基于六西格玛设计(DFSS)的纯电动敞篷车软顶系统研发

2024年3月16日发(作者：广汽丰田汉兰达2021款价格)

AUTOMOBILE DESIGN

| 汽车设计

基于六西格玛设计（DFSS）的纯电动敞篷车软顶系

统研发

刘华官

上汽通用五菱汽车股份有限公司　广西柳州市　545007

文中介绍使用六西格玛设计（DFSS）方法来生成纯电动敞篷车软顶系统的低成本设计方案。根据六西格玛设

摘?要：?

计方法论，确定用户，建立用户场景体系，系统的识别用户需求，由用户需求转化为功能需求，进而转化为

技术参数指标。采用功能分析工具系统的识别出技术系统中的改进机会，根据成本分析确认重点研究对象，

根据改进机会和研究对象生成概念方案。用普氏分析结合技术参数指标生成最优的技术方案，达到降本目标。

关键词：

六西格玛设计　敞篷车　软顶系统　功能分析

Research and Development of Pure Electric Convertible Soft Top System based on Design for Six Sigma

（

DFSS

）

Liu Huaguan

This paper introduces the use of Design Six Sigma (DFSS) to generate a low-cost design scheme for a pure electric convertible soft-top system.

Abstract

：?

According to the Six Sigma methodology, the study identifies users, establishes a user scenario system, systematically identifies user needs,

converts user needs into functional requirements, and then converts them into technical parameter indicators. The improvement opportunities in

the technical system are identified by the functional analysis tool system, the key research objects are confirmed according to the cost analysis,

and the conceptual scheme is generated according to the improvement opportunities and research objects, using platts analysis combined with

technical parameter indicators to generate the optimal technical solution to achieve the goal of cost reduction.

six sigma design, convertible car, soft top system, functional analysis

Key words

：?

1　引言

进入21世纪以来中国汽车制造业增势迅猛，

中国于2011年汽车销量，达1850万辆，超越

美国成为全球最大的汽车市场

[1]

。经过几十年

的发展，中国汽车市场日渐成熟，已经进入较

为成熟的消费时代。Z世代汽车消费者，开始

追求个性、自由、时尚和无穷的驾驶乐趣等。

一款高性价比的敞篷车成为了Z世代汽车消费

追求最好选择，2021年上海车展五菱宏光MINI

敞篷概念车的火爆场面，无疑证明了这一点。

2013年开始，各大国外厂商的敞篷车纷

纷登陆中国市场，抢占中国市场。2013 年

开始，国外汽车厂商的敞篷车纷纷登陆中国

市场，抢占中国市场。如宝马、奥迪和奔驰

等品牌，车辆价格从数百万元逐渐覆盖至几

十万元，由奢侈逐渐向平民化转变，市场规

模也越来越大。市场的火爆需求对中国自主

品牌汽车厂商来说是一个巨大的机遇，然而

国内自主品牌还未有量产的软顶敞篷车，主

要原因是敞篷技术被外资牢牢掌控，若采用

进口外资技术，敞篷软顶系统成本将无法下

降，会使整车成本失去竞争优势。如何设计

和开发出一款成本可控、拥有自主产权且满

足用户需求的敞篷软顶系统，将是每一个想

做敞篷汽车的车企面临的难题。

本文采用六西格玛设计（DFSS）方法论，

按照IDDOV的流程

，进行敞篷车软顶系统

的整体设计和开发，既要满足用户的需求，

也要掌握自主知识产权和实现低成本目标。

[2]

2.1.2　确定项目目标

该项目目标主要为降低零部件成本。

采用DCD（设计概念描述）和标杆分析，

确认目标值。按目前的概念方案，对零部件

成本进行工程分析，并对行业标杆车进行工

程成本分析。将目前方案成本与行业对标车

成本进行对比，发现成本有很大的优化空间。

将E敞篷车与标杆成本均值差值A的50%再

加上对标车的均值，定义为降本目标值（如

2　项目设计开发流程和方案

2.1　识别阶段（I）

识别阶段主要确定研究对象，以及确定

目标值。

2.1.1　确定研究对象

采用树图工具，确定研究对象（如图1）。

从整车开始往下分解。由于该车型的软顶系

统为该市场的赢点和消费者的兴奋型需求，

且为四新零件（新零件、新材料、新工艺、

新供应商），故将该项目的项目范围确定在

软顶系统，包含篷布系统、多连杆系统、密

封系统、内饰装饰系统、锁系统、驱动系统

以及控制传感器系统等零件。

图2，目标值=对标均值+0.5A）。从图2

可以看出，降本目标值为成本降低31%以上。

2.2　定义阶段（D）

定义阶段主要是用户需求，并转化为功

能需求和关键技术参数指标。

2.2.1　确认用户需求

首先全面系统的收集客户。分别从外部

客户、内部客户、政府制度三大方面把客户

进行分类。其中外部客户主要指消费者；内

部客户主要包括产品工程师、采购工程师、

造型色彩工程师、制造工程师、售后工程师等。

政府制度主要客户包括政府法规要求。

接着收集不同类型客户的声音。这三类

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图1　确定研究对象

软顶敞篷车

车身底盘动力电子类其他

车体软顶系统车门附件其他

篷布系统

多连杆系

统

密封系统

内饰装饰

系统

锁系统驱动系统

控制传感

器系统

集水盒后挡玻璃线束

防滚架系

统

图2　定义成本目标

对产品的功能进行展开，接着在房间按关联

度打分（1、3、5、7、9，分值越高关联性越

强），然后计算各功能特性的总得分并排序（功

能得分计算方法，每项用户需求重要度乘以

关联度，再将各项乘积相加求和），最后将

在屋顶填写各功能的相关性。通过质量屋可

以得到，各功能的重要性排序（如图4），并

可得出，用户关注的前五位功能为成本要求、

耐久可靠性、感知质量要求、防水性能和外

观造型，这五大功能为重点关注项。

客户中内部客户和政府制度类最容易收集，

2.2.3　将功能转化为系统关键技术参数

内部客户采用技术接口单（ICD）和制造要求

通过质量屋工具，将用户需求的系统功

单（MR）等内部流程方式收集；政府法规类

能转化为软顶系统的关键技术参数。先在质

主要是满足汽车行业相关法规即可；而消费

量屋的左墙写系统并给重要度打分（按1、2、

者的客户声音最难系统收集。为此，建立用

3、4、5分打分，功能排序按五档进行划分，

户场景体系，从购车到车辆报废全生命周期，

排在前20%档位的功能重要度定义为5分，

从走近车辆、用车、停车、停放充电等全场景，

后序档位依次定义为4、3、2、1分）。再在

从晴天到雨天、下雪天等全气候，从洗车、

天花板上对系统的参数进行展开，接着在房

改装到维修等全服务场景等，进行系统分析

间按关联度打分（1、3、5、7、9，分值越高

调研和收集用户的声音（如图3）。

关联性越强），然后计算各参数的总得分并

2.2.2　用户需求转化为功能定义

排序（功能得分计算方法，每项用户需求重

通过质量屋工具，将用户需求转化为软

要度乘以关联度，再将各项乘积相加求和），

顶系统的功能。先在质量屋的左墙写用户需

最后将在屋顶填写各功能的相关性。通过参

求并给重要度打分（按1、2、3、4、5分打

数排序可以发现，用户关注的前五位功能为

分，分值越高重要度越高），再在天花板上

工程成本、品质质量、整车评审得分（SUSA）、

图3　消费者用户的场景体系

用户类别

用户场景体系用户需求

场景类别

场景细分

生命周期

购买?上牌?使用?存储?转让?报废

价格便宜、能上牌、外观拉风、耐久、残值高、环保……

走近车辆

使用场景

前准备

?车辆检查?进入车内

外观完好、进入方便、操作方便、自动打开车顶、可靠

外部客户：

消费者

放?充电

?车辆移动过程?泊车下车

?开车

?存

听清楚说话、自动关闭车顶、下车方便、停车方便、防盗、

全气候

春

晴

夏

雨

秋

雪

冬

风

充电速度快……

服务场景

洗车?保养?维修?救援

不漏水、不漏风、能挡雨、保暖、不怕雪……

易清洗、维修便宜、救援及时……

其他场景

改装，安全，借车，代驾，极端逃生

防盗、方便借车、方便代驾、能逃生、……

?时代汽车??

图4　质量屋转换

图5　质量屋转换

软顶操作耐久和路试耐久，这五大功能为重

点关注项（如图5）。针对这5项重点关注项，

制定不低于竞品车的技术指标值。

2.3　开发阶段（D）

通过TRIZ的功能分析工具找出技术系

统的改进机会，通过成本分析找到技术系统

的降本重点研究对象，根据这些改进机会和

研究对象生成概念方案。采用普氏工具分析，

找到最优的整体开发技术方案。

2.3.1　组件分析

通过系统框图分析，确定软顶系统的具体

研究对象和整个系统边界

[3]

。先将多连杆系统、

篷布系统、集水盒、后挡玻璃、线束、控制模

块、防滚架总成等定义为技术系统，为研究对

象。然后将与软顶系统有关联的定义为超系统

组件，如：车顶前端、顶盖上饰板、顶盖前横梁、

前横梁密封条、A柱上饰板、侧门玻璃、玻璃

密封条、B柱接角、顶衬支架侧饰板、B柱下

饰板、地毯、后地板、左侧围、右侧围、阳光、

水、风、冰雹、砂石、灰尘等（如图6）。

2.3.2　相互作用分析

将找到的所有组件进行相互作用分析，

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找到组件之间的相互关系。先所有组件按行

和列分别列成表格，在行和列交叉的格子里

面填写二者的关系，“+”代表二者之间有接

触、有相互作用，“-”代表二者之间无相互

接触、无相互作用（如图7）。

2.3.3　功能分析

按照相互作用分析得出来的结果，针对

标”+”号的组件进行功能分析。并将功能按

有用-充分、有用-不足、有用-过度和有

害功能进行分类，后三种功能为重点关注对象。

从功能分析可以发现，顶盖前横梁对锁系统的

定位功能为有用-不足功能，驱动系统与多连

杆系统的移动功能有用-不足功能，控制传感

器系统与驱动系统传递电流（信号）功能与车

身控制模块与驱动系统传递电流（信号）重复，

为有用-过度功能（如图8）。与这些不足和

过度功能相关的零部件，即为重点研究对象：

顶盖前横梁、锁系统、驱动系统、多连杆系统、

车身控制模块和控制传感器系统。

2.3.4　成本分析

按目前设计方案、项目规划的总产量以及

供应链的初步报价，对软顶系统的零件单车成

本进行分类，并按百分比进行排序。从图9可

看出占80%成本的类别为知识产权费、物料费

用和工装模具费，这类成本为重点研究对象。

按零件的成本占比进行排序。从图10可

以看出，多连杆系统、篷布系统和驱动系统的

成本之和占比超过80%，也是重点研究对象。

2.3.5　生成概念方案

从功能分析和成本分析中确定研究对象，

生成以降本为目标的技术概念方案。根据

2.3.3中的前顶前横梁对锁系统的定位功能不

足问题生成了方案1和方案2：分别通过更改

锁头定位结构和锁扣形式，还增加容差能力，

图8　功能分析

存在相互关系的组件对

功能载体

……

顶盖前横梁

驱动系统

多连杆系统

……

车身控制模块

控制传感器系统

……

作用对象

……

锁系统

多连杆系统

驱动系统

……

驱动系统

……

传递

有用-充分

有用-过度

电流

产生

固定

定位

移动

有用-充分

有用-不足

保持

移动

位置

功能描述

功能功能属性

参数变化

参数

名称

变化

类型

图9　成本类别排序

成本百分比

40%

30%

20%

10%

知识产权物料费用工装模具设计开发费生产设备

图10　成本按零件排序

图6　系统图

车顶前端

顶盖上饰板

顶盖前横梁

多连杆系统

防滚架总成

篷布总成

锁系统

内饰装饰系统

密封系统

玻璃密封条

侧门玻璃

左侧围

前横梁密封条

后地板

砂石、灰尘

阳光

A柱上饰板总成

右侧围

磁场

重力场

统

统成

统

盒束

统

成璃

系

系总

系

水线

系

总

玻

杆

封

动

布

器

锁

集

饰

架档

连

密

驱篷

感

装

滚后

多

顶

传

饰

防

车

制

内

控

技术系统

白色：技术系统组件

灰色：超系统组件

集水盒

电源

热场

后档玻璃

B柱接角

热量

噪声

降低对制造和多连杆系统刚度的要求；通过

驱动系统对多连杆系统移动功能不足问题，

生成了方案3：更改多连杆运动受力位置，降

线束

驱动系统

顶衬支架侧饰

车身控制模块

振动、冲击

鸟、老鼠

控制系统

B柱下装饰板

水、水蒸气

司机、乘客、路人

等人

低对驱动系统负载压力值，从而降低对驱动

系统的要求；针对2.3.3中分析出来的控制

传感器系统和车身控制模块对传递电流的功

地毯

冰雪

图7　相互作用分析

能过度问题，生成了方案4：将控制系统的功

能集成在车身控制模块上，减少零部件从而

降低成本；根据2.3.4成本分析确定的知识

产权费用占比大问题，生成了方案5：自主设

计开发软顶系统，分析研究专利并规避专利

的开发策略；针对物料成本问题，生成了方

案6：采用原材料替你策略，寻找各零部件材

质替换方案；针对工装成本问题，生产了方

案7：工装夹具按小批量寿命要求，寻找材质

替换文案；针对篷布系统成本问题，采用国

产化策略方案。各方案汇总如图11所示。

2.3.6　确认最优技术概念方案

对生成的概念方案进行整理，可发现方

案5和方案8为策略方案，其余为技术方案。

由于方案5在成本类别中为对成本的影响排

在第一位，方案8在成本按零件排序中占比

126

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在80%以内，故首先选定。其余技术方案通有不同的缺点。这些标“-”的缺点需要重点关注，

过普氏分析工具进行评价（如图12）。将方详细设计和DFMEA分析时要有对应的对策。

案1作为基础方案，其余方案作为被评价方案。最终，基于成本目标考虑，这些概念方案

将2.2.3识别出来的关键技术参数指标作为评生成了方案9（即：方案9=方案1+方案2+方

价指标，对各方案进行比较评价。与基础方案案3+方案4+方案5+方案6+方案7+方案8）。

相同的标示“S”，比基础方案差的评价项标示

2.4　优化阶段（O）

“-”，比基础方案好的项目标示“+”。从结对详细的系统方案，进行CAE分析，以

果可以发现，各方案工程成本都有优势，但均验证技术方案是否满足2.2.3识别出来的关

图11　概念方案

方案名称研究对象问题焦点方案描述

方案1锁系统定位（容差）功能不足更改锁头定位结构，增加容差

方案2顶盖前横梁定位（容差）功能不足更改锁扣为开口式，增加容差

驱动系统

方案3

移动功能不足，液压缺负载功能

不足。

更改多连杆运动受力位置，降低驱动系统负载压力值。

多连杆系统

控制传感器系统传递电流功能过度

方案4控制传感器系统的功能集成在车身控制模块上。

车身控制模块传递电流功能过度

方案5知识产权费用专利费自主设计开发软顶系统，规避专利

方案6物料费用原材料费用，材质替代

多连杆系统导曹材质由铝合金替换为钣金，内饰装饰系统主材质由

PC+ABS替代为PP-T20 ；

方案7工资模具材质替换按小批量定寿命周期，按寿命周期定模具材质

方案8篷布系统国产化采用内供应商生产，厂内组装。

图12　普氏分析

Work this way……

概念

3467

标准

工程成本

S++++

Concept Description

品质质量

SSSS-

更改锁头为定位结构，增加容差

整车评价得分

SSSSS

更改锁扣为开口式，增加容差

软顶操作耐久

SS--S

更改多连杆运动受力位置，降低驱动系统负载压

路试耐久

SS-SS

控制传感器系统的功能集成在车身控制模块上

乘座空间

S-SSS

多连杆系统导曹材质由铝合金替换为钣金，内饰

生产节拍

SSSS

按小批量定寿命周期，按寿命周期定模具材质

淋雨试验

SSSSS

法规（公告）

SSSSS

安全星级水平

SSSSS

动力

SSSSS

油耗水平

SSSSS

车身尺寸

SSSSS

储物容积

SSSSS

刚度

SSSSS

通过性

SSSS

……

∑+

01111

∑-

01221

∑s

1614131314

图13　CAE分析结果

序号项目目标

敞篷车分析结果

敞篷机构总成1、X(OPEN)≥25HZ，X(CLOSED)≥30HZ。备注：差值≤5HZ

模态2、Y(OPEN)≥25HZ，Y(CLOSED)≥30HZ。备注：差值≤5HZ

满足目标值

E敞篷车_T2_敞篷

构模态分析报告_A

敞篷机构总成分析敞篷折叠状态下施加400x200的均布1000N -Z向力，分

游行载荷

析敞篷的变形量≤25mm

满足目标值

E敞篷车游行

载荷分析

敞篷机构总成敞篷全关状态下，模拟每平方米50kg的雪载，分析敞篷机构的

雪压变形≤10mm

满足目标值

敞篷机构总成在全锁状态和半锁止状态下，Y向施加500N力，全锁状态机构满足目标值

侧向刚度变形≤8mm,半锁状态机构变形≤25mm

E敞篷机构

侧向刚度分析

?时代汽车??

键技术参数指标。

最终验证，技术指标均达标，如图13针

对刚度的CAE分析结果。

2.5　验证阶段（V）

在验证阶段，主要工作是对OTS零件进

行生产验证、功能验证、可靠性验证以及整

车的耐久道路测试，目前均已达标。

最后，计算此软顶系统的成本，与最初

定义的目标成本是否达标。从图14可知，实

际成本值已低于目标值，降低了37.5%，目

标（≥31%）达成。

图14　最终成本达成情况

3　结语

针对敞篷车软顶系统的降本问题，首先

运用DFSS的用户分析工具，系统的识别用

户需求并转化功能需求和关键技术参数。再

用TRIZ工具的功能分析，系统的识别出软

顶系统中的降本机会，从而产生降本的概念

方案。最后用关键技术参数作为评价指标，

采用普氏分析工具，对降本概念方案进行筛

选，确认最优技术方案。运用DFSS的方法

论能系统的产生最优成本技术方案，为行业

内敞篷汽车的开发提供参考。

参考文献：

[1]回玉梅.2012年汽车市场趋势分析[J].市场

研究，2012（05）：26-28.

[2]中国质量协会组织编写/何桢主编，《六

西格玛管理》-3版，-北京：中国人民大

学出版社，2014.6中国质量协会六西格玛

黑带注册考试指定辅导教材.

作者简介

刘华官：

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