基于DFSS方法的轿车前部匹配优化设计

葛 磊

引言

轿车保险杠与发动机盖的尺寸配合是前部配合最关注的区域之一，从各汽车厂商的造型趋势来看，主流之一保险杠与发动机盖配合为前后分缝。图1收集了市面多款畅销车型的前部脸谱，均为保险杠/前盖前后分缝形式。

文献[1]通过保险杠上参考线对行人的伤害值曲线分析指出保险杠外凸部分上缘与发动机前前缘的X向距离越大，对行人保护越有利。但限于空间布置，保险杠外凸部分上缘X向距离不可能一味增加，同时需要考虑到零件尺寸增大后静态下沉量带来的尺寸偏差变化。

本文从造型趋势与行人保护出发，研究一定条件下该配合区域的影响因素，通过结构优化，改善前保险杠与发动机盖的平整度。

1、基于DFSS方法的零件定位研究

1.1 传统尺寸方案研究

传统的尺寸定位方案选择由造型为驱动，更多地依赖于经验知识库进行筛选。在方案初步达成共识后，借助偏差分析软件进行间隙/平整度的偏差模拟，再由评估小组对其可达性进行风险评估：如认可该状态，则确定该设计方案；如无法通过评估，再从产品/工艺角度予以优化。其流程如图2所示。

1.2 基于DFSS的方案选择标准

美国质量管理专家Subir Chowdhury先生提出的IDDOV流程[2]，即识别（Identify）、定义要求（Define Requirements）、开发概念（DevelopConcept）、优化设计（Optimize Design）、确认和实施（Verify&Implement）。前面章节我们已经对问题进行了识别，下面将着重研究如何运用DFSS方法建立模型。

DFSS方法首先需要把客户呼声转化为工程指标，通过强弱相关性判断从所有潜在可能的工程指标中选取最关键的指标作为方案选择标准。

到了晚上，他们又积极地参与到“红领巾论坛”中。在论坛中，7名优秀的少先队员代表提出自己的提案。他们有的提议建立“周三无作业日”，有的倡议人们关注少年儿童的心理健康，叙述过程有理有据，让在场的小记者们赞叹连连。

从尺寸控制的角度与现场经验总结得到表1客户呼声信息：

表1 客户呼声信息汇总

利用质量屋（HOQ）工具将客户呼声转化为工程指标，并量化工程指标的权重，找出影响客户呼声的最大设计影响因素。公式如下[3]：

式中，wij为第i个客户呼声的重要程度；

F为载荷，E为弹性模量，I为截面惯矩。

在预测情况下，得到了3.0dB的增益；实际情况下，得到了2.0dB的增益。

总之，通过内服中药汤剂整体调整患者的肝脾功能，调肝补脾，使机体气血调和、阴阳平衡，外用耳穴贴敷优点是见效快，但远期效果往往不能巩固[21]，结合中药内服弥补不足，安神药枕外用持续发挥药效，从而起到调节大脑兴奋与抑制平衡状态的双向调节作用、“泻其有余，补其不足”，针、药结合治疗失眠取长补短，相辅相成，以整体辨证和补泻结合为原则更能充分发挥优势，使治疗失眠的效果更明显，其疗效明显优于西药艾司唑仑，且无不良反应。

1.3 设计方案确定

从表2的对比结果来看，方案C除了在成本和重量上略有增加外，其他各方面都具有明显的优势，我们最终选择概念3为最终设计方案。

根据质量屋确定了权重最大的 5个工程设计影响因素后，基于之前的工程项目经验，分别得到ABCD四种设计方案，以这5个最重要的设计因素作为评价依据，用决策矩阵对4种方案进行对比，确认设计方案。

它用于控制安装在新鲜空气和回风中的阻尼器，可用于开关控制和开度控制。执行器配有一个通用夹具，可以直接夹在阻尼器的驱动轴上，并有一个手动复位按钮，可以在发生故障时手动调节。可根据管道横截面的大小选择具有不同按钮力矩的执行器。

表2 决策矩阵表

1.4 稳健优化设计

优化设计的目的就是选择最佳的控制因子，同时降低噪音因子对系统稳健的影响[1]。系统通过信号，噪音和控制因子的不同组合来衡量其稳定性，通过设计试验来衡量每个组合的响应。将信号噪音比最大化的控制因子设置是最稳健的设计。本案例属于非动态响应，不需要考虑响应对信号的影响，其信噪比公式为：

式中，σe为系统变差。信噪比S/N值越高，意味着系统的稳健性越高，设计的方案就越可靠。

根据表2的决策矩阵形成优化设计的参数图4。

由参数图4定义的控制因子为3个，噪音因子为2个，分别取2水平，如表3和表4所示，选用L8正交列表。这里需要说明的是L8正交列表的C、E、F因子不使用，因此原C，D控制因子分别对应正交列表中的D和G列。

用3DCS偏差分析软件分别模拟不同控制因子和噪音水平N1，N2工况下保险杠与前盖平整度/平整度一致性偏差，计算其信噪比和均值Mean。结果见表3和表4。

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表3 控制因子

表4 噪音因子

表5 平整度正交列表及计算数据

表6 平整度一致性正交列表及计算数据

由表5和表6的正交试验表分别画出平整度和平整度一致性的信噪比响应分析图5，图6。从数据上看，平整度及平整度一致性的信噪比最大（最优）方案相同，均为A2B1D1G1，这从另一个角度证明平整度和平整度一致性受到控制因子和噪音因子影响的趋势相同。

1.5 最优设计预测和确认

在试验数据分析前，基于工程经验的方案选择为A1B1D2G2，而试验分析的最优设计为A2B1D1G1。对这两种方案分别对比和均值Mean在预测和实际情况下的获益，见表7。

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表7 信噪比和均值的预测及确认表

保险杠整体在重力作用下造成的静态下沉对外观尺寸配合带来两点影响：（1）保险杠与前盖匹配平整度的静态名义值变化；（2）不利于安装稳定性；前者通过CAE分析已经得到了相关证明，后者则通过保险杠工装的安装重复性加以验证。

表8 优化方案的偏差分析结果

2、名义值补偿方法

2.1 补偿量分析

如开始所述，当车身上横梁位置一定时，随着保险杠外凸部分的X向尺寸变大，扰度逐渐增大。取纵向切面，将保险杠总成及其支撑支架简化为悬臂梁模型，其扰度公式：Wmax=WA=Fl33EI

在图3所示的质量屋分析图中根据上述公式得到影响最大的工程指标分别为：（1）平整度一致性均匀；（2）零件的安装重复性；（3）安装工艺；（4）零件制造精度；（5）返修时间。

其中：Wmax=WA 为悬臂梁最大扰度，

qji为第j个工程指标对应的相关性量化值，强相关qji=9，一般相关qji=3，弱相关qji=1；rji为第j项工程指标权重值。

肖家山矿区各矿脉中发现大小工业矿体109个，矿体厚度、产状、形态与所赋存的矿脉基本一致；其中规模较大的矿体有6个，为V1-①、V2-①、V5-①、V11-①、V18-①、V19-①，均分布在矿区南部肖家山一带。区内矿体赋存标高703 m～-60 m；走向长40 m～340 m；倾斜长40 m～340 m；大部分矿体呈北东-北东东向展布，倾向一般285°～330°，局部为330°～30°，倾角28°～69°，沿走向、倾向呈波状起伏，形态呈脉状、扁豆状、透镜状。矿体厚度0.72 m～6.44 m，平均厚度1.51 m；矿体品位0.51～18.10×10-6，矿体平均品位2.88×10-6。

图7是某车型假设其载荷为零件整体重力，用CAE软件模拟保险杠总成在重力作用下整体下沉量，Y=0位置的下沉数值约为 0.43mm。通常情况下整车匹配要求该处的平整度设计名义值为 0，这意味着即使不考虑零件制造波动造成的偏差影响，已经产生了0.43mm的名义值偏移，不利于整车配合，必须予以修正。

2.2 结合DFSS方法的名义值补偿改进方案

通过3DCS偏差分析软件，对优化后的方案进行N1/N2工况模拟后得到前盖与前保的平整度超差概率都小于设计标准要求5%（见表8）。

当温衡跟陶小西看到《两小无猜》最后的结局时都愣了许久，电影中最后一个敢不敢的游戏，却换来他们如此凄婉的结局。陶小西红着眼眶说太惨了，早知道不看了，但是温衡却说，相爱的人以这种方法死去，真是她听过最浪漫的事。

表9 保险杠安装重复性试验对比

在保险杠本身无法轻量化的前提下，提高保险杠在车身安装点刚度能最大化减少下沉量并提升安装重复性。

在本案例中，保险杠支架增加了Z向支撑结构，静态下沉量从0.43mm减小到0.35mm，如图8、图9所示，使得平整度的名义值得到有效补偿，减少非制造因素造成的影响。

综上所述，在中学历史课堂教学中，教师要两头兼顾，不仅要有学生的“视角”，更要有历史的高度与深度。教师在“俯下身子”贴近学生教学的同时，更要踮起脚来“仰望天空”引导、提升，做到历史教学的广度、深度与高度的统一，才能使教学效果最大化。

同时以前盖配合型面为基准面，测量用工装反复安装10次后的保险杠同一点的坐标值变化（这里主要监测Z向值得变化），对比优化前后的Z向值变化范围和6σ值，如表9所示：10次重复试验的误差范围由0.69mm减小到0.28mm，波动的6σ数值由1.14减小到0.60。

结合之前的DFSS设计的最优方案，当工装形式采用主基准为上下向，第二基准为前后向，第三基准为左右向时能够实现最佳设计。这样便实现了基于DFSS设计与下沉量优化的结合。

3、结论

本文基于主流造型之一的保险杠与前盖前后方向分缝，分析早期设计中潜在影响两者尺寸配合的各项参数，并使用DFSS质量工具通过参数化的建模得到最优化设计组合。考虑到通常实际制造中保险杠重力下沉情况，将其在整车的安装形态简化为悬臂梁结构，计算其自身重力导致的下沉量后对支撑结构进行名义值补偿优化，并与DFSS的优化结果相结合，以实现保险杠与前盖配合优化的目的。

在以下情况进行HIV基因型耐药检测：HAART后病毒载量下降不理想或抗病毒治疗失败需要改变治疗方案时；进行HAART前（如条件允许）。对于抗病毒治疗失败者，耐药检测在病毒载量>400拷贝/mL且未停用抗病毒药物时进行，如已停药需在停药4周内进行基因型耐药检测。

通过该课题的研究，也为其他类似接口的尺寸配合优化使用提供了分析思路和经验参考。

[1] 赵正,陈超卓,吴沈荣.车体前端造型及材料对于行人 腿部伤害指标的影响[J].汽车安全与节能学报，2010，01（04）：303-306.

[2] 李龙一,蒋媛媛.基于六西格玛设计的产品创新研究[J].科技管理研究,2010(11):183.

[3] 余秀慧.六西格玛设计在汽车产品开发中的应用[J].上海汽车,2010(03):20-22.

[4] 李伟,吴春字,马振海.基于DFSS方法的紧固件滑牙问题解决方[J].装备制造技,2013(11):132.