基于正向设计的创新性评审方法及应用研究

摘要：主要介绍了一种零部件创新性等级的点检方法，以及根据创新性等级开展的快速设计评审方法。在新一代轻型商用车上运用这些方法，并不断优化总结，形成了一套完整的且在正向设计开发过程中基于零部件创新性程度的管控机制。该方法对新车型开发项目有着重要的应用价值。

关键词：创新性；正向开发；设计评审

中图分类号：U467 收稿日期：2023-09-15

DOI：1019999/jcnki1004-0226202311008

1 前言

目前的基于车型、全系统的铺开式评审，针对性较差，需要耗费大量的人力物力。通过市场数据分析发现，创新性程度较高的零部件，上市（尤其是上市初期）故障率排在TOP位。在LCV车型开发中，设计评审和设计验证是非常重要的环节，设计评审的主要目的是在设计开发早期识别潜在的缺陷，减少设计变更，以提升开发成功率，从而节省开发的人工成本和时间成本［1］。而创新性程度较高的产品，由于设计经验不足，在设计评审时对失效模式识别不充分，导致故障发生。国内外的设计公司虽有相关的质量工具及方法提升设计质量，但是普遍存在的问题是工具使用繁琐、教条化、形式化，最终评审工具执行效果不好。因此，在正向设计开发过程中，根据零件创程度，建立一套简化可行的设计评审方法尤为重要。

2 创新性点检技术路径

为了能够充分地识别零件的创新性程度，需要集合设计、品质、试制、试验、供应商的力量对零部件进行评分，评分主要从结构、尺寸、重量、工艺、使用环境、相互组合等维度进行，如果是电器类零件，除上述维度外，还需要进行软件和硬件维度的评分。首先，需要找到一个基础零件。基础零件的选取尤为重要，需要有投产经验，在常规评审中经常遇到有些案例评分偏低，究其原因是选择的基础零件市场验证不充分，“以新比新”，相对而言创新程度没有如实展示出来。为了更加准确的打分，团队需要把握几个要素：基础件、设计规范的要求、新零部件的变更点/变化点。

在进行创新性点检前，需要项目团队成员充分理解该项工作的目的和意义，设计人员需要有主动识别创新性程度的意识，如涉及工艺和装配的部门，设计人员需要主动召集试制、试验、供应商和生产单元的人员共同识别。只有这样，才能最大限度地保证创新性评分的准确性。按照创新性程度的不同，可以分为5个评分等级，对应分数从高到低依次是5分至1分：

a.世界首次采用（5分）。

b.本公司首次采用（4分）。

c.超出本公司设计标准范围的设计（3分）。

d.本公司标准范围内的设计（2分）。

e.完全留用的设计（1分）。

创新性评价还需要考虑供应商的“新”，比如，该零件本身是首次供货，虽然采用的是其他零件有合作实绩的供应商，这种情况也属于“超出基准范围内的设计”，供应商的创新等级至少为3分，需要开展创新性评审。如果在第一轮开展创新性点检时，供应商已经确定，那么，这一次评价时，就可以把供应商维度的创新程度评价出来。如果在做创新性评价时供应商还没有确定，则在供应商确定后，立即要进行创新性的补充评价，复核供应商维度的评分是否需要更新。这个环节就是要充分发挥设计和采购机能小组的能量，及时、充分地把供应商维度的“新”评价出来。

简单零部件可以进行维度拆分、评价打分，复杂零部件如有必要，可以拆分成多个子零件进行，目的是能够把各个维度的创新性程度充分列出并识别。

创新性点检一般采用的方法如表1所示。

日产从“技术”“结构”“人”的角度分析创新性的零部件故障发生原因并做了公司内部调查：

a.“因为没有技术上的知识”，8.7%。

b.“因为没有恰当实施设计审查”，24.0%。

c.“信息传达不恰当”，7.6%。

d.“责任部门不明确”，6.5%。

e.“因为忽视了变更点/变化点而没有实施设计审计”，38.0%。

也就是说，上述零部件发生故障的主要原因是设计审计不合适和设计审计本身没有得到实施。事实上，为了实施设计审查，同时需要准备大量的资料，同时需要相当长的时间。因此，即使手法是有效的，但设计负责人还是想减少讨论时间，这样可以直接或间接地回避了一些自认为不是很严重的问题。

3 创新性评审技术路径

为了在开发过程中防患于未然，根据零部件的创新性评价结果分级开展DR（设计评审）。创新等级在1分和2分的零部件，不需要开展零部件级别的DR，3分和4分零件需要开展快速设计评审，5分零件需要开展全过程设计评审（FMEA）。

快速设计评审可以看作是DFMEA过程与设计评审过程有效的结合［2］，大多数情况下，公司进行DFMEA分析，只针对全新的系统或产品，但事实上真正全新的系统或产品是没有的，多数设计都是在工程师运用现有的产品或技术基础上的改进，这就不需完整的FMEA活动，执行快速设计评审进行设计变更管理明显高效。

目前企业的产品研发过程中需要应用全过程设计评审与快速设计评审相结合的方法，对于全新的设计，并没有设计指导或同类产品已完成的DFMEA参考，建议使用DFMEA，这种情况通常是建立FMEA的基础数据库，进一步实现设计标准化，对于一些改型的产品，在新的设计指导或DFMEA数据库的情况下，建议使用快速设计评审，二者组合形成标准化以指导新一代产品的设计开发。二者的关系见图1（本文主要对快速设计评审进行论述，FMEA不展开论述）。

在开展快速设计评审过程中，为了保证评审前的准备充分以及评审过程顺利，对评审角色进行了定义，如下三种角色是必不可少的：

a.促进者（Pilot），是专业评审的组织者，负责项目评审的推进，并负责知识积累。

b.专业级（Reviewer），负责创新性2分以下零件的专业评审，可参与各创新性分级的评审。

c.专家级（Expert），负责项目内创新性3分以上零件的专业评审和跨专业维度评审，可参与各创新性分级的评审。

除以上三种角色以外，也可以邀请参与被评审项目的专业开发、试验以及制造人员参与，会上展开讨论。各个参与评审的专家角色需具备一定的评审能力，包含但不限于：

a.考虑风险（变更、差异、界面等）进行讨论的习惯。

b.常站在客户角度，考虑部件和故障模式（现象）与使用场景。

c.以鼓励设计人员自己思考为目的进行提问。

d.扩展视点于设计人员没有关注到的领域。

评审基于正确引导与共享信息的基调展开，用事实数据讨论，现场尽量避免质疑、主观否定与打击。

评审各阶段及内容如图2所示。设计担当以设计基准为基础，整理变更点并找出由于变更引起的担心事项和对策。专业主任工程师/经理批准“事前准备”内容后，由设计担当召集会议讨论由于变更所引起的担心事项及所需对策。快速设计评审工具中需要体现如下内容：

a.零部件基本信息。

b.变更点和变更内容。

c.创新评分分值以及创新点。

d.可能引起的故障和不满。

e.采取了什么对策避免故障和不满的发生。

f.将对策落实到设计、制造、验证阶段，并形成闭环。

g.结果的确认与改善。

需要明确的是，对于没有快速设计评审经验的专业，首次开展该活动是无法做到一次成功的，需要在结果的确认与改善环节对照实物阶段的问题完善文件，形成知识积累后，运用于新项目的快速设计评审。在以往开展的快速设计评审活动中，设计人员经常陷入一个误区，认为通过了快速设计评审，相关的落实事项确认结案，该工作就结束了。没有通过市场问题的反馈，对快速设计评审活动进行复盘，造成快速设计评审无法形成循环改善，工具的使用效果停滞不前。

设计担当召集评审会，与会人员追加由于变更引起的担心事项及对策，评审后析出的担心事项及对策计入快速设计评审文件。评审时无对策或对策未实施、需后续在设计图纸、试验、制造阶段落实的，需将对策按照设计、试验、制造明确负责人和期限，记入快速设计评审文件。落实到设计阶段的对策可能涉及：

a.修改设计集合尺寸、公差。

b.修改材料性能要求。

c.修改布置方式。

d.修改边界条件，完善虚拟阶段的验证，如CAE分析等。

落实到试验阶段的对策可能涉及：

a.修改试验策划。

b.修改供应商零部件验证计划。

落实到制造阶段的对策可能涉及：

a.工艺文件的制修订。

b.制造基准书的制修订。

4 应用及实施效果

4.1 基于正向设计的创新性评审在T17后桥设计开发中的应用

T17后桥设计在原B19后桥基础上创新性评级为1～2分的变更点为装配接口改变，创新性评级为3分的变更为制动摩擦片增加磨损自动报警装置。因此，对制动摩擦片增加磨损自动报警装置进行快速设计评审。

为了应对法规，设计制动摩擦片增加磨损自动报警装置，用于当制动摩擦片磨损到规定厚度时，报警装置自动向检测回路输出信号，汽车仪表盘会出现更换刹车片亮灯提示。该装置可能会带来的客户抱怨有3个方面：

a.磨损到规定厚度时没有报警。

b.未磨损到规定厚度时出现报警。

c.线束断裂出现报警。

磨损到规定厚度时没有报警在如下情况下会发生：

a.磨损自动报警装置设计不合理，摩擦片磨损到规定厚度时，不反馈报警信号。

b.传感器外套和绝缘被膜的材质比刹车摩擦材料更硬，不会磨损。

c.传感器从刹车摩擦材料中脱落。

未磨损到规定厚度时出现报警在如下情况下会发生：

a.制造不良。

b.部品异常；装配损伤。

c.因制动器热化导致报警装置破损。

d.传感器部分脱落。

线束断裂在如下情况下会发生：线束未捆扎，松摆导致线束断裂。

将以上逐项分别由设计、试验评价、制造进行措施应对，见表2。

自动报警装置的设计方案确定为：

a.磨损自动报警装置为单回路系统，当线束磨损断路时，回馈报警信号。

b.使用的橡胶护套是比制动摩擦材料更明显的容易磨损的材质。另外，配线也是铜，是比刹车摩擦材料更容易磨损的材质。

c.传感器使用粘结剂固定。粘结剂为-40～200 ℃不软化的材料；粘合剂和传感器颜色即使是10年热劣化也不会因为刹车振动等而损坏材质；为了不在传感器部发生拉伸力，在配线部设置固定点。

d.线束端子与基座在30 N的拉力下不松脱；线束设置绝缘材料保护层。配线不断线、电线耐高温：200 ℃，耐低温：-40 ℃；支架耐高温：350 ℃，耐压：500 V；绝缘电阻：1 000 MΩ，阻燃：绝缘材料上所有火焰在70 s内熄灭。

e.图纸上规定线束长度、走向及捆扎要求。

自动报警装置的评价方案确定为：

a.使用的橡胶护套是比制动摩擦材料更明显的容易磨损的材质。配线也是铜，是比刹车摩擦材料更容易磨损的材质。2015年起已有市场实绩，本案观察。

b.对传感器固定支架高温测试：从低温升至350 ℃保持20 min，支架不融化。

c.实车上按标准进行配线和干涉评价。

d.线束进行30 N的拉力测试，结果不松脱、不断线。

e.报警装置进行高低温测试：高温200 ℃，1 h，低温-40 ℃，1 h。无损坏或变形，电线需导通正常。

自动报警装置的制造应对措施确定为：

a.线束端部装配在制动蹄片上，高度为允许的磨损极限。

b.对传感器部位开展是否忘了涂粘结剂的确认。

c.传感器的安装位置确认。

d.在实际车辆安装工程中夹子固定与否的确认。

e.摩擦片供应商100%进行信号检测，保证信号回路通畅。

f.前桥和后桥供应商增加信号检测设备，保证信号回路通畅。

g.对传感器部是否忘了涂粘结剂的确认；传感器的安装位置确认。

h.在实际车辆安装工程中夹子固定与否的确认。

i.按图纸线束捆扎要求执行线束捆扎。

自动报警装置评价结果如表3所示，其产品照片如图3所示，评审结果的鉴定如图4所示。

4.2 效果评价

4.2.1 产品品质效果

在设计变更的开发过程中，对不应用快速设计评审和应用快速设计评审的两种情况进行对比，发现快速设计评审在降低时效率的作用中能够有显著效果，见表4（针对创新性评价≥3分的同类零件）。

以ZD系列项目市场品质指标（3MIS）为例，T17国六车型上市初期3MIS值相对于ZD30国五车型大幅度下降65.7%，节约了巨大的市场维修服务成本，从上市初期立即赢得客户口碑。目前该系列项目的3MIS水平在10%左右，在商用车领域处于较高水平。

4.2.2 项目质量管控效果

基于正向设计的设计评审，是运用“头脑风暴法”进行设计评审的，为设计评审工作提供了工具支撑。该方法将设计、制造、试验评价专业等上下游人员集结在一起，通过前期的研讨分析出问题。

本项目范围内的质量技术研究成果，经T17运用证实有效、可靠，该成果可普遍应用于战略性、适应性和快速应变性项目，显著提升了公司产品质量，增强了客户满意，提高了企业效益。

本文对基于零件创新性程度的设计评审方法进行研究，明确了评审分级原则、人员资质、评审人员的分工等，在设计开发过程中，助力评审过程有理有据地推进（有明确的工具方法指引）。在产品量产后，通过对量产市场问题解析，对比前期创新性点检及评审进行查漏补缺，通过不断完善创新性评审的流程和文件数据库，提升LCV评审有效性。

参考文献：

［1］石川馨，质量管理入门［M］刘灯宝，译北京：机械工业出版社，2016

［2］田红梅，谢骋DRBFM在汽车产品研发过程中的应用［J］上海汽车，2009（11）：34-40

作者简介：

李冉，女，1988年生，主任设计师，研究方向为项目质量工具及应用。