劉華官

上汽通用五菱汽車股份有限公司 廣西柳州市 545007

1 引言

進(jìn)入21世紀(jì)以來中國汽車制造業(yè)增勢迅猛，中國于2011年汽車銷量，達(dá)1850萬輛，超越美國成為全球最大的汽車市場。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，中國汽車市場日漸成熟，已經(jīng)進(jìn)入較為成熟的消費(fèi)時(shí)代。Z世代汽車消費(fèi)者，開始追求個(gè)性、自由、時(shí)尚和無窮的駕駛樂趣等。一款高性價(jià)比的敞篷車成為了Z世代汽車消費(fèi)追求最好選擇，2021年上海車展五菱宏光MINI敞篷概念車的火爆場面，無疑證明了這一點(diǎn)。

2013年開始，各大國外廠商的敞篷車紛紛登陸中國市場，搶占中國市場。2013 年開始，國外汽車廠商的敞篷車紛紛登陸中國市場，搶占中國市場。如寶馬、奧迪和奔馳等品牌，車輛價(jià)格從數(shù)百萬元逐漸覆蓋至幾十萬元，由奢侈逐漸向平民化轉(zhuǎn)變，市場規(guī)模也越來越大。市場的火爆需求對中國自主品牌汽車廠商來說是一個(gè)巨大的機(jī)遇，然而國內(nèi)自主品牌還未有量產(chǎn)的軟頂敞篷車，主要原因是敞篷技術(shù)被外資牢牢掌控，若采用進(jìn)口外資技術(shù)，敞篷軟頂系統(tǒng)成本將無法下降，會(huì)使整車成本失去競爭優(yōu)勢。如何設(shè)計(jì)和開發(fā)出一款成本可控、擁有自主產(chǎn)權(quán)且滿足用戶需求的敞篷軟頂系統(tǒng)，將是每一個(gè)想做敞篷汽車的車企面臨的難題。

本文采用六西格瑪設(shè)計(jì)（DFSS）方法論，按照IDDOV的流程，進(jìn)行敞篷車軟頂系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)和開發(fā)，既要滿足用戶的需求，也要掌握自主知識產(chǎn)權(quán)和實(shí)現(xiàn)低成本目標(biāo)。

2 項(xiàng)目設(shè)計(jì)開發(fā)流程和方案

2.1 識別階段（I）

識別階段主要確定研究對象，以及確定目標(biāo)值。

采用樹圖工具，確定研究對象（如圖1）。從整車開始往下分解。由于該車型的軟頂系統(tǒng)為該市場的贏點(diǎn)和消費(fèi)者的興奮型需求，且為四新零件（新零件、新材料、新工藝、新供應(yīng)商），故將該項(xiàng)目的項(xiàng)目范圍確定在軟頂系統(tǒng)，包含篷布系統(tǒng)、多連桿系統(tǒng)、密封系統(tǒng)、內(nèi)飾裝飾系統(tǒng)、鎖系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以及控制傳感器系統(tǒng)等零件。

圖1 確定研究對象

該項(xiàng)目目標(biāo)主要為降低零部件成本。

采用DCD（設(shè)計(jì)概念描述）和標(biāo)桿分析，確認(rèn)目標(biāo)值。按目前的概念方案，對零部件成本進(jìn)行工程分析，并對行業(yè)標(biāo)桿車進(jìn)行工程成本分析。將目前方案成本與行業(yè)對標(biāo)車成本進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)成本有很大的優(yōu)化空間。 將E敞篷車與標(biāo)桿成本均值差值A(chǔ)的50%再加上對標(biāo)車的均值，定義為降本目標(biāo)值（如圖2，目標(biāo)值=對標(biāo)均值+0.5A）。從圖2可以看出，降本目標(biāo)值為成本降低31%以上。

圖2 定義成本目標(biāo)

2.2 定義階段（D）

定義階段主要是用戶需求，并轉(zhuǎn)化為功能需求和關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)指標(biāo)。

首先全面系統(tǒng)的收集客戶。分別從外部客戶、內(nèi)部客戶、政府制度三大方面把客戶進(jìn)行分類。其中外部客戶主要指消費(fèi)者；內(nèi)部客戶主要包括產(chǎn)品工程師、采購工程師、造型色彩工程師、制造工程師、售后工程師等。政府制度主要客戶包括政府法規(guī)要求。

接著收集不同類型客戶的聲音。這三類客戶中內(nèi)部客戶和政府制度類最容易收集，內(nèi)部客戶采用技術(shù)接口單（ICD）和制造要求單（MR）等內(nèi)部流程方式收集；政府法規(guī)類主要是滿足汽車行業(yè)相關(guān)法規(guī)即可；而消費(fèi)者的客戶聲音最難系統(tǒng)收集。為此，建立用戶場景體系，從購車到車輛報(bào)廢全生命周期，從走近車輛、用車、停車、停放充電等全場景，從晴天到雨天、下雪天等全氣候，從洗車、改裝到維修等全服務(wù)場景等，進(jìn)行系統(tǒng)分析調(diào)研和收集用戶的聲音（如圖3）。

圖3 消費(fèi)者用戶的場景體系

通過質(zhì)量屋工具，將用戶需求轉(zhuǎn)化為軟頂系統(tǒng)的功能。先在質(zhì)量屋的左墻寫用戶需求并給重要度打分（按1、2、3、4、5分打分，分值越高重要度越高），再在天花板上對產(chǎn)品的功能進(jìn)行展開，接著在房間按關(guān)聯(lián)度打分（1、3、5、7、9，分值越高關(guān)聯(lián)性越強(qiáng)），然后計(jì)算各功能特性的總得分并排序（功能得分計(jì)算方法，每項(xiàng)用戶需求重要度乘以關(guān)聯(lián)度，再將各項(xiàng)乘積相加求和），最后將在屋頂填寫各功能的相關(guān)性。通過質(zhì)量屋可以得到，各功能的重要性排序（如圖4），并可得出，用戶關(guān)注的前五位功能為成本要求、耐久可靠性、感知質(zhì)量要求、防水性能和外觀造型，這五大功能為重點(diǎn)關(guān)注項(xiàng)。

圖4 質(zhì)量屋轉(zhuǎn)換

通過質(zhì)量屋工具，將用戶需求的系統(tǒng)功能轉(zhuǎn)化為軟頂系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)。先在質(zhì)量屋的左墻寫系統(tǒng)并給重要度打分（按1、2、3、4、5分打分，功能排序按五檔進(jìn)行劃分，排在前20%檔位的功能重要度定義為5分，后序檔位依次定義為4、3、2、1分）。再在天花板上對系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行展開，接著在房間按關(guān)聯(lián)度打分（1、3、5、7、9，分值越高關(guān)聯(lián)性越強(qiáng)），然后計(jì)算各參數(shù)的總得分并排序（功能得分計(jì)算方法，每項(xiàng)用戶需求重要度乘以關(guān)聯(lián)度，再將各項(xiàng)乘積相加求和），最后將在屋頂填寫各功能的相關(guān)性。通過參數(shù)排序可以發(fā)現(xiàn)，用戶關(guān)注的前五位功能為工程成本、品質(zhì)質(zhì)量、整車評審得分（SUSA）、軟頂操作耐久和路試耐久，這五大功能為重點(diǎn)關(guān)注項(xiàng)（如圖5）。針對這5項(xiàng)重點(diǎn)關(guān)注項(xiàng)，制定不低于競品車的技術(shù)指標(biāo)值。

圖5 質(zhì)量屋轉(zhuǎn)換

2.3 開發(fā)階段（D）

通過TRIZ的功能分析工具找出技術(shù)系統(tǒng)的改進(jìn)機(jī)會(huì)，通過成本分析找到技術(shù)系統(tǒng)的降本重點(diǎn)研究對象，根據(jù)這些改進(jìn)機(jī)會(huì)和研究對象生成概念方案。采用普氏工具分析，找到最優(yōu)的整體開發(fā)技術(shù)方案。

通過系統(tǒng)框圖分析，確定軟頂系統(tǒng)的具體研究對象和整個(gè)系統(tǒng)邊界。先將多連桿系統(tǒng)、篷布系統(tǒng)、集水盒、后擋玻璃、線束、控制模塊、防滾架總成等定義為技術(shù)系統(tǒng)，為研究對象。然后將與軟頂系統(tǒng)有關(guān)聯(lián)的定義為超系統(tǒng)組件，如：車頂前端、頂蓋上飾板、頂蓋前橫梁、前橫梁密封條、A柱上飾板、側(cè)門玻璃、玻璃密封條、B柱接角、頂襯支架側(cè)飾板、B柱下飾板、地毯、后地板、左側(cè)圍、右側(cè)圍、陽光、水、風(fēng)、冰雹、砂石、灰塵等（如圖6）。

圖6 系統(tǒng)圖

將找到的所有組件進(jìn)行相互作用分析，找到組件之間的相互關(guān)系。先所有組件按行和列分別列成表格，在行和列交叉的格子里面填寫二者的關(guān)系，“+”代表二者之間有接觸、有相互作用，“-”代表二者之間無相互接觸、無相互作用（如圖7）。

圖7 相互作用分析

按照相互作用分析得出來的結(jié)果，針對標(biāo)”+”號的組件進(jìn)行功能分析。并將功能按有用-充分、有用-不足、有用-過度和有害功能進(jìn)行分類，后三種功能為重點(diǎn)關(guān)注對象。從功能分析可以發(fā)現(xiàn)，頂蓋前橫梁對鎖系統(tǒng)的定位功能為有用-不足功能，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與多連桿系統(tǒng)的移動(dòng)功能有用-不足功能，控制傳感器系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)傳遞電流（信號）功能與車身控制模塊與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)傳遞電流（信號）重復(fù)，為有用-過度功能（如圖8）。與這些不足和過度功能相關(guān)的零部件，即為重點(diǎn)研究對象：頂蓋前橫梁、鎖系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、多連桿系統(tǒng)、車身控制模塊和控制傳感器系統(tǒng)。

圖8 功能分析

按目前設(shè)計(jì)方案、項(xiàng)目規(guī)劃的總產(chǎn)量以及供應(yīng)鏈的初步報(bào)價(jià)，對軟頂系統(tǒng)的零件單車成本進(jìn)行分類，并按百分比進(jìn)行排序。從圖9可看出占80%成本的類別為知識產(chǎn)權(quán)費(fèi)、物料費(fèi)用和工裝模具費(fèi)，這類成本為重點(diǎn)研究對象。

圖9 成本類別排序

按零件的成本占比進(jìn)行排序。從圖10可以看出，多連桿系統(tǒng)、篷布系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的成本之和占比超過80%，也是重點(diǎn)研究對象。

圖10 成本按零件排序

從功能分析和成本分析中確定研究對象，生成以降本為目標(biāo)的技術(shù)概念方案。根據(jù)2.3.3中的前頂前橫梁對鎖系統(tǒng)的定位功能不足問題生成了方案1和方案2：分別通過更改鎖頭定位結(jié)構(gòu)和鎖扣形式，還增加容差能力，降低對制造和多連桿系統(tǒng)剛度的要求；通過驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對多連桿系統(tǒng)移動(dòng)功能不足問題，生成了方案3：更改多連桿運(yùn)動(dòng)受力位置，降低對驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)負(fù)載壓力值，從而降低對驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求；針對2.3.3中分析出來的控制傳感器系統(tǒng)和車身控制模塊對傳遞電流的功能過度問題，生成了方案4：將控制系統(tǒng)的功能集成在車身控制模塊上，減少零部件從而降低成本；根據(jù)2.3.4成本分析確定的知識產(chǎn)權(quán)費(fèi)用占比大問題，生成了方案5：自主設(shè)計(jì)開發(fā)軟頂系統(tǒng)，分析研究專利并規(guī)避專利的開發(fā)策略；針對物料成本問題，生成了方案6：采用原材料替你策略，尋找各零部件材質(zhì)替換方案；針對工裝成本問題，生產(chǎn)了方案7：工裝夾具按小批量壽命要求，尋找材質(zhì)替換文案 ；針對篷布系統(tǒng)成本問題，采用國產(chǎn)化策略方案。各方案匯總?cè)鐖D11所示。

圖11 概念方案

對生成的概念方案進(jìn)行整理，可發(fā)現(xiàn)方案5和方案8為策略方案，其余為技術(shù)方案。由于方案5在成本類別中為對成本的影響排在第一位，方案8在成本按零件排序中占比在80%以內(nèi)，故首先選定。其余技術(shù)方案通過普氏分析工具進(jìn)行評價(jià)（如圖12）。將方案1作為基礎(chǔ)方案，其余方案作為被評價(jià)方案。將2.2.3識別出來的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)指標(biāo)作為評價(jià)指標(biāo)，對各方案進(jìn)行比較評價(jià)。與基礎(chǔ)方案相同的標(biāo)示“S”，比基礎(chǔ)方案差的評價(jià)項(xiàng)標(biāo)示“-”，比基礎(chǔ)方案好的項(xiàng)目標(biāo)示“+”。從結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，各方案工程成本都有優(yōu)勢，但均有不同的缺點(diǎn)。這些標(biāo)“-”的缺點(diǎn)需要重點(diǎn)關(guān)注，詳細(xì)設(shè)計(jì)和DFMEA分析時(shí)要有對應(yīng)的對策。

圖12 普氏分析

最終，基于成本目標(biāo)考慮，這些概念方案生成了方案9（即：方案9=方案1+方案2+方案3+方案4+方案5+方案6+方案7+方案8）。

2.4 優(yōu)化階段（O）

對詳細(xì)的系統(tǒng)方案，進(jìn)行CAE分析，以驗(yàn)證技術(shù)方案是否滿足2.2.3識別出來的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)指標(biāo)。

最終驗(yàn)證，技術(shù)指標(biāo)均達(dá)標(biāo)，如圖13針對剛度的CAE分析結(jié)果。

圖13 CAE分析結(jié)果

2.5 驗(yàn)證階段（V）

在驗(yàn)證階段，主要工作是對OTS零件進(jìn)行生產(chǎn)驗(yàn)證、功能驗(yàn)證、可靠性驗(yàn)證以及整車的耐久道路測試，目前均已達(dá)標(biāo)。

最后，計(jì)算此軟頂系統(tǒng)的成本，與最初定義的目標(biāo)成本是否達(dá)標(biāo)。從圖14可知，實(shí)際成本值已低于目標(biāo)值，降低了37.5%，目標(biāo)（≥31%）達(dá)成。

圖14 最終成本達(dá)成情況

3 結(jié)語

針對敞篷車軟頂系統(tǒng)的降本問題，首先運(yùn)用DFSS的用戶分析工具，系統(tǒng)的識別用戶需求并轉(zhuǎn)化功能需求和關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)。再用TRIZ工具的功能分析，系統(tǒng)的識別出軟頂系統(tǒng)中的降本機(jī)會(huì)，從而產(chǎn)生降本的概念方案。最后用關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)作為評價(jià)指標(biāo)，采用普氏分析工具，對降本概念方案進(jìn)行篩選，確認(rèn)最優(yōu)技術(shù)方案。運(yùn)用DFSS的方法論能系統(tǒng)的產(chǎn)生最優(yōu)成本技術(shù)方案，為行業(yè)內(nèi)敞篷汽車的開發(fā)提供參考。