汽車發動機實訓設備的實驗設計助力汽車發動機研發

    汽車發動機實訓台的發動（dòng）機是汽車的心（xīn）髒，為汽（qì）車的行駛（shǐ）提供最基本的動力，它的質量特性關係著汽車的動力性、經濟性、環保性。縱觀（guān）汽車行業100多年的發展史，雖然（rán）汽車（chē）發動機實訓設備的發動機（jī）的基本原理（lǐ）沒有改變，但積（jī）極進取的汽車廠商們常常（cháng）喜歡把汽（qì）車教學設備的發動機的性能作為競爭（zhēng）亮點，富於創（chuàng）新的設計大師們也不（bú）斷（duàn）地將最新科技融（róng）入（rù）到發動機中，把汽車發動機實驗設備的發動機變成一個日益複雜的機電一體化產品。
    國內很多汽車（chē）企業的研發和質量部門經常遇到技術難題,由於缺乏正確的實驗設計理論指導，本土車企的研發成本高、研發周期長、研發效（xiào）果差，這些（xiē）情況製約了（le）企業的（de）上升空間，甚至導致相（xiàng）當（dāng）一部分企業陷入了“銷量下降→壓縮研發成本→銷量（liàng）繼續下降→繼續壓縮研發成本”的惡性（xìng）循環。

    從知（zhī）名車企的成（chéng）功（gōng）經曆（lì）來看，實驗設（shè）計是它們長期保持發動機競（jìng）爭力的法寶之一（yī），這與國內（nèi）同行或憑經驗、或憑苦幹的工作風格形成了鮮明的對比。
    實驗設計DOE，又稱試驗設（shè）計，是以概率論和數理（lǐ）統計（jì）為理論基礎，既經濟又科（kē）學地安排實驗，同時在此基礎上研究和處理多（duō）因（yīn）子與響應變量關係（xì）的一（yī）種科（kē）學方法。在發動機新產品、新工藝的研究中，通常要做實驗，而（ér）且往往做實驗的次數還很（hěn）多。實驗者總希望從近可能少的（de）實驗次數中最大限度地提取有用信息，為此就必須進行實驗的設計、分析與優化（huà）。實驗（yàn）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（jiū）領域如何能夠達到（dào）大幅度縮短研發周期、節省經費、找到最佳的產品設計參數的目的（de）。本（běn）文中所有涉及到實驗（yàn）設計的分析報告都（dōu）是基於專業統計分析軟件JMP完成的。
    雖然說實驗設計是一種跨行業的分析方法論，但（dàn）在汽車行業，其使用（yòng）也有一定的特殊性。總的來說，汽車行業的汽車實訓設備實驗設計可以分為兩類：篩選(Screening)設計和（hé）優化(Optimization)設計。
    篩選（xuǎn）設（shè）計是指在（zài）問題研究的早期，潛在的候選因素很多，如何有效（xiào）地（dì）大規模降低實驗次數（shù）而又準確地找到少數幾個影響汽車實驗設備的（de）發動機性能（néng）的關（guān）鍵因素。具體（tǐ）的實現手段（duàn）有兩種：一種是經典的實驗（yàn）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（jí）的實驗設計方法，如D最優設計等(如圖二所示)。     篩選設計的最終（zhōng）目（mù）的是（shì）不靠猜測，擺脫低（dī）效率的試錯法，卻能在眾多參（cān）數中快速而精確地發現關鍵參數，如圖三中所顯（xiǎn）示的X5和X8。     優化設計是指在問題研究的中（zhōng）後期，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（jīng）準地找到使發動機實訓台的發動（dòng）機性能發揮到極致的最佳設計。具體（tǐ）的實（shí）現手段有兩種：一種是經典的實驗設計方法（fǎ），如響應曲麵設計等(如圖四所（suǒ）示);另一種是高級的實驗設計方法，如空（kōng）間填充設（shè）計、I最（zuì）優設（shè）計（jì）等(如圖五所示)。     優化（huà）設計的最終目的（de）是不用（yòng）一次次地盲目調（diào）試，而是通過有限的幾次實驗就能找到所需要的參數設置（zhì），使汽車發動機的各項指標均達到指定的要求，從而大幅度降低（dī）研發周（zhōu）期與成本。圖六所示的圖（tú）形就（jiù）是反映Fuel pressure和Valve train這（zhè）兩（liǎng）個關鍵參數對（duì）燃料Consumption影響的預測模型，工（gōng）程師們可以由此製定最佳的工藝方案。     總之，根據現實（shí）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（jì）術人員快速而有效地達到篩選變量和優化方案的目的，使我們的汽車擁有（yǒu）更強勁的發動機（jī），使我們的汽車工業早日進入到一個更高的發展階段。