基于ZETA加工中心的線束優(yōu)化設(shè)計(jì)

胡孝龍

摘 ? 要：汽車線束產(chǎn)品的制造過程包含了多道不同的人工裝配工序，如何有效地減少工序，降低人工一直是線束制造企業(yè)的困難點(diǎn)。本文主要介紹如何基于新型線束加工中心ZETA的制造工藝來開展優(yōu)化的線束設(shè)計(jì)方案，從而減少人工操作環(huán)節(jié)，提升制造工廠的制造效率，進(jìn)而達(dá)到降低產(chǎn)品成本，增加企業(yè)自身競爭力的目標(biāo)。為線束行業(yè)設(shè)計(jì)生產(chǎn)人員以及相關(guān)元器件生產(chǎn)領(lǐng)域從業(yè)者提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：線束設(shè)計(jì) ?加工中心 ?效率 ?通用化

中圖分類號(hào)：U463.62 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2019）06（b）-0082-03

汽車線束（Wiring harness）作為車輛的血管和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，承擔(dān)著車內(nèi)各個(gè)電子電器之間傳輸電流及信號(hào)，將駕駛員的意圖傳達(dá)到車輛的重要功能。隨著汽車向智能化，多媒體化，互聯(lián)網(wǎng)化發(fā)展的大趨勢下，各種新型的技術(shù)的應(yīng)用，讓車內(nèi)的電子電器設(shè)備數(shù)量極具上升，對(duì)應(yīng)的線束回路也由于導(dǎo)線的增加而顯得非常龐大（圖1為汽車線束系統(tǒng)的模型）[1]。汽車線束是汽車零部件中典型的嚴(yán)重依賴人工制造的零件，其每個(gè)回路都需要人工經(jīng)過切線，壓接，插端子，安裝覆蓋物，安裝附件，電測等工位才能完成，以發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊（ECU）連接器為例，其含有的回路數(shù)量可以到達(dá)上百個(gè)，即便實(shí)際生產(chǎn)中有一系列的工裝輔助工具也無法顯著得提升生產(chǎn)效率，因此線束制造生產(chǎn)力的提升是一個(gè)有效的可以降低汽車生產(chǎn)成本的機(jī)會(huì)。隨著近幾年我國經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，部分地區(qū)尤其是沿海地區(qū)的人力成本高企，各個(gè)主機(jī)廠均在考慮如何有效地降低成本的大背景下，線束制造企業(yè)也都積極地探索如何有效的降低成本提升自身的競爭力。本文會(huì)結(jié)合使用新型線束加工中心ZETA 633/656的制造工藝提出一種改進(jìn)的與之相適應(yīng)的線束設(shè)計(jì)方法來滿足在保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)并且有效地降低產(chǎn)品的成本。

1 ?線束加工中心

目前瑞士庫邁思公司開發(fā)的全自動(dòng)線束加工中心ZETA 633/656（圖2）能夠在一臺(tái)設(shè)備上完成切線，壓接，插端子，機(jī)械手臂配線（插入連接器）的工序。此加工中心同時(shí)配有最多不超過6種不同的壓接模具，自動(dòng)安裝防水栓裝置，自動(dòng)供線裝置可以提供最多不超過36種不同的導(dǎo)線。質(zhì)量控制方面帶有壓接參數(shù)檢測，端子拉拔力測量以及CFA壓接力分析。在插端子配線工序可以定制多個(gè)連接器托盤可以保證員工可以在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)狀況下同時(shí)將未插線的連接器安裝于連接器托盤上。

2 ?線束的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

目前線束行業(yè)內(nèi)的設(shè)計(jì)改善方法主要集中在原材料（導(dǎo)線，端子，連接器，等等）的選型，小型化輕量化，電氣回路的優(yōu)化等等。但是為了降低成本而原材料尤其是連接器/端子會(huì)導(dǎo)致線束中連接器的種類過多，工廠相應(yīng)的模具過多，難以管理以及無法共用等缺點(diǎn)。

加工中心ZETA的生產(chǎn)能力和限制來自于連接器，端子，導(dǎo)線的種類，我們需要在線束設(shè)計(jì)的時(shí)候就為此設(shè)備進(jìn)行充分的優(yōu)化，以充分實(shí)現(xiàn)高效的生產(chǎn)。其主要包含以下3點(diǎn)。

（1）導(dǎo)線選型時(shí)的注意點(diǎn)。

導(dǎo)線是汽車線束的主體，車用導(dǎo)線由于其工作電壓在 12V 左右，所以又稱低壓導(dǎo)線。汽車導(dǎo)線的型號(hào)眾多，汽車線束常用的導(dǎo)線種類有日標(biāo)（AVSS 等）、國標(biāo)（QVR）、德標(biāo)（FLRY）、美標(biāo)等。不同的標(biāo)準(zhǔn)的導(dǎo)線對(duì)銅芯特性、股數(shù)以及絕緣層特性的要求都不一樣。AVSS（AVS）導(dǎo)線在日系車上使用較多，其特點(diǎn)是薄皮絕緣，外徑小，柔韌性也相對(duì)好;而 QVR 則是絕緣皮偏厚，也十分柔軟;德國標(biāo)準(zhǔn)的導(dǎo)線絕緣皮更薄，外徑更小;而美國SAE標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)線，其絕緣皮一般為熱塑彈性體，還有輻射工藝加工[2]。選取原則為根據(jù)線束所處的環(huán)境和功能來考慮導(dǎo)線的類型，由于加工中心ZETA的壓接模具數(shù)量限制，需要在設(shè)計(jì)時(shí)需要盡可能選擇同一種類、標(biāo)準(zhǔn)的導(dǎo)線。例如：發(fā)動(dòng)機(jī)線束整體考慮德國標(biāo)準(zhǔn)的FL導(dǎo)線中的FLRA等，根據(jù)不同溫區(qū)等級(jí)的要求使用T125（ISO CLASS C）或者T150（ISO CLASS D）的導(dǎo)線。

（2）連接器選型時(shí)的注意點(diǎn)。

連接器是線束的一個(gè)重要部件，其性能直接關(guān)系到線束的整體功能實(shí)現(xiàn)，而且對(duì)整車的功能穩(wěn)定性、甚至行車安全起到至關(guān)重要的作用[3]。汽車線束中根據(jù)功能存在著大量不同的連接器，由于加工中心壓接模具數(shù)量有限，在連接器選型時(shí)需要根據(jù)通用化原則選取盡可能相同的種類。連接器確定后可以選擇其相匹配的端子，應(yīng)選擇一個(gè)系列端子以實(shí)現(xiàn)盡可能多的回路在加工中心制造，通常而言同一系列的端子均有不同的型號(hào)可以覆蓋廣泛的線徑范圍。目前廣泛應(yīng)用在汽車中的大型連機(jī)器供應(yīng)商均可以提供全套產(chǎn)品線，如泰科電子的解決方案或德國赫爾思想曼連接器及科世達(dá)端子的解決方案。

（3）消除/減少結(jié)合點(diǎn)（splice）。

汽車線束設(shè)計(jì)時(shí)通常會(huì)考慮設(shè)計(jì)電線結(jié)合點(diǎn)，電線結(jié)合點(diǎn)通常由幾根電線與另外的電線連接在一起，結(jié)合點(diǎn)負(fù)責(zé)將電流、信號(hào)從輸出端運(yùn)送至設(shè)備端。在線束制造過程中，結(jié)合點(diǎn)通常會(huì)由單獨(dú)的熱熔/超聲波工序焊接后再增加結(jié)合膠帶（Splice tape）包裹或熱縮管（Heat Shrink tube）進(jìn)行防水保護(hù)。由于其需要在特殊工位才能完成，在使用加工中心時(shí)需要考慮使用結(jié)合連接器（Joint Connector）來替代電線結(jié)合點(diǎn)以減少制造工序，提高加工效率。（圖3：專門開發(fā)的結(jié)合連接器）。

3 ?對(duì)線束制造過程的優(yōu)化

通過為加工中心優(yōu)化的線束設(shè)計(jì)，可以為線束制造企業(yè)帶來

（1）高效加工流程?？梢宰尵€束制造實(shí)現(xiàn)線束加工中心將切線，壓接，插線，配線這四個(gè)工序融合為一個(gè)工序，生產(chǎn)周期被縮短50%。同時(shí)消除了手工作業(yè)中壓接-插線-配線工序間的單線半成品工序間物流及倉儲(chǔ)時(shí)間（圖4），線束制造工廠僅需要儲(chǔ)存半成品線束，可以實(shí)現(xiàn)即時(shí)生產(chǎn)（JIT）生產(chǎn)。

（2）高生產(chǎn)力。在工藝設(shè)計(jì)時(shí)，連接器托盤可以根據(jù)目標(biāo)產(chǎn)量占比、線束配置等實(shí)際生產(chǎn)規(guī)劃設(shè)計(jì)成搭載相同或者不同的連接器托盤，操作員工可以根據(jù)看板系統(tǒng)提示安裝相應(yīng)的連接器進(jìn)入待加工的托盤，實(shí)現(xiàn)不同零件線束的柔性共線生產(chǎn)。同時(shí)由于配有多個(gè)托盤，加工中心還可以支持在開機(jī)的狀態(tài)下于上料工位安裝物料，托盤加工如圖5所示。

（3）高質(zhì)量。設(shè)備自帶的質(zhì)量控制系統(tǒng)可以監(jiān)控線束壓接參數(shù)，端子插入力參數(shù)并可以根據(jù)檢測結(jié)果分析并自動(dòng)標(biāo)示不良品，方便后期返修方案的實(shí)施。

4 ?結(jié)語

通過實(shí)踐證明某品牌發(fā)動(dòng)機(jī)線束項(xiàng)目通過應(yīng)用上述設(shè)計(jì)方法以及新型加工中心使用，相較于同類產(chǎn)品可以有效地降低線束的加工成本并且保證降低不良率從而保證產(chǎn)品的高質(zhì)量。有效地幫助線束制造企業(yè)降低人力成本并增強(qiáng)其市場競爭力。同時(shí)隨著高效率、高柔性的線束加工中心大規(guī)模投入實(shí)際生產(chǎn)，這會(huì)將汽車線束產(chǎn)業(yè)這個(gè)嚴(yán)重依賴勞動(dòng)力的行業(yè)帶入工業(yè)4.0的有效的解決方案。

參考文獻(xiàn)

[1] 候守明，谷孝衛(wèi).汽車電線束設(shè)計(jì)與工藝[M].清華大學(xué)出版社，2018.

[2] 谷孝衛(wèi).汽車線束設(shè)計(jì)及線束用原材料[J].汽車電器，2006（10）：16-19.

[3] LV 112-1 Electrical Cables for Motor Vehicles： Copper Cables; Single-Core; Unshielded[S].2013.

[4] 陳軼峰.汽車線束一體化設(shè)計(jì)[D].上海交通大學(xué)，2011.