六西格玛设计在优化后风窗除霜除雾性能方面的应用

王文璇 王景轩

摘要：本文简单介绍了汽车后风窗的作用以及目前后风窗除霜除雾的现状，并阐述了通过六西格玛设计（DFSS）优化后风窗除霜除雾功能的过程。通过结合具体案例诠释了六西格玛设计的寻找最优方案解决问题的方法。

关键词：六西格玛设计;除霜;除雾

六西格玛设计DFSS（Design for Six Sigma）就是按照合理的流程，运用科学的方法准确地理解和把握顾客呼声，对新产品/新技术/新流程进行稳健设计，使产品/技术/流程在低成本的情况下，对造成变化的因素的敏感度最小化，从而实现六西格玛质量水平。

随着目前汽车市场的占有率越来越高，国内汽车市场竞争日益加剧，客户对汽车的认知逐渐成熟，进而提高了对车子性能和质量的要求，低成本高质量的研发要求也越来越被重视。因此，寻找最优解决方案的六西格玛设计在各大汽车设计公司普及开来。

汽车后风窗除了是安全件，起到保护乘客安全的作用外，同时还与汽车内后视镜一同承担着提供后视野的功能，风窗起霜起雾将影响视野功能，所以多数后风窗具备电加热功能。随着科技进步，流媒体内后视镜的逐步引入，部分车型通过后摄像头和流媒体内后视镜提供视野，但由于其价格高昂，在绝大多数经济车型中，并未配备。所以，如何低成本的优化后风窗除霜除雾性能，提高客户感知质量，是我们需要研究的内容。

本文结合六西格玛设计方法简单介绍了某车型优化后风挡除霜除雾性能的过程，通过零部件的内部结构和材料的优化设计来改进，提高车辆性能和客户满意度。

1 后风窗功能简介

汽车后风窗是安全件，在碰撞、侧翻等情况下，起到保护乘客安全的作用。汽车后风窗也是功能件，可以为驾驶员提供良好的后视野。风窗起霜起雾将大大影响视野功能。

我国目前没有法规对后风窗的除霜除雾功能进行约束，各主机厂按照各自对子系统和整车规范控制，因此就带来了各户感知差异。该功能客户感知明显，因此该功能的提升，对品牌提升客户满意度有着重要的作用。

2 零部件的优化过程

2.1 識别机会

后风窗上的加热丝可用于快速消除玻璃上的霜和雾，直接影响到汽车安全性，在设计玻璃加热丝的布置和设计时，既要满足视野要求，还要保证加热的功率与加热的温度，二者必须结合起来考虑。

由于后风窗除霜除雾功能不是法规要求，以往项目在设计加热丝时仅按照子系统和整车规范控制，没有与客户感知结合起来。通过该DFSS项目，调查客户对后风窗除霜除雾功能的感知度，并转换成相应的工程指标。识别并优化相关参数，改善后风窗的除霜除雾功能。

2.2 定义客户要求

为了更加准确的定义客户要求，我们通过识别内部和外部客户，以及收集内外部客户呼声，对比竞争车型的相关数据，将客户要求有效地转化为工程要求。

外部客户也就是终端客户，要求主要是加热速度快，除霜除雾效果明显，保证清晰的后视野。而内部客户要求不仅是加热速度快，同时也要保证安全性，因此要求后风窗加热不烫手，同时改进方案低成本，效果好，实现周期短。

这些要求转化为工程指标就是加热时间10分钟后后风挡的温度和除霜面积。温度越高，除霜除雾效果越明显，但温度过高会导致烫伤客户以及损坏零件等问题，通过CTQ客户损失函数确认目标要求。

收集市场不同车型后风挡温度数据，在12.8V电压下通过红外线检测后风挡温度，20分钟内，每5分钟测量一次。通过加热温度客户损失函数确定目标，温度设定为（58，0.5）即能够满足客户需求。

2.3 开发概念

设计阶段首先根据造型面及黑边进行初始的加热丝布置。并根据理论计算公式，完成理论设计，根据设计开发产品，并通过PV试验验证。对于该项目，通过卡诺模型可以分析出，已经满足理所应当质量要求，即子系统及整车试验规范，但加热速度的提高会提高客户的满意度，所以我们需要改善一元质量。

影响后风窗加热效率的因素是电流、电压和电阻。U=IR 。电压一定，总电阻越小，电流越大，效率越高。整车电压为固定值，不能更改;更改电流分配对整车影响较严重，由于本项目已经过了前期设计阶段，需要寻求对整车影响小的方案，因此我们从降低总电阻方向寻求改善方案。影响加热丝电阻的因素为加热丝银浆配比和加热丝宽度，因此我们对比两个设计方案：调整后风挡加热丝银浆配比和调整后风挡加热丝银浆配比并调整加热丝线宽。

首选确认方案选择标准：成本低、更改实施快、加热快、母线温度低。因此我们选择了成本最低效率最高的更改方式，调整加热丝银浆配比。分别进行10分钟和20分钟仿真结果确认。10分钟后仿真最大温度57°C，功率237W。20分钟后最大温度58.8°C，功率236W。

理论分析得出，方案1虽不满足温度要求，但与要求值非常接近。因此，考虑调整加热线宽度，提高加热效率，来满足定义要求。在方案1基础上，我们调整了加热丝宽度，分别进行10分钟和20分钟仿真结果确认。10分钟后仿真最大温度58°C，功率235W。20分钟后最大温度60°C，功率234W。

通过CAE仿真分析，方案二温度达到定义要求。同时减小加热丝宽度，银浆用量减少，单件成本降低。

结合CAE分析结果，以及设计方案对比表，方案2在成本与加热效果两项重要参数中都优于方案1，所以选择方案2，调整后风挡加热丝银浆配比并调整加热丝宽度的方案。

2.5 确认产品/过程性能

根据最优方案进行样件制作，并通过试验检验样件加热温度。在12.8V电压下，每间隔2分钟检测一次后风挡温度。对比之前定义的工程指标，测试结果都满足了工程要求。

通过该项目不仅优化了设计，完善了标准要求，并对后风窗开发过程进行了优化，在设计阶段加入了CAE温度仿真分析，在验证阶段加入了红外线温度检测和除霜监测。设计与验证环环相扣，确保了产品质量的可靠性，保证零件满足客户要求。

3.总结

六西格玛设计（DFSS）的应用致力于前期的设计质量，而不是后期的设计质量，是一种工程过程。从设计初始就关注质量与成本，制定质量和成本目标，并在设计过程中不断优化，使其对于过程和环境的变化更稳健，确保产品质量在设计阶段得到改进和保证，同时降低成本，缩短开发周期，满足客户的需求和期望。

参考文献

[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. 六西格玛设计在汽车产品开发中的应用 上海汽车， 2010

（泛亚汽车技术中心有限公司 上海 201201）