汽車線束自動化流水線開發目標的邏輯思考

王 亮

（季華科技有限公司，廣東 佛山 528000）

1 引言

線束因將若干導線包扎成束而得其名。汽車線束在汽車電氣系統中扮演能量輸送（動力線）和信號傳遞（信號線）的作用，是整車的中樞神經系統。隨著IT 技術的發展，汽車上傳感器數量和電氣化功能不斷增加，線束的需求量也越多。而且車型越高端，電氣功能越復雜，線束的需求也越大。據《線束中國》發布的2018 年中國汽車線束行業研究報告，2018 年中國汽車線束的市場規模達到819 億人民幣。汽車線束按其功能和位置可分為發動機線束、儀表板線束、地板線束、機艙線束、車門線束、后背門線束等，總導線長度可達到1500m～2000m[1]。在傳統汽車電子領域，單車線束平均總值約為2000 元/套，高端車型則價格更高。

線束生產工藝包括前段導線加工和后段預裝總裝兩部分。前段導線加工包括送線、裁線、剝皮、壓端子、套號碼管、穿防水栓等工藝，后段工藝包括穿護套、導線插植、電測試、纏膠帶等工藝。目前市面上前段導線加工已有相對比較成熟的單機設備，如剝皮機、端子機等，但這些設備相互間沒有互聯互通，屬于孤島式生產。由于線束所涉及的導線、端子、連接器的種類非常多、形狀各異、工序復雜且由于導線較軟而難以定位等問題，機器人和智能化設備難以導入產線，導致后段的預裝總裝工藝基本是全部靠人工來解決。因此，線束加工企業是典型的勞動密集型企業。據統計，汽車線束企業的直接成本構成中，勞動力成本約占15%～20%。但是，隨著勞動力成本的不斷增加，線束加工企業必將由勞動密集型朝著技術密集型的方向發展。當前，對于如何實現汽車線束的全流程、全自動的集成制造，有部分高校和企業正在進行相關的研究，如上海應用技術大學做了全自動線束裁剪插植設備的研究并開發了實驗樣機[2]，華南理工大學也做了線束裝配自動化方面的研究[3]，上述研究距離工業界的普遍使用還有較大差距。昆山滬光聯合瑞士Komax 設備供應商進行定制化開發，將開線、剝頭、穿防水栓、壓接、插位共計5 個工序集成，使生產效率提升了40%，但這個方案并未形成流水線生產。本文即是對自動化流水線的市場需求和開發目標進行分析。

2 自動化流水線開發目標分析

線束自動化流水生產線應實現開線、壓接、預裝、總裝、電測過程的自動化生產。由于線束加工后段的包扎、搭焊等工藝行業普遍認識當前難以全自動生產，因此這里所述的自動化流水生產線實際仍為半自動生產線，主要解決開線、壓接、預裝、插植、電測等環節的自動化流水線生產。集成產品開發（Integrated product development，簡稱IPD）是一套先進且卓有成效的產品開發模式、理念和方法，以市場需求為導向、以投資成功為目的是其核心思想之一。本文即試圖參照集成產品開發理念，基于當前行業發展現狀，以市場需求為導向、以投資成功為目的對線束自動化流水生產線的開發目標進行分析。為了分析方便，本文預設自動化流水線的總體目標為設計年產能10 萬件。

2.1 投資回報分析

汽車線束分為主線束和小線束兩種。主線束過于復雜，實現自動化流水線生產其成本過高，因此主要考慮小線束的自動化流水線生產。如下表1 所示，表中回報率是指剔除了產線成本后的利潤率，根據昆山滬光2019 年度的毛利率和凈利率兩者取中間值。假設整個自動化產線的產能利用率可達到75%，線束產品單價300 元，則自動化產線的年產值可達到2250 萬元，年回報達到256 萬元。當前企業比較能接受的投資回收期為3 年～6 年，考慮保持相應的競爭優勢，這里設定投資回收期為4 年，由此可計算出自動化流水線的成本應不超過1024 萬。改進的方向可朝著提高產能利用率和生產更高單價產品的方向考慮。

表1 投資回報分析

因此，得出開發目標一：產線成本應控制在1024 萬以內。

2.2 競爭力分析

競爭力分析是指對線束自動化生產和手工生產兩種方式進行對比，從機器換人的角度來評估自動化產線要具備相對優勢所應達的條件。通過分析，2.1 節所述的年產值2250 萬元，如果采用當前的手工單機孤島式生產的方式，其投入設備成本約為597 萬元。

表2 手工生產所需投入設備估算

由此可知自動化流水線相對于手工生產模式，其投資增量為427 萬（1024 萬-597 萬）。當前社會用工綜合人力成本約為7.2 萬元/年（6000 元/月，包含五險一金、相關福利等）。當前企業對于機器換人項目比較能接受的投資回收期為2年，因此，自動化流水線需減少人工30 人/年（427/7.2/2≈30）。

上文已分析，勞動力成本占線束生產成本的15%～20%，取中間值17.5%進行估算可知，為實現2250 萬元的年產值，手工生產方式所需工人數量為55 人/年，如表3 所示。由此可計算，自動化流水線所需工人數量應控制在12.5 人/班以內（考慮每天兩班工作制，（55-30）/2=12.5）。

表3 手工生產所需人工估算

因此，得出開發目標二：產線工人數量應控制在12.5 人/班以內。

2.3 柔性兼容分析

如2.1 節所述，為了提高年回報率，可朝著提高產能利用率和生產更高單價產品的方向考慮。誠然，這兩者均需要產線能兼容生產多款線束。不同線束之間的主要差別是導線、端子、連接器、防水栓等物料的型號和數量不同，上述物料的型號可以在生產切換時進行調整，而產線同時兼容上述物料的規格數量則決定了產線的制造能力。在設計時具體應兼容多少種規格不能盲目設定，應該以市場需求為導向來分析，這里可以通過分析整車所有小線束所包含的導線、端子、連接器、防水栓、盲堵種類來確定。如下表4 所示為某款車型各類小線束所包含的物料。所需導線、端子、連接器、防水栓、盲堵種類最大數量分別為36、14、10、2、3。雖然不同車型其小線束所包含的物料種類有差異，但整體差別大多。

表4 某車型各線束物料種類

因此，得出開發目標三：產線最大應能同時兼容36 種導線、14 種端子、10 種連接器、2 種防水栓。

2.4 節拍分析

產線的生產節拍與產能直接相關，根據10 萬件的設計產能可以計算出節拍。

因此，得出開發目標四：產線的節拍應控制在172.8 秒以內。進一步可以對插植工序的節拍及工位數量進行分析，如某車型PACK 低壓線束有120 根導線，則每根導線的插植時間應控制在172.8/120=1.44 秒以內，否則應增加插植工位數量來延長插植節拍。

3 總結

本文首先介紹了汽車線束及線束生產的行業現狀，然后提出了一種以市場需求為導向、以投資成功為目的分析汽車線束自動化流水線的開發目標的方法，并分析確定了汽車線束自動化流水線開發時應考慮的五個目標，即產能目標、成本目標、用工數量目標、物料兼容目標、產線節拍目標，給企業研發團隊進行產線設計開發時提供目標指引。按此目標設計則可保證產品在市場上的成功。當然，從手工方式向智能制造的升級，還可帶來企業品牌知名度和認可度的提升，進而提高企業的訂單獲取能力，這也是自動化流水線所帶來的無形價值。