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基于DFSS的汽車NVH開發(fā)流程研究

2019-08-27 00:44:51·  來(lái)源：汽車技術(shù)研究所  
　
NVH即噪聲(Noise)、振動(dòng)(Vibration)、聲振粗糙度(Harshness)3個(gè)英文單詞首字母的縮寫.其中，聲振粗糙度是指噪聲和振動(dòng)的品質(zhì)，描述了人體對(duì)振動(dòng)和噪聲的主觀感覺(jué)
NVH即噪聲(Noise)、振動(dòng)(Vibration)、聲振粗糙度(Harshness)3個(gè)英文單詞首字母的縮寫.其中，聲振粗糙度是指噪聲和振動(dòng)的品質(zhì)，描述了人體對(duì)振動(dòng)和噪聲的主觀感覺(jué)，不能直接用客觀測(cè)試的方法來(lái)度量.在汽車行業(yè)用NVH指代汽車的噪聲與振動(dòng)特性.更為通俗地理解，NVH是衡量汽車質(zhì)量的一種綜合特性，就是在噪聲與振動(dòng)的作用下，消費(fèi)者對(duì)于車輛舒適性的直觀感受。
 
隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展轉(zhuǎn)型的深入推進(jìn)，國(guó)內(nèi)汽車行業(yè)也從單純的數(shù)量增長(zhǎng)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槠焚|(zhì)增長(zhǎng).汽車消費(fèi)市場(chǎng)也愈發(fā)成熟，消費(fèi)者對(duì)于車輛的性能尤其是NVH性能愈發(fā)敏感.汽車的NVH性能表現(xiàn)已不單單影響車輛的品質(zhì)感，更深度影響企業(yè)在市場(chǎng)上的口碑和發(fā)展，各大主機(jī)廠也加大了對(duì)汽車NVH性能開發(fā)的投入.
 
汽車NVH性能的開發(fā)涉及汽車上多個(gè)系統(tǒng)和零部件.由于各個(gè)系統(tǒng)和零部件之間耦合方式的影響，即使在各個(gè)系統(tǒng)或零部件本身的技術(shù)指標(biāo)滿足單個(gè)系統(tǒng)或零部件NVH性能要求的情況下，整車NVH性能表現(xiàn)也可能達(dá)不到相應(yīng)的要求.此外，汽車NVH性能表現(xiàn)不僅取決于設(shè)計(jì)，同時(shí)也受工藝、過(guò)程質(zhì)量控制等因素的影響.因此，有必要系統(tǒng)性地對(duì)汽車NVH性能開發(fā)流程進(jìn)行梳理研究.
 
從正向開發(fā)的角度出發(fā)，典型的汽車NVH開發(fā)流程是基于系統(tǒng)工程展開的“V”型開發(fā)流程.Thomas E. Austin論述了系統(tǒng)工程在汽車產(chǎn)品開發(fā)的應(yīng)用.在龐劍等提出的產(chǎn)品開發(fā)流程圖的基礎(chǔ)上，范習(xí)民等提出了基于系統(tǒng)工程原理的汽車NVH正向開發(fā)流程，主要有以下幾個(gè)步驟：客戶需求調(diào)研、定義用戶需求，競(jìng)品NVH性能測(cè)試、總結(jié)優(yōu)化對(duì)象，確定整車優(yōu)化目標(biāo)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行建模與優(yōu)化，制作虛擬模型車，樣車的試驗(yàn)與調(diào)整.
 
文中基于對(duì)DFSS(Design For Six Sigma，六西格瑪設(shè)計(jì))理論及汽車NVH性能“V”型開發(fā)流程的研究，將DFSS理論導(dǎo)入傳統(tǒng)的汽車NVH性能“V”型開發(fā)流程，從而優(yōu)化了已有的汽車NVH性能開發(fā)流程，提高了汽車NVH性能表現(xiàn)水平.
 
1 DFSS(Design For Six Sigma)理論
  
DFSS(Design For Six Sigma)即六西格瑪設(shè)計(jì)，是指遵循合理的流程，運(yùn)用科學(xué)的方法準(zhǔn)確理解和把握消費(fèi)者需求，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行穩(wěn)健設(shè)計(jì)，使產(chǎn)品在低成本下實(shí)現(xiàn)六西格瑪質(zhì)量水平，同時(shí)，使產(chǎn)品本身具有抗干擾能力，即使環(huán)境惡劣或操作不當(dāng)，產(chǎn)品仍然滿足消費(fèi)者的需求.
 
DFSS有許多應(yīng)用于不同環(huán)境下的設(shè)計(jì)流程，主要包含以下幾種：①DMADV流程，即界定(define)、測(cè)量(measure)、分析(analyze)、設(shè)計(jì)(design)、驗(yàn)證(verify)；②DMEDI流程，即界定(define)、測(cè)量(measure)、探索(explore)、研發(fā)(develop)、實(shí)現(xiàn)(implement)；③IDDOV流程，即識(shí)別(identify)、界定(define)、研發(fā)(develop)、優(yōu)化(optimize)、驗(yàn)證(verify)；④ICOV流程，即識(shí)別(identify)、特性實(shí)現(xiàn)(characterize)、優(yōu)化(optimize)、驗(yàn)證(verify).
 
2 汽車NVH性能開發(fā)流程研究
  
2.1 汽車NVH性能“V”型開發(fā)流程

已有的汽車產(chǎn)品開發(fā)流程主要是基于系統(tǒng)工程理論逐步發(fā)展而來(lái)的，系統(tǒng)工程的第一步是針對(duì)用戶需求制定總體目標(biāo)，第二步是把整體技術(shù)目標(biāo)分解到各個(gè)系統(tǒng)，第三步是進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)與驗(yàn)證，包括零部件、子系統(tǒng)、系統(tǒng)的驗(yàn)證.傳統(tǒng)的汽車NVH性能開發(fā)流程也主要基于系統(tǒng)工程理論展開，呈現(xiàn)出“V”型的特點(diǎn)(如圖1所示).其基本思路為：在“V”型的左邊，從設(shè)定整車NVH性能目標(biāo)出發(fā)，一步一步地將技術(shù)要求分解到系統(tǒng)、零部件；同時(shí)，在“V”型的右邊，從零部件、系統(tǒng)、整車進(jìn)行逐層的驗(yàn)證，最終，經(jīng)過(guò)集成到整車的驗(yàn)證與優(yōu)化，達(dá)成整車NVH性能目標(biāo).
 
圖1 “V”型開發(fā)流程

2.2 基于DFSS的汽車NVH開發(fā)流程

汽車NVH性能水平不僅關(guān)系到汽車的品質(zhì)感，更直接影響消費(fèi)者的感受.考慮到汽車產(chǎn)品開發(fā)固有特點(diǎn)以及NVH性能影響因素，本文選擇借鑒DFSS理論的IDDOV流程并將優(yōu)化(optimize)、驗(yàn)證(verify)階段改為設(shè)計(jì)優(yōu)化(design & optimize)、驗(yàn)證實(shí)施(verify & implement)階段，導(dǎo)入優(yōu)化已有的汽車NVH性能“V”型開發(fā)流程(如圖2所示)，總體上分為識(shí)別機(jī)會(huì)(identify)、定義要求(define requirements)、概念開發(fā)(concept develop)、設(shè)計(jì)優(yōu)化(design & optimize)、驗(yàn)證實(shí)施(verify & implement)5個(gè)階段.
圖2 基于DFSS的汽車NVH開發(fā)流程

2.2.1 識(shí)別機(jī)會(huì)
 
識(shí)別機(jī)會(huì)階段主要使用的技術(shù)方法有卡諾分析、風(fēng)險(xiǎn)分析、德爾菲法、Benchmark分析，主要任務(wù)是進(jìn)行市場(chǎng)研究，識(shí)別消費(fèi)者需求，確定產(chǎn)品定位，確定整車NVH開發(fā)任務(wù)書.
 
識(shí)別機(jī)會(huì)階段的主要目的是通過(guò)市場(chǎng)研究識(shí)別出消費(fèi)者的需求，鎖定產(chǎn)品細(xì)分市場(chǎng)，確定產(chǎn)品的市場(chǎng)定位，并通過(guò)Benchmark分析等手段對(duì)公司產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)車型的技術(shù)水平進(jìn)行主客觀對(duì)標(biāo)分析，最終確定相應(yīng)的針對(duì)細(xì)分市場(chǎng)人群的產(chǎn)品的整車NVH開發(fā)任務(wù)書.
 
在這一階段中，最終的輸出物是競(jìng)爭(zhēng)車型NVH性能分析報(bào)告、整車NVH性能開發(fā)任務(wù)書.
 
2.2.2 定義要求
 
定義要求階段主要使用的技術(shù)方法有QFD(Quality Function Deployment，質(zhì)量功能展開)分析、FMEA分析(Failure Mode and Effects Analysis，失效模式及效果分析)，主要任務(wù)是對(duì)消費(fèi)者需求進(jìn)行QFD分析，確定整車性能目標(biāo)、初版整車DVP(Design Verification Plan，設(shè)計(jì)驗(yàn)證計(jì)劃)、初版系統(tǒng)DVP、關(guān)鍵工藝要求、關(guān)鍵過(guò)程質(zhì)量控制要求.
 
在定義要求階段，首要開展的就是將識(shí)別機(jī)會(huì)階段輸出的整車NVH性能開發(fā)任務(wù)書確定的消費(fèi)者需求進(jìn)行QFD分析，展開為整車性能目標(biāo)、關(guān)鍵工藝要求、關(guān)鍵過(guò)程質(zhì)量控制要求，并結(jié)合FMEA分析確定初版的整車DVP、系統(tǒng)DVP.通過(guò)建立汽車NVH開發(fā)一級(jí)質(zhì)量屋(如圖3所示)，確定幾項(xiàng)關(guān)鍵工程措施：系統(tǒng)組件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)耦合設(shè)計(jì)、過(guò)程質(zhì)量控制.
 
定義要求階段最終的輸出物是整車性能目標(biāo)、初版整車DVP、關(guān)鍵工藝要求、關(guān)鍵過(guò)程質(zhì)量控制要求.
 
圖3 汽車NVH開發(fā)一級(jí)質(zhì)量屋
 
2.2.3 概念開發(fā)

概念開發(fā)階段主要使用的技術(shù)手段有CAE分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)臺(tái)架驗(yàn)證、FMEA分析，主要任務(wù)是對(duì)整車NVH性能目標(biāo)進(jìn)行分解，關(guān)鍵工藝要求、關(guān)鍵過(guò)程質(zhì)量控制要求細(xì)化，更新并凍結(jié)整車DVP，確定初版關(guān)鍵系統(tǒng)DVP，Mule Car試制交付.
 
在概念開發(fā)階段，需要將定義要求階段確定的整車NVH性能目標(biāo)分解為系統(tǒng)、零部件NVH性能目標(biāo)，將上一階段確定的關(guān)鍵工藝要求、關(guān)鍵過(guò)程質(zhì)量控制要求落實(shí)到工藝設(shè)計(jì)方案及過(guò)程質(zhì)量控制方案中，同時(shí)，根據(jù)項(xiàng)目最終的開發(fā)范圍和進(jìn)度更新并凍結(jié)整車DVP，根據(jù)相應(yīng)的FMEA分析選定影響NVH性能的關(guān)鍵系統(tǒng)和零部件，并更新凍結(jié)系統(tǒng)DVP(由于存在很多系統(tǒng)和零部件直接從相關(guān)供應(yīng)商采購(gòu)的情況，相應(yīng)的系統(tǒng)和零部件的DVP應(yīng)落實(shí)到供應(yīng)商的技術(shù)協(xié)議中)，Mule Car試制交付并在Mule Car上進(jìn)行結(jié)構(gòu)化分析驗(yàn)證.
 
在這一階段中，最終的輸出物有系統(tǒng)NVH性能目標(biāo)、零部件NVH性能目標(biāo)、NVH性能目標(biāo)可行性分析報(bào)告、工藝設(shè)計(jì)方案、過(guò)程質(zhì)量控制方案、凍結(jié)版整車DVP、初版系統(tǒng)DVP、Mule Car驗(yàn)證報(bào)告.

2.2.4 設(shè)計(jì)優(yōu)化
 
設(shè)計(jì)優(yōu)化階段使用的技術(shù)方法有CAD/CAM/CAE技術(shù)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、參數(shù)設(shè)計(jì)、容差設(shè)計(jì)、DOE分析、DFX(Design For X，面向X的設(shè)計(jì))，主要任務(wù)是進(jìn)行系統(tǒng)和零部件的設(shè)計(jì)優(yōu)化，工藝設(shè)計(jì)方案、過(guò)程質(zhì)量控制方案細(xì)化設(shè)計(jì)，關(guān)鍵零部件的單件驗(yàn)證，關(guān)鍵系統(tǒng)的系統(tǒng)集成驗(yàn)證，PT樣車的試制交付和驗(yàn)證.
 
設(shè)計(jì)優(yōu)化階段是整車NVH性能開發(fā)流程中承上啟下、至關(guān)重要的一個(gè)階段.需要將上一階段分解的系統(tǒng)、零部件NVH性能目標(biāo)落實(shí)到設(shè)計(jì)過(guò)程中并進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)工藝設(shè)計(jì)方案、過(guò)程質(zhì)量控制方案進(jìn)行細(xì)化設(shè)計(jì)，對(duì)關(guān)鍵零部件進(jìn)行單件驗(yàn)證(考慮到大多數(shù)零部件可能采購(gòu)自供應(yīng)商，故應(yīng)要求供應(yīng)商對(duì)相應(yīng)零部件進(jìn)行單件試驗(yàn)或委托第三方試驗(yàn)室開展試驗(yàn))，對(duì)關(guān)鍵系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)集成驗(yàn)證，PT(Prototype)樣車的試制交付并持續(xù)進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證，最終將所有PT階段開發(fā)最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案移植到一臺(tái)試驗(yàn)車上進(jìn)行驗(yàn)收.
 
在這一階段，最終的輸出物是關(guān)鍵零部件、關(guān)鍵系統(tǒng)的DVP&R(Design Verification Plan & Report)，PT樣車驗(yàn)收?qǐng)?bào)告.
 
2.2.5 驗(yàn)證實(shí)施
 
驗(yàn)證實(shí)施階段的技術(shù)方法有CAD/CAM/CAE技術(shù)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、參數(shù)設(shè)計(jì)、容差設(shè)計(jì)、DOE分析、DFX、ATP(Acceptance Testing Procedure，驗(yàn)收檢驗(yàn)規(guī)范)，主要任務(wù)是OT樣車的試制交付和驗(yàn)證，批量階段樣車的驗(yàn)證，整車NVH性能工程驗(yàn)收.
 
驗(yàn)證實(shí)施階段是整車NVH性能開發(fā)流程最后一個(gè)階段，也是驗(yàn)收并實(shí)施的過(guò)程.在系統(tǒng)驗(yàn)證完成后，進(jìn)行OT(Off Tool Sample)樣車的試制及交付.在OT樣車上繼續(xù)進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證并將所有OT階段開發(fā)優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案集成到一臺(tái)試驗(yàn)車上進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)收.進(jìn)入生產(chǎn)線調(diào)試、小批量生產(chǎn)、批量生產(chǎn)階段后，從生產(chǎn)線上抽取一定數(shù)量的試驗(yàn)車進(jìn)行驗(yàn)證，確認(rèn)之前階段定義的關(guān)鍵工藝要求、過(guò)程質(zhì)量控制要求的有效性.由于設(shè)計(jì)已經(jīng)凍結(jié)，這一階段，應(yīng)將重點(diǎn)放在工藝要求是否到位、過(guò)程質(zhì)量控制是否滿足要求上，除非出現(xiàn)批量生產(chǎn)的車輛與設(shè)計(jì)驗(yàn)收樣車的NVH性能存在重大且不可接受的差異，不然不建議對(duì)NVH設(shè)計(jì)進(jìn)行變更.最終，通過(guò)對(duì)正常節(jié)拍下批量生產(chǎn)的車輛進(jìn)行主客觀評(píng)價(jià)，并對(duì)比競(jìng)爭(zhēng)車型NVH性能分析報(bào)告、整車NVH性能開發(fā)任務(wù)書進(jìn)行整車NVH性能工程驗(yàn)收.
 
在這一階段，最終的輸出物是OT樣車驗(yàn)收?qǐng)?bào)告、工藝設(shè)計(jì)方案驗(yàn)收?qǐng)?bào)告、過(guò)程質(zhì)量控制方案驗(yàn)收?qǐng)?bào)告、整車NVH性能工程驗(yàn)收?qǐng)?bào)告.
 
3 結(jié) 論
 
基于DFSS理論，對(duì)汽車NVH性能開發(fā)流程進(jìn)行了探討，提出了借鑒IDDOV流程、優(yōu)化的NVH性能開發(fā)流程，并導(dǎo)入了DFSS的主要技術(shù)方法，如基于QFD的市場(chǎng)需求分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、穩(wěn)定性優(yōu)化設(shè)計(jì)、面向X的設(shè)計(jì)等.值得注意的是，IDDOV五個(gè)階段有一定的先后次序，但并不是嚴(yán)格的串行關(guān)系，在流程的實(shí)施中，必須實(shí)行并行工程，每個(gè)階段都需要面向后續(xù)階段進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)，不同的階段之間需要有一定的重疊，驗(yàn)證階段應(yīng)該是對(duì)開發(fā)全過(guò)程的分階段驗(yàn)證. 
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