幸健華， 張獻(xiàn)洋， 張靜濤， 盧生林

(奇瑞汽車(chē)股份有限公司，蕪湖 241006)

基于DFSS的汽車(chē)NVH開(kāi)發(fā)流程研究

幸健華， 張獻(xiàn)洋， 張靜濤， 盧生林

(奇瑞汽車(chē)股份有限公司，蕪湖 241006)

傳統(tǒng)的汽車(chē)NVH開(kāi)發(fā)流程是基于系統(tǒng)工程理論展開(kāi)的.但是，汽車(chē)NVH性能表現(xiàn)不僅取決于設(shè)計(jì)，同時(shí)也受工藝、過(guò)程質(zhì)量控制等因素的影響.基于六西格瑪設(shè)計(jì)理論，系統(tǒng)地梳理了汽車(chē)NVH開(kāi)發(fā)流程.借鑒于六西格瑪設(shè)計(jì)理論的IDDOV流程，對(duì)傳統(tǒng)的汽車(chē)NVH性能“V”型開(kāi)發(fā)流程進(jìn)行了優(yōu)化，導(dǎo)入了六西格瑪設(shè)計(jì)理論的主要技術(shù)方法，如基于質(zhì)量功能展開(kāi)的市場(chǎng)需求分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、穩(wěn)定性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)、面向X的設(shè)計(jì)等，最終建立了全新的融合六西格瑪設(shè)計(jì)理論、系統(tǒng)工程理論的汽車(chē)NVH性能開(kāi)發(fā)流程，較好地滿(mǎn)足了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的實(shí)際需求.

開(kāi)發(fā)流程；汽車(chē)；NVH；六西格瑪設(shè)計(jì)；IDDOV流程

NVH即噪聲(Noise)、振動(dòng)(Vibration)、聲振粗糙度(Harshness)3個(gè)英文單詞首字母的縮寫(xiě)[1].其中，聲振粗糙度是指噪聲和振動(dòng)的品質(zhì)，描述了人體對(duì)振動(dòng)和噪聲的主觀感覺(jué)，不能直接用客觀測(cè)試的方法來(lái)度量[2].在汽車(chē)行業(yè)用NVH指代汽車(chē)的噪聲與振動(dòng)特性.更為通俗地理解，NVH是衡量汽車(chē)質(zhì)量的一種綜合特性，就是在噪聲與振動(dòng)的作用下，消費(fèi)者對(duì)于車(chē)輛舒適性的直觀感受[3].

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展轉(zhuǎn)型的深入推進(jìn)，國(guó)內(nèi)汽車(chē)行業(yè)也從單純的數(shù)量增長(zhǎng)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槠焚|(zhì)增長(zhǎng).汽車(chē)消費(fèi)市場(chǎng)也愈發(fā)成熟，消費(fèi)者對(duì)于車(chē)輛的性能尤其是NVH性能愈發(fā)敏感.汽車(chē)的NVH性能表現(xiàn)已不單單影響車(chē)輛的品質(zhì)感，更深度影響企業(yè)在市場(chǎng)上的口碑和發(fā)展，各大主機(jī)廠也加大了對(duì)汽車(chē)NVH性能開(kāi)發(fā)的投入.

汽車(chē)NVH性能的開(kāi)發(fā)涉及汽車(chē)上多個(gè)系統(tǒng)和零部件.由于各個(gè)系統(tǒng)和零部件之間耦合方式的影響，即使在各個(gè)系統(tǒng)或零部件本身的技術(shù)指標(biāo)滿(mǎn)足單個(gè)系統(tǒng)或零部件NVH性能要求的情況下，整車(chē)NVH性能表現(xiàn)也可能達(dá)不到相應(yīng)的要求.此外，汽車(chē)NVH性能表現(xiàn)不僅取決于設(shè)計(jì)，同時(shí)也受工藝、過(guò)程質(zhì)量控制等因素的影響.因此，有必要系統(tǒng)性地對(duì)汽車(chē)NVH性能開(kāi)發(fā)流程進(jìn)行梳理研究[4].

從正向開(kāi)發(fā)的角度出發(fā)，典型的汽車(chē)NVH開(kāi)發(fā)流程是基于系統(tǒng)工程展開(kāi)的“V”型開(kāi)發(fā)流程.Thomas E. Austin論述了系統(tǒng)工程在汽車(chē)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的應(yīng)用[5].在龐劍等提出的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程圖的基礎(chǔ)上，范習(xí)民等提出了基于系統(tǒng)工程原理的汽車(chē)NVH正向開(kāi)發(fā)流程，主要有以下幾個(gè)步驟：客戶(hù)需求調(diào)研、定義用戶(hù)需求，競(jìng)品NVH性能測(cè)試、總結(jié)優(yōu)化對(duì)象，確定整車(chē)優(yōu)化目標(biāo)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行建模與優(yōu)化，制作虛擬模型車(chē)，樣車(chē)的試驗(yàn)與調(diào)整[6].

文中基于對(duì)DFSS(Design For Six Sigma，六西格瑪設(shè)計(jì))理論及汽車(chē)NVH性能“V”型開(kāi)發(fā)流程的研究，將DFSS理論導(dǎo)入傳統(tǒng)的汽車(chē)NVH性能“V”型開(kāi)發(fā)流程，從而優(yōu)化了已有的汽車(chē)NVH性能開(kāi)發(fā)流程，提高了汽車(chē)NVH性能表現(xiàn)水平.

1 DFSS(Design For Six Sigma)理論

DFSS(Design For Six Sigma)即六西格瑪設(shè)計(jì)，是指遵循合理的流程，運(yùn)用科學(xué)的方法準(zhǔn)確理解和把握消費(fèi)者需求，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行穩(wěn)健設(shè)計(jì)，使產(chǎn)品在低成本下實(shí)現(xiàn)六西格瑪質(zhì)量水平，同時(shí)，使產(chǎn)品本身具有抗干擾能力，即使環(huán)境惡劣或操作不當(dāng)，產(chǎn)品仍然滿(mǎn)足消費(fèi)者的需求[7].

DFSS有許多應(yīng)用于不同環(huán)境下的設(shè)計(jì)流程，主要包含以下幾種：①DMADV流程，即界定(define)、測(cè)量(measure)、分析(analyze)、設(shè)計(jì)(design)、驗(yàn)證(verify)；②DMEDI流程，即界定(define)、測(cè)量(measure)、探索(explore)、研發(fā)(develop)、實(shí)現(xiàn)(implement)；③IDDOV流程，即識(shí)別(identify)、界定(define)、研發(fā)(develop)、優(yōu)化(optimize)、驗(yàn)證(verify)；④ICOV流程，即識(shí)別(identify)、特性實(shí)現(xiàn)(characterize)、優(yōu)化(optimize)、驗(yàn)證(verify).

2 汽車(chē)NVH性能開(kāi)發(fā)流程研究

2.1 汽車(chē)NVH性能“V”型開(kāi)發(fā)流程

已有的汽車(chē)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程主要是基于系統(tǒng)工程理論逐步發(fā)展而來(lái)的，系統(tǒng)工程的第一步是針對(duì)用戶(hù)需求制定總體目標(biāo)，第二步是把整體技術(shù)目標(biāo)分解到各個(gè)系統(tǒng)，第三步是進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)與驗(yàn)證，包括零部件、子系統(tǒng)、系統(tǒng)的驗(yàn)證.傳統(tǒng)的汽車(chē)NVH性能開(kāi)發(fā)流程也主要基于系統(tǒng)工程理論展開(kāi)，呈現(xiàn)出“V”型的特點(diǎn)(如圖1所示).其基本思路為：在“V”型的左邊，從設(shè)定整車(chē)NVH性能目標(biāo)出發(fā)，一步一步地將技術(shù)要求分解到系統(tǒng)、零部件；同時(shí)，在“V”型的右邊，從零部件、系統(tǒng)、整車(chē)進(jìn)行逐層的驗(yàn)證，最終，經(jīng)過(guò)集成到整車(chē)的驗(yàn)證與優(yōu)化，達(dá)成整車(chē)NVH性能目標(biāo)[8].

圖1 “V”型開(kāi)發(fā)流程

2.2 基于DFSS的汽車(chē)NVH開(kāi)發(fā)流程

汽車(chē)NVH性能水平不僅關(guān)系到汽車(chē)的品質(zhì)感，更直接影響消費(fèi)者的感受.考慮到汽車(chē)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)固有特點(diǎn)以及NVH性能影響因素，本文選擇借鑒DFSS理論的IDDOV流程并將優(yōu)化(optimize)、驗(yàn)證(verify)階段改為設(shè)計(jì)優(yōu)化(design & optimize)、驗(yàn)證實(shí)施(verify & implement)階段，導(dǎo)入優(yōu)化已有的汽車(chē)NVH性能“V”型開(kāi)發(fā)流程(如圖2所示)，總體上分為識(shí)別機(jī)會(huì)(identify)、定義要求(define requirements)、概念開(kāi)發(fā)(concept develop)、設(shè)計(jì)優(yōu)化(design & optimize)、驗(yàn)證實(shí)施(verify & implement)5個(gè)階段.

圖2 基于DFSS的汽車(chē)NVH開(kāi)發(fā)流程

2.2.1 識(shí)別機(jī)會(huì)

識(shí)別機(jī)會(huì)階段主要使用的技術(shù)方法有卡諾分析、風(fēng)險(xiǎn)分析、德?tīng)柗品?、Benchmark分析，主要任務(wù)是進(jìn)行市場(chǎng)研究，識(shí)別消費(fèi)者需求，確定產(chǎn)品定位，確定整車(chē)NVH開(kāi)發(fā)任務(wù)書(shū).

識(shí)別機(jī)會(huì)階段的主要目的是通過(guò)市場(chǎng)研究識(shí)別出消費(fèi)者的需求，鎖定產(chǎn)品細(xì)分市場(chǎng)，確定產(chǎn)品的市場(chǎng)定位，并通過(guò)Benchmark分析等手段對(duì)公司產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)車(chē)型的技術(shù)水平進(jìn)行主客觀對(duì)標(biāo)分析，最終確定相應(yīng)的針對(duì)細(xì)分市場(chǎng)人群的產(chǎn)品的整車(chē)NVH開(kāi)發(fā)任務(wù)書(shū).

在這一階段中，最終的輸出物是競(jìng)爭(zhēng)車(chē)型NVH性能分析報(bào)告、整車(chē)NVH性能開(kāi)發(fā)任務(wù)書(shū).

2.2.2 定義要求

定義要求階段主要使用的技術(shù)方法有QFD(Quality Function Deployment，質(zhì)量功能展開(kāi))分析、FMEA分析(Failure Mode and Effects Analysis，失效模式及效果分析)，主要任務(wù)是對(duì)消費(fèi)者需求進(jìn)行QFD分析，確定整車(chē)性能目標(biāo)、初版整車(chē)DVP(Design Verification Plan，設(shè)計(jì)驗(yàn)證計(jì)劃)、初版系統(tǒng)DVP、關(guān)鍵工藝要求、關(guān)鍵過(guò)程質(zhì)量控制要求.

在定義要求階段，首要開(kāi)展的就是將識(shí)別機(jī)會(huì)階段輸出的整車(chē)NVH性能開(kāi)發(fā)任務(wù)書(shū)確定的消費(fèi)者需求進(jìn)行QFD分析[9]，展開(kāi)為整車(chē)性能目標(biāo)、關(guān)鍵工藝要求、關(guān)鍵過(guò)程質(zhì)量控制要求，并結(jié)合FMEA分析確定初版的整車(chē)DVP、系統(tǒng)DVP.通過(guò)建立汽車(chē)NVH開(kāi)發(fā)一級(jí)質(zhì)量屋(如圖3所示)，確定幾項(xiàng)關(guān)鍵工程措施：系統(tǒng)組件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)耦合設(shè)計(jì)、過(guò)程質(zhì)量控制.

定義要求階段最終的輸出物是整車(chē)性能目標(biāo)、初版整車(chē)DVP、關(guān)鍵工藝要求、關(guān)鍵過(guò)程質(zhì)量控制要求.

圖3 汽車(chē)NVH開(kāi)發(fā)一級(jí)質(zhì)量屋

2.2.3 概念開(kāi)發(fā)

概念開(kāi)發(fā)階段主要使用的技術(shù)手段有CAE分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)臺(tái)架驗(yàn)證、FMEA分析，主要任務(wù)是對(duì)整車(chē)NVH性能目標(biāo)進(jìn)行分解，關(guān)鍵工藝要求、關(guān)鍵過(guò)程質(zhì)量控制要求細(xì)化，更新并凍結(jié)整車(chē)DVP，確定初版關(guān)鍵系統(tǒng)DVP，Mule Car試制交付.

在概念開(kāi)發(fā)階段，需要將定義要求階段確定的整車(chē)NVH性能目標(biāo)分解為系統(tǒng)、零部件NVH性能目標(biāo)[10]，將上一階段確定的關(guān)鍵工藝要求、關(guān)鍵過(guò)程質(zhì)量控制要求落實(shí)到工藝設(shè)計(jì)方案及過(guò)程質(zhì)量控制方案中，同時(shí)，根據(jù)項(xiàng)目最終的開(kāi)發(fā)范圍和進(jìn)度更新并凍結(jié)整車(chē)DVP，根據(jù)相應(yīng)的FMEA分析選定影響NVH性能的關(guān)鍵系統(tǒng)和零部件，并更新凍結(jié)系統(tǒng)DVP(由于存在很多系統(tǒng)和零部件直接從相關(guān)供應(yīng)商采購(gòu)的情況，相應(yīng)的系統(tǒng)和零部件的DVP應(yīng)落實(shí)到供應(yīng)商的技術(shù)協(xié)議中)，Mule Car試制交付并在Mule Car上進(jìn)行結(jié)構(gòu)化分析驗(yàn)證.

在這一階段中，最終的輸出物有系統(tǒng)NVH性能目標(biāo)、零部件NVH性能目標(biāo)、NVH性能目標(biāo)可行性分析報(bào)告、工藝設(shè)計(jì)方案、過(guò)程質(zhì)量控制方案、凍結(jié)版整車(chē)DVP、初版系統(tǒng)DVP、Mule Car驗(yàn)證報(bào)告.

2.2.4 設(shè)計(jì)優(yōu)化

設(shè)計(jì)優(yōu)化階段使用的技術(shù)方法有CAD/CAM/CAE技術(shù)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、參數(shù)設(shè)計(jì)、容差設(shè)計(jì)、DOE分析、DFX(Design For X，面向X的設(shè)計(jì))，主要任務(wù)是進(jìn)行系統(tǒng)和零部件的設(shè)計(jì)優(yōu)化，工藝設(shè)計(jì)方案、過(guò)程質(zhì)量控制方案細(xì)化設(shè)計(jì)，關(guān)鍵零部件的單件驗(yàn)證，關(guān)鍵系統(tǒng)的系統(tǒng)集成驗(yàn)證，PT樣車(chē)的試制交付和驗(yàn)證.

設(shè)計(jì)優(yōu)化階段是整車(chē)NVH性能開(kāi)發(fā)流程中承上啟下、至關(guān)重要的一個(gè)階段.需要將上一階段分解的系統(tǒng)、零部件NVH性能目標(biāo)落實(shí)到設(shè)計(jì)過(guò)程中并進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)工藝設(shè)計(jì)方案、過(guò)程質(zhì)量控制方案進(jìn)行細(xì)化設(shè)計(jì)，對(duì)關(guān)鍵零部件進(jìn)行單件驗(yàn)證(考慮到大多數(shù)零部件可能采購(gòu)自供應(yīng)商，故應(yīng)要求供應(yīng)商對(duì)相應(yīng)零部件進(jìn)行單件試驗(yàn)或委托第三方試驗(yàn)室開(kāi)展試驗(yàn))，對(duì)關(guān)鍵系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)集成驗(yàn)證，PT(Prototype)樣車(chē)的試制交付并持續(xù)進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證，最終將所有PT階段開(kāi)發(fā)最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案移植到一臺(tái)試驗(yàn)車(chē)上進(jìn)行驗(yàn)收.

在這一階段，最終的輸出物是關(guān)鍵零部件、關(guān)鍵系統(tǒng)的DVP&R(Design Verification Plan & Report)，PT樣車(chē)驗(yàn)收?qǐng)?bào)告.

2.2.5 驗(yàn)證實(shí)施

驗(yàn)證實(shí)施階段的技術(shù)方法有CAD/CAM/CAE技術(shù)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、參數(shù)設(shè)計(jì)、容差設(shè)計(jì)、DOE分析、DFX、ATP(Acceptance Testing Procedure，驗(yàn)收檢驗(yàn)規(guī)范)[11]，主要任務(wù)是OT樣車(chē)的試制交付和驗(yàn)證，批量階段樣車(chē)的驗(yàn)證，整車(chē)NVH性能工程驗(yàn)收.

驗(yàn)證實(shí)施階段是整車(chē)NVH性能開(kāi)發(fā)流程最后一個(gè)階段，也是驗(yàn)收并實(shí)施的過(guò)程.在系統(tǒng)驗(yàn)證完成后，進(jìn)行OT(Off Tool Sample)樣車(chē)的試制及交付.在OT樣車(chē)上繼續(xù)進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證并將所有OT階段開(kāi)發(fā)優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案集成到一臺(tái)試驗(yàn)車(chē)上進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)收.進(jìn)入生產(chǎn)線(xiàn)調(diào)試、小批量生產(chǎn)、批量生產(chǎn)階段后，從生產(chǎn)線(xiàn)上抽取一定數(shù)量的試驗(yàn)車(chē)進(jìn)行驗(yàn)證，確認(rèn)之前階段定義的關(guān)鍵工藝要求、過(guò)程質(zhì)量控制要求的有效性.由于設(shè)計(jì)已經(jīng)凍結(jié)，這一階段，應(yīng)將重點(diǎn)放在工藝要求是否到位、過(guò)程質(zhì)量控制是否滿(mǎn)足要求上，除非出現(xiàn)批量生產(chǎn)的車(chē)輛與設(shè)計(jì)驗(yàn)收樣車(chē)的NVH性能存在重大且不可接受的差異，不然不建議對(duì)NVH設(shè)計(jì)進(jìn)行變更.最終，通過(guò)對(duì)正常節(jié)拍下批量生產(chǎn)的車(chē)輛進(jìn)行主客觀評(píng)價(jià)，并對(duì)比競(jìng)爭(zhēng)車(chē)型NVH性能分析報(bào)告、整車(chē)NVH性能開(kāi)發(fā)任務(wù)書(shū)進(jìn)行整車(chē)NVH性能工程驗(yàn)收.

在這一階段，最終的輸出物是OT樣車(chē)驗(yàn)收?qǐng)?bào)告、工藝設(shè)計(jì)方案驗(yàn)收?qǐng)?bào)告、過(guò)程質(zhì)量控制方案驗(yàn)收?qǐng)?bào)告、整車(chē)NVH性能工程驗(yàn)收?qǐng)?bào)告.

3 結(jié) 論

基于DFSS理論，對(duì)汽車(chē)NVH性能開(kāi)發(fā)流程進(jìn)行了探討，提出了借鑒IDDOV流程、優(yōu)化的NVH性能開(kāi)發(fā)流程，并導(dǎo)入了DFSS的主要技術(shù)方法，如基于QFD的市場(chǎng)需求分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、穩(wěn)定性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)、面向X的設(shè)計(jì)等.值得注意的是，IDDOV五個(gè)階段有一定的先后次序，但并不是嚴(yán)格的串行關(guān)系，在流程的實(shí)施中，必須實(shí)行并行工程，每個(gè)階段都需要面向后續(xù)階段進(jìn)行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，不同的階段之間需要有一定的重疊，驗(yàn)證階段應(yīng)該是對(duì)開(kāi)發(fā)全過(guò)程的分階段驗(yàn)證.

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DevelopmentProcessofAutomobileNVHBasedonDFSS

XING Jian-hua, ZHANG Xian-yang, ZHANG Jing-tao, LU Sheng-lin

(Chery Automobile Co . Ltd, Wuhu 241006,China)

The typical development process for an automobile NVH is based on the System Engineering theory. The NVH performance of an automobile not only depends on the product design, but also is affected by the manufacture technology and the process control. Based on the theory of the Design For Six Sigma (DFSS), the development process of an automobile NVH is studied systematically. In view of the IDDOV process in DFSS, the V-model development process is optimized for the NVH performance of a traditional automobile. With the help of the main technical methods in the DFSS, including QFD, System Design, Robust Design stability optimization design and DFX, a new development process for the automobile NVH is finally established by integrating the DFSS with the System Engineering theory. The process can better meet the actual demand of the product development.

development process; automobile; NVH; DFSS; IDDOV process

1009-4687(2017)04-0012-05

2017-08-28

幸健華(1994-)，男，工程師，研究方向?yàn)檎?chē)性能與測(cè)試.

U462.3

A