基于6σ設(shè)計(jì)的車輛識(shí)別代號(hào)標(biāo)示優(yōu)化

□ 王 毅□ 余建波

1.同濟(jì)大學(xué) 機(jī)械與能源工程學(xué)院 上海201804

2.泛亞汽車技術(shù)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(yán)重?fù)p害了我國汽車工業(yè)的發(fā)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(yán)重的社會(huì)問題，如逃漏車輛影響國家稅收，逃避交通管理責(zé)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(shí)別代號(hào)）標(biāo)示的出現(xiàn)，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(shí)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(yīng)在行李艙的易見部位、變速箱（或驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)）及其它至少五個(gè)零部件（或總成）標(biāo)示VIN，也就是說一輛車至少有七處零部件（或總成）粘貼標(biāo)示VIN標(biāo)簽。這一組字碼代號(hào)，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(cè)、保險(xiǎn)、年檢、維修保養(yǎng)、直到車輛被回收或報(bào)廢，VIN作為車輛的身份證載入每一輛車的服役檔案。同時(shí)，VIN是公安機(jī)關(guān)對(duì)被盜車輛、套牌車進(jìn)行相關(guān)甄別追溯的強(qiáng)有力證據(jù)。

國內(nèi)外對(duì)VIN進(jìn)行了大量的研究，為了使管理和識(shí)別更加便捷，國際標(biāo)準(zhǔn)組織（ISO）對(duì)歐美各個(gè)國家的車輛識(shí)別方案、管理經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了總結(jié)歸納，從而建立了統(tǒng)一的車輛識(shí)別系統(tǒng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)：ISO 3779—2009《道路車輛 車輛識(shí)別代號(hào)（VIN）內(nèi)容和結(jié)構(gòu)》、ISO 3780—2009《道路車輛 世界制造廠識(shí)別代號(hào)（WMI）》等。我國制定的車輛識(shí)別相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)主要有GB 30509—2014［1］、GB 7258—2017［2］、GB/T 25978—2010［3］、GB 16735—2004［4］等。

目前，對(duì)于VIN標(biāo)簽位置的優(yōu)化設(shè)計(jì)多以局部優(yōu)化改進(jìn)為主，仍有很大主觀性，難以達(dá)到預(yù)期的理想效果。綜合考慮現(xiàn)有人力、設(shè)備和費(fèi)用投入，以及潛在風(fēng)險(xiǎn)和困難，決定以某一款全新開發(fā)車型后備箱VIN標(biāo)簽為載體，運(yùn)用蘇比爾·喬杜里提出的、被公認(rèn)為更適用新產(chǎn)品開發(fā)的6σ設(shè)計(jì)（DFSS）流程IDDOV（識(shí)別、定義、開發(fā)、優(yōu)化、驗(yàn)證）來進(jìn)行后備箱VIN標(biāo)示設(shè)計(jì)開發(fā)優(yōu)化。

2 DFSS流程

DFSS是一種支持新產(chǎn)品、新服務(wù)和新流程的開發(fā)與引進(jìn)工具，其運(yùn)用科學(xué)的方法，準(zhǔn)確理解和把握客戶需求，并將其轉(zhuǎn)化成可以實(shí)現(xiàn)的工程指標(biāo)，使產(chǎn)品在低成本下實(shí)現(xiàn)從產(chǎn)品、工藝、流程對(duì)可能造成系統(tǒng)性能變化因素的敏感度最小化，從而實(shí)現(xiàn)6σ質(zhì)量水平。

2.1 問題識(shí)別

DFSS在識(shí)別階段的目的是確認(rèn)項(xiàng)目，并說明存在的機(jī)會(huì)，論證即將開展的DFSS項(xiàng)目的可行性。

A公司是一家成立于20世紀(jì)90年代的合資汽車公司，目前擁有四大生產(chǎn)基地，共四個(gè)整車生產(chǎn)廠、兩個(gè)動(dòng)力總成廠，是中國汽車工業(yè)的重要領(lǐng)軍企業(yè)之一。近些年來，隨著A公司不斷推出新車型，產(chǎn)品不斷嘗試和采用新技術(shù)、新材料。

傳統(tǒng)的VIN標(biāo)簽設(shè)計(jì)方法已不適用于所有的車型，主要原因?yàn)橐惠v車上有七處不同位置要粘貼VIN標(biāo)簽，其中行李艙的易見部位、變速箱（或驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)）為必選項(xiàng)。

目前，粘貼標(biāo)簽的基材在不斷變化，標(biāo)簽系統(tǒng)的環(huán)境由原先單一環(huán)境轉(zhuǎn)化為復(fù)雜環(huán)境，國家已更新相關(guān)的強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，需要在標(biāo)簽的底膠中加入熒光暗記，以滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求粘貼于表面的標(biāo)簽被移除后，原先粘貼標(biāo)簽的部位其外觀應(yīng)發(fā)生可辨認(rèn)的改變，使檢查者能在原標(biāo)簽粘貼區(qū)域追溯到原標(biāo)簽的證據(jù)。另外，在某新車型后備箱VIN標(biāo)簽在熱循環(huán)試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，在高低溫循環(huán)試驗(yàn)后，標(biāo)簽的邊緣存在部分翹起。綜上所述，需要開發(fā)一種新型的VIN標(biāo)簽，可以粘貼于不同基材表面，一方面滿足粘貼標(biāo)簽處的復(fù)雜環(huán)境，另一方面滿足更新后的國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，以及解決試驗(yàn)失效問題。針對(duì)某新車型后備箱VIN標(biāo)簽在熱循環(huán)試驗(yàn)中邊緣翹起的失效問題，從人、機(jī)、料、法、環(huán)五個(gè)方面對(duì)問題進(jìn)行分析，繪制新車型后備箱上VIN標(biāo)簽失效魚骨圖，如圖1所示，并找出導(dǎo)致標(biāo)簽失效根本原因是由于環(huán)境問題所至。為此，采用甘特圖方法制定了相關(guān)的項(xiàng)目計(jì)劃和日程安排，新車型后備箱上VIN標(biāo)簽甘特圖如圖2所示。

▲圖2 新車型后備箱上VIN標(biāo)簽甘特圖

2.2 需求定義

定義階段是DFSS實(shí)施的核心過程，這一階段的任務(wù)是要清晰地說明客戶對(duì)產(chǎn)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(shí)，運(yùn)用卡諾模型為指導(dǎo)，區(qū)分出不同層次的需求。在進(jìn)一步細(xì)化展開客戶的需求時(shí)，通過質(zhì)量功能展開（QFD）將客戶心聲（VOC）逐層分解為設(shè)計(jì)要求、工藝要求和生產(chǎn)要求，并提煉出客戶的關(guān)鍵需求，準(zhǔn)確地識(shí)別和量化客戶需求。

針對(duì)某一款全新開發(fā)車型后備箱VIN標(biāo)示項(xiàng)目，首先從客戶定義角度出發(fā)，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(nèi)部客戶和政府制度。外部客戶為消費(fèi)者，通過對(duì)消費(fèi)者進(jìn)行問卷調(diào)查，發(fā)現(xiàn)客戶對(duì)VIN標(biāo)簽的需求為美觀可靠。內(nèi)部客戶主要由三方面組成，分別為項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)、制造團(tuán)隊(duì)及試驗(yàn)驗(yàn)證團(tuán)隊(duì)。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的要求是VIN標(biāo)簽的開發(fā)成本要低，可以直接適用于所有車型；制造團(tuán)隊(duì)的要求是現(xiàn)場(chǎng)制造易操作，易安裝；試驗(yàn)驗(yàn)證團(tuán)隊(duì)要求是新設(shè)計(jì)的標(biāo)簽需要滿足相關(guān)試驗(yàn)要求。政府制度由四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)組成，隨著標(biāo)準(zhǔn)的更新，主要變化點(diǎn)為：增加了完善標(biāo)簽防偽防篡改性能要求；增加了發(fā)動(dòng)機(jī)/變速器標(biāo)簽（F類），并給出相應(yīng)的性能要求。

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

增加了發(fā)動(dòng)機(jī)/變速箱（F類）指的是直接粘貼在發(fā)動(dòng)機(jī)或變速器金屬本體上的標(biāo)示，通過法規(guī)的解讀，粘貼在變速器金屬殼體上的VIN標(biāo)簽需要滿足一系列試驗(yàn)性能要求，如150℃熱老化試驗(yàn)等。通過找到潛在客戶，以及VIN標(biāo)示的法規(guī)要求，使用QFD工具轉(zhuǎn)化成為可以量化的工程指標(biāo)和工程要求。通過質(zhì)量屋（HQD）確定工程指標(biāo)與客戶呼聲之間的關(guān)系，VIN標(biāo)簽的HQD如圖3所示。

表1 VOC的收集表

▲圖3 關(guān)于VIN標(biāo)示的HQD

通過計(jì)算工程指標(biāo)的權(quán)重，找出關(guān)鍵的指標(biāo)，從而決定設(shè)計(jì)方案需要全力關(guān)注的正確項(xiàng)，計(jì)算工程指標(biāo)的權(quán)重值Wi：

式中：rji為第j個(gè)工程指標(biāo)的第i個(gè)客戶呼聲的重要程度；aji為第j個(gè)工程指標(biāo)與第i個(gè)客戶呼聲的相關(guān)程度量化值，其中，強(qiáng)相關(guān)aji=9，一般相關(guān)aji=3，弱相關(guān)aji=1，不相關(guān)不填寫。

通過QFD分析的結(jié)果，可以確定VIN標(biāo)簽熒光暗記、基材表面能、基材結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、試驗(yàn)性能為設(shè)計(jì)方案需要全力關(guān)注的正確項(xiàng)，是設(shè)計(jì)改進(jìn)的重點(diǎn)。通過分析，制定出VIN標(biāo)簽的工程指標(biāo)及改進(jìn)目標(biāo)見表2。

表2 VIN標(biāo)簽的工程指標(biāo)及改進(jìn)目標(biāo)

2.3 設(shè)計(jì)研發(fā)

設(shè)計(jì)研發(fā)階段的目標(biāo)是利用創(chuàng)造性的方法確定可行的產(chǎn)品概念，使用符合邏輯的、客觀的方法來評(píng)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(duì)概念進(jìn)行評(píng)估和發(fā)展的技巧，現(xiàn)已成為DFSS設(shè)計(jì)的首選方法。

國家標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于后備箱（行李箱）VIN標(biāo)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(jié)構(gòu)，通過頭腦風(fēng)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(jié)構(gòu)特點(diǎn)為無覆蓋，基材一般為鈑金；方案二，粘貼在行李艙蓋，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為存在隔聲棉或者飾板覆蓋區(qū)，新車型的基材為Z材料；方案三，粘貼在車門邊緣及端面，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為無覆蓋區(qū)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(jié)構(gòu)特點(diǎn)為可能會(huì)被遮擋，隨著行李的放入，可能會(huì)被摩擦磨損，需要加裝保護(hù)裝置，基材一般為PA66/鈑金；方案五，在覆蓋件上直接粘貼，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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(qū)地板表面（鈑金裸露區(qū)域），結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是易與行李直接接觸，易磨損，需要加裝保護(hù)裝置。以需求定義為基礎(chǔ)，確定開發(fā)和對(duì)比方案的關(guān)鍵評(píng)價(jià)準(zhǔn)則：①含有熒光暗記；②基材表面能大于40 dyn/cm；③基材結(jié)構(gòu)特點(diǎn)需滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求；④試驗(yàn)性能需滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求；⑤易裝配；⑥成本低。

表3 新車型后備箱上VIN標(biāo)簽的潛在方案

使用普氏概念選擇，對(duì)這六種方案進(jìn)了對(duì)比分析，以方案二為基準(zhǔn)，將其它五種方案按照所列標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)估，如現(xiàn)有方案優(yōu)于基準(zhǔn)方案，則在相應(yīng)的表格內(nèi)填入“+”；若劣于，則在相應(yīng)的表格內(nèi)填入“-”；若相同，則在相應(yīng)的表格內(nèi)填入“S”。新車型后備箱上VIN標(biāo)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(yàn)性能方面的要求，同時(shí)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(yōu)化分析的方案。同理，以選擇的方案一為基準(zhǔn)，使用相同的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)估，對(duì)其余方案進(jìn)行第二輪的評(píng)估。經(jīng)過兩輪的普氏概念選擇，最終確定方案一為后續(xù)優(yōu)化方案。

表4 新車型后備箱上VIN標(biāo)簽普氏概念選擇

2.4 方案優(yōu)化

方案優(yōu)化階段是對(duì)產(chǎn)品和過程設(shè)計(jì)參數(shù)的優(yōu)化，其目標(biāo)是在質(zhì)量、成本和交付時(shí)間允許的基礎(chǔ)上達(dá)到企業(yè)利益的最大化。經(jīng)過前期識(shí)別、定義、開發(fā)過程的研究，決定采用行李艙上圍流水槽為設(shè)計(jì)方案，為了減少因?yàn)橹圃旃に?、環(huán)境波動(dòng)等因素對(duì)產(chǎn)品及過程的影響，故采用試驗(yàn)設(shè)計(jì)（DOE）分析方法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。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(huán)境溫度作為噪聲因子，控制因子參數(shù)見表5。對(duì)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(jìn)行試驗(yàn)分析。以熱剪切粘貼位移值作為系統(tǒng)響應(yīng)值，M1代表極端低溫的系統(tǒng)響應(yīng)值，M2代表理想工況的系統(tǒng)響應(yīng)值，M3代表極端高溫的系統(tǒng)響應(yīng)值，采用L4正交列表，見表6。計(jì)算出在不同噪聲水平下的信噪比和響應(yīng)均值，并繪制出信噪比均值和系統(tǒng)響應(yīng)均值點(diǎn)圖，從希望的響應(yīng)效果中找出設(shè)計(jì)參數(shù)的最優(yōu)化組合，熱剪切粘貼位移信噪比與系統(tǒng)響應(yīng)均值圖如圖4所示。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可知，項(xiàng)目中的三個(gè)控制因子按照A2B1C2的選擇可得最佳設(shè)計(jì)參數(shù)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(shè)計(jì)方案（A1B1C1）組合提高了4 dB，同時(shí)系統(tǒng)的響應(yīng)位移距離也下降了1.17 mm。

表5 控制因子參數(shù)表

2.5 驗(yàn)證確認(rèn)

在征得公司管理層的同意，聯(lián)合供應(yīng)商、試驗(yàn)部門和車間生產(chǎn)管理部門，對(duì)新車型后備箱（行李箱）上VIN新標(biāo)簽進(jìn)行了生產(chǎn)，粘貼位置調(diào)整，對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域按改善方案進(jìn)行布置，并投入使用。根據(jù)調(diào)整后的布置，對(duì)路試車的情況進(jìn)行跟蹤記錄，結(jié)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(tǒng)響應(yīng)均值圖

經(jīng)過位置優(yōu)化，從根本上杜絕了新車型后備箱（行李箱）上VIN標(biāo)示失效的發(fā)生。使用DFSS的方法對(duì)A公司某新型后備箱VIN標(biāo)示的研發(fā)實(shí)際意義重大，可總結(jié)如下：提高內(nèi)外部客戶滿意度；滿足復(fù)雜粘貼環(huán)境要求；滿足國家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)標(biāo)簽的性能要求；為統(tǒng)一不同車型標(biāo)簽粘貼位置打下基礎(chǔ)，有效提升生產(chǎn)線安裝節(jié)拍；從根源上杜絕套牌車的形成，維持正常的汽車秩序。

3 結(jié)束語

筆者利用了DFSS對(duì)A公司某新車型后備箱VIN標(biāo)示設(shè)計(jì)流程進(jìn)行了分析，使用甘特圖制定了相關(guān)的任務(wù)分配、項(xiàng)目計(jì)劃和日程安排，并通過QFD的方法明確了客戶需求并將其轉(zhuǎn)化為工程指標(biāo)，通過頭腦風(fēng)暴法尋找潛在相關(guān)方案，并通過普氏概念分析找到了最優(yōu)方案。經(jīng)過DOE優(yōu)化和驗(yàn)證，完成了預(yù)計(jì)目標(biāo)，找到了最優(yōu)方案。從根本上優(yōu)化了新車型后備箱（行李箱）VIN標(biāo)簽粘貼系統(tǒng)的方案，解決了失效難題。目前，該設(shè)計(jì)方案已加入方案選擇庫中可供其它新項(xiàng)目進(jìn)行參考。