王強，蔡恒，茍榮非，龍昭燈

（重慶長安汽車股份有限公司 長安汽車工程研究院，重慶 401120）

1 引言

隨著中國制造2025國家戰(zhàn)略的不斷推進，各制造領(lǐng)域的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展轉(zhuǎn)型也在快速變更中。針對汽車線束行業(yè)而言，目前的生產(chǎn)制造水平還較落后，整個生產(chǎn)流程多以人工操作為主，屬于典型的勞動密集型行業(yè)，比如插端子操作，一個員工每天要插近萬顆端子，勞動強度大，不但對員工身體造成損傷，對生產(chǎn)品質(zhì)的穩(wěn)定性也是一個隱患。推進線束制造行業(yè)的智能制造，既是響應(yīng)國家戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型號召，也是提高生產(chǎn)制造效率和產(chǎn)品品質(zhì)一致性的有效途徑。

汽車線束從功能來說是實現(xiàn)整車電器連接，其產(chǎn)品特點可概括為“三多”：回路多、物料多、變更多，由于這“三多”的存在，導(dǎo)致線束產(chǎn)品很難以穩(wěn)定的生產(chǎn)狀態(tài)進行生產(chǎn)，制約了汽車線束制造模式的轉(zhuǎn)型。

本文從布置平臺化、原理平臺化、物料平臺化、制造模塊化四個方面開展創(chuàng)新研究，創(chuàng)建了基于功能理想化的線束平臺布置集成及匹配開發(fā)技術(shù)；創(chuàng)建了代碼化、模塊化的電器原理開發(fā)技術(shù)體系；搭建了新型線束物料規(guī)劃及標準化接口管理平臺；提出了基于制造模塊化的產(chǎn)品設(shè)計方法及工序合并的自動化制造策略，突破了線束自動化生產(chǎn)的技術(shù)壁壘，提升線束行業(yè)的經(jīng)濟效益和社會效益。如圖1所示。

圖1 汽車線束智能制造技術(shù)創(chuàng)新總體框架

2 基于功能理想化的線束平臺布置集成及匹配開發(fā)

行業(yè)內(nèi)線束產(chǎn)品布置均是基于整車周邊數(shù)據(jù)進行適應(yīng)性開發(fā)設(shè)計，缺少先期的設(shè)計規(guī)劃，導(dǎo)致設(shè)計路徑不佳、連接回路復(fù)雜，體現(xiàn)到產(chǎn)品及制造層面，則導(dǎo)致連接導(dǎo)線加工長度增加，插接件端子壓接數(shù)量及端子插入護套數(shù)量增多，加劇了線束制造的復(fù)雜度。同時各車型在布置層面呈現(xiàn)出不同的布置方式，導(dǎo)致各車型的線束布置結(jié)構(gòu)無法進行統(tǒng)一，而體現(xiàn)到產(chǎn)品及制造層面，則是各個車型的工裝及治具結(jié)構(gòu)差異較大，需要重復(fù)開發(fā)，既浪費開發(fā)成本和開發(fā)時間，又使線束制造處于長期不穩(wěn)定的循環(huán)，阻礙了線束自動化生產(chǎn)進程?；诠δ芾硐牖木€束平臺布置集成匹配技術(shù)，實現(xiàn)了線束布置的最優(yōu)設(shè)計，搭建了平臺布置結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了線束布置結(jié)構(gòu)在各車型上的平臺應(yīng)用。

2.1 創(chuàng)建以功能分析為基礎(chǔ)的整車電器布置拓撲技術(shù)，搭建整車電器拓撲分析模型，實現(xiàn)了整車電器布置的最優(yōu)連接設(shè)計，完成電器布置從“定性設(shè)計”到“定量設(shè)計”的跨越

如圖2所示，整車電器拓撲分析模型先通過對線束及電器部件在實車可行的布置位置構(gòu)建一個連接架構(gòu)，再將整車的原理信息注入到該架構(gòu)中，使該架構(gòu)具備了整體的布置拓撲和電路連接原理特性。

圖2 整車電器拓撲搭建及應(yīng)用模型

基于該電器拓撲，可以實現(xiàn)線束布置路徑及電器布置位置的定量分析，其分析精度在98%以上，為工程化設(shè)計提供了準確的技術(shù)方向。通過構(gòu)建基于整車電器拓撲分析的開發(fā)流程，推動整體電器連接系統(tǒng)開發(fā)的精細化設(shè)計，實現(xiàn)了線束布置的定量化開發(fā)。

2.2 基于功能接口區(qū)域化的零部件接口設(shè)計方法，開發(fā)以連接區(qū)域為核心的關(guān)重電器部件接口，解決傳統(tǒng)線束設(shè)計轉(zhuǎn)接回路復(fù)雜、綜合連接性能難以優(yōu)化等難題

線束產(chǎn)品的轉(zhuǎn)接是困擾連接系統(tǒng)可靠性的主要因素，如果只有單獨的電線連接，接觸不良這類性能問題就可大幅降低，所以如何減少線束轉(zhuǎn)接回路，是從理想化角度實現(xiàn)線束連接最有效的途徑。

現(xiàn)有的線束設(shè)計方案中，線束轉(zhuǎn)接主要是為了解決線束在整車不同區(qū)域之間的裝配以及在不同區(qū)域的功能連接，可以看出區(qū)域的概念是與轉(zhuǎn)接回路高度關(guān)聯(lián)的。為此，基于功能接口區(qū)域化的零部件接口設(shè)計方法，將用電器的連接回路按照功能區(qū)域進行區(qū)分，促使相同插接件連接接口的回路處于線束可連接的同一區(qū)域，這就避免了不同區(qū)域回路之間的轉(zhuǎn)接。圖3為IBCM接口區(qū)域化設(shè)計應(yīng)用。

圖3 IBCM接口區(qū)域化設(shè)計應(yīng)用

2.3 建立整車線束平臺布置架構(gòu)，實現(xiàn)各車型線束布置統(tǒng)一，解決各車型線束布置差異帶來的重復(fù)設(shè)計問題，提高線束設(shè)計及制造的通用性

線束布置的最優(yōu)設(shè)計，僅實現(xiàn)了單一車型的布置最優(yōu)，為了提高線束設(shè)計及制造效率，建立整車線束平臺布置架構(gòu)則顯得十分必要。根據(jù)車身部件的長、寬、高平臺變化策略，設(shè)計整車線束系統(tǒng)的布置匹配測試，將線束布置路徑及固定形式進行統(tǒng)一規(guī)劃（圖4），讓不同車型可以共享相同的布置設(shè)計路徑及結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)不同車型之間的產(chǎn)品同步開發(fā)及制造，提高產(chǎn)品設(shè)計及制造的通用性。

圖4 發(fā)動機連接處的平臺布置

3 創(chuàng)建代碼化、模塊化的電器原理開發(fā)技術(shù)體系

目前汽車市場，車輛電器配置越來越豐富，電氣原理設(shè)計的市場響應(yīng)越發(fā)滯后，原理設(shè)計的不確定性和多變性給原理設(shè)計及后續(xù)的產(chǎn)品制造均帶來很大的隱患。項目基于代碼化、模塊化的原理開發(fā)體系，有效避免了各車型整車電氣連接系統(tǒng)原理重復(fù)設(shè)計、冗余設(shè)計問題，大幅降低了人力成本，縮短了開發(fā)周期，穩(wěn)定了產(chǎn)品設(shè)計狀態(tài)。

3.1 創(chuàng)建基于市場配置的電氣原理代碼化管理體系，實現(xiàn)用戶需求與原理設(shè)計的矩陣式管理模式，解決線束原理設(shè)計與用戶需求脫節(jié)的難題，提高原理設(shè)計的響應(yīng)速度

基于用戶實際需求，通過市場調(diào)研形成車輛設(shè)計開發(fā)的市場配置，將市場配置項細化、拆分、轉(zhuǎn)化為詳細的功能代碼，針對每項功能配置代碼設(shè)計有相應(yīng)的電氣連接系統(tǒng)原理，所有配置代碼對應(yīng)的電氣連接系統(tǒng)原理就形成了代碼化的整車電氣連接系統(tǒng)原理，實現(xiàn)了基于用戶需求的菜單式整車電氣連接系統(tǒng)原理設(shè)計。代碼化電器原理開發(fā)流程如圖5所示。

圖5 代碼化電器原理開發(fā)流程

3.2 建立子系統(tǒng)原理模塊動態(tài)管理模式，實現(xiàn)原理設(shè)計的模塊化開發(fā)，解決原理頻繁變動帶來的線束連接關(guān)系變更問題，提高了線束產(chǎn)品狀態(tài)的通用性

基于整車平臺架構(gòu)開發(fā)，圍繞零部件的模塊化設(shè)計，結(jié)合產(chǎn)品接口信息規(guī)劃，建立了全車型平臺的整車電氣連接系統(tǒng)原理設(shè)計開發(fā)模型，同時通過建立電氣系統(tǒng)零部件模型庫，構(gòu)建了零部件級-單系統(tǒng)級-多系統(tǒng)級-整車級四維度仿真測試模型。原理設(shè)計開發(fā)模型統(tǒng)籌多個模塊化零部件的設(shè)計，涉及智能化、動力、電器等專業(yè)的接口信息規(guī)劃。原理設(shè)計開發(fā)模型為整車電氣連接系統(tǒng)開發(fā)奠定了堅實的基礎(chǔ)，為原理設(shè)計的通用性提供了技術(shù)保障。子系統(tǒng)標準原理模塊見圖6。

圖6 子系統(tǒng)標準原理模塊

4 搭建新型線束物料規(guī)劃及標準化接口管理平臺

國產(chǎn)汽車線束售后疵品約為合資品牌的30多倍。線束產(chǎn)品的物料品質(zhì)嚴重制約了線束品質(zhì)的提升。通過搭建線束物料規(guī)劃及標準化接口管理平臺，提高線束在制造過程中的穩(wěn)定性，解決物料差異帶來的品質(zhì)及工裝變更難題。

4.1 基于端子類型進行連接器選型，構(gòu)建端子通用化的整車連接器應(yīng)用體系，克服現(xiàn)有制造體系中，因端子種類太多帶來的壓接模具管理缺陷，解決線束制造中頻繁更換壓接模具帶來的制造效率低下難題

在影響線束品質(zhì)的物料中，插接件無疑是最重要的環(huán)節(jié)，基于端子類型搭建插接件選型體系，解決以往按照護套類型進行規(guī)劃的連接性能差異大的問題。由于減化了端子種類，制造過程壓接模具的管理品質(zhì)也大幅提高，壓接制造效率提高30%~40%。如圖7所示。

圖7 端子種類降幅

4.2 建立線束物料庫管理流程，基于零部件電器接口標準化及物料平臺化理念，搭建線束物料數(shù)據(jù)庫，解決線束設(shè)計中物料使用差異帶來的制造設(shè)備及工裝適應(yīng)性差的難題

建立物料數(shù)據(jù)庫管理流程（圖8），解決了物料選擇品質(zhì)評估風(fēng)險大、保供不及時、適配工裝檢具種類多等難題，發(fā)布基于連接系統(tǒng)CANFD、AR增強現(xiàn)實技術(shù)、AI智能交互、智能駕駛高速傳輸以太網(wǎng)等平臺化物料數(shù)據(jù)庫；制定整車用電器零部件接口標準化，推動零部件開發(fā)平臺化，提升整車電氣開發(fā)品質(zhì)。

圖8 連接器管理流程

5 提出基于制造模塊化的產(chǎn)品設(shè)計方法及自動化制造策略

汽車線束的智能制造之路難點在于線束產(chǎn)品的多變性，如何維持線束產(chǎn)品狀態(tài)的穩(wěn)定性是實現(xiàn)線束智能制造的關(guān)鍵。線束產(chǎn)品包含物料多、回路多，要實現(xiàn)整體的狀態(tài)穩(wěn)定，顯然難度較大，基于制造模塊化的產(chǎn)品設(shè)計方法，可以實現(xiàn)線束產(chǎn)品的部分自動化生產(chǎn)，提高制造自動化水平。

5.1 提出線束產(chǎn)品模塊化設(shè)計方法，開發(fā)線束產(chǎn)品設(shè)計模式從基于單個回路向基于功能子集的設(shè)計流程，克服線束總成產(chǎn)品差異大帶來的制造通用性差的技術(shù)瓶頸，提高線束制造的穩(wěn)定性和通用性

圖9為模塊化制造設(shè)計子集搭建模式?；诠δ茏蛹木€束及制造策略，將傳統(tǒng)復(fù)雜的線束總成設(shè)計，簡化成基于車型電器功能的子模塊設(shè)計；將復(fù)雜的線束生產(chǎn)，優(yōu)化成簡單的模塊化生產(chǎn)；將多變的線束總成，調(diào)整為個別子模塊的變更，實現(xiàn)了大部分模塊的穩(wěn)定生產(chǎn)；將基于線束總成的大量工裝夾具優(yōu)化為各功能子集上的工裝夾具的高效利用；為線束行業(yè)自動化生產(chǎn)創(chuàng)造了條件，助推線束行業(yè)盡早實現(xiàn)智能制造。

圖9 模塊化制造設(shè)計子集搭建模式

5.2 提出工序合并的制造設(shè)備開發(fā)技術(shù)，突破單工序自動化設(shè)備往多工序智能制造進化的技術(shù)壁壘，解決線束制造人工參與密集、線束制造轉(zhuǎn)運過程多的問題，為線束產(chǎn)品的全自動化生產(chǎn)提供解決方案

目前行業(yè)內(nèi)單工序的制造設(shè)備已越來越普遍，為將整個線束制造流程有效地串聯(lián)，解決線束制造轉(zhuǎn)運過程多的問題，應(yīng)用多工序合并智能化設(shè)備的研制和開發(fā)思路，解決線束制造的人工參與密集和多過程生產(chǎn)問題，有些甚至做到了極致，實現(xiàn)了下線、穿栓、壓接、端子植入、包扎等高度的集成，減少了物料轉(zhuǎn)運過程中的效率低下問題，減少了人員參與。同時，制造設(shè)備可以做到在線傳感防錯，提升了品質(zhì)，應(yīng)用全自動制造設(shè)備，單線人員減少60%。

6 結(jié)論

本文通過對汽車線束智能制造關(guān)重點進行深入實踐分析，從前端的設(shè)計開發(fā)到后端的制造設(shè)備開發(fā)，全面闡述了推進汽車線束智能制造策略和方法，并結(jié)合汽車線束設(shè)計開發(fā)流程，將線束智能制造的關(guān)鍵控制要素體現(xiàn)在開發(fā)過程中，對線束設(shè)計人員的工程實踐具有較高的借鑒意義。