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1、 V 六西格玛设计在车载导航系统 机械结构设计项目中的应用研究 摘 要 本论文通过运用六西格玛设计理论和工具，结合车载导航系统机械结构设计项目中的实践工作，通过识别机会、界定需求、展开概念、优化设计参数和验证等 5个策略步骤的研究和分析，优化产品的抗震性能。 本论文通过质量功能展开将客户需求转化为可测量的抗震性能指标，使用潜在失效模式及后果分析初步筛选出机械结构设计参数中对抗震性能可能有影响的 6 个设计参数。并在此基础上进行 6因子 2 水平的试验设计，通过有限元仿真收集抗震性能指标的数据。利用M i n i t a b软件对试验设计的数据进行回归分析， 得到这些设计参数与抗震性能之间的传递
2、函数模型，确定关键设计参数的最优设置和公差范围。最后进行样品验证，确认优化的设计方案。对于今后此类问题的解决提供了一个系统方案。 关键词：优化设计，六西格玛设计，机械结构，抗震性能VI STUDY ON DESIGN FOR SIX SIGMA FOR MECHANICAL STRUCTURE DESIGN PROJECT IN VEHICLE NAVI SYSTEM ABSTRACT The Design for Six Sigma (DFSS) methodology and tools are applied in the mechanical structure design proj
3、ect of Navi system. The vibration performance is optimized during the studies in the 5 steps of DFSS, which are Identify, Define, Design, Optimize and Verify. The Quality Function Deployment (QFD) is used to transfer customer attributes to measurable requirements. Six potential critical design param
4、eters are selected by Failure Mode and Effect Analysis (FMEA). Factorial design experiment is conducted, which includes six factors with two levels. And the response data is collected by simulation. The transfer function of structure design parameters and model frequency is studied through regressio
5、n analysis in Minitab. Optimized settings and tolerances of critical design parameters are settled. After the sample validation, the optimized design is verified. The project has provided a reference of solution for the similar problems in the future. Key Words: design optimization, DFSS, mechanical
6、 structure, vibration performanceIII 上海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名；赵晓云： 日期： 年 月 日 IV 上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论
7、文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于： 保密 ，在 年解密后适用本授权书。 不保密 。 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名： 赵晓云 指导教师签名：明新国 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 上海交通大学工程硕士学位论文 第一章 绪论 1 第一章 绪论 1.1 背景与需求 六西格玛设计是按照合理的流程，运用科学的方法准确理解和把握顾客需求，对新产品/ 新流程进行稳健设计，使产品/ 流程在低成本下实现六西格玛质量水平; 同时，使产品/ 流程本身具有抵抗各种
8、干扰的能力，即使使用环境恶劣或操作不当，产品仍能满足顾客的需求。六西格玛设计在帮助提高产品质量和可靠性的同时，降低成本和缩短研制周期的有效方法，具有很高的实用价值。 汽车行业的竞争日益激烈，全球能源市场的挑战日益加剧。汽车设计制造的方向有三：绿色( G r e e n ) ，安全( S a f e ) ，联网( C o n n e c t e d ) 。为了更好地满足并超越这三个方面的顾客需求，实现性能与成本的平衡，六西格玛设计 D F S S 在汽车设计领域大有作为。 本课题来源于公司车载导航系统的机械结构开发，结合系统的要求，采用六西格玛设计的方法，对系统的抗震性能进行优化。从识别客户需求
9、开始，定义工程指标，建立数学模型，优化设计参数，使系统最稳健，对噪音不敏感，最后验证设计。 德尔福集团( D e l p h i C o r p o r a t i o n ) 总部位于美国密执安州（M i c h i g a n ） ，在汽车电子、零部件和系统集成技术方面处于世界领先地位。德尔福全球拥有1 4 . 6万多名员工，在世界 3 4个国家设有 1 5 0家全资制造厂、4 2家合资厂、5 3个客户服务中心和销售代表处、以及 3 3 个技术中心。 德尔福中国技术研发中心( D e l p h i C h i n a T e c h n i c a l C e n t e r ) ，其产
10、品设计覆盖车载电子娱乐导航通讯系统( E n t e r t a i n m e n t & C o m m u n i c a t i o n ) 、主动安全系统( S a f e t y ) 、 车 身 控 制 与 安 全 系 统 ( C o n t r o l & S e c u r i t y ) 、引擎系统( P o w e r t r a i n ) 等。 公司致力于通过基于数据的问题预防和问题解决方法论实现无缺陷的产品投产，并不断减少波动和浪费。 从 2 0 0 0 年开始，德尔福总部开始向全球力推以六西格玛、六西格玛设计、稳健工程、夏宁方法等为主的创新及持续改进方法，并专门成立
11、了 I & C I M团队（I n n o v a t i o n & C o n t i n u o u s I m p r o v e m e n t M e t h o d o l o g y ） 。 上海交通大学工程硕士学位论文 第一章 绪论 2 1.2 车载导航系统概念概述 车载多媒体导航系统，是指嵌入安装在汽车环境使用的多媒体导航系统。相对于手持式的个人导航产品（PND） ，车载多媒体导航产品需要应对更为严苛的环境和性能要求。首先，是超过工业产品的工作环境温度要求。其次，是点火系统、发电系统等强电磁干扰对接收极微弱全球定位系统(GPS)信号的导航系统的干扰。震动对于产品的要求也是一
12、个难题。其他像盐雾、潮湿、油污等环境因素，都对车载产品提出更高要求。 图 1 车载导航系统外观 Fig. 1 the appearance of vehicle Navi system 奇瑞 B23 是德尔福为汽车制造商奇瑞配套的导航系统，其集成了拥有多种功能的娱乐系统，包括收音机、卫星收音机、交通数据、DVD 视频、蓝牙、语音录入器和媒体播放器。 图 2 车载导航系统模式 Fig. 2 the models of vehicle Navi system 上海交通大学工程硕士学位论文 第一章 绪论 3 1 . 3 六西格玛设计方法概述 1 . 3 . 1 六西格玛概述 六西格玛是在上世纪 9
13、0年代中期开始从一种全面质量管理方法演变成为一个高度有效的企业流程设计、改造和优化技术，继而成为世界上追求管理卓越性的企业最为重要的战略举措。 1 9 8 7年摩托罗拉公司首先实行了“六西格玛管理法”。所谓西格玛是指统计学上的标准差，对于广泛应用的正态分布，随机变量在一次试验中居于区间（均值，均值）的概率为 6 8 . 2 6 % ，居于区间（均值3 ，均值3 ）的概率为9 9 . 7 3 % ， 居于 （均值6 ， 均值6 , 含1 . 5 偏移） 的概率为1 - 3 . 4 P P M（百万分之一），已接近。在质量统计与控制方面，达到 3 水平就意味着在一次检验中，产品合格率为 9 9 .
14、 7 3 % ，或者说不良率为 0 . 2 7 % ，即 1万件产品中有 2 7 件不合格；达到六西格玛水平，产品不良率为 3 . 4 P P M ，即每百万件产品中有 3 . 4件不合格。六西格玛作为一种突破性的质量管理方法在摩托罗拉付诸实践，使其产品不合格率大幅下降，每年因质量问题导致的损失减少了 8 4 % ，取得了令人瞩目的成绩，并于 1 9 9 8 年获得美国国家质量管理奖 1 。 1 9 9 5年美国通用电气公司（G E ）导入六西格玛，第一年投入两亿美元，产生效益 1 . 7亿美元；第二年投入 3 . 8亿美元，产出 7亿美元；到第四年效益为投入的 5 倍，年收益 3 0 亿美元
15、。通用电气公司把六西格玛管理从单纯的一种质量管理系统方法上升为一种管理理念和经营哲学，从而形成一种企业文化。自通用电气公司之后，更多公司将六西格玛应用于全部企业流程的优化，而不仅局限于制造流程。六西格玛开始风靡世界，成为追求管理卓越企业重要的战略措施 2 。 六西格玛管理法深受美欧公司的青睐，其实施成功率超过了现有的任何一种企业管理方法。美国通用电气公司通过实施六西格玛管理获得了巨大的成功，经济收益高速增长。韦尔奇这样形容六西格玛对通用电气公司的影响：“六西格玛管理法永远地改变了通用电气公司，所有的人（从六西格玛管理法的热心者到工程师、审计员、科学家，甚至到把公司领向新环境的高层领导）都是六西格玛管理法公司现在的运作方法的忠实信徒”。如今越来越多的企业开始导入或采用六西格玛管理，六西格玛管理已成为经济全球化条件下企业生存和发展的重要管理战略 1 。 上海交通大学工程硕士学位论文 第一章 绪论 4 1 . 3 . 2 六西格玛改进 Define- Measure- Analyze- Improvement- Control(DMAIC)流程是六西格玛管理的核心内容，它为六西格玛管理提供了模块化的攻关程式与技术工具，目前世界许多大公司在实施六西格玛管理方案时都采用了 DMAIC 流程实施模式
