基于DFSS的汽車NVH開發(fā)流程研究

幸健華， 張獻洋， 張靜濤， 盧生林

(奇瑞汽車股份有限公司，蕪湖 241006)

基于DFSS的汽車NVH開發(fā)流程研究

幸健華， 張獻洋， 張靜濤， 盧生林

(奇瑞汽車股份有限公司，蕪湖 241006)

傳統(tǒng)的汽車NVH開發(fā)流程是基于系統(tǒng)工程理論展開的.但是，汽車NVH性能表現(xiàn)不僅取決于設計，同時也受工藝、過程質(zhì)量控制等因素的影響.基于六西格瑪設計理論，系統(tǒng)地梳理了汽車NVH開發(fā)流程.借鑒于六西格瑪設計理論的IDDOV流程，對傳統(tǒng)的汽車NVH性能“V”型開發(fā)流程進行了優(yōu)化，導入了六西格瑪設計理論的主要技術方法，如基于質(zhì)量功能展開的市場需求分析、系統(tǒng)設計、穩(wěn)定性優(yōu)化設計、面向X的設計等，最終建立了全新的融合六西格瑪設計理論、系統(tǒng)工程理論的汽車NVH性能開發(fā)流程，較好地滿足了產(chǎn)品開發(fā)的實際需求.

開發(fā)流程；汽車；NVH；六西格瑪設計；IDDOV流程

NVH即噪聲(Noise)、振動(Vibration)、聲振粗糙度(Harshness)3個英文單詞首字母的縮寫[1].其中，聲振粗糙度是指噪聲和振動的品質(zhì)，描述了人體對振動和噪聲的主觀感覺，不能直接用客觀測試的方法來度量[2].在汽車行業(yè)用NVH指代汽車的噪聲與振動特性.更為通俗地理解，NVH是衡量汽車質(zhì)量的一種綜合特性，就是在噪聲與振動的作用下，消費者對于車輛舒適性的直觀感受[3].

隨著中國經(jīng)濟發(fā)展轉型的深入推進，國內(nèi)汽車行業(yè)也從單純的數(shù)量增長逐漸轉變?yōu)槠焚|(zhì)增長.汽車消費市場也愈發(fā)成熟，消費者對于車輛的性能尤其是NVH性能愈發(fā)敏感.汽車的NVH性能表現(xiàn)已不單單影響車輛的品質(zhì)感，更深度影響企業(yè)在市場上的口碑和發(fā)展，各大主機廠也加大了對汽車NVH性能開發(fā)的投入.

汽車NVH性能的開發(fā)涉及汽車上多個系統(tǒng)和零部件.由于各個系統(tǒng)和零部件之間耦合方式的影響，即使在各個系統(tǒng)或零部件本身的技術指標滿足單個系統(tǒng)或零部件NVH性能要求的情況下，整車NVH性能表現(xiàn)也可能達不到相應的要求.此外，汽車NVH性能表現(xiàn)不僅取決于設計，同時也受工藝、過程質(zhì)量控制等因素的影響.因此，有必要系統(tǒng)性地對汽車NVH性能開發(fā)流程進行梳理研究[4].

從正向開發(fā)的角度出發(fā)，典型的汽車NVH開發(fā)流程是基于系統(tǒng)工程展開的“V”型開發(fā)流程.Thomas E. Austin論述了系統(tǒng)工程在汽車產(chǎn)品開發(fā)的應用[5].在龐劍等提出的產(chǎn)品開發(fā)流程圖的基礎上，范習民等提出了基于系統(tǒng)工程原理的汽車NVH正向開發(fā)流程，主要有以下幾個步驟：客戶需求調(diào)研、定義用戶需求，競品NVH性能測試、總結優(yōu)化對象，確定整車優(yōu)化目標，對系統(tǒng)進行建模與優(yōu)化，制作虛擬模型車，樣車的試驗與調(diào)整[6].

文中基于對DFSS(Design For Six Sigma，六西格瑪設計)理論及汽車NVH性能“V”型開發(fā)流程的研究，將DFSS理論導入傳統(tǒng)的汽車NVH性能“V”型開發(fā)流程，從而優(yōu)化了已有的汽車NVH性能開發(fā)流程，提高了汽車NVH性能表現(xiàn)水平.

1 DFSS(Design For Six Sigma)理論

DFSS(Design For Six Sigma)即六西格瑪設計，是指遵循合理的流程，運用科學的方法準確理解和把握消費者需求，對產(chǎn)品進行穩(wěn)健設計，使產(chǎn)品在低成本下實現(xiàn)六西格瑪質(zhì)量水平，同時，使產(chǎn)品本身具有抗干擾能力，即使環(huán)境惡劣或操作不當，產(chǎn)品仍然滿足消費者的需求[7].

DFSS有許多應用于不同環(huán)境下的設計流程，主要包含以下幾種：①DMADV流程，即界定(define)、測量(measure)、分析(analyze)、設計(design)、驗證(verify)；②DMEDI流程，即界定(define)、測量(measure)、探索(explore)、研發(fā)(develop)、實現(xiàn)(implement)；③IDDOV流程，即識別(identify)、界定(define)、研發(fā)(develop)、優(yōu)化(optimize)、驗證(verify)；④ICOV流程，即識別(identify)、特性實現(xiàn)(characterize)、優(yōu)化(optimize)、驗證(verify).

2 汽車NVH性能開發(fā)流程研究

2.1 汽車NVH性能“V”型開發(fā)流程

已有的汽車產(chǎn)品開發(fā)流程主要是基于系統(tǒng)工程理論逐步發(fā)展而來的，系統(tǒng)工程的第一步是針對用戶需求制定總體目標，第二步是把整體技術目標分解到各個系統(tǒng)，第三步是進行產(chǎn)品設計與驗證，包括零部件、子系統(tǒng)、系統(tǒng)的驗證.傳統(tǒng)的汽車NVH性能開發(fā)流程也主要基于系統(tǒng)工程理論展開，呈現(xiàn)出“V”型的特點(如圖1所示).其基本思路為：在“V”型的左邊，從設定整車NVH性能目標出發(fā)，一步一步地將技術要求分解到系統(tǒng)、零部件；同時，在“V”型的右邊，從零部件、系統(tǒng)、整車進行逐層的驗證，最終，經(jīng)過集成到整車的驗證與優(yōu)化，達成整車NVH性能目標[8].

圖1 “V”型開發(fā)流程

2.2 基于DFSS的汽車NVH開發(fā)流程

汽車NVH性能水平不僅關系到汽車的品質(zhì)感，更直接影響消費者的感受.考慮到汽車產(chǎn)品開發(fā)固有特點以及NVH性能影響因素，本文選擇借鑒DFSS理論的IDDOV流程并將優(yōu)化(optimize)、驗證(verify)階段改為設計優(yōu)化(design & optimize)、驗證實施(verify & implement)階段，導入優(yōu)化已有的汽車NVH性能“V”型開發(fā)流程(如圖2所示)，總體上分為識別機會(identify)、定義要求(define requirements)、概念開發(fā)(concept develop)、設計優(yōu)化(design & optimize)、驗證實施(verify & implement)5個階段.

圖2 基于DFSS的汽車NVH開發(fā)流程

2.2.1 識別機會

識別機會階段主要使用的技術方法有卡諾分析、風險分析、德爾菲法、Benchmark分析，主要任務是進行市場研究，識別消費者需求，確定產(chǎn)品定位，確定整車NVH開發(fā)任務書.

識別機會階段的主要目的是通過市場研究識別出消費者的需求，鎖定產(chǎn)品細分市場，確定產(chǎn)品的市場定位，并通過Benchmark分析等手段對公司產(chǎn)品的競爭車型的技術水平進行主客觀對標分析，最終確定相應的針對細分市場人群的產(chǎn)品的整車NVH開發(fā)任務書.

在這一階段中，最終的輸出物是競爭車型NVH性能分析報告、整車NVH性能開發(fā)任務書.

2.2.2 定義要求

定義要求階段主要使用的技術方法有QFD(Quality Function Deployment，質(zhì)量功能展開)分析、FMEA分析(Failure Mode and Effects Analysis，失效模式及效果分析)，主要任務是對消費者需求進行QFD分析，確定整車性能目標、初版整車DVP(Design Verification Plan，設計驗證計劃)、初版系統(tǒng)DVP、關鍵工藝要求、關鍵過程質(zhì)量控制要求.

在定義要求階段，首要開展的就是將識別機會階段輸出的整車NVH性能開發(fā)任務書確定的消費者需求進行QFD分析[9]，展開為整車性能目標、關鍵工藝要求、關鍵過程質(zhì)量控制要求，并結合FMEA分析確定初版的整車DVP、系統(tǒng)DVP.通過建立汽車NVH開發(fā)一級質(zhì)量屋(如圖3所示)，確定幾項關鍵工程措施：系統(tǒng)組件設計、系統(tǒng)耦合設計、過程質(zhì)量控制.

定義要求階段最終的輸出物是整車性能目標、初版整車DVP、關鍵工藝要求、關鍵過程質(zhì)量控制要求.

圖3 汽車NVH開發(fā)一級質(zhì)量屋

2.2.3 概念開發(fā)

概念開發(fā)階段主要使用的技術手段有CAE分析、系統(tǒng)設計、系統(tǒng)臺架驗證、FMEA分析，主要任務是對整車NVH性能目標進行分解，關鍵工藝要求、關鍵過程質(zhì)量控制要求細化，更新并凍結整車DVP，確定初版關鍵系統(tǒng)DVP，Mule Car試制交付.

在概念開發(fā)階段，需要將定義要求階段確定的整車NVH性能目標分解為系統(tǒng)、零部件NVH性能目標[10]，將上一階段確定的關鍵工藝要求、關鍵過程質(zhì)量控制要求落實到工藝設計方案及過程質(zhì)量控制方案中，同時，根據(jù)項目最終的開發(fā)范圍和進度更新并凍結整車DVP，根據(jù)相應的FMEA分析選定影響NVH性能的關鍵系統(tǒng)和零部件，并更新凍結系統(tǒng)DVP(由于存在很多系統(tǒng)和零部件直接從相關供應商采購的情況，相應的系統(tǒng)和零部件的DVP應落實到供應商的技術協(xié)議中)，Mule Car試制交付并在Mule Car上進行結構化分析驗證.

在這一階段中，最終的輸出物有系統(tǒng)NVH性能目標、零部件NVH性能目標、NVH性能目標可行性分析報告、工藝設計方案、過程質(zhì)量控制方案、凍結版整車DVP、初版系統(tǒng)DVP、Mule Car驗證報告.

2.2.4 設計優(yōu)化

設計優(yōu)化階段使用的技術方法有CAD/CAM/CAE技術、系統(tǒng)設計、參數(shù)設計、容差設計、DOE分析、DFX(Design For X，面向X的設計)，主要任務是進行系統(tǒng)和零部件的設計優(yōu)化，工藝設計方案、過程質(zhì)量控制方案細化設計，關鍵零部件的單件驗證，關鍵系統(tǒng)的系統(tǒng)集成驗證，PT樣車的試制交付和驗證.

設計優(yōu)化階段是整車NVH性能開發(fā)流程中承上啟下、至關重要的一個階段.需要將上一階段分解的系統(tǒng)、零部件NVH性能目標落實到設計過程中并進行優(yōu)化，對工藝設計方案、過程質(zhì)量控制方案進行細化設計，對關鍵零部件進行單件驗證(考慮到大多數(shù)零部件可能采購自供應商，故應要求供應商對相應零部件進行單件試驗或委托第三方試驗室開展試驗)，對關鍵系統(tǒng)進行系統(tǒng)集成驗證，PT(Prototype)樣車的試制交付并持續(xù)進行設計驗證，最終將所有PT階段開發(fā)最優(yōu)的設計方案移植到一臺試驗車上進行驗收.

在這一階段，最終的輸出物是關鍵零部件、關鍵系統(tǒng)的DVP&R(Design Verification Plan & Report)，PT樣車驗收報告.

2.2.5 驗證實施

驗證實施階段的技術方法有CAD/CAM/CAE技術、系統(tǒng)設計、參數(shù)設計、容差設計、DOE分析、DFX、ATP(Acceptance Testing Procedure，驗收檢驗規(guī)范)[11]，主要任務是OT樣車的試制交付和驗證，批量階段樣車的驗證，整車NVH性能工程驗收.

驗證實施階段是整車NVH性能開發(fā)流程最后一個階段，也是驗收并實施的過程.在系統(tǒng)驗證完成后，進行OT(Off Tool Sample)樣車的試制及交付.在OT樣車上繼續(xù)進行設計驗證并將所有OT階段開發(fā)優(yōu)化的設計方案集成到一臺試驗車上進行設計驗收.進入生產(chǎn)線調(diào)試、小批量生產(chǎn)、批量生產(chǎn)階段后，從生產(chǎn)線上抽取一定數(shù)量的試驗車進行驗證，確認之前階段定義的關鍵工藝要求、過程質(zhì)量控制要求的有效性.由于設計已經(jīng)凍結，這一階段，應將重點放在工藝要求是否到位、過程質(zhì)量控制是否滿足要求上，除非出現(xiàn)批量生產(chǎn)的車輛與設計驗收樣車的NVH性能存在重大且不可接受的差異，不然不建議對NVH設計進行變更.最終，通過對正常節(jié)拍下批量生產(chǎn)的車輛進行主客觀評價，并對比競爭車型NVH性能分析報告、整車NVH性能開發(fā)任務書進行整車NVH性能工程驗收.

在這一階段，最終的輸出物是OT樣車驗收報告、工藝設計方案驗收報告、過程質(zhì)量控制方案驗收報告、整車NVH性能工程驗收報告.

3 結 論

基于DFSS理論，對汽車NVH性能開發(fā)流程進行了探討，提出了借鑒IDDOV流程、優(yōu)化的NVH性能開發(fā)流程，并導入了DFSS的主要技術方法，如基于QFD的市場需求分析、系統(tǒng)設計、穩(wěn)定性優(yōu)化設計、面向X的設計等.值得注意的是，IDDOV五個階段有一定的先后次序，但并不是嚴格的串行關系，在流程的實施中，必須實行并行工程，每個階段都需要面向后續(xù)階段進行開發(fā)設計，不同的階段之間需要有一定的重疊，驗證階段應該是對開發(fā)全過程的分階段驗證.

[1] Shaobo Young. Vehicle NVH development process and technologies[R].Beijing: ISCV21, 2014.

[2] 馬 林，何 楨.六西格瑪管理[M].北京：中國人民大學出版社，2007.

[3] 龐 劍，諶 剛，何 華.汽車噪聲與振動:理論與應用[M].北京：北京理工大學出版社，2006.

[4] 范習民，陳 劍，宋 萍，等.基于系統(tǒng)工程原理的汽車NVH正向設計流程[J].機械工程與自動化，2008(1)：193-195.

[5] Thomas E. Austin. Why have a systems engineering (SE) capability for automotive product development[R].Detroit: SAE technical paper series, 2007.

[6] Tousignant T,Govindswamy K, Stickler M, et al. Vehicle NVH evaluation and NVH target cascading consideration for hybrid electric vehicles[J]. SAE international, 2015(1)：2362-2368.

[7] 馬 鈞，邵菁婧.基于QFD理論的整車NVH設計流程研究[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2009(8)：28-30.

[8] 龐 劍.汽車車身噪聲與振動控制[M].北京.機械工業(yè)出版社，2015.

[9] 韓海蘭.基于DFSS的車輛中心區(qū)轉向性能研究[J].上海汽車，2015(7)：3-9.

[10] Brian Wilson. NVH analysis within the design process[J]. Gear technology, 2015(5)：28-34.

[11] 徐仰匯.汽車NVH性能開發(fā)的關鍵技術及相關建議[J].科技導報，2010，28(9):13.

DevelopmentProcessofAutomobileNVHBasedonDFSS

XING Jian-hua, ZHANG Xian-yang, ZHANG Jing-tao, LU Sheng-lin

(Chery Automobile Co . Ltd, Wuhu 241006,China)

The typical development process for an automobile NVH is based on the System Engineering theory. The NVH performance of an automobile not only depends on the product design, but also is affected by the manufacture technology and the process control. Based on the theory of the Design For Six Sigma (DFSS), the development process of an automobile NVH is studied systematically. In view of the IDDOV process in DFSS, the V-model development process is optimized for the NVH performance of a traditional automobile. With the help of the main technical methods in the DFSS, including QFD, System Design, Robust Design stability optimization design and DFX, a new development process for the automobile NVH is finally established by integrating the DFSS with the System Engineering theory. The process can better meet the actual demand of the product development.

development process; automobile; NVH; DFSS; IDDOV process

1009-4687(2017)04-0012-05

2017-08-28

幸健華(1994-)，男，工程師，研究方向為整車性能與測試.

U462.3

A