基于六西格瑪設(shè)計(jì)（DFSS）的純電動(dòng)敞篷車(chē)軟頂系統(tǒng)研發(fā)

劉華官

摘 要：文中介紹使用六西格瑪設(shè)計(jì)（DFSS）方法來(lái)生成純電動(dòng)敞篷車(chē)軟頂系統(tǒng)的低成本設(shè)計(jì)方案。根據(jù)六西格瑪設(shè)計(jì)方法論，確定用戶(hù)，建立用戶(hù)場(chǎng)景體系，系統(tǒng)的識(shí)別用戶(hù)需求，由用戶(hù)需求轉(zhuǎn)化為功能需求，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為技術(shù)參數(shù)指標(biāo)。采用功能分析工具系統(tǒng)的識(shí)別出技術(shù)系統(tǒng)中的改進(jìn)機(jī)會(huì)，根據(jù)成本分析確認(rèn)重點(diǎn)研究對(duì)象，根據(jù)改進(jìn)機(jī)會(huì)和研究對(duì)象生成概念方案。用普氏分析結(jié)合技術(shù)參數(shù)指標(biāo)生成最優(yōu)的技術(shù)方案，達(dá)到降本目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：六西格瑪設(shè)計(jì) 敞篷車(chē) 軟頂系統(tǒng) 功能分析

Research and Development of Pure Electric Convertible Soft Top System based on Design for Six Sigma （DFSS）

Liu Huaguan

Abstract：This paper introduces the use of Design Six Sigma （DFSS） to generate a low-cost design scheme for a pure electric convertible soft-top system. According to the Six Sigma methodology， the study identifies users， establishes a user scenario system， systematically identifies user needs， converts user needs into functional requirements， and then converts them into technical parameter indicators. The improvement opportunities in the technical system are identified by the functional analysis tool system， the key research objects are confirmed according to the cost analysis， and the conceptual scheme is generated according to the improvement opportunities and research objects， using platts analysis combined with technical parameter indicators to generate the optimal technical solution to achieve the goal of cost reduction.

Key words：six sigma design， convertible car， soft top system， functional analysis

1 引言

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)中國(guó)汽車(chē)制造業(yè)增勢(shì)迅猛，中國(guó)于2011年汽車(chē)銷(xiāo)量，達(dá)1850萬(wàn)輛，超越美國(guó)成為全球最大的汽車(chē)市場(chǎng)[1]。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，中國(guó)汽車(chē)市場(chǎng)日漸成熟，已經(jīng)進(jìn)入較為成熟的消費(fèi)時(shí)代。Z世代汽車(chē)消費(fèi)者，開(kāi)始追求個(gè)性、自由、時(shí)尚和無(wú)窮的駕駛樂(lè)趣等。一款高性?xún)r(jià)比的敞篷車(chē)成為了Z世代汽車(chē)消費(fèi)追求最好選擇，2021年上海車(chē)展五菱宏光MINI敞篷概念車(chē)的火爆場(chǎng)面，無(wú)疑證明了這一點(diǎn)。

2013年開(kāi)始，各大國(guó)外廠商的敞篷車(chē)紛紛登陸中國(guó)市場(chǎng)，搶占中國(guó)市場(chǎng)。2013 年開(kāi)始，國(guó)外汽車(chē)廠商的敞篷車(chē)紛紛登陸中國(guó)市場(chǎng)，搶占中國(guó)市場(chǎng)。如寶馬、奧迪和奔馳等品牌，車(chē)輛價(jià)格從數(shù)百萬(wàn)元逐漸覆蓋至幾十萬(wàn)元，由奢侈逐漸向平民化轉(zhuǎn)變，市場(chǎng)規(guī)模也越來(lái)越大。市場(chǎng)的火爆需求對(duì)中國(guó)自主品牌汽車(chē)廠商來(lái)說(shuō)是一個(gè)巨大的機(jī)遇，然而國(guó)內(nèi)自主品牌還未有量產(chǎn)的軟頂敞篷車(chē)，主要原因是敞篷技術(shù)被外資牢牢掌控，若采用進(jìn)口外資技術(shù)，敞篷軟頂系統(tǒng)成本將無(wú)法下降，會(huì)使整車(chē)成本失去競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。如何設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)出一款成本可控、擁有自主產(chǎn)權(quán)且滿(mǎn)足用戶(hù)需求的敞篷軟頂系統(tǒng)，將是每一個(gè)想做敞篷汽車(chē)的車(chē)企面臨的難題。

本文采用六西格瑪設(shè)計(jì)（DFSS）方法論，按照IDDOV的流程[2]，進(jìn)行敞篷車(chē)軟頂系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)，既要滿(mǎn)足用戶(hù)的需求，也要掌握自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和實(shí)現(xiàn)低成本目標(biāo)。

2 項(xiàng)目設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)流程和方案

2.1 識(shí)別階段（I）

識(shí)別階段主要確定研究對(duì)象，以及確定目標(biāo)值。

2.1.1 確定研究對(duì)象

采用樹(shù)圖工具，確定研究對(duì)象（如圖1）。從整車(chē)開(kāi)始往下分解。由于該車(chē)型的軟頂系統(tǒng)為該市場(chǎng)的贏點(diǎn)和消費(fèi)者的興奮型需求，且為四新零件（新零件、新材料、新工藝、新供應(yīng)商），故將該項(xiàng)目的項(xiàng)目范圍確定在軟頂系統(tǒng)，包含篷布系統(tǒng)、多連桿系統(tǒng)、密封系統(tǒng)、內(nèi)飾裝飾系統(tǒng)、鎖系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以及控制傳感器系統(tǒng)等零件。

2.1.2 確定項(xiàng)目目標(biāo)

該項(xiàng)目目標(biāo)主要為降低零部件成本。

采用DCD（設(shè)計(jì)概念描述）和標(biāo)桿分析，確認(rèn)目標(biāo)值。按目前的概念方案，對(duì)零部件成本進(jìn)行工程分析，并對(duì)行業(yè)標(biāo)桿車(chē)進(jìn)行工程成本分析。將目前方案成本與行業(yè)對(duì)標(biāo)車(chē)成本進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)成本有很大的優(yōu)化空間。 將E敞篷車(chē)與標(biāo)桿成本均值差值A(chǔ)的50%再加上對(duì)標(biāo)車(chē)的均值，定義為降本目標(biāo)值（如圖2，目標(biāo)值=對(duì)標(biāo)均值+0.5A）。從圖2可以看出，降本目標(biāo)值為成本降低31%以上。

2.2 定義階段（D）

定義階段主要是用戶(hù)需求，并轉(zhuǎn)化為功能需求和關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)指標(biāo)。

2.2.1 確認(rèn)用戶(hù)需求

首先全面系統(tǒng)的收集客戶(hù)。分別從外部客戶(hù)、內(nèi)部客戶(hù)、政府制度三大方面把客戶(hù)進(jìn)行分類(lèi)。其中外部客戶(hù)主要指消費(fèi)者;內(nèi)部客戶(hù)主要包括產(chǎn)品工程師、采購(gòu)工程師、造型色彩工程師、制造工程師、售后工程師等。政府制度主要客戶(hù)包括政府法規(guī)要求。

接著收集不同類(lèi)型客戶(hù)的聲音。這三類(lèi)客戶(hù)中內(nèi)部客戶(hù)和政府制度類(lèi)最容易收集，內(nèi)部客戶(hù)采用技術(shù)接口單（ICD）和制造要求單（MR）等內(nèi)部流程方式收集;政府法規(guī)類(lèi)主要是滿(mǎn)足汽車(chē)行業(yè)相關(guān)法規(guī)即可;而消費(fèi)者的客戶(hù)聲音最難系統(tǒng)收集。為此，建立用戶(hù)場(chǎng)景體系，從購(gòu)車(chē)到車(chē)輛報(bào)廢全生命周期，從走近車(chē)輛、用車(chē)、停車(chē)、停放充電等全場(chǎng)景，從晴天到雨天、下雪天等全氣候，從洗車(chē)、改裝到維修等全服務(wù)場(chǎng)景等，進(jìn)行系統(tǒng)分析調(diào)研和收集用戶(hù)的聲音（如圖3）。

2.2.2 用戶(hù)需求轉(zhuǎn)化為功能定義

通過(guò)質(zhì)量屋工具，將用戶(hù)需求轉(zhuǎn)化為軟頂系統(tǒng)的功能。先在質(zhì)量屋的左墻寫(xiě)用戶(hù)需求并給重要度打分（按1、2、3、4、5分打分，分值越高重要度越高），再在天花板上對(duì)產(chǎn)品的功能進(jìn)行展開(kāi)，接著在房間按關(guān)聯(lián)度打分（1、3、5、7、9，分值越高關(guān)聯(lián)性越強(qiáng)），然后計(jì)算各功能特性的總得分并排序（功能得分計(jì)算方法，每項(xiàng)用戶(hù)需求重要度乘以關(guān)聯(lián)度，再將各項(xiàng)乘積相加求和），最后將在屋頂填寫(xiě)各功能的相關(guān)性。通過(guò)質(zhì)量屋可以得到，各功能的重要性排序（如圖4），并可得出，用戶(hù)關(guān)注的前五位功能為成本要求、耐久可靠性、感知質(zhì)量要求、防水性能和外觀造型，這五大功能為重點(diǎn)關(guān)注項(xiàng)。

2.2.3 將功能轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)

通過(guò)質(zhì)量屋工具，將用戶(hù)需求的系統(tǒng)功能轉(zhuǎn)化為軟頂系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)。先在質(zhì)量屋的左墻寫(xiě)系統(tǒng)并給重要度打分（按1、2、3、4、5分打分，功能排序按五檔進(jìn)行劃分，排在前20%檔位的功能重要度定義為5分，后序檔位依次定義為4、3、2、1分）。再在天花板上對(duì)系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行展開(kāi)，接著在房間按關(guān)聯(lián)度打分（1、3、5、7、9，分值越高關(guān)聯(lián)性越強(qiáng)），然后計(jì)算各參數(shù)的總得分并排序（功能得分計(jì)算方法，每項(xiàng)用戶(hù)需求重要度乘以關(guān)聯(lián)度，再將各項(xiàng)乘積相加求和），最后將在屋頂填寫(xiě)各功能的相關(guān)性。通過(guò)參數(shù)排序可以發(fā)現(xiàn)，用戶(hù)關(guān)注的前五位功能為工程成本、品質(zhì)質(zhì)量、整車(chē)評(píng)審得分（SUSA）、軟頂操作耐久和路試耐久，這五大功能為重點(diǎn)關(guān)注項(xiàng)（如圖5）。針對(duì)這5項(xiàng)重點(diǎn)關(guān)注項(xiàng)，制定不低于競(jìng)品車(chē)的技術(shù)指標(biāo)值。

2.3 開(kāi)發(fā)階段（D）

通過(guò)TRIZ的功能分析工具找出技術(shù)系統(tǒng)的改進(jìn)機(jī)會(huì)，通過(guò)成本分析找到技術(shù)系統(tǒng)的降本重點(diǎn)研究對(duì)象，根據(jù)這些改進(jìn)機(jī)會(huì)和研究對(duì)象生成概念方案。采用普氏工具分析，找到最優(yōu)的整體開(kāi)發(fā)技術(shù)方案。

2.3.1 組件分析

通過(guò)系統(tǒng)框圖分析，確定軟頂系統(tǒng)的具體研究對(duì)象和整個(gè)系統(tǒng)邊界[3]。先將多連桿系統(tǒng)、篷布系統(tǒng)、集水盒、后擋玻璃、線(xiàn)束、控制模塊、防滾架總成等定義為技術(shù)系統(tǒng)，為研究對(duì)象。然后將與軟頂系統(tǒng)有關(guān)聯(lián)的定義為超系統(tǒng)組件，如：車(chē)頂前端、頂蓋上飾板、頂蓋前橫梁、前橫梁密封條、A柱上飾板、側(cè)門(mén)玻璃、玻璃密封條、B柱接角、頂襯支架側(cè)飾板、B柱下飾板、地毯、后地板、左側(cè)圍、右側(cè)圍、陽(yáng)光、水、風(fēng)、冰雹、砂石、灰塵等（如圖6）。

2.3.2 相互作用分析

將找到的所有組件進(jìn)行相互作用分析，找到組件之間的相互關(guān)系。先所有組件按行和列分別列成表格，在行和列交叉的格子里面填寫(xiě)二者的關(guān)系，“+”代表二者之間有接觸、有相互作用，“-”代表二者之間無(wú)相互接觸、無(wú)相互作用（如圖7）。

2.3.3 功能分析

按照相互作用分析得出來(lái)的結(jié)果，針對(duì)標(biāo)”+”號(hào)的組件進(jìn)行功能分析。并將功能按有用-充分、有用-不足、有用-過(guò)度和有害功能進(jìn)行分類(lèi)，后三種功能為重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象。從功能分析可以發(fā)現(xiàn)，頂蓋前橫梁對(duì)鎖系統(tǒng)的定位功能為有用-不足功能，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與多連桿系統(tǒng)的移動(dòng)功能有用-不足功能，控制傳感器系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)傳遞電流（信號(hào)）功能與車(chē)身控制模塊與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)傳遞電流（信號(hào)）重復(fù)，為有用-過(guò)度功能（如圖8）。與這些不足和過(guò)度功能相關(guān)的零部件，即為重點(diǎn)研究對(duì)象：頂蓋前橫梁、鎖系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、多連桿系統(tǒng)、車(chē)身控制模塊和控制傳感器系統(tǒng)。

2.3.4 成本分析

按目前設(shè)計(jì)方案、項(xiàng)目規(guī)劃的總產(chǎn)量以及供應(yīng)鏈的初步報(bào)價(jià)，對(duì)軟頂系統(tǒng)的零件單車(chē)成本進(jìn)行分類(lèi)，并按百分比進(jìn)行排序。從圖9可看出占80%成本的類(lèi)別為知識(shí)產(chǎn)權(quán)費(fèi)、物料費(fèi)用和工裝模具費(fèi)，這類(lèi)成本為重點(diǎn)研究對(duì)象。

按零件的成本占比進(jìn)行排序。從圖10可以看出，多連桿系統(tǒng)、篷布系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的成本之和占比超過(guò)80%，也是重點(diǎn)研究對(duì)象。

2.3.5 生成概念方案

從功能分析和成本分析中確定研究對(duì)象，生成以降本為目標(biāo)的技術(shù)概念方案。根據(jù)2.3.3中的前頂前橫梁對(duì)鎖系統(tǒng)的定位功能不足問(wèn)題生成了方案1和方案2：分別通過(guò)更改鎖頭定位結(jié)構(gòu)和鎖扣形式，還增加容差能力，降低對(duì)制造和多連桿系統(tǒng)剛度的要求;通過(guò)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)多連桿系統(tǒng)移動(dòng)功能不足問(wèn)題，生成了方案3：更改多連桿運(yùn)動(dòng)受力位置，降低對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)負(fù)載壓力值，從而降低對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求;針對(duì)2.3.3中分析出來(lái)的控制傳感器系統(tǒng)和車(chē)身控制模塊對(duì)傳遞電流的功能過(guò)度問(wèn)題，生成了方案4：將控制系統(tǒng)的功能集成在車(chē)身控制模塊上，減少零部件從而降低成本;根據(jù)2.3.4成本分析確定的知識(shí)產(chǎn)權(quán)費(fèi)用占比大問(wèn)題，生成了方案5：自主設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)軟頂系統(tǒng)，分析研究專(zhuān)利并規(guī)避專(zhuān)利的開(kāi)發(fā)策略;針對(duì)物料成本問(wèn)題，生成了方案6：采用原材料替你策略，尋找各零部件材質(zhì)替換方案;針對(duì)工裝成本問(wèn)題，生產(chǎn)了方案7：工裝夾具按小批量壽命要求，尋找材質(zhì)替換文案 ;針對(duì)篷布系統(tǒng)成本問(wèn)題，采用國(guó)產(chǎn)化策略方案。各方案匯總?cè)鐖D11所示。

2.3.6 確認(rèn)最優(yōu)技術(shù)概念方案

對(duì)生成的概念方案進(jìn)行整理，可發(fā)現(xiàn)方案5和方案8為策略方案，其余為技術(shù)方案。由于方案5在成本類(lèi)別中為對(duì)成本的影響排在第一位，方案8在成本按零件排序中占比在80%以?xún)?nèi)，故首先選定。其余技術(shù)方案通過(guò)普氏分析工具進(jìn)行評(píng)價(jià)（如圖12）。將方案1作為基礎(chǔ)方案，其余方案作為被評(píng)價(jià)方案。將2.2.3識(shí)別出來(lái)的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)指標(biāo)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)各方案進(jìn)行比較評(píng)價(jià)。與基礎(chǔ)方案相同的標(biāo)示“S”，比基礎(chǔ)方案差的評(píng)價(jià)項(xiàng)標(biāo)示“-”，比基礎(chǔ)方案好的項(xiàng)目標(biāo)示“+”。從結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，各方案工程成本都有優(yōu)勢(shì)，但均有不同的缺點(diǎn)。這些標(biāo)“-”的缺點(diǎn)需要重點(diǎn)關(guān)注，詳細(xì)設(shè)計(jì)和DFMEA分析時(shí)要有對(duì)應(yīng)的對(duì)策。

最終，基于成本目標(biāo)考慮，這些概念方案生成了方案9（即：方案9=方案1+方案2+方案3+方案4+方案5+方案6+方案7+方案8）。

2.4 優(yōu)化階段（O）

對(duì)詳細(xì)的系統(tǒng)方案，進(jìn)行CAE分析，以驗(yàn)證技術(shù)方案是否滿(mǎn)足2.2.3識(shí)別出來(lái)的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)指標(biāo)。

最終驗(yàn)證，技術(shù)指標(biāo)均達(dá)標(biāo)，如圖13針對(duì)剛度的CAE分析結(jié)果。

2.5 驗(yàn)證階段（V）

在驗(yàn)證階段，主要工作是對(duì)OTS零件進(jìn)行生產(chǎn)驗(yàn)證、功能驗(yàn)證、可靠性驗(yàn)證以及整車(chē)的耐久道路測(cè)試，目前均已達(dá)標(biāo)。

最后，計(jì)算此軟頂系統(tǒng)的成本，與最初定義的目標(biāo)成本是否達(dá)標(biāo)。從圖14可知，實(shí)際成本值已低于目標(biāo)值，降低了37.5%，目標(biāo)（≥31%）達(dá)成。

3 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)敞篷車(chē)軟頂系統(tǒng)的降本問(wèn)題，首先運(yùn)用DFSS的用戶(hù)分析工具，系統(tǒng)的識(shí)別用戶(hù)需求并轉(zhuǎn)化功能需求和關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)。再用TRIZ工具的功能分析，系統(tǒng)的識(shí)別出軟頂系統(tǒng)中的降本機(jī)會(huì)，從而產(chǎn)生降本的概念方案。最后用關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用普氏分析工具，對(duì)降本概念方案進(jìn)行篩選，確認(rèn)最優(yōu)技術(shù)方案。運(yùn)用DFSS的方法論能系統(tǒng)的產(chǎn)生最優(yōu)成本技術(shù)方案，為行業(yè)內(nèi)敞篷汽車(chē)的開(kāi)發(fā)提供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]回玉梅.2012年汽車(chē)市場(chǎng)趨勢(shì)分析[J].市場(chǎng)研究，2012（05）：26-28.

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