基于ZETA加工中心的線束優化設計

胡孝龍

摘 ? 要：汽車線束產品的制造過程包含了多道不同的人工裝配工序，如何有效地減少工序，降低人工一直是線束制造企業的困難點。本文主要介紹如何基于新型線束加工中心ZETA的制造工藝來開展優化的線束設計方案，從而減少人工操作環節，提升制造工廠的制造效率，進而達到降低產品成本，增加企業自身競爭力的目標。為線束行業設計生產人員以及相關元器件生產領域從業者提供參考借鑒。

關鍵詞：線束設計 ?加工中心 ?效率 ?通用化

中圖分類號：U463.62 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）06（b）-0082-03

汽車線束（Wiring harness）作為車輛的血管和神經網絡，承擔著車內各個電子電器之間傳輸電流及信號，將駕駛員的意圖傳達到車輛的重要功能。隨著汽車向智能化，多媒體化，互聯網化發展的大趨勢下，各種新型的技術的應用，讓車內的電子電器設備數量極具上升，對應的線束回路也由于導線的增加而顯得非常龐大（圖1為汽車線束系統的模型）[1]。汽車線束是汽車零部件中典型的嚴重依賴人工制造的零件，其每個回路都需要人工經過切線，壓接，插端子，安裝覆蓋物，安裝附件，電測等工位才能完成，以發動機控制模塊（ECU）連接器為例，其含有的回路數量可以到達上百個，即便實際生產中有一系列的工裝輔助工具也無法顯著得提升生產效率，因此線束制造生產力的提升是一個有效的可以降低汽車生產成本的機會。隨著近幾年我國經濟飛速發展，部分地區尤其是沿海地區的人力成本高企，各個主機廠均在考慮如何有效地降低成本的大背景下，線束制造企業也都積極地探索如何有效的降低成本提升自身的競爭力。本文會結合使用新型線束加工中心ZETA 633/656的制造工藝提出一種改進的與之相適應的線束設計方法來滿足在保證產品質量的同時并且有效地降低產品的成本。

1 ?線束加工中心

目前瑞士庫邁思公司開發的全自動線束加工中心ZETA 633/656（圖2）能夠在一臺設備上完成切線，壓接，插端子，機械手臂配線（插入連接器）的工序。此加工中心同時配有最多不超過6種不同的壓接模具，自動安裝防水栓裝置，自動供線裝置可以提供最多不超過36種不同的導線。質量控制方面帶有壓接參數檢測，端子拉拔力測量以及CFA壓接力分析。在插端子配線工序可以定制多個連接器托盤可以保證員工可以在機器運轉狀況下同時將未插線的連接器安裝于連接器托盤上。

2 ?線束的優化設計方法

目前線束行業內的設計改善方法主要集中在原材料（導線，端子，連接器，等等）的選型，小型化輕量化，電氣回路的優化等等。但是為了降低成本而原材料尤其是連接器/端子會導致線束中連接器的種類過多，工廠相應的模具過多，難以管理以及無法共用等缺點。

加工中心ZETA的生產能力和限制來自于連接器，端子，導線的種類，我們需要在線束設計的時候就為此設備進行充分的優化，以充分實現高效的生產。其主要包含以下3點。

（1）導線選型時的注意點。

導線是汽車線束的主體，車用導線由于其工作電壓在 12V 左右，所以又稱低壓導線。汽車導線的型號眾多，汽車線束常用的導線種類有日標（AVSS 等）、國標（QVR）、德標（FLRY）、美標等。不同的標準的導線對銅芯特性、股數以及絕緣層特性的要求都不一樣。AVSS（AVS）導線在日系車上使用較多，其特點是薄皮絕緣，外徑小，柔韌性也相對好;而 QVR 則是絕緣皮偏厚，也十分柔軟;德國標準的導線絕緣皮更薄，外徑更小;而美國SAE標準導線，其絕緣皮一般為熱塑彈性體，還有輻射工藝加工[2]。選取原則為根據線束所處的環境和功能來考慮導線的類型，由于加工中心ZETA的壓接模具數量限制，需要在設計時需要盡可能選擇同一種類、標準的導線。例如：發動機線束整體考慮德國標準的FL導線中的FLRA等，根據不同溫區等級的要求使用T125（ISO CLASS C）或者T150（ISO CLASS D）的導線。

（2）連接器選型時的注意點。

連接器是線束的一個重要部件，其性能直接關系到線束的整體功能實現，而且對整車的功能穩定性、甚至行車安全起到至關重要的作用[3]。汽車線束中根據功能存在著大量不同的連接器，由于加工中心壓接模具數量有限，在連接器選型時需要根據通用化原則選取盡可能相同的種類。連接器確定后可以選擇其相匹配的端子，應選擇一個系列端子以實現盡可能多的回路在加工中心制造，通常而言同一系列的端子均有不同的型號可以覆蓋廣泛的線徑范圍。目前廣泛應用在汽車中的大型連機器供應商均可以提供全套產品線，如泰科電子的解決方案或德國赫爾思想曼連接器及科世達端子的解決方案。

（3）消除/減少結合點（splice）。

汽車線束設計時通常會考慮設計電線結合點，電線結合點通常由幾根電線與另外的電線連接在一起，結合點負責將電流、信號從輸出端運送至設備端。在線束制造過程中，結合點通常會由單獨的熱熔/超聲波工序焊接后再增加結合膠帶（Splice tape）包裹或熱縮管（Heat Shrink tube）進行防水保護。由于其需要在特殊工位才能完成，在使用加工中心時需要考慮使用結合連接器（Joint Connector）來替代電線結合點以減少制造工序，提高加工效率。（圖3：專門開發的結合連接器）。

3 ?對線束制造過程的優化

通過為加工中心優化的線束設計，可以為線束制造企業帶來

（1）高效加工流程。可以讓線束制造實現線束加工中心將切線，壓接，插線，配線這四個工序融合為一個工序，生產周期被縮短50%。同時消除了手工作業中壓接-插線-配線工序間的單線半成品工序間物流及倉儲時間（圖4），線束制造工廠僅需要儲存半成品線束，可以實現即時生產（JIT）生產。

（2）高生產力。在工藝設計時，連接器托盤可以根據目標產量占比、線束配置等實際生產規劃設計成搭載相同或者不同的連接器托盤，操作員工可以根據看板系統提示安裝相應的連接器進入待加工的托盤，實現不同零件線束的柔性共線生產。同時由于配有多個托盤，加工中心還可以支持在開機的狀態下于上料工位安裝物料，托盤加工如圖5所示。

（3）高質量。設備自帶的質量控制系統可以監控線束壓接參數，端子插入力參數并可以根據檢測結果分析并自動標示不良品，方便后期返修方案的實施。

4 ?結語

通過實踐證明某品牌發動機線束項目通過應用上述設計方法以及新型加工中心使用，相較于同類產品可以有效地降低線束的加工成本并且保證降低不良率從而保證產品的高質量。有效地幫助線束制造企業降低人力成本并增強其市場競爭力。同時隨著高效率、高柔性的線束加工中心大規模投入實際生產，這會將汽車線束產業這個嚴重依賴勞動力的行業帶入工業4.0的有效的解決方案。

參考文獻

[1] 候守明，谷孝衛.汽車電線束設計與工藝[M].清華大學出版社，2018.

[2] 谷孝衛.汽車線束設計及線束用原材料[J].汽車電器，2006（10）：16-19.

[3] LV 112-1 Electrical Cables for Motor Vehicles： Copper Cables; Single-Core; Unshielded[S].2013.

[4] 陳軼峰.汽車線束一體化設計[D].上海交通大學，2011.