6Sigma设计在汽车设计中的应用研究

夏金龙

（德州学院汽车工程学院，山东 德州 262200）

6Sigma设计在汽车设计中的应用研究

夏金龙

（德州学院汽车工程学院，山东 德州 262200）

随着汽车行业的发展，汽车设计制造企业之间的竞争也在逐渐加剧。所以，为吸引更多的顾客，汽车设计也开始注重顾客的需求。而6Sigma设计是以顾客需求为核心的设计方法，应用该方法进行汽车设计能够满足现代汽车的设计需求。基于这种认识，本文对6Sigma设计及其在汽车设计中的应用问题展开了研究，从而为关注这一话题的人们提供参考。

6Sigma设计；汽车设计；应用

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

早在上世纪90年代，6Sigma设计就在电子行业得到了应用。直至21世纪，6Sigma设计的应用也为国外各大汽车公司带来了一定的产品设计利润。因此，在国内汽车工业取得一定发展成果的基础上，相关人员有必要对6Sigma设计在汽车设计中的应用问题展开研究，以便更好的促进国内汽车设计的发展。

1、6Sigma设计方法概述

6Sigma设计被简称为DFSS，是一种以顾客需求为中心的设计方法，能够在汽车设计中的得到应用。利用该方法，需要完成市场信息的收集，以便对顾客需求进行确认。在此基础上，还要对产品关键质量特性展开分析，以便为系统设计提供指导。由于该种设计注重过程，所以还需要实现关键过程特性的转化，以确保过程输出满足设计要求。利用该方法，也能够确定产品设计成本目标和质量目标，并且能够实现设计过程的优化[1]。此外，利用该方法对产品关键质量特性进行考量，也能够确保产品设计的可靠性。

2、6Sigma设计在汽车设计中的应用

2.1在客户需求分析上的应用

在汽车设计中，顾客需求将利用关键质量特性CTQ表征，过程能力要素则需利用关键过程特性CTP表征。为实现顾客需求量化，需要利用对CTQ范围进行确定。为识别顾客的真正需求，还要建立CTQ矩阵（如下表1所示），以便通过确定CTQ排列次序为设计提供决策。而表中采取的示意填法，高H=9，中M=5，低L=1，空为0。值得注意的是，顾客需求需要被划分成连续数据和离散数据。针对连续数据，可以直接利用上面的公式进行CTQ范围的确定。如果是离散数据，还要按照正态分布进行每百万缺陷率的反推，然后才能得到CTQ的范围。

表1　CTQ矩阵

在对CTP能力进行优化时，一个CTQ将与多个CTPx对应（如下图1所示），使用的优化方法有线性Gap法和非线性蒙特卡罗法。而DFSS的目标就是过程能力，需要完成关键过程CTP的设计优化，从而完成满足顾客需求的必要途径的探索。

图1　关键过程及过程能力的关系

2.2在产品创新上的应用

对于汽车企业来讲，产品创新设计的动力来源于顾客需求。利用DFSS，则能够围绕顾客需求进行产品创新设计，从而满足汽车企业的发展需求。具体来讲，就是需要在汽车设计测量和分析阶段对顾客需求进行层次分析，从而将汽车创新归纳为求解方案改进、方案重新选择、专业领域创造发明和跨专业的创造发明。在分析顾客创新需求时，需要从已知的汽车结构和功能变量角度进行组合设计，从而实现新的结构和功能变量的生产。其次，还可以通过将已知结构变量转变为新变量或类比出新变量实现创新需求的分析。此外，还可以通过实现结果变量突变和利用定性、偶然知识完成顾客创新需求的推测。在对顾客需求层次进行分析时，可以利用DFSS提供的TRIZ方法和其强调的机制创新及决策创新方法，以便从各个层面完成汽车设计创新，从而满足顾客对产品的创新要求。就目前来看，DFSS管理提供的创新机制和决策是相互呼应的，包含绩效管理方法、冲突管理方法、激励机制、群体决策等。

2.3在可靠性设计上的应用

汽车设计需要拥有较高的可靠性，所以设计者需要将顾客对可靠性需求量化为可靠度和平均无故障工作时间MTBF值，从而实现汽车的可靠性设计。在设计的过程中，需要先对关键零部件的可靠性进行量化分析，然后使用失效模式影响分析和故障树进行产品的失效预测，以确保产品设计能够达到6Sigma设计要求。针对汽车上涉及法规和安全的零部件，除了进行相关性能要求的满足，还要专门进行零部件可靠性的分析。针对与安全有关且不具有可修复性的零件，需要应用平均首次故障时间和失效率对零部件的可靠性进行分析。在对产品失效进行预测时，还要系统分析新产品的失效模式，以便及早发现产品的设计问题，并且采取相应的措施进行失效问题的预防和纠正，继而使产品设计达到要求。根据系统复杂程度和使用环境，还要完成汽车系统可靠性预计和分配。

2.4在成本控制上的应用

在汽车设计阶段，最终产品成本的80%将得到确定。根据通用汽车公司的载货车变速器的数据可知，其制造成本的70%将由设计决定。而在汽车设计阶段，合理进行设计的改进，则能够实现材料费、制造费和劳动费的有效节约。所以，还要使用6Sigma设计方法进行汽车成本的控制。而越早进行DFSS的使用，则能够使汽车设计拥有更大的自由度，从而使成本控制贯穿于汽车设计制造的全过程。如下图2所示，产品质量成本与设计阶段存在一定的关系，所以DFSS需要从设计之初制定质量和成本目标，从而降低产品质量成本。在DESS项目中，常用代用法和参数设计法实现汽车产品的低成本设计。具体来讲，就是使用功能相同且成本较低的零部件进行原来部件的代替，从而降低汽车成本。根据GE公司的数据可知，其使用DFSS提供的代用法进行产品成本的降低，每年都能为企业带来数亿美元的利润，所以DFSS法在GE公司得到了较好的推广应用。使用参数设计法，则需要将成本当成是系统参数，然后通过优化参数使汽车成本保持最优[2]。在DFSS中，需要根据CTQ进行低成本控制目标的确定，然后进行相关过程的成本计算。值得注意的是，由于汽车设计在不同阶段产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。在汽车设计的初期，需要使用神经网络和参数化估算方法完成成本估算。在对汽车产品进行详细设计时，需要使用手册估算等更为细致的方法完成成本估算。此外，在进行估算方法选择时，还要考虑产品生命周期、生产批量和产品类型等因素，以确保选择的方法具有一定的灵活性，并且能够实现成本的准确估算。

图2　质量成本与设计阶段的关系

2.5在设计流程优化上的应用

想要确保汽车设计质量，还要使用科学的设计流程。利用6Sigma设计，可以将汽车设计过程划分成定义、测量、分析、设计和验证这五个环节，然后逐一完成顾客需求确认、成本分析、工艺分析、性能分析和设计验证等内容。利用6Sigma设计，可以为各个设计环节提供大量的应用工具， 并且能够从顾客需求角度出发完成汽车设计。为优化汽车设计流程，还可以使用DFSS提供的关键线路发和计划评审技术实现设计程序优化。使用前一种方法，可以利用计算网络和网络图进行汽车设计关键路线和步骤的确定，然后通过优化和调整网络获得最短设计周期。在这一过程中，设计资源和成本也将被纳入考虑，所以得到的项目计划方案为综合优化方案[3]。利用后一种方法，则能够利用计算机和软件进行企业项目设计进度的确定，可以通过制定最优的进度计划获得最佳效率。不同于关键线路法，使用项目评审技术可以对企业自身的特点进行考虑，所以能够完成对汽车设计项目及子项目的系统分析和评价。就目前来看，许多大型汽车设计项目都是利用该技术和计算机软件完成计划进度的安排。

3、结论

总之，在汽车设计中应用6Sigma设计，能够从顾客需求角度提高汽车设计质量和效率，并且实现汽车的低成本设计，所以能够满足现代汽车的设计要求。因此，相信随着相关工具和方法的发展，6Sigma设计将能在汽车设计中得到更好的运用。

[1]张博凡,王增强.Autoform Sigma模块在汽车后盖内板模具调试中的应用[J].模具工业,2014,07:40-42.

[2]朱正礼,杜建福,兰志波.DFSS在新能源汽车电子产品开发中的应用[J].机械设计与制造,2012,02:253-255.

[3]吴玮玮.新能源汽车电子产品开发中DFSS设计方法的应用[J].陕西教育(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 文献表示码：A

1671-7988（2016）11-64-03

夏金龙（1995-），男，就读于德州学院汽车工程学院，专业交通运输（汽车运用方向）。

指导教师：马洪新（1968-），男，副教授，就职于德州学院，从事汽车制造、检测技术的教学与科研工作。