淺談汽車線束模塊化設(shè)計(jì)

陳淳，連坡

（德科斯米爾（沈陽(yáng)）汽車配件有限公司，上?！?01805）

淺談汽車線束模塊化設(shè)計(jì)

陳淳，連坡

（德科斯米爾（沈陽(yáng)）汽車配件有限公司，上海201805）

隨著人們對(duì)于汽車個(gè)性化需求的日益增長(zhǎng)，傳統(tǒng)的制造模式已經(jīng)無(wú)法滿足高度復(fù)雜性的生產(chǎn)需要。汽車線束制造行業(yè)推出了KSK模塊化的生產(chǎn)方法，旨在大規(guī)模生產(chǎn)的流水線上，定制出滿足不同客戶需求的產(chǎn)品。

客戶定制線束；模塊化；工業(yè)4.0

KSK是德語(yǔ)Kundenspezifischer Kabelbaum的縮寫(xiě)，意為客戶定制線束，其概念和原理由德國(guó)德科斯米爾集團(tuán)（Dr?xlmaier Group）于1990年提出并推向市場(chǎng)。這種對(duì)于不同配置的線束可以準(zhǔn)時(shí)合拍送至客戶手中的理念，當(dāng)時(shí)就受到寶馬、奔馳及奧迪三大主機(jī)廠的青睞，可以很好地配合汽車生產(chǎn)中新型的即時(shí)生產(chǎn)模式（Just-in-time manufacturing）。由于KSK可以滿足不同配置的車輛包含不同零件的特殊要求，這樣的理念顛覆了當(dāng)時(shí)傳統(tǒng)的汽車線束設(shè)計(jì)模式，將汽車個(gè)性化定制推上了歷史的舞臺(tái)。也正因?yàn)檫@樣的創(chuàng)新，奠定了德科斯米爾作為全球汽車線束行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者的地位。

1　模塊化的必要性

早在2011年的德國(guó)漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上，由博世公司（Bosch）及利奧波第那科學(xué)院（Leo-poldina）組成的研究小組就已提出了工業(yè)4.0的概念，其定義為連接數(shù)字互聯(lián)網(wǎng)世界與生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)中的傳統(tǒng)過(guò)程與服務(wù)。工業(yè)4.0旨在整合當(dāng)前的互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，優(yōu)化傳統(tǒng)工業(yè)中的生產(chǎn)流程，打造智能工廠，而其最終的目的就是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模定制，快速響應(yīng)客戶需求，滿足不同客戶的不同個(gè)性化需求，同時(shí)兼顧低成本、高效率的大規(guī)模生產(chǎn)［1］。

作為高度自動(dòng)化的汽車行業(yè)必將成為工業(yè)4.0的先驅(qū)。而如何滿足日益增長(zhǎng)的客戶定制化需求，成為實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0進(jìn)程中的一個(gè)重要課題。當(dāng)汽車高度定制化之后，汽車內(nèi)大部分的配置都可以根據(jù)客戶的需要進(jìn)行選擇。若將這些可能性進(jìn)行排列組合，出現(xiàn)的將會(huì)是成千上萬(wàn)種不同結(jié)果。而線束作為汽車中單獨(dú)的個(gè)體零件，連接了汽車中的所有用電器，需要滿足不同的功能配置，具有相當(dāng)高的復(fù)雜性。這時(shí)我們必須化繁為簡(jiǎn)，此時(shí)模塊化生產(chǎn)的概念應(yīng)運(yùn)而生。其基本理念為：設(shè)計(jì)時(shí)，將汽車中所有可供客戶選擇的功能劃分成不同的模塊，然后在實(shí)際生產(chǎn)中通過(guò)拉動(dòng)模塊的組合方式來(lái)生產(chǎn)線束，最后與整車定制化生產(chǎn)進(jìn)行匹配。組成汽車線束的每一個(gè)零件，都應(yīng)該有其模塊屬性。模塊化生產(chǎn)的應(yīng)用，能夠讓線束生產(chǎn)更多樣化，實(shí)現(xiàn)一車一線，車車不同，滿足客戶的個(gè)性化需求。

2　如何實(shí)現(xiàn)模塊化

2.1模塊劃分

在線束設(shè)計(jì)之初，模塊就必須被明確定義，然后再將每一個(gè)零件劃分至不同模塊之中。每個(gè)模塊都必須包含插接件、導(dǎo)線、端子、防水塞、緊固件、熔斷絲、繼電器等線束的組成零件。定義模塊時(shí)，首先要將所有的用電器功能劃分成2種：基礎(chǔ)模塊及功能模塊，如圖1所示。

2.1.1基礎(chǔ)模塊

基礎(chǔ)模塊定義為Module_Basic，具有唯一性，該模塊內(nèi)所有零件都用于適合所有車型配置的必裝功能，且這些功能不含多種配置。因此線束圖紙中應(yīng)該只存在一個(gè)基礎(chǔ)模塊，并且所有車型都共用同一基礎(chǔ)模塊。基礎(chǔ)模塊一般包含BCM、內(nèi)艙熔斷絲盒及診斷等通用的功能。

圖1　線束模塊劃分示例

2.1.2功能模塊

功能模塊包含具有多種選擇或者未來(lái)可能發(fā)生多種選擇的功能。隨著當(dāng)下汽車用電器數(shù)量的飛速增長(zhǎng)，繼而會(huì)衍生出龐大的功能模塊群。為了更容易管理這些模塊，可將功能模塊分為3個(gè)等級(jí)：模塊組、功能模塊、分支模塊。

1）模塊組按功能大類分為模塊組Module_A、Module_B、Module_C等，如ABS模塊、前照燈模塊、收音機(jī)模塊。

2）功能模塊根據(jù)具體功能差異，細(xì)分模塊Module_AA、Module_AB、Module_AC等，如在前照燈模塊下，可分成鹵素前照燈模塊、氙氣前照燈模塊及LED前照燈模塊。

3）分支模塊同一功能由于匹配不同鈑金，造成分支長(zhǎng)度不同，需另外衍生模塊Module_AAA、Module_AAB等，實(shí)際生產(chǎn)時(shí)可以根據(jù)鈑金需要，選擇不同長(zhǎng)度的分支。

2.2導(dǎo)線模塊定義

導(dǎo)線作為線束中的重要部件，在模塊化過(guò)程中，需要有明確的模塊定義。但回路總是連接著兩端的設(shè)備，具有其特殊性。某一根回路將被置于設(shè)備端A的模塊還是設(shè)備端B的模塊之中，則是需要考量的地方。通常會(huì)遵循以下原則給導(dǎo)線定義模塊。

1）基礎(chǔ)模塊內(nèi)的2個(gè)用電器連接，該回路屬于基礎(chǔ)模塊。

2）基礎(chǔ)模塊用電器與功能模塊用電器直接連接，該導(dǎo)線屬于功能模塊。

3）2個(gè)不同功能模塊的用電器相連，則需判斷其從屬關(guān)系，再將回路分類。

4）基礎(chǔ)模塊用電器與功能模塊用電器之間存在焊接點(diǎn)，可將焊接點(diǎn)看作一個(gè)用電器，判斷其模塊屬性。然后根據(jù)前3條判斷所連回路的模塊屬性。

5）若某一回路只有一端連接用電器，另一端搭鐵，則該回路根據(jù)其用電器進(jìn)行模塊定義。

圖2以部分回路為例，簡(jiǎn)要說(shuō)明了不同類型回路的模塊劃分方式。

圖2　回路模塊定義示例

2.3復(fù)雜性的降低

前面介紹了如何劃分基礎(chǔ)模塊及功能模塊，但如果將汽車中每一個(gè)可選或潛在可選的用電器單獨(dú)作為一個(gè)功能模塊，將會(huì)衍生出高度復(fù)雜的模塊群，對(duì)于目前的技術(shù)來(lái)說(shuō)，顯然是不合適的，因?yàn)檫@樣會(huì)大幅增加管理成本。例如，將4個(gè)搖窗機(jī)分別劃入4個(gè)不同功能模塊，就是模塊定義上的一種浪費(fèi)。因此，需要在保證模塊靈活性的前提下，合并模塊，優(yōu)化模塊管理，降低管理成本。

1）類型相同具有相同類型的用電器，并確保會(huì)同時(shí)裝配。例如前后排4個(gè)座椅都有加熱功能，理論上可以有4個(gè)模塊，但事實(shí)上，并不會(huì)單獨(dú)選某一個(gè)座椅加熱，而是前排加熱或前后排加熱的模式。因此，可以將前排座椅加熱合并為一個(gè)模塊，后排亦是如此。

2）功能共存不同類型的用電器，但相互連接，服務(wù)于同一功能。例如車載電話中包含了麥克風(fēng)、按鍵、收音機(jī)、天線。如果單獨(dú)劃分模塊，就會(huì)成立4個(gè)模塊。在實(shí)際應(yīng)用中，這4個(gè)用電器同時(shí)服務(wù)于車載電話這一功能，只需將其劃分至車載電話這一個(gè)模塊即可。

3）配置選型目前用戶購(gòu)車還是以選型為主，根據(jù)選擇的舒適型或旗艦型，或選裝包來(lái)配置車輛。例如高配車型配有后視鏡電動(dòng)折疊及感應(yīng)刮水，這2個(gè)功能雖然類型功能都不同，但可以保證會(huì)被同時(shí)選中，那么2個(gè)用電器也可合并在同一模塊之中。這樣可以降低目前的模塊管理成本，在必要時(shí)再將其拆開(kāi)。

4）冗余布線將一些分支包含在某些特定的配置中，無(wú)論客戶有沒(méi)有訂購(gòu)。例如無(wú)論客戶是否選擇前霧燈，都將這個(gè)分支包含在線束零件內(nèi)。這種方法只有在減少的管理成本大于實(shí)際物料增加成本的情況下才適用［2］。

3　不同軟件實(shí)現(xiàn)模塊化的解決方案

為了實(shí)現(xiàn)線束中的模塊化設(shè)計(jì)，明導(dǎo)公司（Mentor Graphics）開(kāi)發(fā)的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件（ESD）簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)階段對(duì)模塊代碼的定義，加快了工程階段對(duì)功能模塊的材料分配和制造階段對(duì)生產(chǎn)模塊的材料分配。在設(shè)計(jì)之初就定義每根導(dǎo)線支持的功能和各功能之間的關(guān)系。設(shè)計(jì)時(shí)先合成導(dǎo)線，然后自動(dòng)為導(dǎo)線分配模塊，將具有相同表達(dá)式的導(dǎo)線歸為同一模塊，對(duì)于沒(méi)有表達(dá)式的導(dǎo)線，則說(shuō)明該導(dǎo)線對(duì)于所有車型全選，將這類導(dǎo)線賦予核心模塊代碼［2］。在整個(gè)過(guò)程中，軟件可以自動(dòng)完成與模塊化相關(guān)的工作，提供可靠的配置。

針對(duì)具有高度復(fù)雜性的線束設(shè)計(jì)，Aucotec公司推出了Engineering Base軟件（簡(jiǎn)稱EB）。EB通過(guò)中央數(shù)據(jù)模塊的方式覆蓋了從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)的整個(gè)流程。該軟件采用150%的模塊化設(shè)計(jì)方法，支持插接件變量設(shè)計(jì)，導(dǎo)線模塊化與變量設(shè)計(jì)，通過(guò)變量與模塊結(jié)合的方式，控制實(shí)際車型的生產(chǎn)配置。此外，EB還可以面向生產(chǎn)，分別配置出每一根單獨(dú)線束的實(shí)際信息，并且自動(dòng)分析將模塊重新分配，并導(dǎo)出制造專用模塊，節(jié)省了生產(chǎn)工藝的大量工作，提高生產(chǎn)效率［3］。

為了滿足KSK的設(shè)計(jì)需求，圖研（Zuken）公司也開(kāi)發(fā)了E3.Harness Analyzer軟件。這款軟件可以結(jié)合KBL（線束信息列表）及SVG（可縮放矢量圖）數(shù)據(jù)導(dǎo)入HCV數(shù)據(jù)庫(kù)，支持帶有模塊信息的線束圖紙，可根據(jù)STEP AP212 KBL數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)顯示模塊及模塊組的相關(guān)信息。在軟件中，用戶可以對(duì)模塊進(jìn)行選型配置，并存于HCV數(shù)據(jù)庫(kù)中［4］。

4　汽車零件模塊化

如今KSK的線束生產(chǎn)模式已經(jīng)在主機(jī)廠及供應(yīng)商中逐漸普及，但其初級(jí)階段主要還是針對(duì)導(dǎo)線及其相關(guān)附件的客制化。未來(lái)我們可以將這種理念不斷擴(kuò)展，推廣至汽車中的每一個(gè)可供客戶選擇的零件中去。

目前，較有可能實(shí)現(xiàn)的下一階段為熔斷絲盒的模塊化。可將熔斷絲盒中的熔斷絲及底座拆分為小型的熔斷絲組，并按功能分為基礎(chǔ)及功能模塊。這些熔斷絲組均配有小型熔斷絲盒，而且熔斷絲盒可以互相拼接及拆卸。在實(shí)際生產(chǎn)中按車型配置選擇模塊，再將不同模塊進(jìn)行拼接組裝［5］。這些熔斷絲盒的模塊間同時(shí)存在機(jī)械及電氣連接，可以像拼版一樣根據(jù)需要疊加使用，不斷擴(kuò)展。這樣既增加了熔斷絲盒的通用及穩(wěn)定性，又可減少材料、安裝空間、質(zhì)量以及經(jīng)費(fèi)。這樣就從零件的角度上滿足了客戶訂制的需要，以后還將延伸到更多功能件。

5　結(jié)束語(yǔ)

KSK是客戶訂制化在工業(yè)生產(chǎn)中的初步體現(xiàn)，德國(guó)的一些大型主機(jī)廠現(xiàn)已開(kāi)始采用模塊化生產(chǎn)，客戶在確定發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器的組合后，可對(duì)汽車的內(nèi)外飾及電子功能等進(jìn)行自由組合搭配。而中國(guó)市場(chǎng)還未普及這樣的生產(chǎn)和開(kāi)發(fā)方式，目前只有大眾、奧迪、斯柯達(dá)、寶馬及奔馳采用了模塊化的生產(chǎn)方式，其中僅大眾和斯柯達(dá)的部分車型在中國(guó)完成模塊化線束開(kāi)發(fā)，其余均為來(lái)圖生產(chǎn)。中國(guó)在模塊化生產(chǎn)的方向，還存在著巨大潛力。

隨著用戶個(gè)性化需求的不斷提高，KSK的生產(chǎn)方式將會(huì)成為主流，并且未來(lái)還將不斷發(fā)展至各個(gè)領(lǐng)域，在大規(guī)模量產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)高復(fù)雜性生產(chǎn)。這需要企業(yè)從研發(fā)到生產(chǎn)，從物流到管理全方位做出改革，即是機(jī)遇也是挑戰(zhàn)。工業(yè)4.0將引領(lǐng)第4次工業(yè)革命，其最終目的就是滿足客戶需求，使工業(yè)產(chǎn)品更為個(gè)性化、人性化。希望在不久的將來(lái)，每個(gè)人都能夠享受到完全符合自己需求的定制產(chǎn)品。

［1］Dr.Steffen Wischmann.Industrie 4.0 Volks-und betriebswirtschaftliche Faktoren für den Standort Deutschland［M］.Berlin：vierC print+mediafabrik GmbH&Co.KG，2015：7-7.

［2］Elisa Pouyanne.模塊化／KSK線束自動(dòng)化設(shè)計(jì)［J］.汽車與配件，2012（27）：46-47.

［3］Johanna Kiesel.Consistent harness design for hundreds of thousands of variants［DB／OL］.Pressbox，2014-09-09.

［4］Zuken GmbH.Effiziente Zusammenarbeit in der Automobil-Bordnetzentwicklung［EB／OL］.http：／／www.zuken.com.

［5］DR?XLMAIER Group.The“KSK 2.0 System”DR?XLMAIERModularPowerDistributor［EB／OL］.http：／／www.draexlmaier.com.

（編輯楊景）

On Modular Production Model of Automotive Wiring Harness

CHEN Chun，LIAN Po
（Draexlmaier（Shenyang）Automotive Components Co.Ltd，Shanghai 201805）

Because of the increase in automotive individuation，the traditional manufacturing industry can’t meet the requirement of production with high complexity.The automobile harness manufacture developed the KSK modular production mode to produce different kind of goods for different requirements of customers in mass production line.

customer-specific wiring；modularization；industry 4.0

U463.62

A

1003-8639（2016）07-0048-03

2015-12-25；

2016-01-14

陳淳（1986-），女，碩士，工程師，研究方向?yàn)榫€束設(shè)計(jì)、電氣架構(gòu)。