基于感知质量的汽车外造型CAS面分缝设计

韦崇东 、陈少伟

（1.上汽通用五菱汽车股份有限公司 545005；2.湖南大学机械与运载工程学院 410082)

0 引言

汽车外造型是顾客选车的第一主观印象关注点，也是汽车厂商制造工艺及审美意象的集中体现。而随着时代的发展，以及汽车市场上顾客不断提升的审美等情感要素需求，这些对于产品的主观印象，即“感知质量”越来越成为汽车产品研发过程中极为迫切的工作。其中，外造型上的分缝线所体现出来的各种走向以及所分割出来的各种形状的覆盖件，最为特征鲜明地体现了汽车造型的美学协调关系。因此，分缝的设计是面向感知质量的造型设计中的重要课题。此外，分缝的设计不仅需要满足情感要素需求，还需要满足间隙配合、装配工艺协调等一系列工程可行性要求，即设计过程中不仅需要考虑主观方面的要求，也要兼顾客观方面的要求。在业界内，尚缺少一种可以客观量化的方法协助设计团队解决这个难题。本文提出一种基于KANO模型的方法，针对感知质量问题进行量化分析，构建数学模型，并综合应用统计学的方法对模型进行解析。

1 汽车造型分缝

造型分缝设计原则为：局部服从整体，保证整体性、协调性和统一性。分缝设计对车身结构关系、冲压难易程度等影响较大，但一切都应以造型设计的分缝为基准，不能随意更改造型分缝，其余所有分缝确定都应符合这个基准[1]。从设计角度来说，分缝的好坏意义十分重大，它不仅对产品本身呈现出的造型意图有重大影响，也会影响汽车的开发成本和周期。

分缝线将汽车的外造型分割为不同的覆盖件区域，分缝线本身的秩序感、曲率等诸多属性，构成了不同造型风格的组成部分。这些特征信息可以大致分为2类：一类是以曲率、弧度等描述的物理属性，是客观存在，不以认知客体的变化而变化的；另一类则是以认知客体的情感要素变化而变化的内容，因其与主观性认知存在比较强的联系，更强调整体性、宏观性的，往往是一系列物理属性的组合。也就是说，对于分缝线的设计问题，其研究方法至少应该在2个层面上研究：一方面是从宏观的方面分析，提纲挈领，从整体性的角度设计一类或几类满足风格要求的特征组合；另一方面是从细观的层面研究具体特征，对具体曲率、位置等可以客观描述的属性进行研究，在满足造型、设计的基础上，从制造、匹配等角度综合考虑。

2 感知质量指标的客观评价

2.1 基于KANO模型的感知质量指标量化方法

KANO模型是一种可以为产品质量属性提供分类依据的工具，为产品的开发设计提供理论指导。以KANO模型为基本工具，对产品或服务的质量要素进行分类，寻求和理解顾客对于这些质量要素的需求态度，以指导企业相关决策[2]。KANO模型根据产品功能特性与客户需求满意度之间的关系，定义了3个层次的功能需求，将产品功能质量特性分为基本需求、必需需求、魅力需求、无关需求和反向需求5类（图1）。横坐标表示产品的质量特性要素被表征的程度，越往右表示产品质量特性要素被表征的满足程度越高；反之，横坐标轴越往左表示产品质量特性要素被表征的满足度越低。纵坐标表示客户对产品质量特性要素的满意程度，纵坐标轴越往上表示顾客的满意程度越高；相反，越往下代表客户满意度越低。具体操作中，通过设计KANO问卷调查，并整理需求分类表，对结果进行分析[3]。

图1 KANO模型质量特征曲线

KANO模型的调查中，针对所关注的每个特征或需求均由正向、反向2个构成，用来反应来自于顾客的不同需求，将结果分为喜欢、理应如此、中立、可以接受和不喜欢5个等级，并整理为分类对照表进行频率统计（图2、3）。

图2 问卷调查表示意图

图3 分类对照表示意图

表中字母A代表魅力需求（Attractive Repuirement）要素；字母M代表必须需求（Must-be Repuirement）要素；字母B代表基本需求（Base Repuirement）要素；字母I代表无关需求（Indifferent Repuirement）要素；字母R代表反向需求（Reverse Repuirement）要素。

通过KANO问卷和KANO需求分类表得到的顾客需求要素数据进行统计分析，去掉顾客认为无关、反向和质疑的结果，统计所有问卷的顾客分类情况。各需求类型要素分类统计完成后，运用Better-Worse系数法进行功能需求度指标计算。Better是指增加后有所提升的满意度指标Bi，Bi值越大，代表用户满意度提升的效果越强。Worse是指消除后的会引起负面影响的不满意指标Wi，Wi的绝对值越大，代表满意度降低的影响效果越强，也就代表了此功能特性时客户强烈需求的功能要素。需求要素指标计算公式为。

其中A为魅力需求（Attractive Repuirement）要素；B为基本需求（Base Repuirement）要素；M为必备需求（Must-be Repuirement）要素；I为无关需求（Indifferent Repuirement）要素，公式(1)和(2)中的A、B、M、I分别为4种客户对产品需求要素的KANO分类数量。在不满意度公式上乘以(-1)，如公式(2)所示，目的是为了说明顾客对产品不满意的影响程度，所以顾客对产品的满意度大小主要是通过满意度系数和不满意度系数的绝对值大小来判断，如果满意度系数和不满意度系数的绝对值越大，则说明该产品的需求要素让顾客对产品的满意度或不满意度影响程度就越大。

根据计算公式可知，当指标值越接近1时，代表该产品质量特性对顾客满意度的影响度越高；当指标值越接近0时，则表示该产品质量特性对顾客的满意度影响度越小，说明即使该产品不具备此种质量特性也不会造成对顾客的不满。不满意度指标值介于-1和0的区间范围内，如果不满意度指标值越接近-1，则表示该产品的质量特性具备不充分时，会引起顾客对该产品的极度不满；相反的当不满意度指标值越接近0时，则表示该产品的质量特性具备不充分时，不会引起顾客对该产品的不满。

2.2 感知质量数据数学解析

对于汽车外造型而言，视觉质量是其呈现给客户的主要方面。如果按照顾客关注要素的角度理解，可以进一步分解为色彩、光泽和几何造型等特征，而这些特征的显著性直接影响这些视觉信息是否容易被客体所感知。一般说来，这些特征的感知显著性与其在所评价对象中占的比例和复杂性等因素直接相关。通过KANO模型，可以梳理得到客户需求频率较高、较为显著的特征，但由于造型特征所包含的信息非常多，还需要提取对其影响度较大的属性，并进行进一步研究。

对感知质量进行多层次解析演绎，将相关要素进行分解、聚类并转化为汽车研发中的工程语言，层层递推，即可得到特征在各个层级（个体级、局部区域级、总体级）的影响（图4）。

图4 分缝线属性展开图

整车外造型的整体感知质量应该与各个子项存在函数关系为[4]。

观察感知质量的各个单项，可以发现，大部分单项之间的相关性相对而言要弱于其与整体之间的相关性，比如，颜色单项与几何造型单项之间的相关性较不密切。

此外，由于感知质量分为多个层级，其函数关系同样应逐层分解演绎，对于层级X1，可以如下进行分解。

而对于因变量与自变量之间的关系，可以应用回归方程式预测因变量的变化规律，构建变量间的近似表达方程式。对于感知质量数据，可以人为的进行简化，转化为线性关系，并将各个单独的线性关系合并为多元线性回归方程。

式中x1i可以理解为相关设计要素，满意度Bi值越接近1时，代表该产品质量特性对顾客满意度的影响度越高，不满意度值Wi越接近-1，则表示该产品的质量特性具备不充分时，会引起顾客对该产品的极度不满。故对于本问题，各个因变量可以综合应用式(1)、式(2)中的满意度提升指标和不满意指标来表示。例如，对于层级X1i,其函数f(x1i)的估计值可以表示为，式中α11意为待求解的线性方程的系数。

对式(7)进行求解，根据所采集的感知质量数据，利用最小二乘法原理[5]，则有。

对式(9)，分别对估计值求偏导数，n个α11的估计值即可获得。

3 基于感知质量的分缝线设计

3.1 基于KANO模型的感知质量数据采集及分析

针对分缝线的感知问题，笔者所在的团队选取了近几年的一些典型车型，并在公司范围内与造型设计工程师、结构设计工程师以及普通行政人员（可视为普通顾客）进行问卷调查、访谈（图5）。受访者构成比例为造型设计工程师10名，结构设计工程师10名，普通行政人员30名。

图5 问卷调查表示例

分析调查结果，针对侧围区域的分缝数据进行归类分析，整理出需求分类表如图6所示。

图6 需求分类表示意图

根据需求分类表，可以计算受访者群体对相关问题的敏感程度，设计团队可以对灵敏度高的问题优先考虑，以最佳性价比的形式提升感知质量，满足受访者的情感需求（图7）。

图7 需求分类结果分析表示意图

根据对分类结果统计表，可以看出，受访者对于前门与翼子板分缝线使用大幅前偏的设计、B柱区域分缝凹凸面的凸面部分采用大幅前偏式设计均有非常高的满意度；对于后侧门与侧围分缝使用大幅后偏的设计、B柱区域凹凸面V型面使用后偏式设计也有较高的满意度；对于B柱区域分缝凹凸面凹面使用后偏式设计，大部分受访者认为这是一个必须满足的要求；对于B柱区域凹凸面V型面使用后偏式设计，大部分受访者认为这只是一个所需要满足的基本特征。

3.2 感知质量对标数据分析

通过以上基于KANO模型的分析数据，设计团队从中归纳得到关于汽车侧围区域分缝线的感知质量典型特征的设计方向。但在项目进行的具体过程中，还需要对具体的设计目标范围进行进一步设定，帮助项目组以用户需求为导向合理地对相关提案进行更为有效的权衡与决策。换而言之，以上述基于KANO模型调研的信息，以及对标车型的数据，利用公式(7～9)，计算系数，即可获得量化的偏移量范围、特征面弧度值范围等信息。

根据本项目的需求，项目组选取了市面上的10款典型车型进行研究，提取了各车型侧围分缝线的特征，判别其偏移方向，并测量了偏移量、特征量弧度等数据。将数据按顺序排列，对上文中所述的50名调查人员进行调研，评估其对于数值幅度满意影响度（图8）。

图8 B柱区域凹凸面分缝线的特征数据表

以分缝面凹面后偏值的计算为例，根据特征数据表，以该项统计数据的最大值作为尺度衡量偏移幅度，对调查者进行调查的样本结果如图9所示。

图9 对标车型B柱区域分缝凹凸面凹面偏移设计满意度

根据表格中的数值，对偏移值以及最大满意度指标max[Bi,abs(W1)]应用最小二乘法估计。

偏移值以X表示，满意度指标以Y表示。由公式10可知，在确认使用后偏式设计的前提下，偏移量越小越可能获得较高的满意影响度。结合具体数据分析，如采用小幅的偏移度，至少是比较中庸的设计，不易招受负面的评价；如采用偏向中值的偏移幅度设计，可定义为偏向激进的设计，可能会获得部分客户的强烈认同。

4 结束语

造型感知质量设计作为研发中极为迫切的工作，一直以来面临着难以科学搜集数据以及无法进行量化的难题，导致OEM厂商在项目的开发过程中难以获取有效的客观证据支持所决策的问题取向。本文在引入KANO模型分析方法搜集客户调研数据，计算满意影响度指标，并对相关数据进行数学解析，提出了一种对造型总体满意影响度指标进行量化评估的方法，为造型团队提供了一种科学客观的判断依据，帮助团队在项目开发过程中有效地量化相关数据指标。文中以造型分缝线设计作为案例，而事实上，该方法对于需要获取量化数据的其他感知质量指标也是适用的，有助于团队将主观性的工作进一步进行量化的客观分析。