汽車線束制造數字化與智能化的應用研究

張震華，張玉平，李帥強，張艷杰，郭雅萍，閆 姣

（河南天海電器有限公司，河南 鶴壁 458030）

汽車線束制造數字化與智能化的應用研究

張震華，張玉平，李帥強，張艷杰，郭雅萍，閆 姣

（河南天海電器有限公司，河南 鶴壁 458030）

隨著汽車技術的發(fā)展、車載功能電器設備迅猛增加，直接導致連接各功能電器的汽車線束設計的更加龐大和復雜；從而導致汽車線束制造工藝的復雜性也大幅提高?；赥RIZ原理引入超系統(tǒng)資源，在線束制造過程中引入數字化信息平臺，利用服務器、計算機客戶端、網絡、手持終端、數字化系統(tǒng)軟件等資源，對線束制造過程中的工藝文件、原材料、半成品、成品進行數字化信息管理已經成為現實。然而，經過一年多的汽車線束數字化制造系統(tǒng)的應用，汽車線束的智能化制造也逐步提上日程，推動著線束工程師對汽車線束的數字化與智能化制造相結合的應用與研究，進一步推動汽車線束生產制造技術的向前發(fā)展，提高線束的品質和生產效率，降低制造成本。

汽車線束；數字化系統(tǒng)；二維碼；智能化制造

隨著汽車上的電子電器件、功能的不斷增加，連接各個電器件的線束也越來越復雜，盡管部分汽車線束采用了CAN總線設計，然而事實上線束的回路數和體積依然在快速增長；隨之而來的是線束的工藝設計、生產制造、過程檢驗及品質控制都帶來很大的困難。面臨的是將龐大的生產工藝數據、品質檢驗數據、生產工時數據、生產效率數據、設備利用率數據等存儲，生產指令的下達、物料信息準備、生產交付的溝通等一系列的問題需要解決；傳統(tǒng)的生產模式已經遠遠不能滿足當前線束生產制造的發(fā)展和實際需求，引入或研發(fā)汽車線束數字化生產管理系統(tǒng)已經迫在眉睫。

為解決汽車線束制造過程中遇到的難題，河南天海電器有限公司引入汽車線束數字化工廠制造系統(tǒng)，通過近一年的開發(fā)、試用，基本實現了線束的工藝設計、工藝卡的自動編排、看板作業(yè)指令的自動下達、半成品的信息采集、品質檢驗數據采集存儲、半成品的數字化管理等功能，有效解決了我司線束制造過程中的一系列瓶頸問題。然而通過對汽車線束數字化生產管理系統(tǒng)的應用，仍然不能完全解決目前我公司在汽車線束制造過程中的一些不利因素，仍有很大的改進空間。隨著工業(yè)4.0技術和制造理念在中國的推廣和應用，我公司汽車線束的數字化與智能化制造應用相結合，展開探索與研究，促進汽車線束制造水平向前發(fā)展。

1 汽車線束數字化制造的介紹

1.1 汽車線束制造用原材料的數字化管理

汽車線束制造用的原材料包括電線、端子、護套、卡扣、扎帶主要原材料和膠帶、PVC管、波紋管等輔助原材料。所有原材料檢驗合格后，質檢部門出具打印的二維碼合格證，然后倉儲人員使用手持無線終端掃描出入庫操作。由于一套整車線束中所需的原材料有1000種以上，依靠人工逐個進行物料二維碼掃描出入庫操作，有些甚至需要零包裝出庫，頻繁的掃碼已經成為一種累贅；特別是生產計劃下達后，物流倉儲人員配送生產訂單所需物料的時間非但沒有減少，反而占用了更多的時間，配送效率一直無法進一步提升。為此，必須引入更先進的物料標簽來進行相關物料的管理及配送操作，方便快捷地實現物料的倉儲管理及配送操作。

由于不同的汽車主機廠家在線束的設計過程中采用的導線標準各不相同，多個汽車主機廠供貨時，將會導致汽車線束用導線原材料的物料品種大幅增多，目前我司的導線種類約4800多種，常用的導線物料種類也將近1200種。由于我公司的線束制造的特殊性，不同主機廠家的訂單同時下達時，配送到車間生產現場緩存區(qū)的導線種類多達760多種，占用自動下線壓接工序的大面積場地和空間，而且對緩存區(qū)導線的管理和配送到工位極不方便，且效率十分低下，制約著線束車間產能的提升。通過運用汽車線束制造數字化系統(tǒng)，實現工位看板物料的需求和配送之間的數字化信息交互，能夠緩解但不能徹底解決導線配送至工位效率低下的實際問題。操作工在數字化系統(tǒng)上根據要生產的看板，點配送需求，如圖1所示，配送人員的手持移動終端平板電腦上就會出現不同工位的電線材料需求信息，如圖2所示。

圖1 配送指令發(fā)出

圖2 配送指令執(zhí)行

1.2 汽車線束制造工藝卡的數字化管理

目前，汽車線束制造的工藝過程設計已經實現數字化的自動生成與管理，工藝工程師只需將EXCEL的切線壓接表、多線組合壓接表、線束的單層BOM，按照特定的格式導入數字化制造系統(tǒng)軟件就可自動生成相應的作業(yè)工藝卡，如圖3所示。后期的線束產品的工程更改也可以在數字化制造系統(tǒng)中完成，也可統(tǒng)一從系統(tǒng)中導出EXCEL表格進行批量更改，然后重新導入系統(tǒng)即可。數字化制造管理系統(tǒng)會按照工程更改的日期，自動生成新的版本。

圖3 作業(yè)工藝卡

端子、壓接模具、壓接標準參數等基礎數據也通過維護整理后批量導入數字化制造管理系統(tǒng)，系統(tǒng)生成的單線工藝卡、多線工藝卡將會自動匹配相關標準及參數，減少了人為操作可能造成的錯誤。通過對不同類型的設備進行參數設定，比如：對不同的自動下線壓接設定壓接端子類型、導線線徑、能否壓接防水栓等參數，通過數字化系統(tǒng)的MRP排產運算后系統(tǒng)會根據每一個作業(yè)看板的條件進行自動后臺匹配和分配對應的作業(yè)看板到滿足條件的機器工位上。在數字化系統(tǒng)中對端子、電線、防水栓、壓接模具通過掃碼定址定位后，操作工根據看板工藝卡的實際需求，發(fā)出看板物料配送請求后，配送人員的Android平板、手機客戶端就可以出現該工位需要配送的物料清單，包括物料所在庫位地址和配送數量。如圖4所示的手持終端，圖5所示的模具條碼標簽。

圖4 手持終端

1.3 汽車線束生產、質檢模塊的數字化管理

汽車線束制造數字化管理系統(tǒng)操作工客戶端，操作工必須使用自己的ID卡刷卡登陸，確保每個操作工所生產的看板有對應的記錄，便于追溯和統(tǒng)計工人工資。操作工在數字化客戶端操作看板時，必須用掃碼槍確認看板所需的物料，包括端子、電線、模具、防水栓的物料條碼標簽，確認無誤后才能進行看板的生產操作?？窗逦锪系膾叽a確認，確保操作工不用錯壓接模具、導線等相關物料。操作工根據電子工藝卡的內容進行相關的調試、首件樣件的自檢。操作工必須保存自檢參數合格后，該看板的檢驗信息才能通信到質檢工位。

質檢員根據員工送檢的樣件進行檢驗，并將檢驗數據記錄進入數字化管理系統(tǒng)。比如：用帶數據輸出功能的數顯千分尺（圖6），測量端子的壓接高度、寬度時，由千分尺將檢測的數據自動輸入計算機，質檢人員無法手工鍵盤輸入壓接參數數據。檢驗員檢驗合格后，保存檢驗數據后才能打印該送檢看板的合格證條碼標簽。保存質檢數據記錄時，質檢人員必須刷自己的ID卡才能保存檢驗記錄。因此，一個看板必須經過2個工位進行首檢、中檢、末檢合格，系統(tǒng)記錄相關人員的ID信息和操作批次、時間等信息，便于看板物料的追溯和質檢數據的導出和分析。

圖5 模具標簽

圖6 數顯千分尺

1.4 汽車線束半成品導線的數字化管理

汽車線束的半成品導線分為3類，一類是兩端壓接完畢的單根導線，操作完畢直接掃碼上掛線架，然后轉總裝流水線預裝配工位；另一類是需要后工序繼續(xù)加工的導線，包括需要手工穿防水栓、半自動手工壓接端子、多線組合壓接或者超聲波焊接。這些看板物料第1工序加工完畢，貼上半成品條碼標簽，必須用手持無線終端進行掃碼上掛線架，然后為第2、3工序的半成品物料備齊做準備；第3類是打卡連接、超聲波焊接、返沖壓接、接點（焊點）絕緣操作、抽盤完畢的半成品導線，掃碼上電線架或周轉箱，然后轉總裝配流水線的預裝工位。圖7為半成品導線條碼標簽。

由于工序間的頻繁掃碼上架和下架操作，反而給生產操作帶來不便，影響勞動效率的提高，仍然有很大的改善和流程完善空間。通過運用TRIZ創(chuàng)新工具進行分析，一個手持終端一個動作執(zhí)行掃描一個條碼，一對一操作，惡化了操作流程的方便性，能否實現一個掃碼輸入終端一個動作執(zhí)行多個條碼標簽的掃碼輸入，通過對現有資源的分析和查找，引入批量掃碼技術已經迫在眉睫。1.5 汽車線束總裝配用半成品導線的數字化管理

無論是第1工序一次完成的半成品導線，還是經過第2、第3等多工序完成的半成品導線，最終都要掃碼下架后配送至總裝流水線進行總裝操作。汽車線束的總裝操作是將導線、護套、熔斷絲盒等裝配在一起，然后在流水線工裝板用各種材質的膠帶等輔助材料按照設計的產品尺寸進行捆扎、包扎操作?？傃b完畢進行100%回路導通檢驗、附件安裝、外觀尺寸檢驗，檢驗合格包裝入庫，完成汽車線束的總裝操作。

圖7 半成品導線條碼

2 汽車線束制造過程中數字化與智能化應用研究

汽車線束的數字化制造管理系統(tǒng)是通過紙質的二維條碼來標識半成品、原材料的身份；必須由操作工用無線手持終端、條碼槍逐個掃碼后才能進入數字化系統(tǒng)進行管理。然而汽車線束制造的特點就是需求原材料、半成品的型號和種類較多，無論是原材料的配送掃碼還是半成品的上架、下架配送掃碼，工作量都特別大，且效率低下。根據TRIZ技術矛盾分析，改善的是自動化程度；惡化的是控制和測量的復雜性；查詢矛盾矩陣表，得出34、27、25三個創(chuàng)新原理，綜合分析34拋棄或再生原理與25自服務原理。因此，通過改變二維碼的功能，應用二維碼的自服務原理，引入RFID無線射頻標簽作為原材料、半成品身份標識，并且利用再生原理，將RFID標簽重復寫入回收多次利用，降低了RFID電子標簽的應用成本。

2.1 RFID電子標簽在導線原材上的應用研究

眾所周知，導線是汽車線束的主要原材料，且不同的線束主機廠家所采用的導線標準、類型也各不相同。同一個線束制造中心為多個主機廠供貨時，繁多導線種類給倉儲和導線的配送和管理帶來很大的不便，且占用較多的資金和場地，生產中心也需要設置較多的架位放置。盡管導線配送操作工配備有導線地址及需求信息的平板電腦，能夠快速找到導線所在的架位，但是仍然需要使用無線手持終端掃碼下架，然后配送給每個生產加工工位，操作繁雜，效率不高。于是導線的自動化、智能化配送的應用與研究同步進行。

導線標識采用RFID電子標簽后，通過改造生產中心的導線放置架，為每一個架位導線進入口安裝電子標簽讀卡器，供應商或物流中心將導線通過放支架的入口放入導線，讀卡器記錄導線信息、數量、日期、操作員ID等信息到服務器，每月可以從服務器中提取對應的報表給供應商或管理者，便于結算或數據匯總統(tǒng)計。當然，這也存在這一個問題，就是RFID卡要與金屬材質的原材料保持一定距離，才能有效讀取。

由于每一個加工中心的數字化系統(tǒng)都有自己的機器ID、操作工ID、看板信息，操作員發(fā)出看板物料指令后，這些物料需求指令傳送到服務器端并顯示在配送人員的平板電腦上，由人工進行導線的找取和配送。也可以引入自動化的立庫和自動化堆垛機，結合AGV運輸車，進行無人自動化配送。初步方案如下：AGV運輸車的控制模塊通過無線網絡和服務器建立通信無線連接，讀取配送指令中的物料ID、存儲貨位ID、數量等信息。然后AGV（堆垛機）按照地址從導線放置架上取得導線，并進行RFID標簽掃描下架出庫，作為生產中心的已經使用完畢的物料。AGV運輸車從導線放置架上掃碼下架的物料種類、數量、配送指令發(fā)送者ID、時間、看板等數據信息都上傳至電腦服務器，每月由計算機系統(tǒng)出具相應的數據統(tǒng)計報表。

通過進一步對導線放置架的智能化升級改造，當每一個架位上導線的數量小于一個設定的數值時，計算機系統(tǒng)自動定時出具待備料報表，通過系統(tǒng)訂單的MRP運算和物料需求，供應商或物流中心每1 h或4 h按照從計算機系統(tǒng)中提取的缺貨報表進行提前備料。缺貨報表中可以顯示所需備料的物料種類、數量、架位地址信息、庫存余量等信息，甚至也可以精確到顯示出配送到位的具體時間。作為生產中心也可以將AGV運輸車掃描下架的導線種類、數量的月清單，雙方核對無誤作為同供應商結算的憑據。既提高了供應商的供貨和交付速度，縮短了交付周期，同樣也降低了生產中心的庫存成本和管理成本，實現了雙贏。

同樣的原理也可以應用在端子、護套等原材料的管理和配送。

2.2 RFID電子標簽在半成品材料上的應用

每個工位的操作工按照看板工藝卡加工完畢一個看板后，應用RFID寫卡器將導線的看板信息寫入空白的RFID卡，并按照一定的數量捆扎在半成品導線上，將半成品的導線掛在工位上的掛線緩存車上，每一個掛線緩存車上安裝有RFID讀卡器和身份標志，當帶有RFID電子標簽的半成品導線掛在緩存周轉車上時，緩存車上的讀卡器讀取半成品電子標簽信息，并將半成品的看板、數量、操作員ID、緩存周轉車ID信息上傳至服務器，緩存小車掛滿半成品后，可以由人工或者AGV運輸車拉到指定的位置進行存儲。半成品的集中存儲地址同樣讀取緩存小車的ID信息及小車放置的地址信息給服務器。這樣半成品電子標簽、數量、緩存小車ID、緩存小車放置位置ID信息數據都在服務器上。圖8為AGV運輸車運送導線示意圖。

當周轉車上的半成品導線的查找同樣可以由計算機根據總裝的需求列出報表，由人工或者自動化AGV運輸車移除存儲區(qū)域，并一次性掃描出庫，直接配送到指定總裝地點或下工序的工位地址。大大降低了操作工的工作量，提高了操作流程的方便性。

圖8 AGV運輸車運送導線示意圖

3 計算機的大數據處理及報表的生成

由于導線、端子、護套等原材料的配送數量、種類、供應商、人員ID、時間等信息報表都可以在計算機服務器提取，生產計劃訂單實際看板需求材料、原材料的應用者ID、數量以及生產制造的半成品看板數量、材料需求數量都可以進行匯總。管理者可以獲得材料利用率、廢品率等準確數據，便于管理者進行數據分析和相關的管理工作。

同樣也可以進行生產制造半成品、原材的質量信息管理和追溯。可以通過看板信息追溯到生產日期、人員、原材料的批次、供應商等信息。

操作工、班長也可以記錄和查詢每月的產量統(tǒng)計，工人工資的計算，勞動效率的提升，工位機器效率等相關數據。

4 總結

隨著計算機技術、通信技術的不斷發(fā)展，以及自動化、智能化的設備應用領域的擴大，汽車線束的制造技術快速發(fā)展，只有通過不斷的創(chuàng)新，才能更好地發(fā)展我公司的汽車線束制造水平和提升制造技術。同樣計算機大數據時代的來臨，也給我們管理者提供了很大的便利。只有充分利用當前科技快速發(fā)展的大好形勢，利用TRIZ創(chuàng)新方法整合企業(yè)內部、外部資源，進行汽車線束生產過程創(chuàng)新，才能在汽車線束制造行業(yè)乘風破浪，開拓前進，并立于不敗之地。

［1］ 廣州某公司數字化制造系統(tǒng)［Z］.

（編輯 楊 景）

Application and Study of Digital and Intelligent Wire Harness Manufacture

ZHANG Zhen-hua，ZHANG Yu-ping，LI Shuai-qiang，ZHANG Yan-jie，GUO Ya-ping，YAN-Jiao
（Henan THB Electric Co.，Ltd.，Hebi 458030，China）

With the development of automotive engineering and the rapid increase of the vehicle electrical equipment，harness design and manufacturing process are more and more complicated.Based on the TRIZ theory，we introduce the digital information platform into the harness production，which utilizes the server，client，network，handheld terminals，system etc.，to control the process documents，raw materials，semifinished and finished goods.After more than a year application，the intelligent manufacturing of automotive wiring harness has been gradually put on the agenda，and harness engineers must improve the quality and production efficiency and reduce the manufacturing cost.

wire harness；digital system；QR code；intelligent manufacturing

U463.62

B

1003-8639（2017）09-0046-04

2017-03-29

張震華（1976-），男，工程師，TRIZ三級工程師；張玉平（1977-），男，天海集團項目管理部經理；李帥強（1992-），男，工程師；張艷杰（1971-），女，工程師；郭雅萍（1983-），女，工程師。