付年, 劉任權(quán)

(1.上汽通用五菱汽車股份有限公司， 廣西 柳州 545007；2.柳州鎧玥科技有限公司， 廣西 柳州 545007)

現(xiàn)代汽車的風(fēng)噪是車輛在高速行駛時(shí)車內(nèi)噪聲的主要表現(xiàn)，是客戶購(gòu)車時(shí)體驗(yàn)的一項(xiàng)主要感知性能。針對(duì)整車風(fēng)噪，開發(fā)過程中不僅需要在前期對(duì)造型進(jìn)行約束，還需要對(duì)風(fēng)噪相關(guān)零部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。風(fēng)噪性能開發(fā)中，如果將設(shè)計(jì)失效模式及后果分析(Design Failure Mode and Effects Analysis，DFMEA)作為質(zhì)量預(yù)防管控工具，可在早期發(fā)現(xiàn)并預(yù)防潛在問題的發(fā)生，通過分析風(fēng)噪性能相關(guān)產(chǎn)品設(shè)計(jì)要素的失效模式、后果及原因，找到降低風(fēng)噪的改進(jìn)措施，從而降低質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，避免付出更多成本。該文以某款外觀全新設(shè)計(jì)、底盤為平臺(tái)化的車型為研究對(duì)象，通過DFMEA工具的應(yīng)用，對(duì)風(fēng)噪性能開發(fā)過程進(jìn)行閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)整車風(fēng)噪性能目標(biāo)。

1 DFMEA工具在整車風(fēng)噪開發(fā)中的結(jié)構(gòu)

風(fēng)噪性能開發(fā)中的任何疏漏都可能在不同程度上影響顧客的使用舒適性，風(fēng)噪性能開發(fā)同樣強(qiáng)調(diào)在前期預(yù)防質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。

1.1 DFMEA簡(jiǎn)介

DFMEA是一個(gè)設(shè)計(jì)概念形成之前應(yīng)用的一種風(fēng)險(xiǎn)分析方法。作為風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工具，DFMEA是一種識(shí)別潛在影響嚴(yán)重性的方法，并為采取減輕風(fēng)險(xiǎn)的措施提供輸入，在盡可能避免失效發(fā)生的情況下實(shí)現(xiàn)其設(shè)計(jì)功能。

DFMEA的框架結(jié)構(gòu)主要分為5個(gè)部分，分別為組織機(jī)構(gòu)建立和團(tuán)隊(duì)會(huì)議記錄、調(diào)研以往的失效模式、系統(tǒng)框圖、功能關(guān)系矩陣圖和DFMEA表格，其中DFMEA表格為核心內(nèi)容(見圖1)。

圖1 DFMEA工具過程簡(jiǎn)圖

1.2 DFMEA在整車風(fēng)噪性能開發(fā)中的應(yīng)用框架

整車風(fēng)噪開發(fā)和整車項(xiàng)目開展同步。從項(xiàng)目啟動(dòng)直到產(chǎn)品批量上市，一般需經(jīng)歷項(xiàng)目立項(xiàng)、項(xiàng)目啟動(dòng)、設(shè)計(jì)凍結(jié)、試生產(chǎn)、批量上市等重大節(jié)點(diǎn)。其中：項(xiàng)目啟動(dòng)之前到造型凍結(jié)是風(fēng)噪外形約束條件與造型溝通的時(shí)期，也是控制與車身外觀相關(guān)的風(fēng)激噪聲的階段；之后外造型凍結(jié)，進(jìn)入審核數(shù)據(jù)階段，這也是控制密封與隔音性能的階段；后續(xù)則對(duì)風(fēng)噪性能進(jìn)行驗(yàn)證與改進(jìn)。

DFMEA工具與項(xiàng)目開發(fā)過程的結(jié)合可歸納為規(guī)劃、實(shí)施、維護(hù)3個(gè)階段，在項(xiàng)目中的開展時(shí)機(jī)見圖2。

圖2 DFMEA在風(fēng)噪開發(fā)中的應(yīng)用簡(jiǎn)圖

(1) 規(guī)劃階段。首先是創(chuàng)建團(tuán)隊(duì)，完成對(duì)以往項(xiàng)目中失效模式的收集、原因分析和記錄，并將與造型和零部件相關(guān)的要求輸入給責(zé)任人。同時(shí)定義DFMEA分析范圍和邊界條件，完成風(fēng)噪系統(tǒng)框圖創(chuàng)建和功能關(guān)系矩陣。

(2) 實(shí)施階段。該階段主要是對(duì)T2數(shù)據(jù)進(jìn)行CAE分析和數(shù)據(jù)審核，體現(xiàn)在DFMEA表中的現(xiàn)有設(shè)計(jì)控制內(nèi)容及探測(cè)度、失效模式分析。這部分是DFMEA的主要內(nèi)容。

(3) 維護(hù)階段。 該階段保持對(duì)DFMEA的持續(xù)關(guān)注及更新，并將后續(xù)解決的實(shí)車風(fēng)噪問題更新到DFMEA進(jìn)行歸檔。

2 基于DFMEA的風(fēng)噪閉環(huán)控制方法

目前，DFMEA已在汽車行業(yè)得到較廣泛的應(yīng)用，但在整車性能開發(fā)中應(yīng)用較少，主要原因是未將DFMEA和研發(fā)階段的開發(fā)流程緊密結(jié)合，沒有發(fā)揮DFMEA預(yù)防控制的作用。由于整車風(fēng)噪控制牽涉到造型和較多零部件，而對(duì)風(fēng)噪的要求只是其中一部分，將相關(guān)零部件按照系統(tǒng)框圖劃分的重要度順序依次進(jìn)行分析、預(yù)防。

2.1 第一個(gè)閉環(huán)：前期規(guī)劃及要求輸入階段

DFMEA的第一個(gè)閉環(huán)活動(dòng)發(fā)生在項(xiàng)目立項(xiàng)后不久，也就是T1階段A面數(shù)據(jù)的發(fā)布。因?yàn)榕c整車風(fēng)噪相關(guān)的造型在前期都會(huì)有不同程度的體現(xiàn)。

這一階段的目的是保證主要失效模式能及時(shí)被識(shí)別出來，并能有效地將對(duì)造型的約束傳遞給造型設(shè)計(jì)人員，預(yù)防后續(xù)造型出現(xiàn)對(duì)風(fēng)噪不利的重大失效模式。這個(gè)不是DFMEA表格的直接內(nèi)容，卻體現(xiàn)在DFMEA工具第五部分的表格中的要求/規(guī)范欄里。在編寫DFMEA之前，這部分工作就是項(xiàng)目開發(fā)中風(fēng)噪要求的輸入。在這份要求輸入的文件里，除對(duì)造型的要求外，還有對(duì)工程區(qū)域的要求，如對(duì)聲學(xué)包材料使用、密封配置及尺寸的要求。這是風(fēng)噪性能開發(fā)中除性能目標(biāo)文件外最重要的部分。

項(xiàng)目啟動(dòng)后，通知與風(fēng)噪相關(guān)的人員，依據(jù)對(duì)風(fēng)噪影響的嚴(yán)重程度建立組織結(jié)構(gòu)。這是DFMEA的第一部分內(nèi)容。工作團(tuán)隊(duì)里一般除主導(dǎo)DFMEA的NVH(噪聲、振動(dòng)與聲振粗糙度)工程師外，還需合適的接口工程師，如造型管理工程師、質(zhì)量工程師、產(chǎn)品工程師，如負(fù)責(zé)外后視鏡、車門密封條相關(guān)組件、雨刮、天線、天窗等零部件的工程師。團(tuán)隊(duì)的建立便于后續(xù)工作交流和問題推進(jìn)。

在DFMEA工具中，在該階段要確定分析對(duì)象，收集并學(xué)習(xí)以往項(xiàng)目問題的經(jīng)驗(yàn)及教訓(xùn)，建立失效模式庫(kù)，確定潛在失效模式。這是DFMEA的第二部分內(nèi)容。由于整車風(fēng)噪的失效模式及原因較多，需從多個(gè)渠道收集以往的問題，如售后質(zhì)量問題反饋、樣車開發(fā)階段的試驗(yàn)故障記錄表和評(píng)審問題等，只要有明確的問題描述、問題分析及故障記錄，都可以列進(jìn)表格(見圖3)。這其實(shí)是建立風(fēng)噪問題數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)以后開發(fā)車型具有借鑒意義。

圖3 風(fēng)噪開發(fā)中失效模式收集示意圖

風(fēng)噪系統(tǒng)框圖的建立，首先要確定分析范圍及對(duì)象。這是DFMEA的第三部分內(nèi)容。影響風(fēng)噪的零部件用白色文本框布置，對(duì)風(fēng)噪影響不明顯的零部件用灰色文本框布置。在白色文本框里的零部件，依據(jù)對(duì)風(fēng)噪性能影響的嚴(yán)重度編號(hào)，按照汽車結(jié)構(gòu)的空間位置進(jìn)行布置，同時(shí)利用DFMEA表中的約束關(guān)系進(jìn)行不同文本框之間關(guān)系確定。圖4為風(fēng)噪系統(tǒng)框圖。

圖4 風(fēng)噪系統(tǒng)框圖

風(fēng)噪DFMEA表中的功能關(guān)系矩陣圖是對(duì)系統(tǒng)框圖的功能細(xì)分，其零部件界面就是系統(tǒng)框圖中所有零部件。功能關(guān)系矩陣圖是該表中第四部分內(nèi)容，其實(shí)就是整車技術(shù)規(guī)范中的風(fēng)噪性能目標(biāo)，包括客觀測(cè)試數(shù)據(jù)和主觀評(píng)價(jià)值。NVH工作人員需對(duì)競(jìng)標(biāo)車進(jìn)行整車風(fēng)噪分析，制定風(fēng)噪性能目標(biāo)。風(fēng)噪性能目標(biāo)一般包含在整車技術(shù)規(guī)范要求的NVH性能中，包括客觀數(shù)據(jù)要求和主觀評(píng)價(jià)要求?？陀^數(shù)據(jù)要求是對(duì)不同勻速工況的車速下車內(nèi)聲壓級(jí)和語音清晰度的數(shù)據(jù)要求；主觀評(píng)價(jià)要求是在統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)下的分?jǐn)?shù)值，分?jǐn)?shù)越高，風(fēng)噪性能越好。這個(gè)表格也是對(duì)前期開發(fā)的風(fēng)噪性能目標(biāo)文件的體現(xiàn)。

2.2 第二個(gè)閉環(huán)：數(shù)據(jù)檢查及實(shí)施階段

項(xiàng)目通過VDR階段后，進(jìn)入工程數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)階段。這個(gè)階段的風(fēng)噪性能開發(fā)就是DFMEA工具中的第五部分即DFMEA表，該表格是DFMEA系統(tǒng)的核心，也是最重要的內(nèi)容。

風(fēng)噪DFMEA表中零件/界面欄是第三部分系統(tǒng)框圖的具體展開，將白色部件逐步列出。該表的潛在失效模式欄里填寫風(fēng)噪產(chǎn)生的原因。現(xiàn)在汽車的風(fēng)噪聲一般分為泄漏噪聲、風(fēng)激噪聲、風(fēng)鳴噪聲、風(fēng)振噪聲，其中風(fēng)鳴噪聲和風(fēng)振噪聲是單一頻率的風(fēng)噪聲，在風(fēng)噪性能開發(fā)中要極力避免，因?yàn)樵撛肼暦浅Ｗ屓藚挓?，客戶的抱怨率較高。解決單一頻率風(fēng)振噪聲的措施一般為封堵小孔或小腔體。但實(shí)際上DFMEA表的潛在失效模式中除泄漏是密封原因引起的外，其余大多數(shù)歸咎于汽車外形引起的風(fēng)激噪聲。所以對(duì)于潛在失效模式，填寫內(nèi)容為導(dǎo)流效果差、密封失效，其次是隔音效果差，其中導(dǎo)流引起的風(fēng)噪聲牽涉的零件最多。潛在失效的后果欄中一般填寫客戶的主觀評(píng)價(jià)描述。

該閉環(huán)階段是項(xiàng)目開發(fā)中最重要的數(shù)據(jù)分析和審核階段，體現(xiàn)在DFMEA表中的現(xiàn)有設(shè)計(jì)控制預(yù)防欄中。在該欄里，需對(duì)風(fēng)噪相關(guān)的全部零部件進(jìn)行數(shù)據(jù)檢查，檢查內(nèi)容和依據(jù)是DFMEA表中要求/規(guī)范欄中填寫的內(nèi)容。在要求/規(guī)范欄里，對(duì)于外形噪聲的控制就是前期開發(fā)中對(duì)造型的要求輸入，對(duì)于泄漏噪聲的控制就是前期開發(fā)中對(duì)于工程區(qū)域的零部件密封隔音性能的要求，這些要求不僅是失效模式中的整改措施，也是整車廠開發(fā)風(fēng)噪的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)積累。

風(fēng)噪DFMEA表中現(xiàn)有設(shè)計(jì)控制探測(cè)欄中的內(nèi)容是針對(duì)不同零部件進(jìn)行現(xiàn)有探測(cè)手段的實(shí)施。對(duì)于風(fēng)激噪聲，一般依據(jù)CAE分析，借助聲學(xué)設(shè)備進(jìn)行道路或風(fēng)洞測(cè)試。不同整車廠風(fēng)噪分析采用的CAE分析軟件不同，該車型采用PowerFLOW進(jìn)行整車風(fēng)噪仿真，對(duì)造型及T2數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，起到前期數(shù)據(jù)輔助審核的作用。道路和風(fēng)洞測(cè)試需有符合要求的整車，主要在項(xiàng)目開發(fā)的樣車階段進(jìn)行。泄漏噪聲測(cè)試也是在整車有樣車時(shí)進(jìn)行，主要利用氣密性設(shè)備和超聲波設(shè)備進(jìn)行整車靜態(tài)密封性檢測(cè)。

DFMEA表中有4列需填寫的數(shù)據(jù)，分別為每個(gè)潛在失效后果的嚴(yán)重度、頻度、探測(cè)度的數(shù)據(jù)評(píng)分及依據(jù)這三項(xiàng)分?jǐn)?shù)的乘積得出的風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先級(jí)順序數(shù)RPN，這是DFMEA工具表中風(fēng)險(xiǎn)控制的數(shù)字體現(xiàn)。對(duì)RPN值偏大的風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)需重點(diǎn)關(guān)注和控制，若RPN值大于100，說明該問題風(fēng)噪性能差，客戶抱怨多，必須采取整改措施進(jìn)行性能狀態(tài)糾正。

2.3 第三個(gè)閉環(huán)：實(shí)車評(píng)估及維護(hù)階段

該階段的DFMEA表是對(duì)整車風(fēng)噪性能的驗(yàn)證和維護(hù)。該階段是項(xiàng)目開發(fā)中實(shí)車試驗(yàn)驗(yàn)證及量產(chǎn)階段，主要解決產(chǎn)品在制造過程中出現(xiàn)的問題及相關(guān)售后質(zhì)量問題，主要針對(duì)RPN值高于100的相關(guān)零部件。也就是在實(shí)車階段根據(jù)實(shí)車風(fēng)噪測(cè)試及動(dòng)態(tài)評(píng)審情況，對(duì)客戶滿意度低的風(fēng)噪聲進(jìn)行改進(jìn)。該車在行駛速度為60～80 km/h時(shí)，駕駛員耳旁出現(xiàn)“簌簌”的風(fēng)噪雜音，用聲學(xué)設(shè)備道路測(cè)試，數(shù)據(jù)上體現(xiàn)并不明顯，但駕駛員的外耳感覺明顯。采用DFMEA工具分析，其RPN值為125，必須采取措施進(jìn)行更改。根據(jù)正向開發(fā)原則，首先進(jìn)行CAE仿真分析，分析結(jié)果見圖5。根據(jù)仿真分析結(jié)果，經(jīng)過臨時(shí)措施的實(shí)施及多組評(píng)審人員評(píng)估，決定更改外后視鏡基座，以消除60～80 km/h車速區(qū)間的雜音。改進(jìn)后，DFMEA表中的RPN值更新到50。圖6(b)為量產(chǎn)車更改后的外后視鏡基座。

圖5 外后視鏡的CAE仿真分析結(jié)果

圖6 外后視鏡基座更改前后對(duì)比

維護(hù)階段是針對(duì)造車及售后出現(xiàn)的問題，如果確認(rèn)是由設(shè)計(jì)所導(dǎo)致，則快速響應(yīng)，尋找解決方法，設(shè)計(jì)更改方案，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)。需特別說明的是，為保證更改的可靠性，對(duì)設(shè)計(jì)更改需重新進(jìn)行前面兩個(gè)閉環(huán)的檢查和驗(yàn)證，才能最終實(shí)施在產(chǎn)品上。同時(shí)對(duì)所有發(fā)現(xiàn)的新問題及問題的解決方案進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)總結(jié)與分享，并把學(xué)習(xí)到的內(nèi)容維護(hù)到DFMEA表的要求/規(guī)范及DFMEA失效模式庫(kù)中，以積累風(fēng)噪性能開發(fā)工程經(jīng)驗(yàn)。

3 結(jié)語

目前，DFMEA工具已在國(guó)內(nèi)汽車行業(yè)得到較廣泛的應(yīng)用，尤其是在產(chǎn)品開發(fā)中使用較多，但在整車性能開發(fā)中應(yīng)用較少。在風(fēng)噪開發(fā)過程中對(duì)造型和零部件的要求及使用、項(xiàng)目要求的各類交付物均可結(jié)合DFMEA工具進(jìn)行，這樣不僅能在設(shè)計(jì)前期階段有效識(shí)別和防御質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，也能系統(tǒng)地融合風(fēng)噪性能正向開發(fā)進(jìn)行風(fēng)噪性能質(zhì)量控制。其優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在：1) 可將以往的失效模式和解決措施應(yīng)用到造型及設(shè)計(jì)前期，真正起到DFMEA預(yù)防風(fēng)險(xiǎn)的作用，有效控制風(fēng)噪性能；2) 可系統(tǒng)地收集和整理以往發(fā)生的風(fēng)噪失效問題，進(jìn)行工程數(shù)據(jù)及經(jīng)驗(yàn)積累；3) 可結(jié)合項(xiàng)目開發(fā)過程，有效管理風(fēng)噪性能的開發(fā)，對(duì)各階段的交付物和質(zhì)量把控做到全局風(fēng)險(xiǎn)最小，起到系統(tǒng)的閉環(huán)管理作用。