车辆识别代号标签的工艺参数优化及验证

王 毅

（泛亚汽车技术中心有限公司，上海 201201）

车辆识别代号标签是为了识别某一辆道路车辆，由车辆制造企业为该车辆指定的一组字码，以柔性材料在车辆的不同位置进行标示。该代号是每一辆汽车独一无二的身份证号，对于车辆的身份鉴别有着非常重要的作用[1]。

随着我国道路车辆普及率越来越高，“套牌车辆”的违法行为日益猖獗，为了从根源上杜绝套牌车的形成，维持正常汽车秩序，国家制定并更新了一系列关于道路车辆识别代号标签的标准。在身份识别方面，车辆识别代号标签的稳健性、有效性起着关键的决定性作用。车辆识别代号标签在套牌车、克隆车识别、准确搜查、伪造证据收集方面有着重要作用[2-3]。

目前阶段，我国车辆制造企业质量管理水平发展有限，在批量生产、装配车辆识别代号标签的过程中，由于标签系统不稳健，标签可以被从车体上完整剥离，或是装配过程中标签无法从离型纸上被撕下导致的撕裂、经过耐久试验后标签和被粘贴车体间产生大量气泡，以及标签本身开裂等失效模式，如图1所示。道路车辆识别代号标签本身性能的不稳健，给整车的身份识别带来了极大地被篡改、被复制、被伪造的隐患。车辆识别代号标签不稳健导致一次合格率低、标签返工率高、返工成本浪费、影响交付及时率。因此，开展优化标签的生产工艺，提升车辆识别代号标 签稳健性的课题研究，并通过一定的试验方法进行验证，该课题研究旨在解决现有标签稳健性问题，解决制造过程发生的质量问题，降低标签的不合格率以及返工成本的浪费。

图1 道路车辆识别代号标签失效模式示意图

田口方法是由日本的田口玄一博士在19世纪50年代所提出的一种用于寻找最佳参数组合致力于使设计的产品质量稳定、波动性小的试验方法。该方法被广泛应用到机械制造、汽车制造、电子制造等行业[4]。首先，根据被粘贴物的表面能大于40 Dyne/cm的工程要求，选择被粘贴位置的材料表面能为42～46 Dyne/cm的钣金，再利用田口方法对涂胶克重、面材克重、荧光暗记等控制因子进行试验研究，获得防止标签失效的最稳健比例组合。

1 稳健性研究试验设计

1.1 粘贴系统分析

稳健设计即为对零件的技术参数进行优化、对零件的输出特性以试验或计算的方式加以评价，最终弱化对各种噪声的反应，从而获得较为稳定的零件性能。

优化的对象为车辆识别代号标签粘贴系统，输出特性即响应为粘贴稳健性，进一步细分为粘接力、初粘力、内聚力。

本系统中不存在信号输入，属于非动态响应，即参数图中没有信号，或者信号是固定值，且不是引起响应的原因。非动态响应的信噪比[5]为

式中，S/N为信噪比；σ为系统变差。

由式（1）可以看出，当一个产品的信噪比（S/N）越大，该产品越稳健，产品受噪声影响越小，产品的设计越优秀。虽然噪音因子对于系统的影响无法进行规避，但是能够通过筛选噪音因子确定主要噪音，从而减少噪音干扰对产品性能的影响。此影响可通过识别确定车辆识别代号标签粘贴系统，标签表面存在气泡、标签边缘起翘、标签完全脱落的情况判定。

将式（1）带入本系统进行分析。噪声是在设计过程、制造过程中始终存在、无法规避，必须引起重视并进行考虑的因素，本系统的噪声温度、控制因子影响输出响应变差，在本系统中由涂胶克重、面材克重、荧光暗记比列组成。

综上所述，绘制车辆识别代号标签粘贴系统参数图，如图2所示。车辆识别代号标签粘贴系统参数图属于非动态响应类别，该系统存在三个控制因子、一个噪声因子。系统的响应分别由粘接力、初粘力、内聚力构成，系统失效症状有三种模式，分别为起翘、气泡、脱落。

图2 车辆识别代号标签粘贴系统参数图

1.2 设计正交试验

在车辆识别代号标签粘贴系统中，仅有一个噪声因子温度，根据制造时的总装温度、后续整车的使用工况温度，以及国家标准要求，采用两种极端状态和一种理想工况不同的控制因子变化水平，设定噪声因子温度的水平值如表1所示。

表1 噪声因子温度的水平值表

在车辆识别代号标签粘贴系统中，确定控制因子策略就是确定控制因子的水平和对应的数值，控制因子及其水平值如表2所示。

表2 控制因子及其水平值表

根据以上分析，通过建立非动态响应系统参数图，直观可见系统中存在三个控制因子，皆为二水平，其中，一个噪声因子，有三个水平，因此，一共有23×31共计24种可能，需要展开24次试验模拟。由于试验周期长，需要进行1600 h，为了降低试验成本，引入田口方法设计试验。首先根据因子的水平数找到对应的选择正交列表，然后根据因子的个数确定具体的表，选择的正交列表为L4（23），如表3所示。

表3 L4（23）正交列表

针对三个控制因子，在每个噪声因子环境下，共需要做12组试验。田口方法试验因子控制表如4所示，田口方法因子控制表在三水平的噪声因子作用下，三个控制因子各个水平值的数据表，按照试验序号开展试验并将对应的数据结果进行记录，快速高效地获得所需数据，较原先24组试验，通过田口方法仅需要进行12组试验便可获得对应的数据，大大节省试验资源。

表4 田口方法试验因子控制表

1.3 试验过程

选取标签的粘结力即剥离力数值作为衡量车辆识别代号标签粘贴系统稳健性的指标，通过设计标签180°剥离强度试验进行数值测量，以下为标签的180°剥离强度试验数据采集的方法。

1.3.1 试验准备

制备宽为（25±1）mm，长为（200±1）mm的标签，为了不受标签本身易碎性带来的影响，在标签表面复合上聚对苯二甲酸类塑料（Polyethylene Terephthalate, PET）单面胶带以作牢固，选取标签实际粘贴表面作为测试板，将标签粘贴在测试板（厚度为1.5～2.0 mm，宽度为（50±1）mm，长度为（125±1） mm上，在标签粘贴在测试板之前，需要用脱脂纱布和清洁剂清洁测试板表面。将标签粘贴在测试板上，用2 kg、50 mm宽的压辊以300 mm/min的速度在其表面辊压一个往复，确保在进行试验之前标签粘贴完全，试验样品应在标准环境，即（23±2）℃、（50%±5%）RH条件下至少放置24 h，每个试验需要至少制作3个试验样品。

1.3.2 试验方法

将标签的自由端对折使其二面重合，并从测试板上剥离（25±1）mm的标签，在拉力试验机的上夹持器上将标签的自由端夹住，将测试版夹在下夹持器上，并使剥离面与拉力试验机的载荷方向保持一致。拉力试验机以300 mm/min的剥离速度连续剥离标签，通过自动记录仪绘出剥离曲线，剥离曲线的前（20±1）mm的测量数值不计，记录剥离曲线的（20±1）～（80±1）mm的测量数值。测试的结果为各组试验样品通过该测试后的结果均值。图3为180°剥离强度试验示意图。

图3 180°剥离强度试验示意图

本项目使用的测量工具均为通过第三方专业机构校验检测，并在有效期内进行使用。表5为测试使用工具清单，图4为测试工具照片。

表5 测试使用工具清单

图4 测试工具照片

2 结果分析

2.1 试验结果

按照表3田口方法试验因子控制表进行180°剥离强度试验，记录数据如表6所示。

表6 180°剥离强度试验测量值

2.2 结果分析

计算表6中180°剥离强度试验测量值的平均值，将数据结果使用Minitab软件对田口设计结果进行分析，图5为信噪比主效应图。在三个因子的信噪比主效应图中可以看到，剥离力为望大特性，期望输出的响应值越大越好。同时，可以在均值主效应图（图6）与标准差主效应图（图7）中发现，试验因子对180°剥离强度试验权重为涂胶克重、面材克重和荧光暗记比列，其中涂胶克重权重最大为权重因子，且其最优化组合为A2B1C2。

图5 信噪比主效应图

图6 均值主效应图

图7 标准差主效应图

3 结果确认

3.1 实验性能验证

在确认阶段，需要对标签性能开展对应的实验进行性能验证。实验性能验证由两部分组成，分别为子系统实验和整车系统实验。

3.1.1 子系统实验

根据标签性能要求的试验标准[6]以及车辆识别代号标签的粘贴位置，确定车辆识别代号标签分类为A类发动机舱标签、C类非暴露的外部标签、D类暴露的内部标签、E类非暴露的内部标签、F类发动机/变速器标签。同时，该标签还需要满足特殊用途标签的附加要求，即防篡改性能，通过将标签移除，检验标签是否均应发生断裂无法被完整移除，或未发生断裂但外观发生明显的改变，如出现裂纹、变形情况，导致标签标识的信息无法被完整识别。

对车辆识别代号标签实验测试[6]，测试样品均为进行激光打印后的最优方案A2B1C2标签，测试板均为实际粘贴表面，每项测试项目测试样品数量定义为3个，表7为标签性能标准与测试方法的对应表，图8为试验序号1耐磨损试验的测试照片。其测试方法为1）测试准备：将车辆识别代号标签由总装激光打刻机进行打印后，按照Taber纸板基材的尺寸进行裁剪后粘贴。2）测试条件：砂轮型号为CS-10、负重总质量为500 g、转数为200进行试验。测试结果按照《道路车辆标牌和标签》（GB/T 25978—2018）第4.3.2节进行评估，可见测试后标签外观存在可视光泽变化，标签上的信息应清晰且易于识别，符合性能标准。

表7 标签性能标准与测试方法对应表

图8 耐磨损试验的测试照片

所以根据测试前后对比照片进行判断，测试结论为合格。

通过对48个样品进行16项试验，并记录试验结果，根据标准对应的性能标准进行判断后出具测试总报告，如表8所示，全新开发的车辆识别代号标签测试总报告中可见测试结果均为合格，该标签符合《道路车辆标牌和标签》（GB/T 25978—2018）中一般性能以及特殊性能的要求，通过子系统试验。

表8 测试总报告

3.1.2 整车系统实验

项目团队分别对样本在整车上进行冬季路况和夏季路况模拟测试，分别对应测试样车数量为3辆、每辆车测试标签粘贴的位置、每个位置对应的样件数量为3，试验工程师进行试验前检查并记录样件状态，实施开展整车路试任务，在完成冬季试验以及夏季试验后，对样车各个位置的样件 进行试验后检查，检查项为1）标签标识内容清晰可见；2）标签无气泡；3）标签边缘无起翘；4）标签无脱落现象；5）标签不可被完整移除。根据检查结果记录表9可知全新开发的车辆识别代号标签通过整车系统的测试，并且其性能表现良好，十分稳健。

表9 整车系统测试记录表

3.2 整车装配验证

在全新车辆识别代号标签通过子系统试验以及整车耐久试验的基础上，项目团队开展进一步整车装配验证工作，上海某总装工厂在某新车型爬坡试生产阶段，进行车辆识别代号标签的试生产，共生产296张，分别在两个班次进行生产，按照标签打印工位进行记录不合格数量，并汇总如表10所示。从表中可以看到B班共试生产100台车，其中在T1工位、C2工位、T5工位，分别产生3、1、2件不合格品，该班次的一次合格率为98.5%；在C班共试生产196台车，在T1工位、C2工位、T5工位、C1工位共产生14张不合格品，该班次的整车合格率为98.21%。

表10 某新车型车辆识别标签一次合格率

通过调取历史数据发现，2018年上半年，A企业车辆识别代号标签一次合格率的统计，如下表11所示。对其进行分析，可以得出以下结论，A企业2018年上半年车辆识别代号标签总共生产数量为853107张，其中一次合格数量为792591张，不合格的数量为60516张，进行计算得到一次合格率只有92.91%，这意味着不合格率为7.09%，不合格率指标过高。

表11 2018年上半年车辆识别代号标签一次合格率

通过工艺参数的优化，通过降低了车辆识别 标签的装配不合格率，由7.09%降低到1.69%，这大大降低了车辆识别代号标签的质量成本，提高了车辆识别标签装配的一次合格率，从源头遏制了不合格品的返工。

4 结论

整车验证结束后，对此项目进行总结，并将此成果在横向项目上进行推广。综合验证子系统实验、整车实验以及整车装配验证的结果来看，全新开发的车辆识别代号标签满足国家标准，符合整车实际工况的性能要求，在试生产环节整车一次合格率高达98.31%，使用全新设计的标签进行装配大大提高了一次合格率，降低了标签的不合格率，解决了生产效率低、零件返工率高、返工成本高的问题，提升了标签的一次合格率，一方面节省检查扫描、记录不合格品的时间，另外一方面节省查询、返工、复检的时间，降低返工的频次，提高生产线的下线效率及生产节拍，降低了车辆识别标签的装配不合格率。在设计前期提高产品相关性能，做好性能各方面的试验测试，进行提前干预，有效地减少质量成本的发生。

通过田口方法，采用Minitab分析设计并通过实验找到最佳选择方案，最终完成全新车辆识别代号标签产品设计，满足产品预期需求，从而降低现场制造的不合格率、返工率，为后续统一粘贴位置的后续策略打下基础。该标签的开发依托于最常用的被粘贴物材料钣金、铸铝进行开发， 可适用于其他车型的使用，选取的粘贴位置为共线车型共有位置，减少共线车型安装差异性，这符合内部客户项目管理和现场制造团队的需求，便于后续设计平台化共用设计的展开，沿用策略的横向推广，一定程度上减少开发和验证的成本。该成功案例对标签的设计开发工作有着指导借鉴的意义，作为解决其他类似问题的模板，有着很好的参考作用。