6Sigma設計在汽車設計中的應用研究

夏金龍

（德州學院汽車工程學院，山東 德州 262200）

6Sigma設計在汽車設計中的應用研究

夏金龍

（德州學院汽車工程學院，山東 德州 262200）

隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，汽車設計制造企業(yè)之間的競爭也在逐漸加劇。所以，為吸引更多的顧客，汽車設計也開始注重顧客的需求。而6Sigma設計是以顧客需求為核心的設計方法，應用該方法進行汽車設計能夠滿足現(xiàn)代汽車的設計需求?；谶@種認識，本文對6Sigma設計及其在汽車設計中的應用問題展開了研究，從而為關注這一話題的人們提供參考。

6Sigma設計；汽車設計；應用

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.11.023

CLC NO.: U462 Document Code: A Article ID: 1671-7988（2016）11-64-03

引言

早在上世紀90年代，6Sigma設計就在電子行業(yè)得到了應用。直至21世紀，6Sigma設計的應用也為國外各大汽車公司帶來了一定的產(chǎn)品設計利潤。因此，在國內(nèi)汽車工業(yè)取得一定發(fā)展成果的基礎上，相關人員有必要對6Sigma設計在汽車設計中的應用問題展開研究，以便更好的促進國內(nèi)汽車設計的發(fā)展。

1、6Sigma設計方法概述

6Sigma設計被簡稱為DFSS，是一種以顧客需求為中心的設計方法，能夠在汽車設計中的得到應用。利用該方法，需要完成市場信息的收集，以便對顧客需求進行確認。在此基礎上，還要對產(chǎn)品關鍵質(zhì)量特性展開分析，以便為系統(tǒng)設計提供指導。由于該種設計注重過程，所以還需要實現(xiàn)關鍵過程特性的轉(zhuǎn)化，以確保過程輸出滿足設計要求。利用該方法，也能夠確定產(chǎn)品設計成本目標和質(zhì)量目標，并且能夠?qū)崿F(xiàn)設計過程的優(yōu)化[1]。此外，利用該方法對產(chǎn)品關鍵質(zhì)量特性進行考量，也能夠確保產(chǎn)品設計的可靠性。

2、6Sigma設計在汽車設計中的應用

2.1在客戶需求分析上的應用

在汽車設計中，顧客需求將利用關鍵質(zhì)量特性CTQ表征，過程能力要素則需利用關鍵過程特性CTP表征。為實現(xiàn)顧客需求量化，需要利用對CTQ范圍進行確定。為識別顧客的真正需求，還要建立CTQ矩陣（如下表1所示），以便通過確定CTQ排列次序為設計提供決策。而表中采取的示意填法，高H=9，中M=5，低L=1，空為0。值得注意的是，顧客需求需要被劃分成連續(xù)數(shù)據(jù)和離散數(shù)據(jù)。針對連續(xù)數(shù)據(jù)，可以直接利用上面的公式進行CTQ范圍的確定。如果是離散數(shù)據(jù)，還要按照正態(tài)分布進行每百萬缺陷率的反推，然后才能得到CTQ的范圍。

表1　CTQ矩陣

在對CTP能力進行優(yōu)化時，一個CTQ將與多個CTPx對應（如下圖1所示），使用的優(yōu)化方法有線性Gap法和非線性蒙特卡羅法。而DFSS的目標就是過程能力，需要完成關鍵過程CTP的設計優(yōu)化，從而完成滿足顧客需求的必要途徑的探索。

圖1　關鍵過程及過程能力的關系

2.2在產(chǎn)品創(chuàng)新上的應用

對于汽車企業(yè)來講，產(chǎn)品創(chuàng)新設計的動力來源于顧客需求。利用DFSS，則能夠圍繞顧客需求進行產(chǎn)品創(chuàng)新設計，從而滿足汽車企業(yè)的發(fā)展需求。具體來講，就是需要在汽車設計測量和分析階段對顧客需求進行層次分析，從而將汽車創(chuàng)新歸納為求解方案改進、方案重新選擇、專業(yè)領域創(chuàng)造發(fā)明和跨專業(yè)的創(chuàng)造發(fā)明。在分析顧客創(chuàng)新需求時，需要從已知的汽車結構和功能變量角度進行組合設計，從而實現(xiàn)新的結構和功能變量的生產(chǎn)。其次，還可以通過將已知結構變量轉(zhuǎn)變?yōu)樾伦兞炕蝾惐瘸鲂伦兞繉崿F(xiàn)創(chuàng)新需求的分析。此外，還可以通過實現(xiàn)結果變量突變和利用定性、偶然知識完成顧客創(chuàng)新需求的推測。在對顧客需求層次進行分析時，可以利用DFSS提供的TRIZ方法和其強調(diào)的機制創(chuàng)新及決策創(chuàng)新方法，以便從各個層面完成汽車設計創(chuàng)新，從而滿足顧客對產(chǎn)品的創(chuàng)新要求。就目前來看，DFSS管理提供的創(chuàng)新機制和決策是相互呼應的，包含績效管理方法、沖突管理方法、激勵機制、群體決策等。

2.3在可靠性設計上的應用

汽車設計需要擁有較高的可靠性，所以設計者需要將顧客對可靠性需求量化為可靠度和平均無故障工作時間MTBF值，從而實現(xiàn)汽車的可靠性設計。在設計的過程中，需要先對關鍵零部件的可靠性進行量化分析，然后使用失效模式影響分析和故障樹進行產(chǎn)品的失效預測，以確保產(chǎn)品設計能夠達到6Sigma設計要求。針對汽車上涉及法規(guī)和安全的零部件，除了進行相關性能要求的滿足，還要專門進行零部件可靠性的分析。針對與安全有關且不具有可修復性的零件，需要應用平均首次故障時間和失效率對零部件的可靠性進行分析。在對產(chǎn)品失效進行預測時，還要系統(tǒng)分析新產(chǎn)品的失效模式，以便及早發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的設計問題，并且采取相應的措施進行失效問題的預防和糾正，繼而使產(chǎn)品設計達到要求。根據(jù)系統(tǒng)復雜程度和使用環(huán)境，還要完成汽車系統(tǒng)可靠性預計和分配。

2.4在成本控制上的應用

在汽車設計階段，最終產(chǎn)品成本的80%將得到確定。根據(jù)通用汽車公司的載貨車變速器的數(shù)據(jù)可知，其制造成本的70%將由設計決定。而在汽車設計階段，合理進行設計的改進，則能夠?qū)崿F(xiàn)材料費、制造費和勞動費的有效節(jié)約。所以，還要使用6Sigma設計方法進行汽車成本的控制。而越早進行DFSS的使用，則能夠使汽車設計擁有更大的自由度，從而使成本控制貫穿于汽車設計制造的全過程。如下圖2所示，產(chǎn)品質(zhì)量成本與設計階段存在一定的關系，所以DFSS需要從設計之初制定質(zhì)量和成本目標，從而降低產(chǎn)品質(zhì)量成本。在DESS項目中，常用代用法和參數(shù)設計法實現(xiàn)汽車產(chǎn)品的低成本設計。具體來講，就是使用功能相同且成本較低的零部件進行原來部件的代替，從而降低汽車成本。根據(jù)GE公司的數(shù)據(jù)可知，其使用DFSS提供的代用法進行產(chǎn)品成本的降低，每年都能為企業(yè)帶來數(shù)億美元的利潤，所以DFSS法在GE公司得到了較好的推廣應用。使用參數(shù)設計法，則需要將成本當成是系統(tǒng)參數(shù)，然后通過優(yōu)化參數(shù)使汽車成本保持最優(yōu)[2]。在DFSS中，需要根據(jù)CTQ進行低成本控制目標的確定，然后進行相關過程的成本計算。值得注意的是，由于汽車設計在不同階段產(chǎn)生的信息具有不同的完整度，所以需要使用不同的方法完成成本估算。在汽車設計的初期，需要使用神經(jīng)網(wǎng)絡和參數(shù)化估算方法完成成本估算。在對汽車產(chǎn)品進行詳細設計時，需要使用手冊估算等更為細致的方法完成成本估算。此外，在進行估算方法選擇時，還要考慮產(chǎn)品生命周期、生產(chǎn)批量和產(chǎn)品類型等因素，以確保選擇的方法具有一定的靈活性，并且能夠?qū)崿F(xiàn)成本的準確估算。

圖2　質(zhì)量成本與設計階段的關系

2.5在設計流程優(yōu)化上的應用

想要確保汽車設計質(zhì)量，還要使用科學的設計流程。利用6Sigma設計，可以將汽車設計過程劃分成定義、測量、分析、設計和驗證這五個環(huán)節(jié)，然后逐一完成顧客需求確認、成本分析、工藝分析、性能分析和設計驗證等內(nèi)容。利用6Sigma設計，可以為各個設計環(huán)節(jié)提供大量的應用工具， 并且能夠從顧客需求角度出發(fā)完成汽車設計。為優(yōu)化汽車設計流程，還可以使用DFSS提供的關鍵線路發(fā)和計劃評審技術實現(xiàn)設計程序優(yōu)化。使用前一種方法，可以利用計算網(wǎng)絡和網(wǎng)絡圖進行汽車設計關鍵路線和步驟的確定，然后通過優(yōu)化和調(diào)整網(wǎng)絡獲得最短設計周期。在這一過程中，設計資源和成本也將被納入考慮，所以得到的項目計劃方案為綜合優(yōu)化方案[3]。利用后一種方法，則能夠利用計算機和軟件進行企業(yè)項目設計進度的確定，可以通過制定最優(yōu)的進度計劃獲得最佳效率。不同于關鍵線路法，使用項目評審技術可以對企業(yè)自身的特點進行考慮，所以能夠完成對汽車設計項目及子項目的系統(tǒng)分析和評價。就目前來看，許多大型汽車設計項目都是利用該技術和計算機軟件完成計劃進度的安排。

3、結論

總之，在汽車設計中應用6Sigma設計，能夠從顧客需求角度提高汽車設計質(zhì)量和效率，并且實現(xiàn)汽車的低成本設計，所以能夠滿足現(xiàn)代汽車的設計要求。因此，相信隨著相關工具和方法的發(fā)展，6Sigma設計將能在汽車設計中得到更好的運用。

[1]張博凡,王增強.Autoform Sigma模塊在汽車后蓋內(nèi)板模具調(diào)試中的應用[J].模具工業(yè),2014,07:40-42.

[2]朱正禮,杜建福,蘭志波.DFSS在新能源汽車電子產(chǎn)品開發(fā)中的應用[J].機械設計與制造,2012,02:253-255.

[3]吳瑋瑋.新能源汽車電子產(chǎn)品開發(fā)中DFSS設計方法的應用[J].陜西教育(高教版),2014,05:76+80.

The application of six sigma design in automobile design

Xia Jinlong
( Texas college of automotive engineering college, Shandong Dezhou 262200 )

with the development of automobile industry, car design and manufacture the competition between the enterprises are also increasing. So, to attract more customers, automobile design also began to pay attention to the needs of their customers. And six sigma design based on customer demand as the core, the design method of the application of the method to design cars can satisfy the design requirements of modern cars. Based on this understanding, in this paper, the six sigma design and its application in automobile design question for study, so as to provide reference for care about this topic.

six sigma design; Car design; application

u462 文獻表示碼：A

1671-7988（2016）11-64-03

夏金龍（1995-），男，就讀于德州學院汽車工程學院，專業(yè)交通運輸（汽車運用方向）。

指導教師：馬洪新（1968-），男，副教授，就職于德州學院，從事汽車制造、檢測技術的教學與科研工作。