劉學雷 周成國 張高順 董新文 李念

摘要：文中介紹了運用六西格瑪設(shè)計（DFSS）的田口法試驗設(shè)計工具，結(jié)合CAE（計算機輔助分析）工具，來解決汽車門飾板拉脫剛度問題。針對汽車門飾板的拉脫剛度問題，運用六西格瑪設(shè)計的田口法試驗工具策劃試驗，通過CAE軟件的進行剛度試驗驗證，再用田口分析工具對試驗結(jié)果進行信噪比和均值計算，依據(jù)信噪比和均值選擇控制因子及其水平，可解決門飾板拉脫力剛度問題，并減少試驗次數(shù)、試驗周期，從而節(jié)約試驗成本。

關(guān)鍵詞：門飾板;拉脫剛度;六西格瑪設(shè)計;CAE分析;田口法;試驗設(shè)計

中圖分類號：U466? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）11-0194-03

0? 引言

乘用車內(nèi)飾的門飾板是裝配在車門內(nèi)部的零件，根據(jù)用戶的應(yīng)用場景，其上端（Beltline）位置（如圖1所示）有拉脫剛度要求。拉脫剛度影響著用戶關(guān)于門飾板是否結(jié)實牢固的感知質(zhì)量，也防止用戶在關(guān)門時的識操作，誤用手拉門飾板上端位置關(guān)門時，把門飾板拉變形甚至脫落，從而影響顧客滿意度。因此在門飾板設(shè)計時，門飾板上端位置的拉脫剛度都需要進行CAE分析驗證和實車驗證，來確認是否滿足標準要求。

六西格瑪設(shè)計（DFSS）就是按照合理的流程，運用科學的方法準確理解和把握顧客需求，對產(chǎn)品或流程進行穩(wěn)健設(shè)計，使產(chǎn)品或流程在低成本情況下實現(xiàn)六西格瑪質(zhì)量水平，同時產(chǎn)品或流程本身具有抗各種干擾的能力，即便使用環(huán)境惡劣或操作不當，產(chǎn)品仍能夠滿足顧客的需求[1]。DFSS不僅是一個方法論、設(shè)計流程，還有一個龐大的工具箱，工具箱中的工具可以幫助提高工作效率、提高工作質(zhì)量、降低成本等。田口法試驗設(shè)計就是DFSS工具箱中的工具之一，它可以提高產(chǎn)品設(shè)計穩(wěn)健性，還可以減少試驗次數(shù)，從而達到縮短研發(fā)周期、節(jié)約研發(fā)成本的目的。

本文針對汽車門飾板的拉脫剛度問題，運用DFSS中的參數(shù)圖，初步確定控制因子、噪音因子，以及控制因子和噪音因子的各水平參數(shù)值;然后運用DFSS的田口法試驗工具策劃試驗;根據(jù)試驗策劃的試驗次數(shù)及每次試驗的各因子水平，用CAE的進行剛度試驗;再用田口分析對CAE試驗結(jié)果進行分析計算，得出信噪比和均值;根據(jù)信噪比和均值圖表以及響應(yīng)的望小特性，預測控制因子的最優(yōu)水平;根據(jù)預測方案，再進行CAE試驗，與最初的方案進行對比，確認信噪比和均值均有提高，且最終滿足設(shè)計要求。

1? 技術(shù)方案

1.1 試驗背景和要求

某車型的門飾板在項目設(shè)計階段，造型A面和四周邊界以及安裝點位置已基本確定。門飾板上裝飾板和加強板的原材料為PP-EPDM-T20，按照門飾板子系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范要求，門飾板上端位置（Beltline）需要進行拉脫剛度試驗，以驗證產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方案。試驗方法，沿正Y向用220N的拉力拉門飾板上裝飾板3個位置（如圖1紅圈所示，F(xiàn)RT、MID、RR為測量點名稱），用推拉力計記錄拉力值，當拉力達到220N時用千分表記錄測量點處變形量（如圖2所示）。試驗要求，門飾板上裝飾板試驗位置處的彈性變形量小于10mm。在第一輪拉脫剛度CAE試驗時，發(fā)現(xiàn)RR點的變形量達45.1mm，拉脫剛度不合格，其余點合格。針對RR點的拉脫剛度問題，需要重新進行門飾板結(jié)構(gòu)方案設(shè)計和試驗驗證。

在選擇門飾板結(jié)構(gòu)方案時，又面臨著三個問題。問題一，有多個控制因子可供選，哪個控制因子是最有效的？問題二，每個控制因子又有多個水平可選，控制因子哪個水平是最優(yōu)的？問題三，如果每個控制因子的各個水平都試驗試驗一次，那么試驗次數(shù)將會隨著因子數(shù)量成指數(shù)級增長，時間和試驗成本也將成倍增加，總的試驗次數(shù)可不可減少？為此，需要運用田口法試驗設(shè)計來解決以上疑問。

1.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)計是通過對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)研究，建立參數(shù)圖，選擇控制因子和噪音因子，對控制因子進行合理排列組合，在不影響試驗分辨度情況下用最少的試驗次數(shù)進行試驗策劃。

1.2.1 參數(shù)圖設(shè)計

建立參數(shù)圖，找出系統(tǒng)的控制因子、噪音因子以及響應(yīng)和癥狀。通過對標和設(shè)計專家團隊評審，認為門飾板上裝飾板的翻邊（簡稱翻邊，下同）、上裝飾板的材料厚度（簡稱料厚，下同）、加強板的結(jié)構(gòu)（簡稱加強版，下同），對拉脫剛度可能會有很大影響，且這個三個因子容易控制，又不影響門飾板的造型A面和周邊環(huán)境件，所以這個三個因子選擇為控制因子（見圖3）。CAE驗證時測量點的位置（簡稱測量位置，下同）也會影響變形量數(shù)值，實際產(chǎn)品試驗時，測量位置也會有差異，因此，將測量位置選擇為噪音因子。響應(yīng)為改變控制因子和噪音因子時，上裝飾板的變形量。癥狀為上裝飾板變形量不滿足標準要求時，會出現(xiàn)的牢固性差的感知問題和門飾板脫落的質(zhì)量問題。參數(shù)圖如圖4所示。

1.2.2 控制因子和水平選擇

根據(jù)參數(shù)圖選擇出來的控制因子，設(shè)置控制因子的水平。翻邊的高水平設(shè)置為有翻邊，低水平設(shè)置為沒有翻邊;料厚的高水平設(shè)置為3.0mm，低水平設(shè)置為2.5mm。加強板的高水平設(shè)置是加長板的長度為最長（即，RR測量點位置有加強板），低水平設(shè)置是加長板的長度為最短（即，RR測量點位置無加強板），各控制水平與結(jié)構(gòu)對應(yīng)關(guān)系如表1所示。

1.2.3 噪音因子和水平選擇

由于試驗要求測量位置的偏差在±10mm之內(nèi)，所以，噪音因子的高水平選擇試驗要求的標準位置（離尾端110mm的位置），低水平選擇誤差范圍內(nèi)的極限位置（離門飾板尾端100mm），如表2所示。

1.2.4 正交列表編碼和解碼

根據(jù)控制因子和噪音因子的水平，對其進行編碼和解碼。編碼就是用1、2分別代替高水平和低水平，解碼就是指控制因子在1、2水平時代表的具體參數(shù)值（如表3）。運用Minitab軟件生成田口L4正交矩陣表（3因子2水平，忽略交互作用），對控制因子進行排列組合，以達到用最少的試驗次數(shù)來區(qū)分出關(guān)鍵的控制因子[2]（見表4）。根據(jù)正交列表，只需要安排4次試驗就可以完成對2水平3因子的控制因子試驗驗證。

1.3 試驗驗證和試驗分析

根據(jù)正交表安排CAE驗證試驗4次，并在分別在測量點不同位置上讀取變形量，將試驗數(shù)據(jù)填寫在表格里面。

由于變形量是越小越好，所以目標響應(yīng)選擇為望小特性（smaller-the-better），采用Minitab軟件的田口分析信噪比和均值（如表5），并形成信噪比主效應(yīng)圖表（如圖5）和均值主效應(yīng)圖表（如圖6）。通過信噪比和均值圖表可以看出，控制因子翻邊A和加強板C的信噪比和均值圖的斜率較大，即高低水平的主效應(yīng)差值均比較明顯，為關(guān)鍵控制因子，且A1C1的信噪比大、均值小，為最優(yōu)的控制因子水平[3]?？刂埔蜃恿虾馚均值圖形較平坦斜率較小，高低水平的主效應(yīng)數(shù)值相差不大，即料厚B因子對減小均值的作用不大，但其信噪比高低水平差值為3dB，也即對系統(tǒng)的穩(wěn)健性有用，故應(yīng)該選擇B1。預測最優(yōu)的設(shè)計方案應(yīng)為A1B1C1。

1.4 最優(yōu)設(shè)計方案驗證和確認

針對預測的最優(yōu)設(shè)計方案A1B1C1方案，進行CAE分析驗證，驗證結(jié)果與最初的基礎(chǔ)方案A2B2C2的結(jié)果對比，信噪比提高了15.15dB，均值降低了37.4mm，且均值滿足門飾板子系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范要求：≤10mm（如表6）。

2? 總結(jié)

針對該門飾板拉脫剛度結(jié)構(gòu)設(shè)計方案問題，運用DFSS中田口法正交試驗工具，能清晰的識別出關(guān)鍵控制因子和各控制因子的最優(yōu)水平，最終解決拉脫剛度問題。并且，田口法可將該門飾板拉脫剛度的驗證試驗次數(shù)由常規(guī)的8次，減少至5次（其中，基礎(chǔ)方案有1次），CAE試驗周期也縮短了37.5%，大大的降低了時間成本和試驗成本;同時，關(guān)于同類門飾板零件的拉脫剛度問題，根據(jù)田口分析結(jié)果可以看出翻邊和加強板為關(guān)鍵控制因子，需要重點關(guān)注。DFSS是一種方法論、一種價值觀，一種合理的工作流程，一個龐大的工具箱。掌握這種方法論，活用DFSS工具箱中的工具，可在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的設(shè)計工作中，快速找到關(guān)鍵控制因子和各因子最優(yōu)水平，從而提高設(shè)計的穩(wěn)健性，還可以節(jié)約試驗次數(shù)、減少試驗周期，最終達到降低成本的目的。

參考文獻：

[1]中國質(zhì)量協(xié)會組織編寫/何楨主編.六西格瑪管理[M].三版.中國質(zhì)量協(xié)會六西格瑪黑帶注冊考試指定輔導教材.北京：中國人民大學出版社，2014.

[2]馬逢時等編著.六西格瑪管理統(tǒng)計指南：MINTAB使用指導[M].三版.中國質(zhì)量協(xié)會六西格瑪黑帶注冊考試參考用書.北京：中國人民大學出版社，2018.

[3]葛運朋.六西格瑪方法在汽車外觀間隙改善中的應(yīng)用[J].中小企業(yè)管理與科技（中旬刊），2021（02）：178-179.