車輛識(shí)別代號(hào)標(biāo)簽的工藝參數(shù)優(yōu)化及驗(yàn)證

王 毅

（泛亞汽車技術(shù)中心有限公司，上海 201201）

車輛識(shí)別代號(hào)標(biāo)簽是為了識(shí)別某一輛道路車輛，由車輛制造企業(yè)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(jìn)行標(biāo)示。該代號(hào)是每一輛汽車獨(dú)一無二的身份證號(hào)，對(duì)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(guān)于道路車輛識(shí)別代號(hào)標(biāo)簽的標(biāo)準(zhǔn)。在身份識(shí)別方面，車輛識(shí)別代號(hào)標(biāo)簽的穩(wěn)健性、有效性起著關(guān)鍵的決定性作用。車輛識(shí)別代號(hào)標(biāo)簽在套牌車、克隆車識(shí)別、準(zhǔn)確搜查、偽造證據(jù)收集方面有著重要作用[2-3]。

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

圖1 道路車輛識(shí)別代號(hào)標(biāo)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(jì)50年代所提出的一種用于尋找最佳參數(shù)組合致力于使設(shè)計(jì)的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、波動(dòng)性小的試驗(yàn)方法。該方法被廣泛應(yīng)用到機(jī)械制造、汽車制造、電子制造等行業(yè)[4]。首先，根據(jù)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(duì)涂膠克重、面材克重、熒光暗記等控制因子進(jìn)行試驗(yàn)研究，獲得防止標(biāo)簽失效的最穩(wěn)健比例組合。

1 穩(wěn)健性研究試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 粘貼系統(tǒng)分析

穩(wěn)健設(shè)計(jì)即為對(duì)零件的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化、對(duì)零件的輸出特性以試驗(yàn)或計(jì)算的方式加以評(píng)價(jià)，最終弱化對(duì)各種噪聲的反應(yīng)，從而獲得較為穩(wěn)定的零件性能。

優(yōu)化的對(duì)象為車輛識(shí)別代號(hào)標(biāo)簽粘貼系統(tǒng)，輸出特性即響應(yīng)為粘貼穩(wěn)健性，進(jìn)一步細(xì)分為粘接力、初粘力、內(nèi)聚力。

本系統(tǒng)中不存在信號(hào)輸入，屬于非動(dòng)態(tài)響應(yīng)，即參數(shù)圖中沒有信號(hào)，或者信號(hào)是固定值，且不是引起響應(yīng)的原因。非動(dòng)態(tài)響應(yīng)的信噪比[5]為

式中，S/N為信噪比；σ為系統(tǒng)變差。

由式（1）可以看出，當(dāng)一個(gè)產(chǎn)品的信噪比（S/N）越大，該產(chǎn)品越穩(wěn)健，產(chǎn)品受噪聲影響越小，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)越優(yōu)秀。雖然噪音因子對(duì)于系統(tǒng)的影響無法進(jìn)行規(guī)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(duì)產(chǎn)品性能的影響。此影響可通過識(shí)別確定車輛識(shí)別代號(hào)標(biāo)簽粘貼系統(tǒng)，標(biāo)簽表面存在氣泡、標(biāo)簽邊緣起翹、標(biāo)簽完全脫落的情況判定。

將式（1）帶入本系統(tǒng)進(jìn)行分析。噪聲是在設(shè)計(jì)過程、制造過程中始終存在、無法規(guī)避，必須引起重視并進(jìn)行考慮的因素，本系統(tǒng)的噪聲溫度、控制因子影響輸出響應(yīng)變差，在本系統(tǒng)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(shí)別代號(hào)標(biāo)簽粘貼系統(tǒng)參數(shù)圖，如圖2所示。車輛識(shí)別代號(hào)標(biāo)簽粘貼系統(tǒng)參數(shù)圖屬于非動(dòng)態(tài)響應(yīng)類別，該系統(tǒng)存在三個(gè)控制因子、一個(gè)噪聲因子。系統(tǒng)的響應(yīng)分別由粘接力、初粘力、內(nèi)聚力構(gòu)成，系統(tǒng)失效癥狀有三種模式，分別為起翹、氣泡、脫落。

圖2 車輛識(shí)別代號(hào)標(biāo)簽粘貼系統(tǒng)參數(shù)圖

1.2 設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)

在車輛識(shí)別代號(hào)標(biāo)簽粘貼系統(tǒng)中，僅有一個(gè)噪聲因子溫度，根據(jù)制造時(shí)的總裝溫度、后續(xù)整車的使用工況溫度，以及國家標(biāo)準(zhǔn)要求，采用兩種極端狀態(tài)和一種理想工況不同的控制因子變化水平，設(shè)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(shí)別代號(hào)標(biāo)簽粘貼系統(tǒng)中，確定控制因子策略就是確定控制因子的水平和對(duì)應(yīng)的數(shù)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(jù)以上分析，通過建立非動(dòng)態(tài)響應(yīng)系統(tǒng)參數(shù)圖，直觀可見系統(tǒng)中存在三個(gè)控制因子，皆為二水平，其中，一個(gè)噪聲因子，有三個(gè)水平，因此，一共有23×31共計(jì)24種可能，需要展開24次試驗(yàn)?zāi)M。由于試驗(yàn)周期長，需要進(jìn)行1600 h，為了降低試驗(yàn)成本，引入田口方法設(shè)計(jì)試驗(yàn)。首先根據(jù)因子的水平數(shù)找到對(duì)應(yīng)的選擇正交列表，然后根據(jù)因子的個(gè)數(shù)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(duì)三個(gè)控制因子，在每個(gè)噪聲因子環(huán)境下，共需要做12組試驗(yàn)。田口方法試驗(yàn)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(gè)控制因子各個(gè)水平值的數(shù)據(jù)表，按照試驗(yàn)序號(hào)開展試驗(yàn)并將對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行記錄，快速高效地獲得所需數(shù)據(jù)，較原先24組試驗(yàn)，通過田口方法僅需要進(jìn)行12組試驗(yàn)便可獲得對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，大大節(jié)省試驗(yàn)資源。

表4 田口方法試驗(yàn)因子控制表

1.3 試驗(yàn)過程

選取標(biāo)簽的粘結(jié)力即剝離力數(shù)值作為衡量車輛識(shí)別代號(hào)標(biāo)簽粘貼系統(tǒng)穩(wěn)健性的指標(biāo)，通過設(shè)計(jì)標(biāo)簽180°剝離強(qiáng)度試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)值測(cè)量，以下為標(biāo)簽的180°剝離強(qiáng)度試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集的方法。

1.3.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

制備寬為（25±1）mm，長為（200±1）mm的標(biāo)簽，為了不受標(biāo)簽本身易碎性帶來的影響，在標(biāo)簽表面復(fù)合上聚對(duì)苯二甲酸類塑料（Polyethylene Terephthalate, PET）單面膠帶以作牢固，選取標(biāo)簽實(shí)際粘貼表面作為測(cè)試板，將標(biāo)簽粘貼在測(cè)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(biāo)簽粘貼在測(cè)試板之前，需要用脫脂紗布和清潔劑清潔測(cè)試板表面。將標(biāo)簽粘貼在測(cè)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(gè)往復(fù)，確保在進(jìn)行試驗(yàn)之前標(biāo)簽粘貼完全，試驗(yàn)樣品應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境，即（23±2）℃、（50%±5%）RH條件下至少放置24 h，每個(gè)試驗(yàn)需要至少制作3個(gè)試驗(yàn)樣品。

1.3.2 試驗(yàn)方法

將標(biāo)簽的自由端對(duì)折使其二面重合，并從測(cè)試板上剝離（25±1）mm的標(biāo)簽，在拉力試驗(yàn)機(jī)的上夾持器上將標(biāo)簽的自由端夾住，將測(cè)試版夾在下夾持器上，并使剝離面與拉力試驗(yàn)機(jī)的載荷方向保持一致。拉力試驗(yàn)機(jī)以300 mm/min的剝離速度連續(xù)剝離標(biāo)簽，通過自動(dòng)記錄儀繪出剝離曲線，剝離曲線的前（20±1）mm的測(cè)量數(shù)值不計(jì)，記錄剝離曲線的（20±1）～（80±1）mm的測(cè)量數(shù)值。測(cè)試的結(jié)果為各組試驗(yàn)樣品通過該測(cè)試后的結(jié)果均值。圖3為180°剝離強(qiáng)度試驗(yàn)示意圖。

圖3 180°剝離強(qiáng)度試驗(yàn)示意圖

本項(xiàng)目使用的測(cè)量工具均為通過第三方專業(yè)機(jī)構(gòu)校驗(yàn)檢測(cè)，并在有效期內(nèi)進(jìn)行使用。表5為測(cè)試使用工具清單，圖4為測(cè)試工具照片。

表5 測(cè)試使用工具清單

圖4 測(cè)試工具照片

2 結(jié)果分析

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

按照表3田口方法試驗(yàn)因子控制表進(jìn)行180°剝離強(qiáng)度試驗(yàn)，記錄數(shù)據(jù)如表6所示。

表6 180°剝離強(qiáng)度試驗(yàn)測(cè)量值

2.2 結(jié)果分析

計(jì)算表6中180°剝離強(qiáng)度試驗(yàn)測(cè)量值的平均值，將數(shù)據(jù)結(jié)果使用Minitab軟件對(duì)田口設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行分析，圖5為信噪比主效應(yīng)圖。在三個(gè)因子的信噪比主效應(yīng)圖中可以看到，剝離力為望大特性，期望輸出的響應(yīng)值越大越好。同時(shí)，可以在均值主效應(yīng)圖（圖6）與標(biāo)準(zhǔn)差主效應(yīng)圖（圖7）中發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)因子對(duì)180°剝離強(qiáng)度試驗(yàn)權(quán)重為涂膠克重、面材克重和熒光暗記比列，其中涂膠克重權(quán)重最大為權(quán)重因子，且其最優(yōu)化組合為A2B1C2。

圖5 信噪比主效應(yīng)圖

圖6 均值主效應(yīng)圖

圖7 標(biāo)準(zhǔn)差主效應(yīng)圖

3 結(jié)果確認(rèn)

3.1 實(shí)驗(yàn)性能驗(yàn)證

在確認(rèn)階段，需要對(duì)標(biāo)簽性能開展對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行性能驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)性能驗(yàn)證由兩部分組成，分別為子系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和整車系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。

3.1.1 子系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

根據(jù)標(biāo)簽性能要求的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)[6]以及車輛識(shí)別代號(hào)標(biāo)簽的粘貼位置，確定車輛識(shí)別代號(hào)標(biāo)簽分類為A類發(fā)動(dòng)機(jī)艙標(biāo)簽、C類非暴露的外部標(biāo)簽、D類暴露的內(nèi)部標(biāo)簽、E類非暴露的內(nèi)部標(biāo)簽、F類發(fā)動(dòng)機(jī)/變速器標(biāo)簽。同時(shí)，該標(biāo)簽還需要滿足特殊用途標(biāo)簽的附加要求，即防篡改性能，通過將標(biāo)簽移除，檢驗(yàn)標(biāo)簽是否均應(yīng)發(fā)生斷裂無法被完整移除，或未發(fā)生斷裂但外觀發(fā)生明顯的改變，如出現(xiàn)裂紋、變形情況，導(dǎo)致標(biāo)簽標(biāo)識(shí)的信息無法被完整識(shí)別。

對(duì)車輛識(shí)別代號(hào)標(biāo)簽實(shí)驗(yàn)測(cè)試[6]，測(cè)試樣品均為進(jìn)行激光打印后的最優(yōu)方案A2B1C2標(biāo)簽，測(cè)試板均為實(shí)際粘貼表面，每項(xiàng)測(cè)試項(xiàng)目測(cè)試樣品數(shù)量定義為3個(gè)，表7為標(biāo)簽性能標(biāo)準(zhǔn)與測(cè)試方法的對(duì)應(yīng)表，圖8為試驗(yàn)序號(hào)1耐磨損試驗(yàn)的測(cè)試照片。其測(cè)試方法為1）測(cè)試準(zhǔn)備：將車輛識(shí)別代號(hào)標(biāo)簽由總裝激光打刻機(jī)進(jìn)行打印后，按照Taber紙板基材的尺寸進(jìn)行裁剪后粘貼。2）測(cè)試條件：砂輪型號(hào)為CS-10、負(fù)重總質(zhì)量為500 g、轉(zhuǎn)數(shù)為200進(jìn)行試驗(yàn)。測(cè)試結(jié)果按照《道路車輛標(biāo)牌和標(biāo)簽》（GB/T 25978—2018）第4.3.2節(jié)進(jìn)行評(píng)估，可見測(cè)試后標(biāo)簽外觀存在可視光澤變化，標(biāo)簽上的信息應(yīng)清晰且易于識(shí)別，符合性能標(biāo)準(zhǔn)。

表7 標(biāo)簽性能標(biāo)準(zhǔn)與測(cè)試方法對(duì)應(yīng)表

圖8 耐磨損試驗(yàn)的測(cè)試照片

所以根據(jù)測(cè)試前后對(duì)比照片進(jìn)行判斷，測(cè)試結(jié)論為合格。

通過對(duì)48個(gè)樣品進(jìn)行16項(xiàng)試驗(yàn)，并記錄試驗(yàn)結(jié)果，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)的性能標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判斷后出具測(cè)試總報(bào)告，如表8所示，全新開發(fā)的車輛識(shí)別代號(hào)標(biāo)簽測(cè)試總報(bào)告中可見測(cè)試結(jié)果均為合格，該標(biāo)簽符合《道路車輛標(biāo)牌和標(biāo)簽》（GB/T 25978—2018）中一般性能以及特殊性能的要求，通過子系統(tǒng)試驗(yàn)。

表8 測(cè)試總報(bào)告

3.1.2 整車系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)分別對(duì)樣本在整車上進(jìn)行冬季路況和夏季路況模擬測(cè)試，分別對(duì)應(yīng)測(cè)試樣車數(shù)量為3輛、每輛車測(cè)試標(biāo)簽粘貼的位置、每個(gè)位置對(duì)應(yīng)的樣件數(shù)量為3，試驗(yàn)工程師進(jìn)行試驗(yàn)前檢查并記錄樣件狀態(tài)，實(shí)施開展整車路試任務(wù)，在完成冬季試驗(yàn)以及夏季試驗(yàn)后，對(duì)樣車各個(gè)位置的樣件 進(jìn)行試驗(yàn)后檢查，檢查項(xiàng)為1）標(biāo)簽標(biāo)識(shí)內(nèi)容清晰可見；2）標(biāo)簽無氣泡；3）標(biāo)簽邊緣無起翹；4）標(biāo)簽無脫落現(xiàn)象；5）標(biāo)簽不可被完整移除。根據(jù)檢查結(jié)果記錄表9可知全新開發(fā)的車輛識(shí)別代號(hào)標(biāo)簽通過整車系統(tǒng)的測(cè)試，并且其性能表現(xiàn)良好，十分穩(wěn)健。

表9 整車系統(tǒng)測(cè)試記錄表

3.2 整車裝配驗(yàn)證

在全新車輛識(shí)別代號(hào)標(biāo)簽通過子系統(tǒng)試驗(yàn)以及整車耐久試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)開展進(jìn)一步整車裝配驗(yàn)證工作，上海某總裝工廠在某新車型爬坡試生產(chǎn)階段，進(jìn)行車輛識(shí)別代號(hào)標(biāo)簽的試生產(chǎn)，共生產(chǎn)296張，分別在兩個(gè)班次進(jìn)行生產(chǎn)，按照標(biāo)簽打印工位進(jìn)行記錄不合格數(shù)量，并匯總?cè)绫?0所示。從表中可以看到B班共試生產(chǎn)100臺(tái)車，其中在T1工位、C2工位、T5工位，分別產(chǎn)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(chǎn)196臺(tái)車，在T1工位、C2工位、T5工位、C1工位共產(chǎn)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(shí)別標(biāo)簽一次合格率

通過調(diào)取歷史數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，2018年上半年，A企業(yè)車輛識(shí)別代號(hào)標(biāo)簽一次合格率的統(tǒng)計(jì)，如下表11所示。對(duì)其進(jìn)行分析，可以得出以下結(jié)論，A企業(yè)2018年上半年車輛識(shí)別代號(hào)標(biāo)簽總共生產(chǎn)數(shù)量為853107張，其中一次合格數(shù)量為792591張，不合格的數(shù)量為60516張，進(jìn)行計(jì)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(biāo)過高。

表11 2018年上半年車輛識(shí)別代號(hào)標(biāo)簽一次合格率

通過工藝參數(shù)的優(yōu)化，通過降低了車輛識(shí)別 標(biāo)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(shí)別代號(hào)標(biāo)簽的質(zhì)量成本，提高了車輛識(shí)別標(biāo)簽裝配的一次合格率，從源頭遏制了不合格品的返工。

4 結(jié)論

整車驗(yàn)證結(jié)束后，對(duì)此項(xiàng)目進(jìn)行總結(jié)，并將此成果在橫向項(xiàng)目上進(jìn)行推廣。綜合驗(yàn)證子系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、整車實(shí)驗(yàn)以及整車裝配驗(yàn)證的結(jié)果來看，全新開發(fā)的車輛識(shí)別代號(hào)標(biāo)簽滿足國家標(biāo)準(zhǔn)，符合整車實(shí)際工況的性能要求，在試生產(chǎn)環(huán)節(jié)整車一次合格率高達(dá)98.31%，使用全新設(shè)計(jì)的標(biāo)簽進(jìn)行裝配大大提高了一次合格率，降低了標(biāo)簽的不合格率，解決了生產(chǎn)效率低、零件返工率高、返工成本高的問題，提升了標(biāo)簽的一次合格率，一方面節(jié)省檢查掃描、記錄不合格品的時(shí)間，另外一方面節(jié)省查詢、返工、復(fù)檢的時(shí)間，降低返工的頻次，提高生產(chǎn)線的下線效率及生產(chǎn)節(jié)拍，降低了車輛識(shí)別標(biāo)簽的裝配不合格率。在設(shè)計(jì)前期提高產(chǎn)品相關(guān)性能，做好性能各方面的試驗(yàn)測(cè)試，進(jìn)行提前干預(yù)，有效地減少質(zhì)量成本的發(fā)生。

通過田口方法，采用Minitab分析設(shè)計(jì)并通過實(shí)驗(yàn)找到最佳選擇方案，最終完成全新車輛識(shí)別代號(hào)標(biāo)簽產(chǎn)品設(shè)計(jì)，滿足產(chǎn)品預(yù)期需求，從而降低現(xiàn)場制造的不合格率、返工率，為后續(xù)統(tǒng)一粘貼位置的后續(xù)策略打下基礎(chǔ)。該標(biāo)簽的開發(fā)依托于最常用的被粘貼物材料鈑金、鑄鋁進(jìn)行開發(fā)， 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(nèi)部客戶項(xiàng)目管理和現(xiàn)場制造團(tuán)隊(duì)的需求，便于后續(xù)設(shè)計(jì)平臺(tái)化共用設(shè)計(jì)的展開，沿用策略的橫向推廣，一定程度上減少開發(fā)和驗(yàn)證的成本。該成功案例對(duì)標(biāo)簽的設(shè)計(jì)開發(fā)工作有著指導(dǎo)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。