六西格瑪案例：家庭型轎車后排頭部空間優(yōu)化設(shè)計

◆ 孔祥龍 趙 毅 徐佳奕 顧世茂 孫金霞/文

六西格瑪設(shè)計DFSS(IDDOV)是一種在低成本的情況下、致力于前期設(shè)計質(zhì)量的、閉環(huán)的（始于客戶需求、終于客戶滿意）、穩(wěn)健的、可以滿足客戶對產(chǎn)品質(zhì)量、性能期望的方法論。本項目應(yīng)用DFSS（IDDOV）的方法優(yōu)化設(shè)計下一代家庭型轎車后排頭部空間。

1 機會識別

機會識別階段的主要任務(wù)是確立有價值的項目機會、定義項目范圍、明確項目目標(biāo)、成立項目團隊、制定項目計劃。

1.1 選題背景

家庭型轎車已然成為汽車消費市場的主力軍，下一代家庭型轎車的開發(fā)具有非常重要的戰(zhàn)略意義。

我國家庭轎車的客戶以首次購車為主、注重經(jīng)濟實惠及品牌質(zhì)量，結(jié)合我國“4-2-1”家庭人員結(jié)構(gòu)特點，家庭轎車的客戶在選擇車輛時更加關(guān)注乘員的空間。因此研究家庭轎車的后排空間對于滿足客戶需求具有重要意義。

乘員頭部空間是評價乘員內(nèi)部空間尺寸最為重要的指標(biāo)之一，它直接影響客戶對車輛的空間感受。故本課題以后排頭部空間作為研究對象，研究滿足顧客對于后排頭部空間的需求。

1.2 項目范圍及技術(shù)難題

后排頭部空間尺寸影響因素復(fù)雜且各因素間存在矛盾，主要影響因素有：造型因素、空氣動力學(xué)因素、H點位置（乘坐舒適性）、離地間隙、座椅舒適性、頂襯及天窗結(jié)構(gòu)、成本、重量影響、安全要求、油箱結(jié)構(gòu)、車門結(jié)構(gòu)、振動噪聲要求、車身剛度要求等。

1.3 項目交付物

項目預(yù)期目標(biāo)是實現(xiàn)下一代家庭轎車后排乘員頭部空間滿意度達(dá)到4分，即乘員頭部空間感非常好，頭部活動完全自由、不受限制。

1.4 項目計劃

在項目策劃階段，項目負(fù)責(zé)人、教練及項目發(fā)起者共同制定了項目計劃(見表1)，并保證項目的各個階段順利進(jìn)行。

表1 項目實施計劃

2 定義要求

定義要求階段的主要任務(wù)是將內(nèi)部、外部客戶的需求轉(zhuǎn)換成可量化的工程指標(biāo)。

2.1 客戶呼聲

正確識別客戶、收集客戶真實的需求，對于建立一套滿足客戶需求的功能指標(biāo)至關(guān)重要，DFSS的精髓思想是用數(shù)據(jù)支持結(jié)論，如果項目開始定義錯了客戶對象或者誤將少部分客戶特殊的需求當(dāng)成工作的目標(biāo)，即使過程再嚴(yán)謹(jǐn)?shù)玫降慕Y(jié)論也是不可信的。

項目團隊首先將外部客戶定義成兩類：第一，潛在購車客戶；第二，已經(jīng)購買家庭轎車車主?？紤]我國地域、收入、路況、風(fēng)俗習(xí)慣、品牌認(rèn)知等差異，項目團隊把調(diào)研目的地有針對地選擇六個城市：一線城市上海，二線城市合肥、鄭州、昆明，三四線城市貴陽、晉中。從上千份反饋調(diào)研中，項目組獲得對于家庭轎車后排客戶的主要需求(見表2)。除了外部客戶的需求，公司內(nèi)部還有低風(fēng)阻、座椅舒適、靜音（振動噪聲要求）的要求，綜合上述內(nèi)容獲得客戶呼聲見表2。

2.2 卡諾模型

卡諾（Kano）模型定義了三種類型的客戶需求：理所應(yīng)當(dāng)質(zhì)量，魅力質(zhì)量，一元質(zhì)量。這為6西格瑪改進(jìn)提供了方向。如果是理所當(dāng)然質(zhì)量，就要保證基本質(zhì)量特性符合規(guī)格（標(biāo)準(zhǔn)），實現(xiàn)滿足顧客的基本要求，項目團隊?wèi)?yīng)集中在怎樣降低故障出現(xiàn)率上；如果是一元質(zhì)量，項目團隊關(guān)心的就不是符合不符合規(guī)格（標(biāo)準(zhǔn)）問題，而是怎樣提高規(guī)格（標(biāo)準(zhǔn)）本身，不斷提高質(zhì)量特性，促進(jìn)顧客滿意度的提升；如果是魅力質(zhì)量，則需要通過滿足顧客潛在需求，使產(chǎn)品或服務(wù)達(dá)到意想不到的新質(zhì)量。

應(yīng)用卡諾模型的重點是合理設(shè)計結(jié)構(gòu)型問卷調(diào)查表，卡諾問卷的目的不是收集客戶的呼聲，而是對于已知客戶的呼聲進(jìn)行深層次的挖掘，卡諾問卷通常分為正向問題、逆向問題及補充問題，這種問卷的結(jié)構(gòu)更容易獲得客戶真實的想法。為此項目組設(shè)計了專門的問卷。

表2 客戶呼聲

2.3 質(zhì)量功能展開（質(zhì)量屋）

卡諾模型對于客戶的呼聲有了定性的分析，接下來需要把客戶的需求轉(zhuǎn)化成可量化的工程指標(biāo)，項目團隊選取質(zhì)量屋(見圖1)進(jìn)行質(zhì)量功能展開。質(zhì)量屋中A房間客戶呼聲來源于客戶調(diào)研；質(zhì)量屋中B房間直接應(yīng)用外部客戶調(diào)研數(shù)據(jù)；質(zhì)量屋中C房間、D房間組織專家團隊為每個客戶呼聲識別2到4條可以量化的工程指標(biāo)，并且對于關(guān)系矩陣的每個單元作相關(guān)程度的判斷；質(zhì)量屋中E房間需要對B房間的車型進(jìn)行測量；質(zhì)量屋中F房間表達(dá)兩個工程指標(biāo)間的關(guān)系。

根據(jù)質(zhì)量屋(見圖2)得到影響客戶呼聲的關(guān)鍵參數(shù)為:H47-2（后排最小頭部間隙），H61-2（后排有效頭部空間），W27-2（后排側(cè)向頭部空間），H30-2（后排坐高）。

2.4 關(guān)鍵參數(shù)尺寸客戶損失函數(shù)的建立

質(zhì)量功能展開確立了關(guān)鍵參數(shù)，接下來需要定義關(guān)鍵參數(shù)H47-2、H61-2、W27-2、H30-2的客戶損失函數(shù)（及關(guān)鍵參數(shù)和客戶不滿意度之間的函數(shù)關(guān)系），以W27-2為例簡要介紹分析過程（其他參數(shù)定義省略）。

根據(jù)前期調(diào)研結(jié)果，得到W27-2的客戶滿意值符合均值μ=52mm、標(biāo)準(zhǔn)差σ=8.46mm的正態(tài)分布，由正態(tài)分布概率密度函數(shù)公式：

得到W27-2客戶可接受的概率密度函數(shù)，將概率密度函數(shù)積分，可以得到W27-2客戶不可接受的累積分布函數(shù)即客戶損失函數(shù)（參見圖3）：

3 概念開發(fā)

開發(fā)概念階段的主要任務(wù)是運用創(chuàng)造方法和工具基于量化的工程指標(biāo)和商務(wù)指標(biāo)確定產(chǎn)品的設(shè)計概念，設(shè)計概念的決定是工程設(shè)計的方向性問題，至關(guān)重要。

3.1 設(shè)計方案

首先要根據(jù)設(shè)計要求尋求解決方案，有很多工具可以幫助問題的思考，例如頭腦風(fēng)暴、二次逆向、想法箱、類推、Triz等。對于涉及面廣而雜的設(shè)計目標(biāo)來說，頭腦風(fēng)暴易操作執(zhí)行且有很強的實用價值。它能夠使團隊成員思維都得到最大限度的開拓，能有效激發(fā)靈感，使最終得到的方案充滿創(chuàng)意，不受傳統(tǒng)設(shè)計思路的限制。本項目由頭腦風(fēng)暴一共獲得26種可能的方案，由于頭腦風(fēng)暴的特點是發(fā)散、無限制，通過這種方法得到的方案多而雜，因此需要通過項目的邊界條件來剔除不滿足要求的方案。根據(jù)設(shè)計概念應(yīng)盡量涵蓋所有客戶需求的原則，本項目融合剩余方案建立了五個初始設(shè)計概念。

3.2 普氏概念選擇和設(shè)計概念再融合

普氏概念選擇法（普氏分析）是英國斯特萊斯克萊德大學(xué)Stuart Pugh博士提出的基于多維基準(zhǔn)的定量矩陣比較決策法。普氏分析應(yīng)用廣泛經(jīng)常被用于多種概念的排序定義，尤其在工程領(lǐng)域常被用于方案的決策。普氏分析矩陣分為等權(quán)重矩陣和不等權(quán)重矩陣。第一輪普氏分析常用于初始概念中優(yōu)略方案的分析，因此普氏分析通常要進(jìn)行兩輪或以上才能獲得最佳設(shè)計概念。本項目的普氏分析如下。

(1)普氏基準(zhǔn)

普氏基準(zhǔn)主要由定義要求階段得的工程指標(biāo)、以及項目邊界條件、造型、成本、開發(fā)周期、性能等組成。

圖3 客戶損失函數(shù)

——基本功能指標(biāo)：H47-2，H61-2，H30-2，W27-2，CD*A，NVH，Styling

——商業(yè)指標(biāo)：成本，時間，風(fēng)險及技術(shù)難度

（2）第一輪普氏分析

針對設(shè)計方案融合出的五個初始設(shè)計概念，進(jìn)行第一輪普氏分析。

根據(jù)第一輪普氏分析的結(jié)果，把五個初始設(shè)計概念進(jìn)行優(yōu)劣分析，分析每個設(shè)計概念的強項和弱項，保留每個設(shè)計概念中的強項，進(jìn)行混合概念設(shè)計，這樣的好處是能夠取長補短，去除所有弱項，得到比原來可能更好的方案。

（3）第二輪普氏分析

在確認(rèn)新的混合設(shè)計概念后，進(jìn)行第二輪普氏分析，充分驗證其優(yōu)越性。

從結(jié)果可以看出混合設(shè)計概念四剔除了大部分弱項在設(shè)計概念對比中勝出，因此將混合設(shè)計概念四作為最終確定方案。

4 優(yōu)化設(shè)計

優(yōu)化設(shè)計階段的主要任務(wù)是通過對已決定設(shè)計概念的子參數(shù)優(yōu)化來提高產(chǎn)品的性能和減少產(chǎn)品受干擾產(chǎn)生的變差，產(chǎn)品的性能和變差哪個方面更重要，需要由性能的特性決定。

4.1 優(yōu)化模型建立

根據(jù)質(zhì)量功能展開得到各個性能指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，建立系統(tǒng)參數(shù)圖，系統(tǒng)輸出：后排頭部空間綜合指數(shù)=[H61-2]×22%+[H30-2]×32%+[H47-2]×28%+[W27]×18%

表3 控制因子及水平

4.2 控制因子和水平

根據(jù)普氏分析選擇的混合設(shè)計概念四，選擇A、B、C、D四個控制因子（子參數(shù)），結(jié)合項目的邊界條件將各個控制因子分別設(shè)定三個水平（見表3）。

4.3 噪音因子策略

定義噪音的目的是評估系統(tǒng)的性能變差，以便對系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)健性設(shè)計。噪音一般分為三類：外部噪音，如溫度、載荷、濕度；內(nèi)部噪音，如磨損、老化等；制造噪音，零件之間的尺寸變化、材料屬性、表面光滑度等。本項目系統(tǒng)的噪音集成為兩個水平：N1=引起低響應(yīng)的水平；N2=引起高響應(yīng)的水平。

4.4 實驗設(shè)計

在本項目中共定義了四個控制因子，每個控制因子各有三個水平，因此選用L9（34）正交列表。計算得到不同噪音下的后排頭部空間綜合指數(shù)及各個實驗的信噪比（S/N）和均值（Mean）（見表4）。

4.5 優(yōu)化設(shè)計預(yù)測和確認(rèn)

基于S/N圖及Mean圖（見圖4，圖5），控制因子的最優(yōu)組合是：{A1,B3,C1，D1}。預(yù)測和確認(rèn)的結(jié)果信噪比及Mean值誤差均小于15%，結(jié)果可信。

表4 S/N和Mean值

5 驗證與確認(rèn)

驗證和確認(rèn)階段的主要任務(wù)是通過實物樣件驗證產(chǎn)品預(yù)期的結(jié)論。

本項目驗證結(jié)果：

原始設(shè)計在實物模型上驗證，客戶滿意度平均得分3.65。

DFSS項目結(jié)論在實物模型上驗證，客戶滿意度平均得分4.22，滿足預(yù)期目標(biāo)值。

（略）