六西格瑪設計在優化后風窗除霜除霧性能方面的應用

王文璇 王景軒

摘要：本文簡單介紹了汽車后風窗的作用以及目前后風窗除霜除霧的現狀，并闡述了通過六西格瑪設計（DFSS）優化后風窗除霜除霧功能的過程。通過結合具體案例詮釋了六西格瑪設計的尋找最優方案解決問題的方法。

關鍵詞：六西格瑪設計;除霜;除霧

六西格瑪設計DFSS（Design for Six Sigma）就是按照合理的流程，運用科學的方法準確地理解和把握顧客呼聲，對新產品/新技術/新流程進行穩健設計，使產品/技術/流程在低成本的情況下，對造成變化的因素的敏感度最小化，從而實現六西格瑪質量水平。

隨著目前汽車市場的占有率越來越高，國內汽車市場競爭日益加劇，客戶對汽車的認知逐漸成熟，進而提高了對車子性能和質量的要求，低成本高質量的研發要求也越來越被重視。因此，尋找最優解決方案的六西格瑪設計在各大汽車設計公司普及開來。

汽車后風窗除了是安全件，起到保護乘客安全的作用外，同時還與汽車內后視鏡一同承擔著提供后視野的功能，風窗起霜起霧將影響視野功能，所以多數后風窗具備電加熱功能。隨著科技進步，流媒體內后視鏡的逐步引入，部分車型通過后攝像頭和流媒體內后視鏡提供視野，但由于其價格高昂，在絕大多數經濟車型中，并未配備。所以，如何低成本的優化后風窗除霜除霧性能，提高客戶感知質量，是我們需要研究的內容。

本文結合六西格瑪設計方法簡單介紹了某車型優化后風擋除霜除霧性能的過程，通過零部件的內部結構和材料的優化設計來改進，提高車輛性能和客戶滿意度。

1?后風窗功能簡介

汽車后風窗是安全件，在碰撞、側翻等情況下，起到保護乘客安全的作用。汽車后風窗也是功能件，可以為駕駛員提供良好的后視野。風窗起霜起霧將大大影響視野功能。

我國目前沒有法規對后風窗的除霜除霧功能進行約束，各主機廠按照各自對子系統和整車規范控制，因此就帶來了各戶感知差異。該功能客戶感知明顯，因此該功能的提升，對品牌提升客戶滿意度有著重要的作用。

2?零部件的優化過程

2.1?識別機會

后風窗上的加熱絲可用于快速消除玻璃上的霜和霧，直接影響到汽車安全性，在設計玻璃加熱絲的布置和設計時，既要滿足視野要求，還要保證加熱的功率與加熱的溫度，二者必須結合起來考慮。

由于后風窗除霜除霧功能不是法規要求，以往項目在設計加熱絲時僅按照子系統和整車規范控制，沒有與客戶感知結合起來。通過該DFSS項目，調查客戶對后風窗除霜除霧功能的感知度，并轉換成相應的工程指標。識別并優化相關參數，改善后風窗的除霜除霧功能。

2.2?定義客戶要求

為了更加準確的定義客戶要求，我們通過識別內部和外部客戶，以及收集內外部客戶呼聲，對比競爭車型的相關數據，將客戶要求有效地轉化為工程要求。

外部客戶也就是終端客戶，要求主要是加熱速度快，除霜除霧效果明顯，保證清晰的后視野。而內部客戶要求不僅是加熱速度快，同時也要保證安全性，因此要求后風窗加熱不燙手，同時改進方案低成本，效果好，實現周期短。

這些要求轉化為工程指標就是加熱時間10分鐘后后風擋的溫度和除霜面積。溫度越高，除霜除霧效果越明顯，但溫度過高會導致燙傷客戶以及損壞零件等問題，通過CTQ客戶損失函數確認目標要求。

收集市場不同車型后風擋溫度數據，在12.8V電壓下通過紅外線檢測后風擋溫度，20分鐘內，每5分鐘測量一次。通過加熱溫度客戶損失函數確定目標，溫度設定為（58，0.5）即能夠滿足客戶需求。

2.3?開發概念

設計階段首先根據造型面及黑邊進行初始的加熱絲布置。并根據理論計算公式，完成理論設計，根據設計開發產品，并通過PV試驗驗證。對于該項目，通過卡諾模型可以分析出，已經滿足理所應當質量要求，即子系統及整車試驗規范，但加熱速度的提高會提高客戶的滿意度，所以我們需要改善一元質量。

影響后風窗加熱效率的因素是電流、電壓和電阻。U=IR 。電壓一定，總電阻越小，電流越大，效率越高。整車電壓為固定值，不能更改;更改電流分配對整車影響較嚴重，由于本項目已經過了前期設計階段，需要尋求對整車影響小的方案，因此我們從降低總電阻方向尋求改善方案。影響加熱絲電阻的因素為加熱絲銀漿配比和加熱絲寬度，因此我們對比兩個設計方案：調整后風擋加熱絲銀漿配比和調整后風擋加熱絲銀漿配比并調整加熱絲線寬。

首選確認方案選擇標準：成本低、更改實施快、加熱快、母線溫度低。因此我們選擇了成本最低效率最高的更改方式，調整加熱絲銀漿配比。分別進行10分鐘和20分鐘仿真結果確認。10分鐘后仿真最大溫度57°C，功率237W。20分鐘后最大溫度58.8°C，功率236W。

理論分析得出，方案1雖不滿足溫度要求，但與要求值非常接近。因此，考慮調整加熱線寬度，提高加熱效率，來滿足定義要求。在方案1基礎上，我們調整了加熱絲寬度，分別進行10分鐘和20分鐘仿真結果確認。10分鐘后仿真最大溫度58°C，功率235W。20分鐘后最大溫度60°C，功率234W。

通過CAE仿真分析，方案二溫度達到定義要求。同時減小加熱絲寬度，銀漿用量減少，單件成本降低。

結合CAE分析結果，以及設計方案對比表，方案2在成本與加熱效果兩項重要參數中都優于方案1，所以選擇方案2，調整后風擋加熱絲銀漿配比并調整加熱絲寬度的方案。

2.5?確認產品/過程性能

根據最優方案進行樣件制作，并通過試驗檢驗樣件加熱溫度。在12.8V電壓下，每間隔2分鐘檢測一次后風擋溫度。對比之前定義的工程指標，測試結果都滿足了工程要求。

通過該項目不僅優化了設計，完善了標準要求，并對后風窗開發過程進行了優化，在設計階段加入了CAE溫度仿真分析，在驗證階段加入了紅外線溫度檢測和除霜監測。設計與驗證環環相扣，確保了產品質量的可靠性，保證零件滿足客戶要求。

3.總結

六西格瑪設計（DFSS）的應用致力于前期的設計質量，而不是后期的設計質量，是一種工程過程。從設計初始就關注質量與成本，制定質量和成本目標，并在設計過程中不斷優化，使其對于過程和環境的變化更穩健，確保產品質量在設計階段得到改進和保證，同時降低成本，縮短開發周期，滿足客戶的需求和期望。

參考文獻

[1] Design for Sig Sigma， Creveling， Slutsky & Antis – Prentice Hall PTR， 2003

[2] The Design of Experiments， R.A Fisher – Oliver & Boyd， 1951余秀慧，等. 六西格瑪設計在汽車產品開發中的應用?上海汽車， 2010

（泛亞汽車技術中心有限公司?上海?201201）