一、六西格瑪簡介
1、六西格瑪設(shè)計
六西格瑪設(shè)計(DFSS)是在設(shè)計前期就開始制定與成本和質(zhì)量相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，且在設(shè)計過程中不斷改進(jìn)優(yōu)化，以確保產(chǎn)品質(zhì)量和成本在設(shè)計階段就得到保證。DFSS致力于前期的設(shè)計質(zhì)量，而不是后期的設(shè)計質(zhì)量，是在降低成本的情況下，滿足客戶對產(chǎn)品質(zhì)量與性能的需求。六西格瑪設(shè)計通過科學(xué)的方法準(zhǔn)確地理解和定義客戶需求，對新產(chǎn)品、新技術(shù)及新流程進(jìn)行魯棒性設(shè)計，使新產(chǎn)品、技術(shù)及流程在較低成本下對造成變化的因素的敏感度最小。
2、DFSS通過基于項目的識別、定義、設(shè)計、優(yōu)化、驗證五個階段來實施
①項目識別階段的目的是確認(rèn)項目存在的機(jī)會，主要是收集和明確顧客與市場需求，并論證項目的可行性。
②定義階段是DFSS的核心過程，主要是明確定義對產(chǎn)品的要求，并注意區(qū)分客戶不同層次的需求，通過QFD將需求展開為設(shè)計及制造工藝等方面的要求，并經(jīng)過提煉準(zhǔn)確地識別和量化顧客需求；
③設(shè)計階段是采用創(chuàng)造性的方法定義可行的產(chǎn)品概念，并客觀地來評估這些方案。
④優(yōu)化階段是旨在通過實驗設(shè)計優(yōu)化產(chǎn)品和過程設(shè)計參數(shù)，使產(chǎn)品在質(zhì)量、成本和交付時間允許的基礎(chǔ)上達(dá)到企業(yè)利益的最大化；
⑤驗證階段是對產(chǎn)品設(shè)計是否滿足顧客要求、是否達(dá)到期望的質(zhì)量水平的確認(rèn)評判過程。
3、概念設(shè)計
概念設(shè)計是一系列有序、有目標(biāo)的設(shè)計過程，是一個由抽象到具體、由模糊到清晰、由粗到精的不斷改進(jìn)的過程，進(jìn)而將用戶需求轉(zhuǎn)換成概念產(chǎn)品引。具體的流程包括概念的產(chǎn)生、選擇、實現(xiàn)、評價這四個階段。其中各個階段都有一些常用的方法與技巧。如:決策矩陣法、需求調(diào)查研究法等。概念評價和選擇的共同之處在于都是對產(chǎn)品概念的篩選。概念選擇更多依賴設(shè)計團(tuán)隊內(nèi)部的經(jīng)驗來判斷，而概念評價是基于從消費(fèi)者調(diào)查中得來的數(shù)據(jù)，是產(chǎn)品概念設(shè)計中決策的重要依據(jù)。所以評價策略的優(yōu)劣直接影響設(shè)計結(jié)果的好壞。
二、轎車蓄電池支撐系統(tǒng)應(yīng)用六西格瑪實例
1、蓄電池系統(tǒng)簡介
蓄電池性能的好壞直接關(guān)系到各種電器能否正常工作，不佳的性能還會導(dǎo)致與之相關(guān)的機(jī)構(gòu)不能工作。蓄電池在車上的安裝必須牢固可靠，否則在工作時，由于受顛簸振動或其它外力的作用等因素，將會導(dǎo)致蓄電池脫落或破損。
2、蓄電池支撐系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
主要由蓄電池、固定掛鉤、托盤、支架組成。蓄電池通過掛鉤固定在托盤上，托盤通過螺栓與支架連接，支架焊接在前縱梁上，支架作為整車系統(tǒng)中的一個重要子系統(tǒng)，合理設(shè)計其結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度能夠保障蓄電池及附屬電子元器件正常工作，對整車在行駛中的舒適性和安全性等都有著重要的作用。如圖1所示。
圖1 蓄電池支撐系統(tǒng)示意圖
3、項目識別和定義
工程指標(biāo)是從客戶需求轉(zhuǎn)化而來的工程或者系統(tǒng)級別的衡量，可用于定量或定性測試或衡量產(chǎn)品的性能水平。客戶呼聲并不總是那么清晰，可以借用S、M、A、R、T法則幫助選擇和評估功能要求，用QFD等方法完成轉(zhuǎn)換。通過對內(nèi)部客戶、外部客戶以及國家法規(guī)的調(diào)查研究，采用功能分解和QFD的方法確定蓄電池系統(tǒng)的主要問題和參數(shù)，采用矩陣形式構(gòu)造質(zhì)量屋用以表示用戶需求、產(chǎn)品功能及其相互關(guān)系，從而識別和定義了對蓄電池支撐系統(tǒng)的產(chǎn)品需求，進(jìn)而轉(zhuǎn)換為質(zhì)量、成本指標(biāo)以及工程要求。根據(jù)客戶呼聲轉(zhuǎn)換成的工程指標(biāo)見表2。
表2 客戶呼聲與工程指標(biāo)
考慮到生產(chǎn)、維護(hù)、性能等相關(guān)要求，本文從11個方面來考核蓄電池支架的性能，定義為支撐系統(tǒng)不同布置方案及設(shè)計方案的選擇和評判標(biāo)準(zhǔn)，這11個標(biāo)準(zhǔn)包括:重量，價格，結(jié)構(gòu)剛度，振動，安全性，耐久性，布置可能性，可制造性，易安裝性，開發(fā)時間，售后維護(hù)方便性。
4、項目概念設(shè)計方案
①支撐系統(tǒng)布置方案
根據(jù)前艙系統(tǒng)空間限制和蓄電池系統(tǒng)特點，天行健管理顧問經(jīng)過對多種車型的調(diào)查研究了解，開發(fā)了四種蓄電池支撐系統(tǒng)布置方案：方案1為前后方向布置；方案2為內(nèi)對角線布置；方案3為外對角線布置；方案4為左右方向橫向布置。
從11個性能方面為參考標(biāo)準(zhǔn)來對比考核這四種方案，采用普氏概念(Pugh)選擇方法，最終選擇出最優(yōu)的且適于企業(yè)生產(chǎn)制造的布置方案。普氏概念選擇的方法是從之前討論收集的概念和想法中，整理出一組概念，對于這些最初的概念尋求增強(qiáng)這組概念的優(yōu)點，根除或改進(jìn)不足環(huán)節(jié)。它常用的方法是通過選擇一個基準(zhǔn)來比較其他概念。首先將方案1作為基準(zhǔn)，將其他三種方案分別與方案1作對比。
由于方案1和方案4的蓄電池探出縱梁的長度較長，所以相應(yīng)的支架尺寸應(yīng)當(dāng)較大。故方案1和方案4的重量要高于方案2和3；方案4同方案1類似但略小于方案1，故價格方面來講，同樣的材料成本但由于支架尺寸不一致導(dǎo)致后三種方案要優(yōu)于方案1；由于方案2和方案3的蓄電池的質(zhì)心位置落在縱梁上，且蓄電池與縱梁交錯面較大，所以方案2和方案3的整體結(jié)構(gòu)剛度要好于方案1和方案4。由于方案1蓄電池的質(zhì)心位置懸在縱梁外側(cè)，所以支撐系統(tǒng)會有繞縱梁旋轉(zhuǎn)的趨勢，所以方案1的振動性能相對于其他三種方案要差；在正面碰撞的時候，方案1中的蓄電池會沿著X軸串動，可能會撞擊左側(cè)輪罩，方案3在正碰的時候蓄電池會沿外對角線方向串動，進(jìn)而撞擊左側(cè)輪罩，所以安全性方面方案2和方案4比較有優(yōu)勢.方案3最差；耐久性方面四種方案類似；方案2和方案3相對方案1和方案4來說比較占空間；由于方案2和方案3的蓄電池相對與縱梁有一定的轉(zhuǎn)角導(dǎo)致支架有一定的拔模角，所以制造性方面相對較差；易安裝性、開發(fā)時間及售后維護(hù)方面，四種方案比較接近。
綜合來看，方案2和方案4比較有優(yōu)勢，因此再將2和4作第二輪對比。可以看出，性能指標(biāo)中的結(jié)構(gòu)剛度、振動和耐久性是方案4的弱項，但是經(jīng)過核算方案4的性能指標(biāo)能夠滿足法規(guī)和工程要求；但是方案4由于支架相對簡單，模具簡單，所以在價格方面的優(yōu)勢符合低成本的策略；方案4的安全性指標(biāo)更被客戶關(guān)注，且對于寸土寸金的前艙布置來說方案4在布置可能性以及安裝性方面更具有優(yōu)勢，故最終選擇的布置方案為4。
②蓄電池支撐系統(tǒng)設(shè)計方案
根據(jù)對各種車型蓄電池系統(tǒng)對標(biāo)調(diào)研，在布置方案4的基礎(chǔ)上開發(fā)了四種蓄電池支撐系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，方案1支撐系統(tǒng)由鐵支架和大的塑料托盤組成，方案2由鐵支架和一個鐵的托盤組成，方案3由鐵支架、塑料托盤和一個鐵的加強(qiáng)托盤組成，方案4由鐵支架和半個鐵托盤組成，依然從11個指標(biāo)來考核這四種方案的優(yōu)劣。
將方案1作為基準(zhǔn)，將其他三種方案分別與方案1作對比，方案2支撐系統(tǒng)全是鐵材料，所以相對于其他三個方案支撐系統(tǒng)的重量要重一些；由于塑料成本比較貴，所以方案1的成本不具備優(yōu)勢；由于含有較多的塑料件，方案1的整體剛度和振動性能不如其他幾種方案；耐久性方面，全為鋼結(jié)構(gòu)支撐系統(tǒng)的方案2和方案4要優(yōu)于其他兩種方案；方案3的零件數(shù)量相對較多，所以開發(fā)時間相對較長。綜合來看，后面三種方案比較相近，但是都優(yōu)于方案1，所以再將后面三種方案作了第二輪對比。
方案3、方案4比方案2的支撐系統(tǒng)的重量輕；由于含有塑料件，因此方案3的價格稍貴，方案4重量稍輕于方案2所以價格也低于方案2；因此綜合來看，方案4更具有優(yōu)勢，因此最終選擇方案4。
基于DFSS理論分別從蓄電池總成的布置及支撐系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)著手進(jìn)行相關(guān)概念設(shè)計，然后根據(jù)性能指標(biāo)采用普氏概念選擇法對比考核了這幾種方案的優(yōu)劣，從客戶和企業(yè)自身需求的角度出發(fā)，綜合權(quán)衡各種方案的優(yōu)劣確定了最終的布置方案以及結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，對于其他機(jī)械工程開發(fā)同樣具有指導(dǎo)意義。
通過前期的調(diào)研明確客戶需求，確定蓄電池最主要的問題和參數(shù)并作為概念設(shè)計的客觀條件，同時將其轉(zhuǎn)換為工程指標(biāo)作為評判的標(biāo)準(zhǔn)，最后從眾多的概念方案中依據(jù)普氏概念選擇的方法，選擇出最可行且最優(yōu)的方案，經(jīng)驗證該方法有效改進(jìn)了蓄電池支撐系統(tǒng)的整體性能指標(biāo)，具有很好的工程參考價值。
