基于DFSS方法的乘用車內(nèi)飾燈光效果一致性提升方案

徐雯霞，張 昊

（1.同濟(jì)大學(xué)，上海 201804；2.泛亞汽車技術(shù)中心有限公司，上海 201201）

1 研究背景

人們對于駕乘品質(zhì)的要求正在日益提升。時至今日，越來越多的消費(fèi)者已經(jīng)不僅僅滿足于車輛的動力或者外觀，他們開始關(guān)注汽車內(nèi)部駕駛空間的舒適性和美觀性。

汽車內(nèi)飾燈光，已經(jīng)不再是簡單的功能件，更多的已經(jīng)成為了汽車造型以及整體感知品質(zhì)中不可或缺的一部分。以LED為發(fā)光源的內(nèi)飾燈光已經(jīng)逐漸取代傳統(tǒng)的白熾燈照明，引起各大主機(jī)廠和廣大消費(fèi)者的關(guān)注。消費(fèi)者更喜歡什么，如何合理選擇LED型號，如何設(shè)計(jì)合理的導(dǎo)光結(jié)構(gòu)，如何提高整車內(nèi)飾燈光的一致性和美觀度，也已成為各大車企急需研究的重要課題。

2 汽車內(nèi)飾燈光的組成分類與特點(diǎn)

圖1為汽車內(nèi)飾燈光組成。所謂的車內(nèi)燈光系統(tǒng)，如果按照零件功能性分類，一般可以分為儀表燈光、中控臺燈光、頂襯燈光、腳燈、儀表板／門板氛圍燈等；如果按照區(qū)域分類，則可以分為主駕區(qū)域燈光、副駕區(qū)域燈光、其他乘客區(qū)域燈光；如果按照設(shè)計(jì)意圖分類，則可以分為照明類燈光、氛圍燈、功能性燈。

之所以有不同的分類，源自于各主機(jī)廠對于車內(nèi)燈光要求的不同或者評審的方案不同。無論如何分類，目的只有一個，即合理地劃分區(qū)域，并設(shè)立相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，從而為最終效果的一致性打下基礎(chǔ)。作為整車內(nèi)飾燈光一致性的評估者而言，只要能夠把控住每個區(qū)域的內(nèi)燈光一致性，即可基本拿捏住整車燈光的感知品質(zhì)。筆者根據(jù)多年的工作經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了幾大類零件的基本特點(diǎn)如下。

圖1 汽車內(nèi)飾燈光組成

1）各類開關(guān)背光 這類零件在整車內(nèi)所占的比例最高，發(fā)光原理也最為復(fù)雜，開關(guān)的位置不同，需制定不同的亮度和顏色標(biāo)準(zhǔn)，在做零件評估前，務(wù)必需要確認(rèn)LED和零件材料的供應(yīng)商，了解零件內(nèi)部結(jié)構(gòu)，對癥下藥，才能事半功倍。

2）各類儀表、顯示屏 這類零件的發(fā)光特點(diǎn)與開關(guān)背光截然不同，其內(nèi)的顏色、亮度不需要和整車背光保持完全一致，只要是同明度的色系，在各類模式下，保證不過于刺眼，也不過于昏暗，即可達(dá)到消費(fèi)者的期望。

3）氛圍燈帶 此類零件，通常是LED通過透明介質(zhì)的傳遞所展現(xiàn)，因此，LED的重要性相對于上面兩種類型，更加直接地影響最終效果。如果是RGB的燈帶，需要嚴(yán)格控制LED的選型，色坐標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)盡量控制在0.001以內(nèi)。

4）腳燈、迎賓踏板等 此類零件通常屬于最次要視覺區(qū)域，因此，顏色就沒有那么重要了，工程方面，只需要保證此類零件的亮度即可。特別需要注意的是，迎賓踏板之類的零件，由于設(shè)計(jì)的不同需要，通常會用各種不同的介質(zhì)用于燈光的傳導(dǎo)，比如鋁或鋼，其對于光的顏色改變是巨大的，因此也會遠(yuǎn)超標(biāo)準(zhǔn)范圍。在工程評估時，尤其需要評估師的個人經(jīng)驗(yàn)和臨場決斷。

LED的最終顏色和亮度，需要考慮到經(jīng)過零件蓋板甚至是導(dǎo)光材料的影響，最終的零件顏色往往并不是LED本身的顏色，這就必然對品質(zhì)控制帶來巨大的困難。本文嘗試使用六西格瑪設(shè)計(jì)方法，在項(xiàng)目前期就設(shè)法改善最終的背光效果，區(qū)別于傳統(tǒng)的評審方法，在節(jié)省時間的同時，節(jié)約物料和人力成本。

3 六西格瑪設(shè)計(jì)方法案例分析

3.1 案例選取

本文選取某量產(chǎn)車型的頂襯前儀表板總成作為案例。在此儀表板上，一共有9個開關(guān)零部件，涉及到3家不同供應(yīng)商以及10顆白色LED。目前此零件成品的背光一致性較差，各背光顏色不協(xié)調(diào)，視覺效果無法令客戶滿意。此零件由于子零件數(shù)目較多、子零件間距非常近、供應(yīng)商數(shù)目較多、所用材料復(fù)雜、導(dǎo)光結(jié)構(gòu)不統(tǒng)一、共用件與非共用件排列不一等特點(diǎn)，使對于這個零件的背光一致性要求很難達(dá)到。選取這個零件作為研究對象，可以最大限度地照顧到各種情況，非常適合用于六西格瑪設(shè)計(jì)樣本。

3.2 定義要求

用分光色度計(jì)測得該零件上各個背光開關(guān)的色坐標(biāo)值。將測試結(jié)果寫入標(biāo)準(zhǔn)色坐標(biāo)系統(tǒng)中 （涉及主機(jī)廠標(biāo)準(zhǔn)，圖中隱去相關(guān)數(shù)值），此顏色的標(biāo)準(zhǔn)色框范圍 （以廠家常用的標(biāo)準(zhǔn)色框?yàn)榛鶞?zhǔn)）如圖2所示?？梢园l(fā)現(xiàn)，這些零件在色坐標(biāo)中的位置差異很大，有些甚至超出了廠家標(biāo)準(zhǔn)要求，這也是整個零件顏色不一致的原因之一。由此，首先想到的是：縮小廠家標(biāo)準(zhǔn)范圍，使所有色坐標(biāo)的要求盡量靠攏，即減小各零件色坐標(biāo)的離散程度。另外一方面，要求所有開關(guān)盡量靠近標(biāo)準(zhǔn)中心位置 （即圖中“X”位置）。

圖2 某量產(chǎn)車型頂襯儀表板

3.3 基于普氏分析的方案設(shè)計(jì)

如前文提到的，影響零件背光效果的因素很多，其中雷雕會影響最終透光性能，材料顏色／透明度影響最終顏色，光源導(dǎo)光方式直接影響出光效果，LED顏色的選擇直接影響最終顏色等，如圖3所示。依據(jù)目前情況，僅有3C零件在標(biāo)準(zhǔn)的中心，其余開關(guān)的色坐標(biāo)需要盡量靠近此位置。

圖3 零件結(jié)構(gòu)

我們采用頭腦風(fēng)暴的方法，可以初步找到如下多種方案組合，如表1中的第一橫排為可單獨(dú)運(yùn)用的調(diào)整方案，左起第一豎排為方案編號，“X”表示不作調(diào)整，“√”表示作調(diào)整。

表1 設(shè)計(jì)方案

對于主機(jī)廠來說，這5個方案，基本囊括了目前現(xiàn)有的背光提升方法。在實(shí)際操作中，大部分主機(jī)廠的背光評審專家，都會根據(jù)個人經(jīng)驗(yàn)，從中選擇適用方案。那么，如何更科學(xué)、更迅速地找出合適的方案呢？這時候，只要運(yùn)用兩輪普氏分析，即可得出最合適的方案。

在第1輪普氏分析中，首先以方案0作為分析基準(zhǔn)。左邊列出所有客戶呼聲和相關(guān)要求?？梢园l(fā)現(xiàn)，方案3和方案4相對于其他方案較為優(yōu)秀，得分也不相伯仲。

由此，進(jìn)行第2輪普氏分析，即以方案3為基準(zhǔn)，再次進(jìn)行比較，可看出方案4在開發(fā)周期和開發(fā)成本方面都劣于方案3（僅僅更換材料，相對更換LED可以減少試驗(yàn)，縮短周期，減少成本），最終，得出方案3最為合適。即首先以CCC件以及雷達(dá)指示開關(guān)的色坐標(biāo)所在的新色框?yàn)檎{(diào)整基準(zhǔn)，調(diào)整其余零件雷雕工藝深度，增大透光率，使出光顏色盡量接近色坐標(biāo)，若無法滿足最終要求，則嘗試更換零件材料。隨后選取合適的材料牌號，使最終樣品的色坐標(biāo)，在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，最終滿足視覺一致性要求。

3.4 設(shè)計(jì)優(yōu)化與建立正交試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/h3>

事實(shí)上，在項(xiàng)目的實(shí)際進(jìn)行、零件的實(shí)際設(shè)計(jì)中，會有各種影響因子。因此，確定方案之后，首先需要選取合適的條件，考慮所有影響因素，優(yōu)化現(xiàn)有的方案之后，才能進(jìn)入試驗(yàn)驗(yàn)證的階段。圖4為參數(shù)圖，控制因子和噪音因子分別影響整個前儀表板開關(guān)系統(tǒng)，用最終效果的外觀評估作為相應(yīng)的輸出物，如果最終效果沒有改善或者惡化，則試驗(yàn)失敗。

圖4 參數(shù)圖

參數(shù)選擇方面，盡量以常見數(shù)值，參考主機(jī)廠標(biāo)準(zhǔn)，控制因子選取見表2。

表2 控制因子選取

最后，選取同一LED型號的兩種bin號作為噪音因子，假設(shè)N1代表偏上限bin號的零件，N2代表偏下限bin號的零件。

評判標(biāo)準(zhǔn)以專家組的滿意度打分為最終數(shù)據(jù)。試驗(yàn)中的滿意度以3分為合格，分?jǐn)?shù)越大越好。這里的滿意度打分，我們邀請相關(guān)專家，按照5分為完全一致，4分為大部分一致，3分為可以接受，2分為基本不一致，1分為完全不一致的規(guī)則，最終取總分。

為了使正交試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷淖罱K結(jié)果能夠得到更為有效的驗(yàn)證，同時滿足零件穩(wěn)健性的要求，我們需要找到分析產(chǎn)品穩(wěn)健性的方法或者衡量因素。

設(shè)A／B／C為3個控制因子，N1／N2為噪音因子。設(shè)β為最佳擬合線的斜率，σ代表輸出相對于最佳斜率的平均方差。真正獲勝的設(shè)計(jì)，必須滿足以下條件。

1）應(yīng)該在給定輸入能量的情況下，使輸出最大，并且輸出變化最小。

2）需要的輸出和不需要的輸出之比最大。

3）更高的β以及更小的σ。

4）假設(shè)S為信號功率，N為噪音功率，S／N為信號噪音比，獲勝的設(shè)計(jì)還需要有更高的S／N。

借用在電子設(shè)備測試中常用的信噪比計(jì)算方法，S／N可以近似于信號與噪聲的方差之比。設(shè)β2為信號功率，σe2為噪音功率，可以發(fā)現(xiàn)，要想增加S／N的比，需要減少噪音引起的變化或者增加斜率。由以上內(nèi)容，可總結(jié)公式如下：

以上，通過設(shè)立控制因子水平，加入試驗(yàn)過程中的噪音因子，優(yōu)化了試驗(yàn)方案。接下來，將采集所有相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，填入正交試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，分析試?yàn)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證最終結(jié)果。

3.5 正交數(shù)據(jù)分析與驗(yàn)證

根據(jù)上文設(shè)立的正交試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，分別選取不同的控制因子，排列組合設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案，試驗(yàn)零件由供應(yīng)商按照背光評審專家提供的清單進(jìn)行制作，由于3個控制水平因子，實(shí)際排列組合需要34即81個試驗(yàn)樣件，需要大量的時間和成本。但是由于有了正交試驗(yàn)?zāi)Ｐ停x用其中的L9表格，去除D列后，只需要進(jìn)行27個零件的樣件試制，得出最終表格見圖5。

圖5 試驗(yàn)結(jié)果

如前文提到，信噪比和β的均值會顯示控制因子在各水平的影響，為了更直觀地找到最合適的方案，將信噪比和β的數(shù)據(jù)做出點(diǎn)圖 （圖6、圖7），從點(diǎn)圖中可以獲得設(shè)計(jì)因子如何影響設(shè)計(jì)變差以及影響的程度。

圖6 β點(diǎn)圖

圖7 S／N點(diǎn)圖

從點(diǎn)圖中可以發(fā)現(xiàn)，控制因子A3（材料透光度17.4%）對最終結(jié)果影響明顯，因此，選擇A3作為最佳透光度?？刂埔蜃覤1（白色色母含量4%）和C2（亮度7 nits）對最終效果影響也較為明顯。這說明，在所有選定的控制因子中，A3、B1和C2相對于其他控制因子，對于最終零件穩(wěn)健性的貢獻(xiàn)最大。

由此，可以選定優(yōu)化組合為A3／B1／C2，即材料透光度為17.4%，材料中的白色色母含量4%，以及開關(guān)亮度為7nits的零件為最佳零件。

由于正交試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷奶攸c(diǎn)，剔除了一部分不會影響最終效果的試驗(yàn)。而A3／B1／C2的方案并不是之前設(shè)定的正交列表中的組合方案，因此，需要對該方案的信噪比和平均值進(jìn)行預(yù)測和確認(rèn)。在Excel的表格中，填入預(yù)測值和確認(rèn)值，基于實(shí)際獲益與預(yù)測獲益的可加性，得到最終結(jié)果如圖8所示。

圖8 預(yù)測和實(shí)際獲益

從圖8中可以看出，優(yōu)化值與預(yù)測值小于30%，試驗(yàn)成功。為了更準(zhǔn)確地確認(rèn)最后的結(jié)果，選用相關(guān)的材料，我們要求供應(yīng)商按照A3／B1／C2的方案，重新做了最終樣件。然后依然利用分光光度計(jì)設(shè)備對新樣件進(jìn)行取點(diǎn)測試后，得到新的色坐標(biāo) （圖9），色坐標(biāo)的離散程度完全小于之前的標(biāo)準(zhǔn)，更接近CCC件的顏色。同時經(jīng)過最終專家組的最后確認(rèn)，該新零件的最終背光效果，完全達(dá)到客戶主觀接受的一致性要求。

圖9 新零件色坐標(biāo)

至此，正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析和驗(yàn)證全部完成。最終的提升方案是A3／B1／C2，即改進(jìn)零件的材料透光度選取17.4%，白色色母含量要求4%，亮度標(biāo)準(zhǔn)為7 nits。

本次試驗(yàn)，在節(jié)約了大量樣件成本的同時，也為項(xiàng)目節(jié)省了超過半年的時間，并且成功找到了最終的、而且是最優(yōu)的試驗(yàn)方案。通過后期數(shù)據(jù)分析，最終樣件試制，測試了最終零件的顏色坐標(biāo)，也符合前文提到的優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)要求。同時最終得到了專家評審小組的一致通過，最終逆向確認(rèn)了試驗(yàn)方案的準(zhǔn)確性。

4 總結(jié)

本文選取某項(xiàng)目的某個零件，通過完整的DFSS流程，從客戶呼聲與定義要求入手，通過普氏分析選擇正確的優(yōu)化方案，最后建立正交試驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵约皵?shù)據(jù)分析，得到了最優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案，并且最終通過試制樣件的再確認(rèn)，得到了一個符合客戶要求的儀表板。而在最終方案中，A3／B1／C2的最終選定，可以看出一個結(jié)論，即零件背光的最終顏色，往往不能憑借背光工程師的主觀臆斷，當(dāng)一個零件的背光顏色過于偏亮白時，單單減少白色色母的添加或者單單減少透光率是不夠的，兩者結(jié)合，可能會有更好的效果。通過本案例的驗(yàn)證，可以發(fā)現(xiàn)，運(yùn)用六西格瑪?shù)姆椒?，可以有效地在?xiàng)目前期，還沒有樣車的情況下，處理此類零件，在滿足成本和時間的條件下，有效提升最終零件的出光效果的一致性。

本文的設(shè)計(jì)方法和研究過程是系統(tǒng)的和完整的，可以應(yīng)用到之后的相關(guān)零件的設(shè)計(jì)中，對內(nèi)飾背光品質(zhì)的研究具有很大意義。