新能源車高壓線束裝配防錯研究及應用

【摘 要】隨著將以純電驅動為新能源汽車產業發展和汽車工業轉型的主要戰略，智能制造成為國家戰略，高壓線束正確裝配是整車裝配的重要一環。結合控制論的一般原理與影響工藝控制過程因素，通過提升信息源的可辨識程度以及降低信息傳遞時的干擾項，利用成熟的過程控制，研究同步設計階段防錯裝方案。借助人類認知的特性，在裝配階段進行針對性的措施制定。結合智能化在防錯上的應用進行簡述，降低錯裝幾率的同時提升裝配效率。在經過產線驗證后，全流程防錯規范以及操作指南將作為新車型開發的標準。

【關鍵詞】高壓線束連接;防錯原則;信息傳遞;通用設計;干擾

中圖分類號：U463.62 文獻標識碼：A 文章編號：1003-8639（ 2024 ）09-0009-03

Research and Application of Error Prevention in High Voltage Line Assembly of New Energy Vehicles

SUN Hui，YANG Jie，XU Yunjie，JING Yijie

（Automotive Engineering Research Institute of Shaanxi Heavy Duty Automobile co.，Ltd.，Xi′an 710200，China）

【Abstract】With the pure electric drive will be the main strategy for the development of new energy vehicles and the transformation of the automotive industry，intelligent manufacturing has become a national strategy，and the correct assembly of high-voltage lines is an important part of vehicle assembly. Combining the general principles of control theory with the factors that affect the process control，by improving the recognizability of information sources and reducing interference terms during information transmission，mature process control is utilized to study anti misinstallation schemes in the synchronous design stage. Based on the characteristics of human cognition，targeted measures are formulated during the assembly stage. The article also briefly describes the application of intelligence in error prevention，which not only reduces the probability of incorrect installation but also improves assembly efficiency. After verification by the production line，the full process error prevention specifications and operation guidelines will serve as the standards for the development of new car models.

【Key words】information transfer;possibility space;visual recognition;general design;cognitive characteristics;interference

1 引言

隨著國家發布《節能與新能源汽車產業發展規劃》相關政策，純電驅動將成為新能源汽車產業發展和汽車工業轉型的主要戰略取向[1]。用于連接動力驅動裝置、控制器以及儲能設備的高壓線束正確裝配是其中重要的一環。

相比燃油汽車固定布置，新能源汽車布置方式更加靈活，不同供應商有各自規范，連接線束繁多，布置多樣，產品規范不同，這三者使裝配環節高壓線束連接出錯的幾率高居不下，為后續的整車調試工作帶來極大的不便利性。據調試問題反饋，線束虛接和錯接問題占線束類問題的70%以上，高壓線束連接防錯是亟需解決的問題。

從20世紀50年代初開始，維納《控制論》[2]的一些原理已經深入到人們生活的方方面面，本文結合控制論的一些基本原理與工藝過程中的要求，對高壓線束連接防錯從產品設計到產線裝配進行全流程梳理研究，旨在為現場裝配以及新車型的設計提供操作性原則。

2 概述

新能源汽車高壓線束的裝配主要包括動力電池不同箱體之間正負極線的串并聯，動力電池與電池管理系統BMS和多合一控制器之間的連接，BMS和多合一控制器到驅動電機之間的連接。線束連接主要為人工連接，一般先連接一組線束的一端，再連接其另一端，出錯多發生在連接另一端接頭與端子時。

高壓線束連接防錯最終目的是將正確的連接信息傳遞給裝配工，并保證信息傳遞的準確性。信息傳遞整個過程包括信息源、傳遞通道以及信息接收。高壓線束連接信息通過規范設計，多途徑、多媒介傳遞，操作流程的控制，實現正確信息的傳遞，與過程控制有著密切關系。

防錯要求主要體現在快速確定線束端頭與接線口之間的對應關系。防錯就是要消除線束與接頭對應關系在連接信息傳遞過程中的不確定性，結合整車開發全過程，其常見原則[3]如下。

1）排除：排除產生錯誤的原因，從源頭規避錯誤的產生，主要體現在設計階段結構性防錯設計。

2）替代：使用更加精確的操作方法，避免錯誤的發生，表現為使用自動化設備替代人工。

3）簡化：通過更加容易的操作降低錯誤率，表現為模塊化設計，簡單的統一的設計結構，使操作更加簡單。

4）異常檢查：產生錯誤的情況下，在下一工序可以檢出。

3 高壓線束連接防錯現狀

目前，高壓線束連接防錯方案主要依靠外觀[4]。商用車上使用的線束主要通過外觀上面的顏色、線束兩端接頭處的文字描述、插接器的形狀作為區分，用于防錯裝。

動力電池之間的串并聯線束，連接方式為接線端子連接，線束帶有零件標識，如圖1所示，正負極通過熱縮管顏色區分（紅正黑負）。

與控制器連接的線束兩端有專門的名稱標記，與之對應的控制器或者用電設備上連接位置處有同樣的名稱標記，并且為一一對應的關系。如圖2、圖3所示。

控制器上面的連接插接器通過不同的外形區分不同的連接線束，相同的外形結構通過內部的凹凸體進行配合。

根據上述分析，現有的防錯方案已部分體現了排除原則，根據現場反饋，已經起到一定的防錯效果，在后續整車開發過程中依據防錯原則進一步探索研究。

4 防錯裝方案

接收連接線束信息的接收主體為人，人類的一些認知特性包括記憶、遺忘與學習、思維與決策、注意與持續警覺等[5]在裝配過程中仍舊起著重要的作用，偏向簡單記憶的特點。基于此特性，下文從排除、簡化、異常檢查3項防錯原則進行研究分析。

4.1 設計階段

通用化、集成化設計作為標準設計方法之一，廣泛應用于新產品開發中，其在提高產品可靠性、簡化裝配維修和保障方面獲得越來越多的關注[6]。在新車型高壓線束設計初始階段，建立規范化設計原則，保持高度一致性，選擇黑盒模式的模塊化設計。

4.1.1 規范設計

系列化車型通用性設計，按需求開發，使高壓線束布置規整，規律性更強，方便識別記憶[7]。

1）布局規范。圍繞核心部件開展對應的布局規劃，以某車型為例，結合動力電池的布置示意圖（圖4）將線束統一布置在同一側，減少線束繞行且方便識別。

2）規劃線束端頭、控制器接口等。按照命名規則進行統一命名，線束設計規范（示例）見表1。

3）按照需求規劃線束接頭。線束設計時，統一設計標準，將顏色與極性以及輔機建立對應關系，達到不同顏色代表不同的極性、輔機系統。線束開發前，規劃正負極連接線、U/V/W連接線等不同線束各部分的顏色。比如線束設計主體護套顏色、線束上標識用顏色、接頭或端子顏色，并在CATIA軟件中建立與之對應的顏色，最終體現在三維數據上。

采用差異型（在插接器內部使用不同的缺口）或異色插接器方案，通過顏色或者形狀的匹配，實現一一對應。如采用圓形插接器對應空調壓縮機，方形插接器對應電池冷卻水泵，相同外型插接器在其內部設置不同凸起和豁口對應不同輔機。

4.1.2 集成化設計

現有車型匹配的電池包為多個動力電池包（Pack）串并聯的方案，Pack間的連接線束多，出錯點多。新的CTB方案采用簡化設計方案，通過內部電芯模組設計，采用銅排連接電芯模組，通過將3個或者4個Pack合為1個，對外連接點也將變為原來的1/3。

在線束一端已經連接的情況下，如果連接口位置對不上，線束與連接口距離或長或短，會產生連接不上的情況或線束纏繞過多的情況，線束回路設計中線束的長短不一致也可作為防錯方案。

4.2 裝配階段

在設計結構確定的狀態下，裝配環節的防錯同樣重要，高壓線束連接工藝方案的確定中，遵循人機料法環測6原則，其中設備、原料、方法、環境、測量5項比較容易確定，高壓線束連接需要人工深度參與，很難使用防錯原則中的替代原則。而裝配工本身受制于個人認知及技能熟練程度，較難控制。眾所周知，一方面記憶有助于人類快速辨別所記憶的物體、認知新的事物、適應新的環境等[8]，另一方面記憶也會抹除一些細節，壓縮記憶內容，使其形成無意識的反應動作。控制論要求傳遞給信息接收者的信息既不能不足，也不能過多，使其容易受到干擾。裝配工所受干擾主要是主觀干擾，受裝配工的意識支配。在將正確信息傳遞給裝配工過程的主要任務是去除干擾，使其接收正確信息。

基于上文分析，裝配階段防錯重點從裝配工的角度去考慮，最簡單的辦法為反復傳遞，將正確信息反復輸入給裝配工;另一原則是利用不同媒介傳遞統一信息。因此裝配防錯主要從多途徑傳遞裝配信息，細化并簡化裝配工記憶內容，流程上進行防錯裝要求確認。

4.2.1 獲取準確信息

新結構、新車型上線前進行裝配初期培訓，使裝配工了解高壓線束連接的基本原則，通過基礎知識以及原理的輸入，加深裝配工的記憶。通過裝配過程實拍視頻、三維模擬動畫、關鍵細節文字描述、圖片等多種媒介，在統一的工藝平臺上將裝配信息傳遞給裝配工。

4.2.2 重組單元裝配內容

基于防錯方案中的簡化原則，工藝開發中從優化工序分布到調整裝配順序，簡化裝配工的記憶內容。

不同車型在相同工位上裝配內容不完全一致，通過裝配內容的拆散再重組的方式，對不同的布置方式制定合理的裝配工藝，如調整某車型冷卻系統裝配工位。

在裝配過程控制階段，根據裝配工技能水平合理分配裝配工序，使單一裝配工負責裝配的信息符合員工技能水平，記憶項目相對較少，避免在混線裝配時出錯。比如將水泵電機、轉向電機、空調壓縮機電機等分屬不同裝配工。

4.2.3 流程防錯

在裝配流程中增加確認，遵循異常檢查原則，具體體現為裝配過程中的自檢以及互檢。最終裝配整車熔斷絲前，增加關鍵線束連接確認工序，由工藝人員在裝配前確認具體檢查項目，現場裝配人員在裝配熔斷絲前使用不同于檢驗標記的記號筆在指定位置進行標記，確認正確后再進行熔斷絲連接，即熔斷絲裝配工序需裝配工的確認。若裝配過程和確認過程的出錯幾率分別都為1%，那兩人同時出錯的幾率降為0.01%。

4.2.4 替代防錯

高壓線束的裝配過程目前沒有可用于替代的方案，但對于裝配過程檢測可借助視覺識別等技術，提升檢測準確性。機器視覺技術以計算機視覺為研究基礎，從采集的圖像中提取特征信息，并進行加工及處理，然后應用在實際的檢測、識別和測量環境中，被廣泛應用在流水線的自動化生產[9]?？刂破鞅倔w顏色多為黑色且單一，與之連接的線束具有位置穩定且顏色鮮艷的特點，可在裝配工位周圍框架布置視覺識別系統，識別端子顏色與插接器顏色，及時反饋裝配結果。

4.3 小結

對于新能源車型，高壓線束的連接是一項復雜而繁瑣的裝配任務，其整個過程全靠人工完成，該項裝配任務的完成很大程度上意味著整車裝配工作的完成，其連接品質優劣、裝配效率的高低對于新能源車型的裝配有著決定性的意義。

通過線束顏色、名稱標識、插接器形狀等整改，裝配現場培訓、增加自檢等控制工序，統計2023年7月份至2024年3月份的高壓線束裝配問題記錄，錯誤連接情況已經規避，且線束連接節拍由2JPH提升至4JPH，效率提升一倍以上。

5 結論

本文從控制論觀點、高壓線束裝配過程中的核心內容出發，以簡化裝配信息為目的，結合現有市場上成熟的防錯方案，對新車型開發過程做出了基本規劃要求。在工藝方案確定中，人機料法環測6因素中人員因素最難以把控，文中從裝配工的角度出發，提出了提高裝配工人本身理論認識、裝配信息多途徑傳遞給裝配工、分類細化重組工序、減少裝配工本身識別項目、流程控制等防錯方案，并在實際應用中取得了不錯的效果。隨著國家對于智能制造以及技術上的可實現性，結合視覺識別，可以預先在裝配過程中及時提醒裝配工，進一步提升裝配準確率以及裝配效率。

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（編輯 楊凱麟）

作者簡介孫輝（1984—），男，工程師，主要從事汽車制造工藝設計、新工藝的應用研究工作。