現代汽車、卡車和其他車輛具有越來越多精密的電氣和電子功能，給支持這些新功能的線束帶來了更大的負擔。隨著復雜度的增加，當前的線束制造方法由于需要手動交換數據而且無法捕獲部落文化，顯得難以為繼。基于模型的線束制造工程流程可自動執行數據交換，并通過設計規則捕獲部落文化，幫助制造商改善線束質量并提高效率。

簡介

今天的乘用車、休閑車和商用車不再僅僅是機電產品了。現代汽車配備了令人目不暇接的電子功能和部件。從標準舒適性和生活質量功能，如加熱座椅、空調和車載信息娛樂系統 （IVI），到有限的自動化和先進駕駛輔助系統（ADAS），應有盡有（圖 1）。此外，電子控制單元 （ECU） 網絡現在可以協助執行必要的車輛功能，例如制動、轉向和油門控制。在當今的汽車市場中，電子設備逐漸代表了車輛的大部分價值。

隨著現代車輛中的電氣和電子功能的日益增多，在執行器、傳感器和 ECU 之間傳輸電力和信號的線束越來越受到重視。ADAS 和自動駕駛系統由于需要使用外部傳感器來感知車輛所處的環境（例如正在接近的物體或限速標志），因此對線束的要求尤其嚴苛。

此外，對高度自動化和電力推進汽車的需求的與日俱增，直接轉化為線束制造業的持續發展。目前，該行業每年的銷售額超過1500億美元。2018年，近30%的比例，即500億美元的銷售額來自汽車行業，而且汽車線束的銷量還在增長。分析人士預測，到 2023 年，汽車線束行業的年收入將超過 700 億美元，到 2025 年將超過 910 億美元（Future Market Insights，2016 年）。

伴隨行業發展而來的還有一系列新的挑戰和壓力。為了支持更多的電氣和電子系統（其中一些非常精密），線束變得異常復雜。制造商還必須考慮所有可能的車輛配置，而其數量動輒達到數千萬。在制造這些復雜系統的同時，企業還必須滿足非常緊迫的時間表、嚴格的質量要求，并最大限度降低線束的成本和重量。

圖 1：汽車具有一系列精密的電氣和電子功能

當前面臨的挑戰

整個行業內常見的工程和制造方法已經沿用了幾十年，并且在新時代顯現出它們的局限性。線束制造仍舊是一個典型的勞動密集型過程（圖 2）。目前，約 85% 的線束制造操作都是手動執行的。

圖 2：線束制造仍然是一個勞動密集型過程，嚴重依賴于手動裝配

更麻煩的是，線束設計與制造部門和系統之間存在脫節的現象。設計和制造工程師往往在各自的領域之間手動傳輸數據，重新創建和重新輸入轉換為各自系統的設計數據，例如 CAD、生產、裝配板設計或成本核算系統等。

在這些全新挑戰帶來的重壓之下，傳統的線束制造方法開始顯得難以為繼。首先，設計和制造過程的脫節導致需要在領域之間手動傳輸和重新輸入數據。這樣做不僅速度慢，容易出錯，而且難以高效地利用工程師的時間和精力。當制造工程師做出更改以提高線束的可制造性時，這些更改經常在團隊之間的數據轉換中丟失。即使在最先進的設施里，從設計工程到產品工程、制造工程和生成制造文檔的高層次過程也是借助 Microsoft Office應用程序和 AutoCAD 圖紙完成的（圖 3）。

圖 3：當前方法依賴于在流程的各個階段手動輸入和重新創建數據

信息被傳遞給鏈中的下一個人，由其以另一 格式或風格手動重新創建非數字信息。

這種做法既不夠現代，也不可接受。新產品推出周期可能長達數月，設計變更需要多達幾周的時間才能完全實施。手動數據共享和重新輸入會導致錯誤，需要花金錢和時間進行修復，更糟糕的是，可能會危及良好的客戶關系。

計劃里程碑的步伐加快也意味著制造工程師幾乎沒有時間優化制造過程，因而從一開始便導致次優的流程。創建操作指導可能是一項特別具有挑戰性的任務。使用當前方法，創建操作指導是一項困難、耗時而且極具挑戰性的工作，需要足夠的技能和專業知識才能準確、準時地完成。延遲或低質量的操作指導可能導致工位不足和不合格，進而產生裝配錯誤。在測試期間發現錯誤將會迫使工程師進行冗長的返工，甚至完全廢棄故障線束，從而產生意外成本。

另一個重大挑戰是管理所謂的部落文化。部落文化是僅存儲在員工頭腦中的過程、方法和更多相關信息。部落文化是不成文的，但對于成功實施過程、創建產品或維持質量水平往往非常關鍵。員工調動崗位或離開公司將會帶走這些信息，致使其監督過的過程或產品受到損害。

部落文化對包括線束制造商在內的許多公司而言是一種非常現實的風險。在美國，每天有一萬名嬰兒潮一代退休。在加拿大，從2011年到2016 年，達到退休年齡或以上的人口數量增加了 20%。在英國，據預測，2016年到2020年間，16至49歲的人口數量將會減少70萬。勞動力市場不斷萎縮，如果不加以解決，將會產生嚴重影響。管理者如何依靠更年輕、經驗相對不足且規模更小的勞動力來維持生產率呢？特別是，他們如何獲取當前員工掌握的重要信息和專業知識，以防范災難性的部落文化損失？

線束設計到制造工藝流程

圖 4：線束行業的高層次制造工程流程

圖4顯示了線束行業中典型的高層次制造工程流程。首先，設計工程發布初始設計或工程變更，以便進行成本核算并向客戶提供報價。下一步，設計主線束工裝圖，然后設計生產模塊和子裝配（有時需要他們自己的裝配板）。接下來，工程師將會設計整個線束的工藝清單（BOP），將電線、焊接點、絞線和所有剩余材料分配到指定的設備或工位。然后將 BOP 發布到企業資源規劃 （ERP） 系統。之后再對總裝線進行平衡和優化，并創建操作指導。

當前，以上任何階段都有可能出現數據重新輸入錯誤，因此每個階段都需要很高的技能經驗。在流程下游進行的調整和更正必須手動饋送到上游，以實現數據一致性。傳統的線束制造方法容易受到碎片化過程中的錯誤影響，而且隨著工程師的退休或離職，可能會喪失部落文化。其他關鍵問題還包括：不一致或不準確的成本核算、次優的線束工裝圖設計或制造工藝設計，以及在車間錯誤地布置關鍵信息。這些都可能直接導致生產過程效率低下。結果，制造和總體成本可能會超過對客戶的報價，生產質量也會遭受不利影響。

基于模型的流程通過自動執行數據交換統一了先前彼此割裂的設計和制造領域，并為工程師提供了跨領域的決策能力。以前由經驗豐富的工程師掌握的部落文化現在可通過集成設計規則加以捕獲，而這些設計規則支持自動化，可始終如一地指導所有工程師并檢查設計中的問題。

在線束行業中，數字化和基于模型的企業包含三個關鍵方面（圖5）。首先是線束產品的數字化模型和制造過程。線束和生產過程的數字化模型共同構成了數字化仿真模型。自動化是第二支柱。現代線束設計和制造解決方案可以使用資深工程師創建的設計規則，自動將數字線束和工藝模型轉換為工藝過程清單、操作指導和其他輸出格式。

圖 5：基于模型的企業的三個關鍵原則：數字化、自動化和數據復用

同時還將部落文化嵌入到公司的生產流程中，保護其不受員工流動的影響。第三個支柱是數據復月。在基于模型的工程流程中，數據一經創建，便會最大限度供上游和下游所有使用者重復使用，而不需要他們重新創建或重新輸入數據。

將線束制造帶入數字化時代

線束制造商非常關注設計子裝配、設計線束工裝圖、平衡生產線，以及生成工藝過程清單和操作手冊。制造商也在大規模生態系統下開展運營。它們通常必須與企業資源規劃 （ERP） 系統、制造執行系統 （MES） 以及車間內需要連接的系統（例如導線準備和自動測試設備）進行交互。

數字化可以簡化以上各個系統和工藝之間的數據傳遞。自動化進一步提高了線束制造企業的效率。工程師指定設計規則以指導自動化操作，從而將部落文化嵌入到工藝中。然后，自動化利用產品和工藝數字化模型完成各種任務，包括生成工藝設計，計算成本，以及為車間裝配人員生成文檔。數字化仿真模型提供模型，自動化則生成下游所需的信息。

例如，隨著時間的推移，線束制造商將會找出設計連接器子裝配的最優程序。高級工程師可以輸入此過程的步驟，作為用于自動化的標準、可復用規則和約束。作為第一步，這些規則可能規定應該為各種焊接連接組創建模塊，將其轉換為子裝配。下一步可能是為導線全部屬于同一車輛選項的連接器創建模塊，然后再為剩余導線數量最少的連接器創建模塊。最后，如果模塊包含相關線束中的全部導線，則還必須包含這些線束上的包扎物和固定件。通過線束的數字化仿真模型，先進的線束工程軟件（如 Capital）可以在幾秒或幾分鐘內（具體取決于線束的大小）自動應用這些規則來完成此任務。

在另一個示例中，可以利用設計規則自動選擇、放置線束工裝圖夾具并考慮其他因素（圖 6）。在這些夾具的選擇和放置方面擁有多年經驗的高級工程師可以根據連接點、連接器和線束尺寸及長度來描述獲得最佳夾具類型、放置和數量的指導準則。軟件可使用這些規則來自動放置夾具、鉆孔點和焊接平臺，從而大幅提高線束工裝圖的設計速度和準確性。

圖 6：設計規則有助于自動執行工裝圖夾具的放置和選擇

此外，上游的項目延遲可能會壓縮供制造工程師生成操作指導的時間。如果操作指導出現延遲或細節不足，則車間的裝配人員必須尋求額外的指導。不僅如此，如果操作指導不全，可能降低成品線束的質量，導致它們無法通過生產后測試。于是驟然錯過重要的項目交付里程碑，而且為了彌補損失的時間和良率，還會產生預期外的逾期運費。

利用線束和生產工藝的數字化模型，工程師可以自動生成操作指導。工程師可以合并操作手冊模板、庫和樣式集，確保這些指令準確而且嚴格遵循公司的工業化和質量標準。此過程從線束的數字化模型開始。最初，這看起來像是線束布局的簡單圖，但工程師已使用特定的元器件、材料和其他數據三富了這一設計，使其成為物理線束的數字化模型。數字線束模型是基于模型的線束工程方法的基礎。

基于該模型，線束工程軟件可以生成極其三富的操作指導，其中包括用于切割導線的數據圖表，而且可以將此類數據直接饋入導線切割機械。生成的操作指導還包括雙絞線、帶護套的多芯線、拼接菊花鏈的示意圖，以及用于為連接器預裝導線或盲堵的詳細指導。工程師還可以生成各種線束工裝圖，向車間操作人員展示如何在電路板上布置子裝配。使用數字化流程，使其成為一個自始至終獲取相同數據饋入的連續過程，可以大幅提高總裝過程的效率和準確性。

未來的線束制造

未來，公司可借助數字化和數字化流程實現更多目標。傳統的車間從準備用于裝配的材料開始，到切割導線，準備導線，進行焊接和連接器預裝。然后在工裝板上裝配線束，并由技術人員執行裝配后任務。先進的解決方案已經能夠自動執行工藝過程清單的設計和優化，生成必要的操作手冊以及線束工裝圖。

夫來，這些解決方案將會與其他系統網絡相集成（圖7）。ERP系統將幫助管理用于線束制造的材料儲備，同時可通過制造執行系統（MES）提供車間內的操作手冊，收集和提供實時數據，并基于該數據生成反饋，以幫助改進流程和設計。從基于模型的規劃和仿真到集成的制造系統，線束制造商可借助完全數字化的過程實現效率和生產率的顯著提升。基于模型的工程方法配合連續數字化流程，可幫助制造商減少 50%的設計錯誤，將報價到生產周期時間縮短 30%，將線束組裝圖的設計時間減少多達 85%。

圖 7：未來車間的每個系統都將以數字方式實現互聯

在日新月異的行業中蓬勃發展

新汽車技術的涌現令線束行業已在持續發展的線束復雜性再次提速，線束制造業的結構正在面臨一場變革。當今車輛的電氣和電子內容與日俱增，致使確保關鍵車輛功能的責任逐漸轉移到線束上。這種從機械到電子賦能的轉變，再加上越來越精密的電子系統，意味著線束將比以往更加復雜。汽車公司為了在市場中戰勝競爭對手，對實現快速、高效的線束生產的需求也在持續攀升。

日于勞動力日漸老化而失去寶貴的工作經驗和知識，對線束制造商構成的威脅也很大。隨著工程師達到退休年齡或找到新的角色，他們會帶走關于公司流程和設計實踐的重要且不成文的信息。線束制造商必須以數字方式指獲這些信息，以便為將來的員一提供信息和指導，以及實現復雜流程的自動化。

要在這個充滿挑戰的環境中生存和發展，線束制造商必須大刀闊斧地調整它們的方法。數字化是線束制造商必須適應的關鍵趨勢之一，提供了在變化莫測的行中生存所需的工具。基千數字化模型的流程統一了先前割梨的設計和別造領域，并通過集成的設計規則指獲過去日經驗三富的工程師掌握的部落文化。為滿足不斷發展的行需求，線束制造商向數字化企、轉型可謂正逢其時。

原文標題：基于模型的線束制造工程

文章出處：【微信公眾號：線束世界】歡迎添加關注！文章轉載請注明出處。