一、六西格瑪簡介
1、六西格瑪設計
六西格瑪設計(DFSS)是在設計前期就開始制定與成本和質量相關的標準，且在設計過程中不斷改進優化，以確保產品質量和成本在設計階段就得到保證。DFSS致力于前期的設計質量，而不是后期的設計質量，是在降低成本的情況下，滿足客戶對產品質量與性能的需求。六西格瑪設計通過科學的方法準確地理解和定義客戶需求，對新產品、新技術及新流程進行魯棒性設計，使新產品、技術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、設計、優化、驗證五個階段來實施
①項目識別階段的目的是確認項目存在的機會，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品的要求，并注意區分客戶不同層次的需求，通過QFD將需求展開為設計及制造工藝等方面的要求，并經過提煉準確地識別和量化顧客需求；
③設計階段是采用創造性的方法定義可行的產品概念，并客觀地來評估這些方案。
④優化階段是旨在通過實驗設計優化產品和過程設計參數，使產品在質量、成本和交付時間允許的基礎上達到企業利益的最大化；
⑤驗證階段是對產品設計是否滿足顧客要求、是否達到期望的質量水平的確認評判過程。
3、概念設計
概念設計是一系列有序、有目標的設計過程，是一個由抽象到具體、由模糊到清晰、由粗到精的不斷改進的過程，進而將用戶需求轉換成概念產品引。具體的流程包括概念的產生、選擇、實現、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、需求調查研究法等。概念評價和選擇的共同之處在于都是對產品概念的篩選。概念選擇更多依賴設計團隊內部的經驗來判斷，而概念評價是基于從消費者調查中得來的數據，是產品概念設計中決策的重要依據。所以評價策略的優劣直接影響設計結果的好壞。
二、轎車蓄電池支撐系統應用六西格瑪實例
1、蓄電池系統簡介
蓄電池性能的好壞直接關系到各種電器能否正常工作，不佳的性能還會導致與之相關的機構不能工作。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，將會導致蓄電池脫落或破損。
2、蓄電池支撐系統的結構
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，支架作為整車系統中的一個重要子系統，合理設計其結構和強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 蓄電池支撐系統示意圖
3、項目識別和定義
工程指標是從客戶需求轉化而來的工程或者系統級別的衡量，可用于定量或定性測試或衡量產品的性能水平。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等方法完成轉換。通過對內部客戶、外部客戶以及國家法規的調查研究，采用功能分解和QFD的方法確定蓄電池系統的主要問題和參數，采用矩陣形式構造質量屋用以表示用戶需求、產品功能及其相互關系，從而識別和定義了對蓄電池支撐系統的產品需求，進而轉換為質量、成本指標以及工程要求。根據客戶呼聲轉換成的工程指標見表2。
表2 客戶呼聲與工程指標
考慮到生產、維護、性能等相關要求，本文從11個方面來考核蓄電池支架的性能，定義為支撐系統不同布置方案及設計方案的選擇和評判標準，這11個標準包括:重量，價格，結構剛度，振動，安全性，耐久性，布置可能性，可制造性，易安裝性，開發時間，售后維護方便性。
4、項目概念設計方案
①支撐系統布置方案
根據前艙系統空間限制和蓄電池系統特點，天行健管理顧問經過對多種車型的調查研究了解，開發了四種蓄電池支撐系統布置方案：方案1為前后方向布置；方案2為內對角線布置；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準來對比考核這四種方案，采用普氏概念(Pugh)選擇方法，最終選擇出最優的且適于企業生產制造的布置方案。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這組概念的優點，根除或改進不足環節。它常用的方法是通過選擇一個基準來比較其他概念。首先將方案1作為基準，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，所以相應的支架尺寸應當較大。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致后三種方案要優于方案1；由于方案2和方案3的蓄電池的質心位置落在縱梁上，且蓄電池與縱梁交錯面較大，所以方案2和方案3的整體結構剛度要好于方案1和方案4。由于方案1蓄電池的質心位置懸在縱梁外側，所以支撐系統會有繞縱梁旋轉的趨勢，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，進而撞擊左側輪罩，所以安全性方面方案2和方案4比較有優勢.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角導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、開發時間及售后維護方面，四種方案比較接近。
綜合來看，方案2和方案4比較有優勢，因此再將2和4作第二輪對比。可以看出，性能指標中的結構剛度、振動和耐久性是方案4的弱項，但是經過核算方案4的性能指標能夠滿足法規和工程要求；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勢符合低成本的策略；方案4的安全性指標更被客戶關注，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勢，故最終選擇的布置方案為4。
②蓄電池支撐系統設計方案
根據對各種車型蓄電池系統對標調研，在布置方案4的基礎上開發了四種蓄電池支撐系統的結構設計方案，方案1支撐系統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個指標來考核這四種方案的優劣。
將方案1作為基準，將其他三種方案分別與方案1作對比，方案2支撐系統全是鐵材料，所以相對于其他三個方案支撐系統的重量要重一些；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，全為鋼結構支撐系統的方案2和方案4要優于其他兩種方案；方案3的零件數量相對較多，所以開發時間相對較長。綜合來看，后面三種方案比較相近，但是都優于方案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的結構著手進行相關概念設計，然后根據性能指標采用普氏概念選擇法對比考核了這幾種方案的優劣，從客戶和企業自身需求的角度出發，綜合權衡各種方案的優劣確定了最終的布置方案以及結構設計方案，對于其他機械工程開發同樣具有指導意義。
通過前期的調研明確客戶需求，確定蓄電池最主要的問題和參數并作為概念設計的客觀條件，同時將其轉換為工程指標作為評判的標準，最后從眾多的概念方案中依據普氏概念選擇的方法，選擇出最可行且最優的方案，經驗證該方法有效改進了蓄電池支撐系統的整體性能指標，具有很好的工程參考價值。
