發(fā)動機是汽車的心臟，為汽車的行駛提供最基本的動力，它的質量特性關系著汽車的動力性、經濟性、環(huán)保性?？v觀汽車行業(yè)100多年的發(fā)展史，雖然發(fā)動機的基本原理沒有改變，但積極進取的汽車廠商們常常喜歡把發(fā)動機的性能作為競爭亮點，富于創(chuàng)新的設計大師們也不斷地將***科技融入到發(fā)動機中，把發(fā)動機變成一個日益復雜的機電一體化產品。舉例來說，影響發(fā)動機Calibration（標定）的參數已經增加到數以千計的程度。

·如何能夠在眾多參數中快速而準確地找到少數關鍵的參數？

·如何能夠讓設置好的參數使燃料的Consumption、Emissions、Smoothness同時達到指定的要求？

·如何能夠在最短的時間內、在廣義的參數空間內精準定位，找到***化的設計空間？

·……

這些都是國內很多汽車企業(yè)的研發(fā)和質量部門經常遇到的技術難題。由于缺乏正確的實驗設計理論指導，本土車企的研發(fā)成本高、研發(fā)周期長、研發(fā)效果差，這些情況制約了企業(yè)的上升空間，甚至導致相當一部分企業(yè)陷入了“銷量下降→壓縮研發(fā)成本→銷量繼續(xù)下降→繼續(xù)壓縮研發(fā)成本”的惡性循環(huán)。

從歐美、韓日等知名車企的成功經歷來看，實驗設計是它們長期保持發(fā)動機競爭力的法寶之一，這與國內同行或憑經驗、或憑苦干的工作風格形成了鮮明的對比。

實驗設計DOE ，又稱試驗設計，是以概率論和數理統(tǒng)計為理論基礎，既經濟又科學地安排實驗，同時在此基礎上研究和處理多因子與響應變量關系的一種科學方法。在發(fā)動機新產品、新工藝的研究中，通常要做實驗，而且往往做實驗的次數還很多。實驗者總希望從近可能少的實驗次數中***限度地提取有用信息，為此就必須進行實驗的設計、分析與優(yōu)化。實驗設計會告訴工程師們如何安排實驗最合理，如何對實驗結果進行評價和檢驗，最終在科研和工藝研究領域如何能夠達到大幅度縮短研發(fā)周期、節(jié)省經費、找到***的產品設計參數的目的。本文中所有涉及到實驗設計的分析報告都是基于專業(yè)統(tǒng)計分析軟件JMP完成的。

雖然說實驗設計是一種跨行業(yè)的分析方法論，但在汽車行業(yè)，其使用也有一定的特殊性?？偟膩碚f，汽車行業(yè)的實驗設計可以分為兩類：篩選（Screening）設計和優(yōu)化（Optimization）設計。

篩選設計是指在問題研究的早期，潛在的候選因素很多，如何有效地大規(guī)模降低實驗次數而又準確地找到少數幾個影響發(fā)動機性能的關鍵因素。具體的實現手段有兩種：一種是經典的實驗設計方法，如部分析因設計、Plackett-Burman設計等（如圖一所示）；另一種是高級的實驗設計方法，如D***設計等（如圖二所示）。

圖一

圖二

篩選設計的最終目的是不靠猜測，擺脫低效率的試錯法，卻能在眾多參數中快速而精確地發(fā)現關鍵參數，如圖三中所顯示的X5和X8。

圖三

優(yōu)化設計是指在問題研究的中后期，關鍵因素已經明確，但需要精益求精，在有限的實驗空間中精準地找到使發(fā)動機性能發(fā)揮到***的***設計。具體的實現手段有兩種：一種是經典的實驗設計方法，如響應曲面設計等（如圖四所示）；另一種是高級的實驗設計方法，如空間填充設計、I***設計等（如圖五所示）。

圖四

圖五

優(yōu)化設計的最終目的是不用一次次地盲目調試，而是通過有限的幾次實驗就能找到所需要的參數設置，使發(fā)動機的各項指標均達到指定的要求，從而大幅度降低研發(fā)周期與成本。圖六所示的圖形就是反映Fuel pressure和Valve train這兩個關鍵參數對燃料Consumption影響的預測模型，工程師們可以由此制定***的工藝方案。

圖六

總之，根據現實情況靈活運用實驗設計的方法，可以幫助研發(fā)和質量管理的技術人員快速而有效地達到篩選變量和優(yōu)化方案的目的，使我們的汽車擁有更強勁的發(fā)動機，使我們的汽車工業(yè)早日進入到一個更高的發(fā)展階段。