汽車線束智能制造關鍵技術研究及應用

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國家戰略的不斷推進，各制造領域的數字化、網絡化、智能化發展轉型也在快速變更中。針對汽車線束行業而言，目前的生產制造水平還較落后，整個生產流程多以人工操作為主，屬于典型的勞動密集型行業，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，對生產品質的穩定性也是一個隱患。推進線束制造行業的智能制造，既是響應國家戰略轉型號召，也是提高生產制造效率和產品品質一致性的有效途徑。

汽車線束從功能來說是實現整車電器連接，其產品特點可概括為“三多”：回路多、物料多、變更多，由于這“三多”的存在，導致線束產品很難以穩定的生產狀態進行生產，制約了汽車線束制造模式的轉型。

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新研究，創建了基于功能理想化的線束平臺布置集成及匹配開發技術；創建了代碼化、模塊化的電器原理開發技術體系；搭建了新型線束物料規劃及標準化接口管理平臺；提出了基于制造模塊化的產品設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的技術壁壘，提升線束行業的經濟效益和社會效益。如圖1所示。

圖1 汽車線束智能制造技術創新總體框架

2 基于功能理想化的線束平臺布置集成及匹配開發

行業內線束產品布置均是基于整車周邊數據進行適應性開發設計，缺少先期的設計規劃，導致設計路徑不佳、連接回路復雜，體現到產品及制造層面，則導致連接導線加工長度增加，插接件端子壓接數量及端子插入護套數量增多，加劇了線束制造的復雜度。同時各車型在布置層面呈現出不同的布置方式，導致各車型的線束布置結構無法進行統一，而體現到產品及制造層面，則是各個車型的工裝及治具結構差異較大，需要重復開發，既浪費開發成本和開發時間，又使線束制造處于長期不穩定的循環，阻礙了線束自動化生產進程。基于功能理想化的線束平臺布置集成匹配技術，實現了線束布置的最優設計，搭建了平臺布置結構，實現了線束布置結構在各車型上的平臺應用。

2.1 創建以功能分析為基礎的整車電器布置拓撲技術，搭建整車電器拓撲分析模型，實現了整車電器布置的最優連接設計，完成電器布置從“定性設計”到“定量設計”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建一個連接架構，再將整車的原理信息注入到該架構中，使該架構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用模型

基于該電器拓撲，可以實現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，為工程化設計提供了準確的技術方向。通過構建基于整車電器拓撲分析的開發流程，推動整體電器連接系統開發的精細化設計，實現了線束布置的定量化開發。

2.2 基于功能接口區域化的零部件接口設計方法，開發以連接區域為核心的關重電器部件接口，解決傳統線束設計轉接回路復雜、綜合連接性能難以優化等難題

線束產品的轉接是困擾連接系統可靠性的主要因素，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接回路，是從理想化角度實現線束連接最有效的途徑。

現有的線束設計方案中，線束轉接主要是為了解決線束在整車不同區域之間的裝配以及在不同區域的功能連接，可以看出區域的概念是與轉接回路高度關聯的。為此，基于功能接口區域化的零部件接口設計方法，將用電器的連接回路按照功能區域進行區分，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域，這就避免了不同區域回路之間的轉接。圖3為IBCM接口區域化設計應用。

圖3 IBCM接口區域化設計應用

2.3 建立整車線束平臺布置架構，實現各車型線束布置統一，解決各車型線束布置差異帶來的重復設計問題，提高線束設計及制造的通用性

線束布置的最優設計，僅實現了單一車型的布置最優，為了提高線束設計及制造效率，建立整車線束平臺布置架構則顯得十分必要。根據車身部件的長、寬、高平臺變化策略，設計整車線束系統的布置匹配測試，將線束布置路徑及固定形式進行統一規劃（圖4），讓不同車型可以共享相同的布置設計路徑及結構，實現不同車型之間的產品同步開發及制造，提高產品設計及制造的通用性。

圖4 發動機連接處的平臺布置

3 創建代碼化、模塊化的電器原理開發技術體系

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

3.1 創建基于市場配置的電氣原理代碼化管理體系，實現用戶需求與原理設計的矩陣式管理模式，解決線束原理設計與用戶需求脫節的難題，提高原理設計的響應速度

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

圖5 代碼化電器原理開發流程

3.2 建立子系統原理模塊動態管理模式，實現原理設計的模塊化開發，解決原理頻繁變動帶來的線束連接關系變更問題，提高了線束產品狀態的通用性

基于整車平臺架構開發，圍繞零部件的模塊化設計，結合產品接口信息規劃，建立了全車型平臺的整車電氣連接系統原理設計開發模型，同時通過建立電氣系統零部件模型庫，構建了零部件級-單系統級-多系統級-整車級四維度仿真測試模型。原理設計開發模型統籌多個模塊化零部件的設計，涉及智能化、動力、電器等專業的接口信息規劃。原理設計開發模型為整車電氣連接系統開發奠定了堅實的基礎，為原理設計的通用性提供了技術保障。子系統標準原理模塊見圖6。

圖6 子系統標準原理模塊

4 搭建新型線束物料規劃及標準化接口管理平臺

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

4.1 基于端子類型進行連接器選型，構建端子通用化的整車連接器應用體系，克服現有制造體系中，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

在影響線束品質的物料中，插接件無疑是最重要的環節，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，搭建線束物料數據庫，解決線束設計中物料使用差異帶來的制造設備及工裝適應性差的難題

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

圖8 連接器管理流程

5 提出基于制造模塊化的產品設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品的多變性，如何維持線束產品狀態的穩定性是實現線束智能制造的關鍵。線束產品包含物料多、回路多，要實現整體的狀態穩定，顯然難度較大，基于制造模塊化的產品設計方法，可以實現線束產品的部分自動化生產，提高制造自動化水平。

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

圖9為模塊化制造設計子集搭建模式。基于功能子集的線束及制造策略，將傳統復雜的線束總成設計，簡化成基于車型電器功能的子模塊設計；將復雜的線束生產，優化成簡單的模塊化生產；將多變的線束總成，調整為個別子模塊的變更，實現了大部分模塊的穩定生產；將基于線束總成的大量工裝夾具優化為各功能子集上的工裝夾具的高效利用；為線束行業自動化生產創造了條件，助推線束行業盡早實現智能制造。

圖9 模塊化制造設計子集搭建模式

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

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

6 結論

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