能夠通過篩選噪音因子確定主要噪音，從而減少噪音干擾對產品性能的影響。此影響可通過識別確定車輛識別代號標簽粘貼系統，標簽表面存在氣泡、標簽邊緣起翹、標簽完全脫落的情況判定。

將式（1）帶入本系統進行分析。噪聲是在設計過程、制造過程中始終存在、無法規避，必須引起重視并進行考慮的因素，本系統的噪聲溫度、控制因子影響輸出響應變差，在本系統中由涂膠克重、面材克重、熒光暗記比列組成。

綜上所述，繪制車輛識別代號標簽粘貼系統參數圖，如圖2所示。車輛識別代號標簽粘貼系統參數圖屬于非動態響應類別，該系統存在三個控制因子、一個噪聲因子。系統的響應分別由粘接力、初粘力、內聚力構成，系統失效癥狀有三種模式，分別為起翹、氣泡、脫落。

圖2 車輛識別代號標簽粘貼系統參數圖

1.2 設計正交試驗

在車輛識別代號標簽粘貼系統中，僅有一個噪聲因子溫度，根據制造時的總裝溫度、后續整車的使用工況溫度，以及國家標準要求，采用兩種極端狀態和一種理想工況不同的控制因子變化水平，設定噪聲因子溫度的水平值如表1所示。

表1 噪聲因子溫度的水平值表

在車輛識別代號標簽粘貼系統中，確定控制因子策略就是確定控制因子的水平和對應的數值，控制因子及其水平值如表2所示。

表2 控制因子及其水平值表

根據以上分析，通過建立非動態響應系統參數圖，直觀可見系統中存在三個控制因子，皆為二水平，其中，一個噪聲因子，有三個水平，因此，一共有23×31共計24種可能，需要展開24次試驗模擬。由于試驗周期長，需要進行1600 h，為了降低試驗成本，引入田口方法設計試驗。首先根據因子的水平數找到對應的選擇正交列表，然后根據因子的個數確定具體的表，選擇的正交列表為L4（23），如表3所示。

表3 L4（23）正交列表

針對三個控制因子，在每個噪聲因子環境下，共需要做12組試驗。田口方法試驗因子控制表如4所示，田口方法因子控制表在三水平的噪聲因子作用下，三個控制因子各個水平值的數據表，按照試驗序號開展試驗并將對應的數據結果進行記錄，快速高效地獲得所需數據，較原先24組試驗，通過田口方法僅需要進行12組試驗便可獲得對應的數據，大大節省試驗資源。

表4 田口方法試驗因子控制表

1.3 試驗過程

選取標簽的粘結力即剝離力數值作為衡量車輛識別代號標簽粘貼系統穩健性的指標，通過設計標簽180°剝離強度試驗進行數值測量，以下為標簽的180°剝離強度試驗數據采集的方法。

1.3.1 試驗準備

制備寬為（25±1）mm，長為（200±1）mm的標簽，為了不受標簽本身易碎性帶來的影響，在標簽表面復合上聚對苯二甲酸類塑料（Polyethylene Terephthalate, PET）單面膠帶以作牢固，選取標簽實際粘貼表面作為測試板，將標簽粘貼在測試板（厚度為1.5～2.0 mm，寬度為（50±1）mm，長度為（125±1） mm上，在標簽粘貼在測試板之前，需要用脫脂紗布和清潔劑清潔測試板表面。將標簽粘貼在測試板上，用2 kg、50 mm寬的壓輥以300 mm/min的速度在其表面輥壓一個往復，確保在進行試驗之前標簽粘貼完全，試驗樣品應在標準環境，即（23±2）℃、（50%±5%）RH條件下至少放置24 h，每個試驗需要至少制作3個試驗樣品。

1.3.2 試驗方法

將標簽的自由端對折使其二面重合，并從測試板上剝離（25±1）mm的標簽，在拉力試驗機的上夾持器上將標簽的自由端夾住，將測試版夾在下夾持器上，并使剝離面與拉力試驗機的載荷方向保持一致。拉力試驗機以300 mm/min的剝離速度連續剝離標簽，通過自動記錄儀繪出剝離曲線，剝離曲線的前（20±1）mm的測量數值不計，記錄剝離曲線的（20±1）～（80±1）mm的測量數值。測試的結果為各組試驗樣品通過該測試后的結果均值。圖3為180°剝離強度試驗示意圖。

圖3 180°剝離強度試驗示意圖

本項目使用的測量工具均為通過第三方專業機構校驗檢測，并在有效期內進行使用。表5為測試使用工具清單，圖4為測試工具照片。

表5 測試使用工具清單

圖4 測試工具照片

2 結果分析

2.1 試驗結果

按照表3田口方法試驗因子控制表進行180°剝離強度試驗，記錄數據如表6所示。

表6 180°剝離強度試驗測量值

2.2 結果分析

計算表6中180°剝離強度試驗測量值的平均值，將數據結果使用Minitab軟件對田口設計結果進行分析，圖5為信噪比主效應圖。在三個因子的信噪比主效應圖中可以看到，剝離力為望大特性，期望輸出的響應值越大越好。同時，可以在均值主效應圖（圖6）與標準差主效應圖（圖7）中發現，試驗因子對180°剝離強度試驗權重為涂膠克重、面材克重和熒光暗記比列，其中涂膠克重權重最大為權重因子，且其最優化組合為A2B1C2。

圖5 信噪比主效應圖

圖6 均值主效應圖

圖7 標準差主效應圖

3 結果確認

3.1 實驗性能驗證

在確認階段，需要對標簽性能開展對應的實驗進行性能驗證。實驗性能驗證由兩部分組成，分別為子系統實驗和整車系統實驗。

3.1.1 子系統實驗

根據標簽性能要求的試驗標準[6]以及車輛識別代號標簽的粘貼位置，確定車輛識別代號標簽分類為A類發動機艙標簽、C類非暴露的外部標簽、D類暴露的內部標簽、E類非暴露的內部標簽、F類發動機/變速器標簽。同時，該標簽還需要滿足特殊用途標簽的附加要求，即防篡改性能，通過將標簽移除，檢驗標簽是否均應發生斷裂無法被完整移除，或未發生斷裂但外觀發生明顯的改變，如出現裂紋、變形情況，導致標簽標識的信息無法被完整識別。

對車輛識別代號標簽實驗測試[6]，測試樣品均為進行激光打印后的最優方案A2B1C2標簽，測試板均為實際粘貼表面，每項測試項目測試樣品數量定義為3個，表7為標簽性能標準與測試方法的對應表，圖8為試驗序號1耐磨損試驗的測試照片。其測試方法為1）測試準備：將車輛識別代號標簽由總裝激光打刻機進行打印后，按照Taber紙板基材的尺寸進行裁剪后粘貼。2）測試條件：砂輪型號為CS-10、負重總質量為500 g、轉數為200進行試驗。測試結果按照《道路車輛標牌和標簽》（GB/T 25978—2018）第4.3.2節進行評估，可見測試后標簽外觀存在可視光澤變化，標簽上的信息應清晰且易于識別，符合性能標準。

表7 標簽性能標準與測試方法對應表

圖8 耐磨損試驗的測試照片

所以根據測試前后對比照片進行判斷，測試結論為合格。

通過對48個樣品進行16項試驗，并記錄試驗結果，根據標準對應的性能標準進行判斷后出具測試總報告，如表8所示，全新開發的車輛識別代號標簽測試總報告中可見測試結果均為合格，該標簽符合《道路車輛標牌和標簽》（GB/T 25978—2018）中一般性能以及特殊性能的要求，通過子系統試驗。

表8 測試總報告

3.1.2 整車系統實驗

項目團隊分別對樣本在整車上進行冬季路況和夏季路況模擬測試，分別對應測試樣車數量為3輛、每輛車測試標簽粘貼的位置、每個位置對應的樣件數量為3，試驗工程師進行試驗前檢查并記錄樣件狀態，實施開展整車路試任務，在完成冬季試驗以及夏季試驗后，對樣車各個位置的樣件 進行試驗后檢查，檢查項為1）標簽標識內容清晰可見；2）標簽無氣泡；3）標簽邊緣無起翹；4）標簽無脫落現象；5）標簽不可被完整移除。根據檢查結果記錄表9可知全新開發的車輛識別代號標簽通過整車系統的測試，并且其性能表現良好，十分穩健。

表9 整車系統測試記錄表

3.2 整車裝配驗證

在全新車輛識別代號標簽通過子系統試驗以及整車耐久試驗的基礎上，項目團隊開展進一步整車裝配驗證工作，上海某總裝工廠在某新車型爬坡試生產階段，進行車輛識別代號標簽的試生產，共生產296張，分別在兩個班次進行生產，按照標簽打印工位進行記錄不合格數量，并匯總如表10所示。從表中可以看到B班共試生產100臺車，其中在T1工位、C2工位、T5工位，分別產生3、1、2件不合格品，該班次的一次合格率為98.5%；在C班共試生產196臺車，在T1工位、C2工位、T5工位、C1工位共產生14張不合格品，該班次的整車合格率為98.21%。

表10 某新車型車輛識別標簽一次合格率

通過調取歷史數據發現，2018年上半年，A企業車輛識別代號標簽一次合格率的統計，如下表11所示。對其進行分析，可以得出以下結論，A企業2018年上半年車輛識別代號標簽總共生產數量為853107張，其中一次合格數量為792591張，不合格的數量為60516張，進行計算得到一次合格率只有92.91%，這意味著不合格率為7.09%，不合格率指標過高。

表11 2018年上半年車輛識別代號標簽一次合格率

通過工藝參數的優化，通過降低了車輛識別 標簽的裝配不合格率，由7.09%降低到1.69%，這大大降低了車輛識別代號標簽的質量成本，提高了車輛識別標簽裝配的一次合格率，從源頭遏制了不合格品的返工。

4 結論

整車驗證結束后，對此項目進行總結，并將此成果在橫向項目上進行推廣。綜合驗證子系統實驗、整車實驗以及整車裝配驗證的結果來看，全新開發的車輛識別代號標簽滿足國家標準，符合整車實際工況的性能要求，在試生產環節整車一次合格率高達98.31%，使用全新設計的標簽進行裝配大大提高了一次合格率，降低了標簽的不合格率，解決了生產效率低、零件返工率高、返工成本高的問題，提升了標簽的一次合格率，一方面節省檢查掃描、記錄不合格品的時間，另外一方面節省查詢、返工、復檢的時間，降低返工的頻次，提高生產線的下線效率及生產節拍，降低了車輛識別標簽的裝配不合格率。在設計前期提高產品相關性能，做好性能各方面的試驗測試，進行提前干預，有效地減少質量成本的發生。

通過田口方法，采用Minitab分析設計并通過實驗找到最佳選擇方案，最終完成全新車輛識別代號標簽產品設計，滿足產品預期需求，從而降低現場制造的不合格率、返工率，為后續統一粘貼位置的后續策略打下基礎。該標簽的開發依托于最常用的被粘貼物材料鈑金、鑄鋁進行開發， 可適用于其他車型的使用，選取的粘貼位置為共線車型共有位置，減少共線車型安裝差異性，這符合內部客戶項目管理和現場制造團隊的需求，便于后續設計平臺化共用設計的展開，沿用策略的橫向推廣，一定程度上減少開發和驗證的成本。該成功案例對標簽的設計開發工作有著指導借鑒的意義，作為解決其他類似問題的模板，有著很好的參考作用。