基于正向設(shè)計的創(chuàng)新性評審方法及應(yīng)用研究

摘要：主要介紹了一種零部件創(chuàng)新性等級的點檢方法，以及根據(jù)創(chuàng)新性等級開展的快速設(shè)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(yōu)化總結(jié)，形成了一套完整的且在正向設(shè)計開發(fā)過程中基于零部件創(chuàng)新性程度的管控機(jī)制。該方法對新車型開發(fā)項目有著重要的應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新性；正向開發(fā)；設(shè)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(tǒng)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(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，創(chuàng)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(fā)中，設(shè)計評審和設(shè)計驗證是非常重要的環(huán)節(jié)，設(shè)計評審的主要目的是在設(shè)計開發(fā)早期識別潛在的缺陷，減少設(shè)計變更，以提升開發(fā)成功率，從而節(jié)省開發(fā)的人工成本和時間成本［1］。而創(chuàng)新性程度較高的產(chǎn)品，由于設(shè)計經(jīng)驗不足，在設(shè)計評審時對失效模式識別不充分，導(dǎo)致故障發(fā)生。國內(nèi)外的設(shè)計公司雖有相關(guān)的質(zhì)量工具及方法提升設(shè)計質(zhì)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(zhí)行效果不好。因此，在正向設(shè)計開發(fā)過程中，根據(jù)零件創(chuàng)程度，建立一套簡化可行的設(shè)計評審方法尤為重要。

2 創(chuàng)新性點檢技術(shù)路徑

為了能夠充分地識別零件的創(chuàng)新性程度，需要集合設(shè)計、品質(zhì)、試制、試驗、供應(yīng)商的力量對零部件進(jìn)行評分，評分主要從結(jié)構(gòu)、尺寸、重量、工藝、使用環(huán)境、相互組合等維度進(jìn)行，如果是電器類零件，除上述維度外，還需要進(jìn)行軟件和硬件維度的評分。首先，需要找到一個基礎(chǔ)零件?；A(chǔ)零件的選取尤為重要，需要有投產(chǎn)經(jīng)驗，在常規(guī)評審中經(jīng)常遇到有些案例評分偏低，究其原因是選擇的基礎(chǔ)零件市場驗證不充分，“以新比新”，相對而言創(chuàng)新程度沒有如實展示出來。為了更加準(zhǔn)確的打分，團(tuán)隊需要把握幾個要素：基礎(chǔ)件、設(shè)計規(guī)范的要求、新零部件的變更點/變化點。

在進(jìn)行創(chuàng)新性點檢前，需要項目團(tuán)隊成員充分理解該項工作的目的和意義，設(shè)計人員需要有主動識別創(chuàng)新性程度的意識，如涉及工藝和裝配的部門，設(shè)計人員需要主動召集試制、試驗、供應(yīng)商和生產(chǎn)單元的人員共同識別。只有這樣，才能最大限度地保證創(chuàng)新性評分的準(zhǔn)確性。按照創(chuàng)新性程度的不同，可以分為5個評分等級，對應(yīng)分?jǐn)?shù)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(shè)計標(biāo)準(zhǔn)范圍的設(shè)計（3分）。

d.本公司標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)的設(shè)計（2分）。

e.完全留用的設(shè)計（1分）。

創(chuàng)新性評價還需要考慮供應(yīng)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(yīng)商，這種情況也屬于“超出基準(zhǔn)范圍內(nèi)的設(shè)計”，供應(yīng)商的創(chuàng)新等級至少為3分，需要開展創(chuàng)新性評審。如果在第一輪開展創(chuàng)新性點檢時，供應(yīng)商已經(jīng)確定，那么，這一次評價時，就可以把供應(yīng)商維度的創(chuàng)新程度評價出來。如果在做創(chuàng)新性評價時供應(yīng)商還沒有確定，則在供應(yīng)商確定后，立即要進(jìn)行創(chuàng)新性的補(bǔ)充評價，復(fù)核供應(yīng)商維度的評分是否需要更新。這個環(huán)節(jié)就是要充分發(fā)揮設(shè)計和采購機(jī)能小組的能量，及時、充分地把供應(yīng)商維度的“新”評價出來。

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

創(chuàng)新性點檢一般采用的方法如表1所示。

日產(chǎn)從“技術(shù)”“結(jié)構(gòu)”“人”的角度分析創(chuàng)新性的零部件故障發(fā)生原因并做了公司內(nèi)部調(diào)查：

a.“因為沒有技術(shù)上的知識”，8.7%。

b.“因為沒有恰當(dāng)實施設(shè)計審查”，24.0%。

c.“信息傳達(dá)不恰當(dāng)”，7.6%。

d.“責(zé)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(shè)計審計”，38.0%。

也就是說，上述零部件發(fā)生故障的主要原因是設(shè)計審計不合適和設(shè)計審計本身沒有得到實施。事實上，為了實施設(shè)計審查，同時需要準(zhǔn)備大量的資料，同時需要相當(dāng)長的時間。因此，即使手法是有效的，但設(shè)計負(fù)責(zé)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(rèn)為不是很嚴(yán)重的問題。

3 創(chuàng)新性評審技術(shù)路徑

為了在開發(fā)過程中防患于未然，根據(jù)零部件的創(chuàng)新性評價結(jié)果分級開展DR（設(shè)計評審）。創(chuàng)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(shè)計評審，5分零件需要開展全過程設(shè)計評審（FMEA）。

快速設(shè)計評審可以看作是DFMEA過程與設(shè)計評審過程有效的結(jié)合［2］，大多數(shù)情況下，公司進(jìn)行DFMEA分析，只針對全新的系統(tǒng)或產(chǎn)品，但事實上真正全新的系統(tǒng)或產(chǎn)品是沒有的，多數(shù)設(shè)計都是在工程師運用現(xiàn)有的產(chǎn)品或技術(shù)基礎(chǔ)上的改進(jìn)，這就不需完整的FMEA活動，執(zhí)行快速設(shè)計評審進(jìn)行設(shè)計變更管理明顯高效。

目前企業(yè)的產(chǎn)品研發(fā)過程中需要應(yīng)用全過程設(shè)計評審與快速設(shè)計評審相結(jié)合的方法，對于全新的設(shè)計，并沒有設(shè)計指導(dǎo)或同類產(chǎn)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(chǔ)數(shù)據(jù)庫，進(jìn)一步實現(xiàn)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化，對于一些改型的產(chǎn)品，在新的設(shè)計指導(dǎo)或DFMEA數(shù)據(jù)庫的情況下，建議使用快速設(shè)計評審，二者組合形成標(biāo)準(zhǔn)化以指導(dǎo)新一代產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)。二者的關(guān)系見圖1（本文主要對快速設(shè)計評審進(jìn)行論述，F(xiàn)MEA不展開論述）。

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

a.促進(jìn)者（Pilot），是專業(yè)評審的組織者，負(fù)責(zé)項目評審的推進(jìn)，并負(fù)責(zé)知識積累。

b.專業(yè)級（Reviewer），負(fù)責(zé)創(chuàng)新性2分以下零件的專業(yè)評審，可參與各創(chuàng)新性分級的評審。

c.專家級（Expert），負(fù)責(zé)項目內(nèi)創(chuàng)新性3分以上零件的專業(yè)評審和跨專業(yè)維度評審，可參與各創(chuàng)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(yè)開發(fā)、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(fēng)險（變更、差異、界面等）進(jìn)行討論的習(xí)慣。

b.常站在客戶角度，考慮部件和故障模式（現(xiàn)象）與使用場景。

c.以鼓勵設(shè)計人員自己思考為目的進(jìn)行提問。

d.擴(kuò)展視點于設(shè)計人員沒有關(guān)注到的領(lǐng)域。

評審基于正確引導(dǎo)與共享信息的基調(diào)展開，用事實數(shù)據(jù)討論，現(xiàn)場盡量避免質(zhì)疑、主觀否定與打擊。

評審各階段及內(nèi)容如圖2所示。設(shè)計擔(dān)當(dāng)以設(shè)計基準(zhǔn)為基礎(chǔ)，整理變更點并找出由于變更引起的擔(dān)心事項和對策。專業(yè)主任工程師/經(jīng)理批準(zhǔn)“事前準(zhǔn)備”內(nèi)容后，由設(shè)計擔(dān)當(dāng)召集會議討論由于變更所引起的擔(dān)心事項及所需對策。快速設(shè)計評審工具中需要體現(xiàn)如下內(nèi)容：

a.零部件基本信息。

b.變更點和變更內(nèi)容。

c.創(chuàng)新評分分值以及創(chuàng)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(fā)生。

f.將對策落實到設(shè)計、制造、驗證階段，并形成閉環(huán)。

g.結(jié)果的確認(rèn)與改善。

需要明確的是，對于沒有快速設(shè)計評審經(jīng)驗的專業(yè)，首次開展該活動是無法做到一次成功的，需要在結(jié)果的確認(rèn)與改善環(huán)節(jié)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(shè)計評審。在以往開展的快速設(shè)計評審活動中，設(shè)計人員經(jīng)常陷入一個誤區(qū)，認(rèn)為通過了快速設(shè)計評審，相關(guān)的落實事項確認(rèn)結(jié)案，該工作就結(jié)束了。沒有通過市場問題的反饋，對快速設(shè)計評審活動進(jìn)行復(fù)盤，造成快速設(shè)計評審無法形成循環(huán)改善，工具的使用效果停滯不前。

設(shè)計擔(dān)當(dāng)召集評審會，與會人員追加由于變更引起的擔(dān)心事項及對策，評審后析出的擔(dān)心事項及對策計入快速設(shè)計評審文件。評審時無對策或?qū)Σ呶磳嵤⑿韬罄m(xù)在設(shè)計圖紙、試驗、制造階段落實的，需將對策按照設(shè)計、試驗、制造明確負(fù)責(zé)人和期限，記入快速設(shè)計評審文件。落實到設(shè)計階段的對策可能涉及：

a.修改設(shè)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(yīng)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(zhǔn)書的制修訂。

4 應(yīng)用及實施效果

4.1 基于正向設(shè)計的創(chuàng)新性評審在T17后橋設(shè)計開發(fā)中的應(yīng)用

T17后橋設(shè)計在原B19后橋基礎(chǔ)上創(chuàng)新性評級為1～2分的變更點為裝配接口改變，創(chuàng)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(jìn)行快速設(shè)計評審。

為了應(yīng)對法規(guī)，設(shè)計制動摩擦片增加磨損自動報警裝置，用于當(dāng)制動摩擦片磨損到規(guī)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(xiàn)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(guī)定厚度時沒有報警。

b.未磨損到規(guī)定厚度時出現(xiàn)報警。

c.線束斷裂出現(xiàn)報警。

磨損到規(guī)定厚度時沒有報警在如下情況下會發(fā)生：

a.磨損自動報警裝置設(shè)計不合理，摩擦片磨損到規(guī)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(zhì)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(guī)定厚度時出現(xiàn)報警在如下情況下會發(fā)生：

a.制造不良。

b.部品異常；裝配損傷。

c.因制動器熱化導(dǎo)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(fā)生：線束未捆扎，松擺導(dǎo)致線束斷裂。

將以上逐項分別由設(shè)計、試驗評價、制造進(jìn)行措施應(yīng)對，見表2。

自動報警裝置的設(shè)計方案確定為：

a.磨損自動報警裝置為單回路系統(tǒng)，當(dāng)線束磨損斷路時，回饋報警信號。

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

c.傳感器使用粘結(jié)劑固定。粘結(jié)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(zhì)；為了不在傳感器部發(fā)生拉伸力，在配線部設(shè)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(shè)置絕緣材料保護(hù)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(nèi)熄滅。

e.圖紙上規(guī)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(hù)套是比制動摩擦材料更明顯的容易磨損的材質(zhì)。配線也是銅，是比剎車摩擦材料更容易磨損的材質(zhì)。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(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行配線和干涉評價。

d.線束進(jìn)行30 N的拉力測試，結(jié)果不松脫、不斷線。

e.報警裝置進(jìn)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(dǎo)通正常。

自動報警裝置的制造應(yīng)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(jié)劑的確認(rèn)。

c.傳感器的安裝位置確認(rèn)。

d.在實際車輛安裝工程中夾子固定與否的確認(rèn)。

e.摩擦片供應(yīng)商100%進(jìn)行信號檢測，保證信號回路通暢。

f.前橋和后橋供應(yīng)商增加信號檢測設(shè)備，保證信號回路通暢。

g.對傳感器部是否忘了涂粘結(jié)劑的確認(rèn)；傳感器的安裝位置確認(rèn)。

h.在實際車輛安裝工程中夾子固定與否的確認(rèn)。

i.按圖紙線束捆扎要求執(zhí)行線束捆扎。

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

4.2 效果評價

4.2.1 產(chǎn)品品質(zhì)效果

在設(shè)計變更的開發(fā)過程中，對不應(yīng)用快速設(shè)計評審和應(yīng)用快速設(shè)計評審的兩種情況進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)快速設(shè)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(chuàng)新性評價≥3分的同類零件）。

以ZD系列項目市場品質(zhì)指標(biāo)（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(jié)約了巨大的市場維修服務(wù)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(lǐng)域處于較高水平。

4.2.2 項目質(zhì)量管控效果

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

本項目范圍內(nèi)的質(zhì)量技術(shù)研究成果，經(jīng)T17運用證實有效、可靠，該成果可普遍應(yīng)用于戰(zhàn)略性、適應(yīng)性和快速應(yīng)變性項目，顯著提升了公司產(chǎn)品質(zhì)量，增強(qiáng)了客戶滿意，提高了企業(yè)效益。

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

參考文獻(xiàn)：

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

作者簡介：

李冉，女，1988年生，主任設(shè)計師，研究方向為項目質(zhì)量工具及應(yīng)用。