基于正向設計的創新性評審方法及應用研究

摘要：主要介紹了一種零部件創新性等級的點檢方法，以及根據創新性等級開展的快速設計評審方法。在新一代輕型商用車上運用這些方法，并不斷優化總結，形成了一套完整的且在正向設計開發過程中基于零部件創新性程度的管控機制。該方法對新車型開發項目有著重要的應用價值。

關鍵詞：創新性；正向開發；設計評審

中圖分類號：U467 收稿日期：2023-09-15

DOI：1019999/jcnki1004-0226202311008

1 前言

目前的基于車型、全系統的鋪開式評審，針對性較差，需要耗費大量的人力物力。通過市場數據分析發現，創新性程度較高的零部件，上市（尤其是上市初期）故障率排在TOP位。在LCV車型開發中，設計評審和設計驗證是非常重要的環節，設計評審的主要目的是在設計開發早期識別潛在的缺陷，減少設計變更，以提升開發成功率，從而節省開發的人工成本和時間成本［1］。而創新性程度較高的產品，由于設計經驗不足，在設計評審時對失效模式識別不充分，導致故障發生。國內外的設計公司雖有相關的質量工具及方法提升設計質量，但是普遍存在的問題是工具使用繁瑣、教條化、形式化，最終評審工具執行效果不好。因此，在正向設計開發過程中，根據零件創程度，建立一套簡化可行的設計評審方法尤為重要。

2 創新性點檢技術路徑

為了能夠充分地識別零件的創新性程度，需要集合設計、品質、試制、試驗、供應商的力量對零部件進行評分，評分主要從結構、尺寸、重量、工藝、使用環境、相互組合等維度進行，如果是電器類零件，除上述維度外，還需要進行軟件和硬件維度的評分。首先，需要找到一個基礎零件。基礎零件的選取尤為重要，需要有投產經驗，在常規評審中經常遇到有些案例評分偏低，究其原因是選擇的基礎零件市場驗證不充分，“以新比新”，相對而言創新程度沒有如實展示出來。為了更加準確的打分，團隊需要把握幾個要素：基礎件、設計規范的要求、新零部件的變更點/變化點。

在進行創新性點檢前，需要項目團隊成員充分理解該項工作的目的和意義，設計人員需要有主動識別創新性程度的意識，如涉及工藝和裝配的部門，設計人員需要主動召集試制、試驗、供應商和生產單元的人員共同識別。只有這樣，才能最大限度地保證創新性評分的準確性。按照創新性程度的不同，可以分為5個評分等級，對應分數從高到低依次是5分至1分：

a.世界首次采用（5分）。

b.本公司首次采用（4分）。

c.超出本公司設計標準范圍的設計（3分）。

d.本公司標準范圍內的設計（2分）。

e.完全留用的設計（1分）。

創新性評價還需要考慮供應商的“新”，比如，該零件本身是首次供貨，雖然采用的是其他零件有合作實績的供應商，這種情況也屬于“超出基準范圍內的設計”，供應商的創新等級至少為3分，需要開展創新性評審。如果在第一輪開展創新性點檢時，供應商已經確定，那么，這一次評價時，就可以把供應商維度的創新程度評價出來。如果在做創新性評價時供應商還沒有確定，則在供應商確定后，立即要進行創新性的補充評價，復核供應商維度的評分是否需要更新。這個環節就是要充分發揮設計和采購機能小組的能量，及時、充分地把供應商維度的“新”評價出來。

簡單零部件可以進行維度拆分、評價打分，復雜零部件如有必要，可以拆分成多個子零件進行，目的是能夠把各個維度的創新性程度充分列出并識別。

創新性點檢一般采用的方法如表1所示。

日產從“技術”“結構”“人”的角度分析創新性的零部件故障發生原因并做了公司內部調查：

a.“因為沒有技術上的知識”，8.7%。

b.“因為沒有恰當實施設計審查”，24.0%。

c.“信息傳達不恰當”，7.6%。

d.“責任部門不明確”，6.5%。

e.“因為忽視了變更點/變化點而沒有實施設計審計”，38.0%。

也就是說，上述零部件發生故障的主要原因是設計審計不合適和設計審計本身沒有得到實施。事實上，為了實施設計審查，同時需要準備大量的資料，同時需要相當長的時間。因此，即使手法是有效的，但設計負責人還是想減少討論時間，這樣可以直接或間接地回避了一些自認為不是很嚴重的問題。

3 創新性評審技術路徑

為了在開發過程中防患于未然，根據零部件的創新性評價結果分級開展DR（設計評審）。創新等級在1分和2分的零部件，不需要開展零部件級別的DR，3分和4分零件需要開展快速設計評審，5分零件需要開展全過程設計評審（FMEA）。

快速設計評審可以看作是DFMEA過程與設計評審過程有效的結合［2］，大多數情況下，公司進行DFMEA分析，只針對全新的系統或產品，但事實上真正全新的系統或產品是沒有的，多數設計都是在工程師運用現有的產品或技術基礎上的改進，這就不需完整的FMEA活動，執行快速設計評審進行設計變更管理明顯高效。

目前企業的產品研發過程中需要應用全過程設計評審與快速設計評審相結合的方法，對于全新的設計，并沒有設計指導或同類產品已完成的DFMEA參考，建議使用DFMEA，這種情況通常是建立FMEA的基礎數據庫，進一步實現設計標準化，對于一些改型的產品，在新的設計指導或DFMEA數據庫的情況下，建議使用快速設計評審，二者組合形成標準化以指導新一代產品的設計開發。二者的關系見圖1（本文主要對快速設計評審進行論述，FMEA不展開論述）。

在開展快速設計評審過程中，為了保證評審前的準備充分以及評審過程順利，對評審角色進行了定義，如下三種角色是必不可少的：

a.促進者（Pilot），是專業評審的組織者，負責項目評審的推進，并負責知識積累。

b.專業級（Reviewer），負責創新性2分以下零件的專業評審，可參與各創新性分級的評審。

c.專家級（Expert），負責項目內創新性3分以上零件的專業評審和跨專業維度評審，可參與各創新性分級的評審。

除以上三種角色以外，也可以邀請參與被評審項目的專業開發、試驗以及制造人員參與，會上展開討論。各個參與評審的專家角色需具備一定的評審能力，包含但不限于：

a.考慮風險（變更、差異、界面等）進行討論的習慣。

b.常站在客戶角度，考慮部件和故障模式（現象）與使用場景。

c.以鼓勵設計人員自己思考為目的進行提問。

d.擴展視點于設計人員沒有關注到的領域。

評審基于正確引導與共享信息的基調展開，用事實數據討論，現場盡量避免質疑、主觀否定與打擊。

評審各階段及內容如圖2所示。設計擔當以設計基準為基礎，整理變更點并找出由于變更引起的擔心事項和對策。專業主任工程師/經理批準“事前準備”內容后，由設計擔當召集會議討論由于變更所引起的擔心事項及所需對策。快速設計評審工具中需要體現如下內容：

a.零部件基本信息。

b.變更點和變更內容。

c.創新評分分值以及創新點。

d.可能引起的故障和不滿。

e.采取了什么對策避免故障和不滿的發生。

f.將對策落實到設計、制造、驗證階段，并形成閉環。

g.結果的確認與改善。

需要明確的是，對于沒有快速設計評審經驗的專業，首次開展該活動是無法做到一次成功的，需要在結果的確認與改善環節對照實物階段的問題完善文件，形成知識積累后，運用于新項目的快速設計評審。在以往開展的快速設計評審活動中，設計人員經常陷入一個誤區，認為通過了快速設計評審，相關的落實事項確認結案，該工作就結束了。沒有通過市場問題的反饋，對快速設計評審活動進行復盤，造成快速設計評審無法形成循環改善，工具的使用效果停滯不前。

設計擔當召集評審會，與會人員追加由于變更引起的擔心事項及對策，評審后析出的擔心事項及對策計入快速設計評審文件。評審時無對策或對策未實施、需后續在設計圖紙、試驗、制造階段落實的，需將對策按照設計、試驗、制造明確負責人和期限，記入快速設計評審文件。落實到設計階段的對策可能涉及：

a.修改設計集合尺寸、公差。

b.修改材料性能要求。

c.修改布置方式。

d.修改邊界條件，完善虛擬階段的驗證，如CAE分析等。

落實到試驗階段的對策可能涉及：

a.修改試驗策劃。

b.修改供應商零部件驗證計劃。

落實到制造階段的對策可能涉及：

a.工藝文件的制修訂。

b.制造基準書的制修訂。

4 應用及實施效果

4.1 基于正向設計的創新性評審在T17后橋設計開發中的應用

T17后橋設計在原B19后橋基礎上創新性評級為1～2分的變更點為裝配接口改變，創新性評級為3分的變更為制動摩擦片增加磨損自動報警裝置。因此，對制動摩擦片增加磨損自動報警裝置進行快速設計評審。

為了應對法規，設計制動摩擦片增加磨損自動報警裝置，用于當制動摩擦片磨損到規定厚度時，報警裝置自動向檢測回路輸出信號，汽車儀表盤會出現更換剎車片亮燈提示。該裝置可能會帶來的客戶抱怨有3個方面：

a.磨損到規定厚度時沒有報警。

b.未磨損到規定厚度時出現報警。

c.線束斷裂出現報警。

磨損到規定厚度時沒有報警在如下情況下會發生：

a.磨損自動報警裝置設計不合理，摩擦片磨損到規定厚度時，不反饋報警信號。

b.傳感器外套和絕緣被膜的材質比剎車摩擦材料更硬，不會磨損。

c.傳感器從剎車摩擦材料中脫落。

未磨損到規定厚度時出現報警在如下情況下會發生：

a.制造不良。

b.部品異常；裝配損傷。

c.因制動器熱化導致報警裝置破損。

d.傳感器部分脫落。

線束斷裂在如下情況下會發生：線束未捆扎，松擺導致線束斷裂。

將以上逐項分別由設計、試驗評價、制造進行措施應對，見表2。

自動報警裝置的設計方案確定為：

a.磨損自動報警裝置為單回路系統，當線束磨損斷路時，回饋報警信號。

b.使用的橡膠護套是比制動摩擦材料更明顯的容易磨損的材質。另外，配線也是銅，是比剎車摩擦材料更容易磨損的材質。

c.傳感器使用粘結劑固定。粘結劑為-40～200 ℃不軟化的材料；粘合劑和傳感器顏色即使是10年熱劣化也不會因為剎車振動等而損壞材質；為了不在傳感器部發生拉伸力，在配線部設置固定點。

d.線束端子與基座在30 N的拉力下不松脫；線束設置絕緣材料保護層。配線不斷線、電線耐高溫：200 ℃，耐低溫：-40 ℃；支架耐高溫：350 ℃，耐壓：500 V；絕緣電阻：1 000 MΩ，阻燃：絕緣材料上所有火焰在70 s內熄滅。

e.圖紙上規定線束長度、走向及捆扎要求。

自動報警裝置的評價方案確定為：

a.使用的橡膠護套是比制動摩擦材料更明顯的容易磨損的材質。配線也是銅，是比剎車摩擦材料更容易磨損的材質。2015年起已有市場實績，本案觀察。

b.對傳感器固定支架高溫測試：從低溫升至350 ℃保持20 min，支架不融化。

c.實車上按標準進行配線和干涉評價。

d.線束進行30 N的拉力測試，結果不松脫、不斷線。

e.報警裝置進行高低溫測試：高溫200 ℃，1 h，低溫-40 ℃，1 h。無損壞或變形，電線需導通正常。

自動報警裝置的制造應對措施確定為：

a.線束端部裝配在制動蹄片上，高度為允許的磨損極限。

b.對傳感器部位開展是否忘了涂粘結劑的確認。

c.傳感器的安裝位置確認。

d.在實際車輛安裝工程中夾子固定與否的確認。

e.摩擦片供應商100%進行信號檢測，保證信號回路通暢。

f.前橋和后橋供應商增加信號檢測設備，保證信號回路通暢。

g.對傳感器部是否忘了涂粘結劑的確認；傳感器的安裝位置確認。

h.在實際車輛安裝工程中夾子固定與否的確認。

i.按圖紙線束捆扎要求執行線束捆扎。

自動報警裝置評價結果如表3所示，其產品照片如圖3所示，評審結果的鑒定如圖4所示。

4.2 效果評價

4.2.1 產品品質效果

在設計變更的開發過程中，對不應用快速設計評審和應用快速設計評審的兩種情況進行對比，發現快速設計評審在降低時效率的作用中能夠有顯著效果，見表4（針對創新性評價≥3分的同類零件）。

以ZD系列項目市場品質指標（3MIS）為例，T17國六車型上市初期3MIS值相對于ZD30國五車型大幅度下降65.7%，節約了巨大的市場維修服務成本，從上市初期立即贏得客戶口碑。目前該系列項目的3MIS水平在10%左右，在商用車領域處于較高水平。

4.2.2 項目質量管控效果

基于正向設計的設計評審，是運用“頭腦風暴法”進行設計評審的，為設計評審工作提供了工具支撐。該方法將設計、制造、試驗評價專業等上下游人員集結在一起，通過前期的研討分析出問題。

本項目范圍內的質量技術研究成果，經T17運用證實有效、可靠，該成果可普遍應用于戰略性、適應性和快速應變性項目，顯著提升了公司產品質量，增強了客戶滿意，提高了企業效益。

本文對基于零件創新性程度的設計評審方法進行研究，明確了評審分級原則、人員資質、評審人員的分工等，在設計開發過程中，助力評審過程有理有據地推進（有明確的工具方法指引）。在產品量產后，通過對量產市場問題解析，對比前期創新性點檢及評審進行查漏補缺，通過不斷完善創新性評審的流程和文件數據庫，提升LCV評審有效性。

參考文獻：

［1］石川馨，質量管理入門［M］劉燈寶，譯北京：機械工業出版社，2016

［2］田紅梅，謝騁DRBFM在汽車產品研發過程中的應用［J］上海汽車，2009（11）：34-40

作者簡介：

李冉，女，1988年生，主任設計師，研究方向為項目質量工具及應用。