淺析KSK客戶定制線束自動(dòng)化設(shè)計(jì)

王政，郭穩(wěn)

（安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

淺析KSK客戶定制線束自動(dòng)化設(shè)計(jì)

王政，郭穩(wěn)

（安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

∶文章基于某品牌重卡闡述了汽車線束傳統(tǒng)設(shè)計(jì)生產(chǎn)方式的弊端及面臨的日益嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。同時(shí)介紹了一種由客戶終端直接決定汽車線束生產(chǎn)的綠色設(shè)計(jì)理念，即KSK客戶定制線束自動(dòng)化設(shè)計(jì)。

Capital；自動(dòng)化；模塊化

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.09.080

CLC NO.: U462.1Document Code: AArticle ID: 1671-7988 (2016)09-231-05

前言

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，越來(lái)越多的電子電氣產(chǎn)品在整車上得到普遍應(yīng)用。發(fā)動(dòng)機(jī)控制、電子制動(dòng)系統(tǒng)、電子空氣懸架系統(tǒng)以及車身控制系統(tǒng)，使得汽車無(wú)論在經(jīng)濟(jì)性、安全性還是舒適性上都有了很大的提升。

目前，基于微處理器及CAN總線技術(shù)的電子系統(tǒng)，在整車電控系統(tǒng)上已成熟應(yīng)用，可靠性得到了極大的改善。但新的電器功能應(yīng)用和客戶個(gè)性化需求的日益增加，使得汽車電路更加復(fù)雜化（可參見(jiàn)表1），從而導(dǎo)致汽車線束的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和維修的難度不斷提高，也間接地提升了汽車線束的PPM值和線束維修難度、更換成本，使得汽車線束成為制約整車電氣系統(tǒng)發(fā)展的瓶頸。因此，如何推行汽車線束的智能化設(shè)計(jì)和生產(chǎn)是解決這一難題的關(guān)鍵。

表1　某品牌老重卡與某品牌新一代重卡整車線束對(duì)比

1、汽車線束設(shè)計(jì)及生產(chǎn)現(xiàn)狀分析

圖1　汽車線束現(xiàn)狀

為滿足市場(chǎng)需要，新品開(kāi)發(fā)數(shù)量較多且周期較快，而隨著整車配置的變動(dòng)，汽車線束基本都是專用（或部分專用），使得汽車線束的設(shè)計(jì)及制造在新品開(kāi)發(fā)中占據(jù)著重要地位。以某品牌重卡為例，目前汽車線束設(shè)計(jì)及生產(chǎn)具有如下幾個(gè)特點(diǎn)：

1.1汽車線束設(shè)計(jì)使用傳統(tǒng)機(jī)械制圖軟件的弊端

目前汽車線束設(shè)計(jì)采用的SE、CAD等傳統(tǒng)機(jī)械制圖軟件，不具備電氣智能轉(zhuǎn)換功能，無(wú)法實(shí)現(xiàn)原理到線束圖紙的電氣屬性同步，也無(wú)法實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)文件到生產(chǎn)工藝的數(shù)據(jù)共享，導(dǎo)致設(shè)計(jì)人員和工藝人員工作量繁多，且容易出錯(cuò)。

整車線束是設(shè)計(jì)人員結(jié)合整車原理圖、子系統(tǒng)原理圖及零部件原理圖，在線束二維圖紙上手動(dòng)添加插件、端子、防水塞以及線號(hào)、線色、線徑信息等，線束回路表在線束圖紙完成后，轉(zhuǎn)化為PDF格式或CAD格式按線號(hào)查詢并手動(dòng)添加。

圖2　手動(dòng)錄入的線束回路表

進(jìn)入線束生產(chǎn)環(huán)節(jié)后，同樣是通過(guò)工藝人員在線束工藝設(shè)計(jì)軟件上把線束信息全部重新錄入，生成線束生產(chǎn)工藝。例如，底盤(pán)線束總成4010100Z1010下線共237根，存在39個(gè)內(nèi)聯(lián)點(diǎn)、66個(gè)接插件、18個(gè)孔式端子。

1.2線束技術(shù)狀態(tài)眾多且變更頻繁

重卡車型存在多品種小批量的特點(diǎn)，新品及切換又較多，導(dǎo)致線束技術(shù)狀態(tài)眾多且變更頻繁。產(chǎn)品切換會(huì)造成線束自制件的庫(kù)存浪費(fèi)，庫(kù)存修改需要時(shí)間消化，同時(shí)占據(jù)大量的人力物力，線束供應(yīng)商的供貨周期會(huì)因此變慢，滿足不了主機(jī)廠的產(chǎn)品需求。

此外，質(zhì)量整改或零部件變動(dòng)同樣會(huì)導(dǎo)致線束變更的頻繁。產(chǎn)品變更容易造成大批量的滯留庫(kù)存，甚至造成線束報(bào)廢損失。同時(shí)，線束供應(yīng)商對(duì)新增配置的處理周期長(zhǎng)，也會(huì)制約著線束的供貨速度。

例如，某重卡公司在2016年的第一季度（1月-3月）共下發(fā)涉及線束的修改通知單32個(gè)，共計(jì)471根次修改，共計(jì)下發(fā)底盤(pán)線束新品圖紙60份。

1.3通用化造成的冗余浪費(fèi)

因重卡搭載眾多不同型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)，并有載貨、牽引、自卸、攪拌的不同車型種類，目前重卡線束采用有限數(shù)量圖紙適應(yīng)不同配置的通用化設(shè)計(jì)，因此會(huì)產(chǎn)生一定量的多余線束分支，既增加線束成本，又存在線束拖掛、進(jìn)水、短路等隱患。

例如，駕駛室線束總成4003100Y1W10適用于某品牌老重卡所有寬體駕駛室配濰柴、錫柴、杭發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)的國(guó)五車型，該線束存在兩個(gè)診斷接口，一個(gè)用作錫柴發(fā)動(dòng)機(jī)車型的診斷，一個(gè)用作濰柴、杭發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)車型的診斷；此外，巡航開(kāi)關(guān)、PTO開(kāi)關(guān)、提升橋開(kāi)關(guān)、油門(mén)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、取力器開(kāi)關(guān)、差速鎖開(kāi)關(guān)等都只有部分車型匹配。

圖3　同一根駕駛室線束上的兩個(gè)診斷接口

1.4線束圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的不共享性

因PLM系統(tǒng)中線束圖紙無(wú)法全部同步修改，線束圖紙?jiān)O(shè)計(jì)不具備共享性，導(dǎo)致了線束設(shè)計(jì)過(guò)程中會(huì)存在命名不一致等問(wèn)題，圖紙標(biāo)準(zhǔn)化差，數(shù)據(jù)種類繁多，且生產(chǎn)過(guò)程防錯(cuò)性差。此外，圖紙中存在相同功能相同插件上的線號(hào)線色不同、分支長(zhǎng)度不同、內(nèi)聯(lián)方式不同等現(xiàn)象（如圖4所示）。

圖4　同一功能的插件內(nèi)聯(lián)點(diǎn)不同

1.5售后維修

目前某品牌重卡售后維修手冊(cè)均為紙質(zhì)版文件，維修時(shí)查詢過(guò)程耗費(fèi)時(shí)間，無(wú)法快速準(zhǔn)確地指導(dǎo)售后服務(wù)，而能夠快速檢索的電子智能維修文檔是目前汽車行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。

圖5

2、KSK客戶定制線束自動(dòng)化設(shè)計(jì)

2.1KSK客戶定制線束自動(dòng)化設(shè)計(jì)定義

KSK客戶定制線束自動(dòng)化設(shè)計(jì)：一種基于Capital線束模塊化設(shè)計(jì)的由客戶終端直接指導(dǎo)線束設(shè)計(jì)生產(chǎn)的模式。

圖6　線束模塊化介紹

KSK業(yè)務(wù)模式：當(dāng)把訂單發(fā)送給一級(jí)供應(yīng)商時(shí)，主機(jī)廠會(huì)指定一個(gè)模塊列表，它可以組合成一個(gè)完整，可能是唯一的線束，即客戶指定的線束。

線束模塊化定義：模塊化設(shè)計(jì)是指在對(duì)一定范圍內(nèi)的不同功能或相同功能不同性能、不同規(guī)格的產(chǎn)品進(jìn)行功能分析的基礎(chǔ)上，劃分并設(shè)計(jì)出一系列功能模塊，通過(guò)模塊的選擇和組合可以構(gòu)成不同的產(chǎn)品，以滿足市場(chǎng)的不同需求的設(shè)計(jì)方法。

圖7　線束模塊化示例

模塊化的原則：力求以少量的模塊組成盡可能多的產(chǎn)品，并在滿足要求的基礎(chǔ)上使產(chǎn)品精度高、性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉，模塊間的聯(lián)系盡可能簡(jiǎn)單；模塊的系列化，其目的在于用有限的產(chǎn)品品種和規(guī)格來(lái)最大限度又經(jīng)濟(jì)合理地滿足用戶的需求。

2.2KSK客戶定制線束自動(dòng)化設(shè)計(jì)流程

線束模塊化生產(chǎn)可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和售后系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享，形成完整的數(shù)據(jù)流，并能與現(xiàn)有的DMS系統(tǒng)和ERP系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)線束自制件的智能化生產(chǎn)一系列流程的建立（可參見(jiàn)表2）。

表2　線束模塊化生產(chǎn)流程

圖8　基于Capital軟件的線束模塊化生產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)

Mentor Graphics公司的Capital軟件系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)上述的線束模塊化智能生產(chǎn)，其中的Modular XC模塊可以完成線束的模塊化設(shè)計(jì)。

2.3線束統(tǒng)籌生產(chǎn)與模塊化生產(chǎn)模式對(duì)比

主機(jī)廠根據(jù)整車配置在Capital軟件中完成原理設(shè)計(jì)、接線設(shè)計(jì)及線束總圖設(shè)計(jì)；線束供應(yīng)商將線束總圖根據(jù)功能配置進(jìn)行模塊化，并完成線束子模塊的預(yù)裝和生產(chǎn)，子模塊的線束產(chǎn)品入庫(kù)備庫(kù)存。主機(jī)廠下訂單時(shí)，根據(jù)新的配置要求，線束供應(yīng)商將各線束子模塊進(jìn)行組裝，完成線束產(chǎn)品的交付。而傳統(tǒng)的線束統(tǒng)籌為單配置庫(kù)存。

線束模塊化的生產(chǎn)模式適用于客戶定制化需求頻繁的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)，能快速滿足客戶新增的配置要求；供應(yīng)商按模塊進(jìn)行生產(chǎn)、準(zhǔn)備庫(kù)存，可以有效降低產(chǎn)生滯留庫(kù)存的風(fēng)險(xiǎn)。

圖9　線束統(tǒng)籌生產(chǎn)與模塊化生產(chǎn)模式對(duì)比

2.4KSK客戶定制線束自動(dòng)化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)步驟

2.4.1整車電氣配置劃分

隨著汽車電子技術(shù)的發(fā)展，整車電氣配置的多樣化為客戶提供了更多的選擇?；谄脚_(tái)化對(duì)整車電氣配置進(jìn)行線束功能模塊劃分，并通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)接實(shí)現(xiàn)與生產(chǎn)ERP系統(tǒng)的智能匹配，為線束智能化制造提供訂單信息。

根據(jù)整車功能不同，將電氣配置劃分為基本功能及各選裝配置，基本功能如燈光系統(tǒng)、雨刮系統(tǒng)等整車必備電氣功能，選裝配置如音響配置、安全氣囊等。以某品牌新一代重卡N100系列為例，如下所示：

表3　整車配置勾選表

通過(guò)營(yíng)銷系統(tǒng)的整車配置勾選與線束系統(tǒng)的接口匹配，實(shí)現(xiàn)整車配置與線束的后臺(tái)關(guān)聯(lián)，為后續(xù)的線束模塊自動(dòng)生成提供依據(jù)。

2.4.2電氣原理、線束零部件的平臺(tái)化建庫(kù)

在Capital軟件中，對(duì)電氣原理、線束零部件（護(hù)套、端子、護(hù)套附件、橡膠套、塑料支架、標(biāo)簽、包裹方式等）進(jìn)行平臺(tái)化建庫(kù)，形成后期線束設(shè)計(jì)的信息共享，為線束模塊化生產(chǎn)奠定良好的基礎(chǔ)，并與售后共享相關(guān)信息，同步生成平臺(tái)化的電子維修手冊(cè)。

電氣原理建庫(kù)包括某品牌新一代重卡的所有電氣配置的原理，根據(jù)電氣電子架構(gòu)，完成整車線束的編碼規(guī)范制定，使整個(gè)平臺(tái)的電氣功能、同一功能插件適配的導(dǎo)線線徑、線色、線號(hào)一致。同時(shí)定義所有的功能模塊，為后期線束的拓?fù)浣M合提供一致的原理平臺(tái)。

線束零件建庫(kù)針對(duì)某品牌新一代重卡平臺(tái)的所有接插件信息，包括可以與接插件匹配的所有端子、防水塞、后蓋、盲堵等附件信息，不同線徑導(dǎo)線匹配的端子、防水塞，從而實(shí)現(xiàn)同一接插件不同線徑導(dǎo)線的端子、防水塞自動(dòng)匹配，為線束工藝BOM的自動(dòng)生成提供信息基礎(chǔ)。

圖10　某品牌新一代重卡系列平臺(tái)化的ABS電氣原理

2.4.3150%配置的線束圖紙?jiān)O(shè)計(jì)

完成150%配置的整車拓?fù)鋱D和線束圖紙的繪制，根據(jù)已構(gòu)建的電氣原理，可自動(dòng)生成整車線束回路并匹配相關(guān)線束部件信息，實(shí)現(xiàn)線束功能模塊與車型的聯(lián)系。

表4　150%配置的圖紙構(gòu)成

圖11　150%配置的線束圖紙

2.4.4對(duì)線束進(jìn)行智能的模塊化拆解

供應(yīng)商根據(jù)接收到的線束圖紙數(shù)據(jù)，將功能模塊分成不同線束生產(chǎn)模塊，定義線束系列和功能模塊、生產(chǎn)模塊的關(guān)系。在與終端客戶勾選的配置同步后，自動(dòng)生成整車線束。

該部分主要由線束供應(yīng)商完成，設(shè)計(jì)部門(mén)需提供相關(guān)技術(shù)支持，并制定線束制造模塊拆解的規(guī)則，形成統(tǒng)一的規(guī)范文件。

表5　整車配置對(duì)應(yīng)線束模塊

表1中客戶勾選的配置最終的整車線束為：模塊Z1010-A、模塊Z1010-B2、模塊Z1010-C1、模塊Z1010-D和模塊Z1010-E2的組合。

2.4.5根據(jù)功能拓?fù)渫瓿删€束模塊組合

線束供應(yīng)商根據(jù)功能拓?fù)溥x擇線束模塊，結(jié)合底盤(pán)配置分布，完成最終線束模塊的組合。

圖12　根據(jù)功能拓?fù)渫瓿删€束模塊組合

圖13　模塊化設(shè)計(jì)與模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)集成

2.4.6線束智能化制造

目前整車線束為自制件，由于整車變更頻繁、供貨周期縮短，傳統(tǒng)的作坊式手工操作的線束生產(chǎn)方式將逐漸被淘汰，因此提高線束的智能化生產(chǎn)、保持與整車設(shè)計(jì)同步是汽車線束行業(yè)的主要發(fā)展方向。

基于Capital軟件，根據(jù)線束的模塊組合可自動(dòng)生成物料BOM、線束生產(chǎn)工藝以及加工刀具、端子、壓接模具等的需求計(jì)劃，并協(xié)助生成線束的測(cè)試程序。

圖14　線束智能化制造流程

線束智能化制造的優(yōu)點(diǎn)如下所示：

（1）自動(dòng)創(chuàng)建耗時(shí)、易出錯(cuò)的任務(wù)，可以加快輸出和降低一線文檔的錯(cuò)誤；

（2）允許數(shù)據(jù)從線束設(shè)計(jì)流動(dòng)到到線束生產(chǎn)一線使用人員，從而確保數(shù)據(jù)的連續(xù)性；

（3）通過(guò)自動(dòng)化和電子輸出，可以加快對(duì)變更的處理，實(shí)現(xiàn)更快的響應(yīng)；

（4）提供更準(zhǔn)確更詳細(xì)的數(shù)據(jù)，更快地發(fā)布以及交付給現(xiàn)代化的設(shè)備等，提高產(chǎn)品數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

2.4.7售后系統(tǒng)維修手冊(cè)的同步生成

根據(jù)模塊化設(shè)計(jì)可以生成電氣維修手冊(cè)，與售后系統(tǒng)共享信息，為售后服務(wù)提供更完善的技術(shù)支持。因生產(chǎn)過(guò)程每臺(tái)線束訂單號(hào)唯一，有效實(shí)現(xiàn)線束在整個(gè)生產(chǎn)和售后周期中的追溯問(wèn)題。

電子售后維修手冊(cè)包含了極為豐富的信息，整合了接線圖、位置圖、報(bào)表、診斷信息等，易于瀏覽，有助于快速發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。通過(guò)VIN篩選只提供待修車輛的相關(guān)信息，減少冗余信息，利用“按需生成”，只生成需要查看部分的信息。

圖15　電器售后維修手冊(cè)界面

圖16　某品牌乘用車電器售后維修手冊(cè)原理圖

3、總結(jié)

KSK客戶定制線束自動(dòng)化設(shè)計(jì)將模塊化設(shè)計(jì)、“菜單式”設(shè)計(jì)結(jié)合起來(lái)，可以同時(shí)滿足產(chǎn)品的功能屬性和環(huán)境屬性、服務(wù)屬性，一方面可以縮短產(chǎn)品研發(fā)與制造周期，增加產(chǎn)品系列，提升產(chǎn)品質(zhì)量，可以快速且從容地應(yīng)對(duì)市場(chǎng)變化；另一方面，可以減少或消除對(duì)環(huán)境的不利影響，方便產(chǎn)品升級(jí)、維修和產(chǎn)品廢棄后的拆卸、回收和處理，減少產(chǎn)品浪費(fèi)；“菜單式”設(shè)計(jì)生產(chǎn)使得產(chǎn)品最終造型、配置由顧客自主選擇覺(jué)得，可以提升顧客的滿意度。

KSK客戶定制線束自動(dòng)化設(shè)計(jì)是一種綠色的“菜單式”設(shè)計(jì)生產(chǎn)模式，對(duì)整車和線束自制件的智能化生產(chǎn)具有劃時(shí)代的意義。該方法并不局限于汽車線束，可擴(kuò)及整車以及其他非汽車領(lǐng)域。目前在奔馳、斯堪尼亞等知名重卡車企均已經(jīng)成熟運(yùn)用，我國(guó)重卡行業(yè)尚處于空白，但汽車領(lǐng)域配置、服務(wù)、維修等升級(jí)的形勢(shì)已經(jīng)日趨嚴(yán)峻，筆者以此文拋磚引玉，見(jiàn)證我國(guó)汽車線束設(shè)計(jì)領(lǐng)域即將來(lái)臨的變革。

[1] 王春芝,丁磊.CHS軟件在汽車線束設(shè)計(jì)中的應(yīng)用.中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)年會(huì)論文集.2014.525-537.

[2] 李蔭榮，基于CHS的數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)與應(yīng)用[J].汽車實(shí)用技術(shù).2015年第6月.63-67.

[3] 明導(dǎo)（上海）電子科技有限公司. Mentor Graphics公司線纜線束設(shè)計(jì)解決方案CHS 中國(guó)集成電路 2008（3）.

Analysis Of KSK Customer Customized Wiring Harness Automation Design

Wang Zheng, Guo Wen
（The Center of Technology of Jianghuai Automobile Co., Ltd., Anhui Heifei 230601）

In this paper, the disadvantages of traditional design and production methods of automobile wiring harness and the increasingly severe challenges are discussed. At the same time, this paper introduces a kind of green design concept, which is the KSK customer customized wiring harness automation design, which is directly determined by the customer terminal for the production of automotive wiring harness.

Capital; Automation; Platform

∶U462.1

∶A

∶1671-7988(2016)09-231-05

王政（1988—），男，電器設(shè)計(jì)工程師，就職于江淮汽車技術(shù)研發(fā)中心，從事重型卡車電氣集成、線束設(shè)計(jì)。

郭穩(wěn)（1987—）男，電器設(shè)計(jì)工程師，就職于江淮汽車技術(shù)研發(fā)中心嗎，從事重型卡車電氣集成、線束設(shè)計(jì)。