基于TRIZ 理論的汽車線束制造技術(shù)創(chuàng)新

張震華， 胡建華， 楊三軍， 閆亮亮， 李建鋒， 孫 強(qiáng)

（1.河南天海電器有限公司線束工程部， 河南 鶴壁 458030；

2.鶴壁海昌智能科技有限公司， 河南 鶴壁 458030）

1 前言

當(dāng)前汽車技術(shù)的快速發(fā)展，汽車上的各電子電器件、功能件的類型和數(shù)量不斷增加，導(dǎo)致連接各功能電器件的線束也越來(lái)越復(fù)雜，汽車線束的回路數(shù)和體積也在快速增多，線束回路數(shù)量多、線束體積龐大，線束的可制造性嚴(yán)重降低，傳統(tǒng)的汽車線束制造工藝技術(shù)已經(jīng)無(wú)法滿足的汽車線束的快速發(fā)展，因此，急需創(chuàng)新和技術(shù)突破。那么，靈活充分運(yùn)用TRIZ創(chuàng)新方法和創(chuàng)新理論，能有效推進(jìn)傳統(tǒng)汽車線束制造技術(shù)和工藝創(chuàng)新的快速發(fā)展。

TRIZ創(chuàng)新方法，誕生于20世紀(jì)50年代，由原蘇聯(lián)海軍專家根里奇.阿奇舒勒通過(guò)對(duì)大量專利進(jìn)行分析和總結(jié)，逐步形成TRIZ創(chuàng)新理論，其簡(jiǎn)單分為三大核心思想，八大技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化法則，39個(gè)通用技術(shù)參數(shù)，40個(gè)創(chuàng)新原理，76個(gè)標(biāo)準(zhǔn)解，矛盾分析、物場(chǎng)分析、資源分析等。2004年，TRIZ創(chuàng)新方法引入中國(guó)，獲得國(guó)家的支持并進(jìn)行全國(guó)推廣，在技術(shù)創(chuàng)新和技術(shù)攻關(guān)取得了顯著的成效，成為攻克解決技術(shù)難題和技術(shù)矛盾的利器[2]。

隨著汽車技術(shù)的快速發(fā)展及車載功能電器的快速增加，特別是車載雷達(dá)、車載影像、車載通信、自動(dòng)輔助駕駛功能、車聯(lián)網(wǎng)電子設(shè)備的增多，特種功能集成線束（線纜）也越來(lái)越多地應(yīng)用到線束制造中。因此，運(yùn)用TRIZ創(chuàng)新方法對(duì)汽車線束的制造技術(shù)創(chuàng)新，即運(yùn)用新的汽車線束制造工藝技術(shù)、線束制造設(shè)備、制造場(chǎng)地布局、制造工裝、人員編排、運(yùn)輸路線規(guī)劃以及減少在制品、縮短制造周期、提升線束品質(zhì)等方法和措施，是解決當(dāng)前汽車線束制造痛點(diǎn)的必由之路。

2 傳統(tǒng)汽車線束制造工藝流程和痛點(diǎn)

傳統(tǒng)的汽車線束制造工藝流程包括：切線—?jiǎng)冾^—穿輔助—壓接—輔助—合線—絕緣—輔助—預(yù)裝配—總裝配—電檢測(cè)—卡丁檢測(cè)—影像檢測(cè)—外觀檢測(cè)—包裝—入庫(kù)，而特殊線纜還包括：切線—?jiǎng)兡z皮—翻屏蔽網(wǎng)—切錫箔紙—剪屏蔽網(wǎng)—包膠帶—小剝皮—穿輔助—壓接—抽盤—合線—絕緣等復(fù)雜工序。必要時(shí)，工序半成品還需要穿護(hù)套—壓接端子—回拉端子—抽盤—繞盤等工序，作業(yè)工藝流程十分復(fù)雜，導(dǎo)致汽車線束的生產(chǎn)效率極為低下，工序之間的半成品緩存也較多。制造人員多、制造設(shè)備多、工位數(shù)量多、流轉(zhuǎn)路徑長(zhǎng)等客觀事實(shí)，線束的制造周期為7～10天，導(dǎo)致車間制造成本大幅上升，滿足不了當(dāng)前線束制造的快速交付的客觀現(xiàn)實(shí)，同時(shí)也嚴(yán)重制約汽車線束制造技術(shù)的發(fā)展[1]。

客戶產(chǎn)品的特性也決定著汽車線束制造工藝流程的設(shè)計(jì)，不同的汽車線束制造廠家所對(duì)應(yīng)的不同客戶的產(chǎn)品和類型也制約著汽車線束制造工藝流程。頻繁的設(shè)計(jì)變更、產(chǎn)品批次的交付數(shù)量、產(chǎn)品的交付方式、交付周期等，也對(duì)汽車線束的制造工藝流程的編排和制造方法、生產(chǎn)管理措置有較大的影響。乘用車的汽車線束制造和商用汽車的制造工藝路線與工藝流程、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的規(guī)劃布局、人員編排規(guī)劃、制品的管理、運(yùn)輸有明顯的不同，所要解決的技術(shù)矛盾或沖突也不盡相同。

3 TRIZ創(chuàng)新方法在汽車線束前工序的應(yīng)用

通常情況下低壓汽車線束的制造工藝流程如下：下線（壓接） 工序—輔助工序—壓接工序—絞線工序—超聲波焊工序—打卡輔助—預(yù)裝配—總裝配—導(dǎo)通測(cè)試—影像測(cè)試（電器性能測(cè)試） —外觀檢驗(yàn)—包裝—打包入庫(kù)。然而，新能源高壓線束的制造工藝流程與傳統(tǒng)低壓汽車線束的工藝流程有很大的區(qū)別。

1） 汽車線束的前工序（前工程）是指切線壓接—合線壓接（焊接）—絕緣等，需要對(duì)導(dǎo)線進(jìn)行直接加工的工序，統(tǒng)稱為前工序（前工程）。

2） 汽車線束的后工序（后工程）是指對(duì)前工序（工程）流轉(zhuǎn)的半成品或半成品組件進(jìn)行預(yù)裝配—總裝配—檢測(cè)—檢驗(yàn)—包裝的工序，統(tǒng)稱為后工序（后工程）。

3.1 TRIZ創(chuàng)新原理在切線工序的應(yīng)用

高壓新能源線束的導(dǎo)線通常情況下比較粗，中間帶有多層屏蔽網(wǎng)、錫箔紙和絕緣膠皮，在生產(chǎn)制造過(guò)程中，需要根據(jù)工藝流程進(jìn)行多次切割屏蔽網(wǎng)、錫箔紙和絕緣皮，由于切割屏蔽網(wǎng)的過(guò)程中采用旋剝機(jī)進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)切割屏蔽網(wǎng)，屏蔽網(wǎng)切割要徹底無(wú)殘留且尺寸精確，第二層膠皮無(wú)切痕損傷。切割過(guò)程中，存在一個(gè)物理矛盾：旋剝機(jī)的進(jìn)刀量要大，切割屏蔽網(wǎng)干凈徹底，但是導(dǎo)致第二絕緣層膠皮損傷；旋剝機(jī)的進(jìn)刀量要小，第二層的絕緣完好無(wú)損傷，但是屏蔽網(wǎng)絲切割不徹底。工程師無(wú)論如何調(diào)整機(jī)器參數(shù)都不能徹底解決這一矛盾，TRIZ創(chuàng)新工程師對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分析，運(yùn)用分離原理進(jìn)行了第1次的改進(jìn)，設(shè)計(jì)不同長(zhǎng)度的不銹鋼薄壁套管，先對(duì)線纜進(jìn)行剝外層膠皮，然后將不銹鋼套管穿過(guò)屏蔽網(wǎng)下層，保護(hù)內(nèi)層線纜，然后再進(jìn)行屏蔽網(wǎng)切割，初步解決了屏蔽網(wǎng)切割徹底且不傷內(nèi)層絕緣皮的矛盾，但是卻帶來(lái)新的問(wèn)題，且操作復(fù)雜，浪費(fèi)工時(shí)。屏蔽網(wǎng)切頭比較短時(shí)可操作性差。TRIZ創(chuàng)新工程師應(yīng)用分離原理和預(yù)先作用原理，結(jié)合旋剝機(jī)設(shè)備廠家對(duì)設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，根據(jù)線纜的直徑設(shè)計(jì)不同內(nèi)徑的金屬管固定在設(shè)備上，工人直接將線纜固定在剝外膠皮的夾爪上，設(shè)備自動(dòng)完成剝外膠皮—網(wǎng)開(kāi)口—穿隔離管—旋剝切屏蔽網(wǎng)操作，完美解決屏蔽網(wǎng)切網(wǎng)問(wèn)題。切屏蔽網(wǎng)改進(jìn)如圖1所示。

圖1 切屏蔽網(wǎng)改善

3.2 TRIZ創(chuàng)新在合線（超聲波焊接）工序的應(yīng)用

汽車線束多線焊接（U卡壓接） 合線工序是出錯(cuò)最多的工序之一，通常出現(xiàn)焊接（U卡壓接） 點(diǎn)兩側(cè)的導(dǎo)線根數(shù)錯(cuò)誤，導(dǎo)線看板號(hào)錯(cuò)誤，導(dǎo)致不良品的產(chǎn)生，而且返工返修十分困難，特別是同一個(gè)車型不同配置線束的合線半成品差異很小，焊接（U卡壓接） 點(diǎn)兩端的組合半成品很容易拿錯(cuò)，導(dǎo)致不良品的產(chǎn)生。

TRIZ創(chuàng)新工程師首先運(yùn)用分割原理，將焊接（U卡壓接） 點(diǎn)兩側(cè)大于3根的不同導(dǎo)線分割開(kāi)，確保綁線時(shí)同組綁線半成品中不出單根線錯(cuò)誤，分兩步將焊接點(diǎn)兩側(cè)的工序半成品綁線，完成焊接前的輔助作業(yè)，確保焊接點(diǎn)兩側(cè)的單根導(dǎo)線不出錯(cuò)。同時(shí)，運(yùn)用顏色改變?cè)?，采用不同顏色的半成品ID標(biāo)簽進(jìn)行身份標(biāo)記，焊接（U卡壓接） 時(shí)，只需根據(jù)工藝卡的要求拿取兩組半成品即可。分割綁線工裝如圖2所示。

圖2 分割綁線工裝

3.3 TRIZ創(chuàng)新在線束總裝配工序的應(yīng)用

隨著汽車線束越來(lái)越復(fù)雜，單套線束的導(dǎo)線根數(shù)越來(lái)越多，導(dǎo)線長(zhǎng)度也越來(lái)越長(zhǎng)，汽車線束的可制造性也就越來(lái)越低。1條汽車線束的導(dǎo)線根數(shù)150～800根，總裝配流水線旁的分裝工位6～20個(gè)，流水線的總長(zhǎng)度30～65m，裝配板數(shù)量12～20塊，裝配板長(zhǎng)度4～6m，流水線總?cè)藬?shù)30～160人，由此可見(jiàn)，傳統(tǒng)的汽車線束總裝配工藝已經(jīng)無(wú)法滿足當(dāng)前復(fù)雜的汽車線束總裝配。復(fù)雜龐大的汽車線束可制造性不高，不可避免會(huì)出現(xiàn)技術(shù)難題和錯(cuò)誤。因此，靈活運(yùn)用TRIZ創(chuàng)新方法能夠快速有效地解決當(dāng)下汽車線束總裝配工藝和生產(chǎn)流程遇到的各種技術(shù)難題。

汽車線束總裝配流水線分布的預(yù)裝配工位，操作工按照工藝文件將部分單根導(dǎo)線、護(hù)套、護(hù)殼、橡膠件等預(yù)先裝配到一起，然后形成總裝裝配的半成品組件，流水線裝配工再將這些預(yù)裝配的半成品組件按照總裝配工藝文件分線掛線到大流水線總裝板上，并將所有穿護(hù)套的端子完成穿線工作。由于預(yù)裝配工位的半成品組件太多（10～50組），操作工少拿、錯(cuò)拿預(yù)裝配組件的幾率太高，導(dǎo)致汽車線束流水線成品裝配錯(cuò)誤，需到線束下線導(dǎo)通測(cè)試工序才能發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，并且錯(cuò)誤的線束成品極難返工返修，造成極大的成本和工時(shí)浪費(fèi)，導(dǎo)致線束的一次合格率較低。

TRIZ創(chuàng)新工程師結(jié)合線束生產(chǎn)制造的特殊性和同系列的線束產(chǎn)品圖紙、導(dǎo)線分布區(qū)域，運(yùn)用抽取原理，將汽車線束相同或相似部分抽取出來(lái)，另外組成小型流水線分開(kāi)區(qū)域制造，形成一個(gè)較大的線束組件，并對(duì)抽取出來(lái)的線束組件進(jìn)行ID標(biāo)記和應(yīng)用于成品線束的型號(hào)。這樣，1條龐大的主線束總裝配流水線旁可以根據(jù)線束大小布局1條以上的分裝KITs小流水線或工位，再配上6～20個(gè)預(yù)裝工位。線束分裝KITs流水線如圖3所示。

圖3 線束分裝KITs分裝線

運(yùn)用組合原理，TRIZ創(chuàng)新工程師設(shè)計(jì)了循環(huán)掛線盒，能徹底預(yù)防線束總裝配流水線布線人員少拿或錯(cuò)拿其它較小的預(yù)裝半成品KITs，在線束總裝配流水線板固定位置，分布6～10組旋轉(zhuǎn)循環(huán)掛線盒，掛線人員將每一組掛線盒內(nèi)的KITs組件拿取完畢即可。旋轉(zhuǎn)循環(huán)掛線盒旋轉(zhuǎn)到預(yù)裝配工位的時(shí)候，存儲(chǔ)半成品KITs的盒子是空的，預(yù)裝配人員只需要將流水線總裝配線束型號(hào)所用的半成品放進(jìn)指定的掛線盒內(nèi)即可。掛線盒如圖4所示。

圖4 掛線盒

傳統(tǒng)的汽車線束裝配流水線的兩側(cè)分別布局預(yù)裝配工位和流水線物料存放架，布線和穿端子人員集中在預(yù)裝配工位一側(cè)，主要負(fù)責(zé)完成線束的布線和穿端子操作，另外再分布幾個(gè)線束包扎工位完成線束的分支包扎、捆扎操作，另一側(cè)主要是安裝線束扎帶、卡丁、波紋管等線束附件的安裝、線束接點(diǎn)的包扎等工作，下線后的線束緩存架、線束100%導(dǎo)通測(cè)試、繼電器熔斷片等附件安裝、外觀檢驗(yàn)、包裝等工位。傳統(tǒng)的線束流水線布局已經(jīng)無(wú)法滿足新型大型的線束流水線布局和操作，大型的線束裝配流水線裝配物料多，擺放距離較長(zhǎng)，且裝配人員多，成品線束下線的位置很難固定在一個(gè)位置，因此，存在下線成品線束運(yùn)輸和存儲(chǔ)路線和預(yù)裝物料架放置路徑干涉的矛盾。傳統(tǒng)線束裝配線如圖5所示。

圖5 傳統(tǒng)線束裝配線

TRIZ創(chuàng)新工程師運(yùn)用空間分離原理，創(chuàng)新設(shè)計(jì)出中空的物料放置架，上部放置物料箱，物料放置架的下方安裝軌道，運(yùn)輸返回的空成品線束周轉(zhuǎn)車，線束成品下線的運(yùn)輸車走另外一側(cè)的軌道，完成下線線束的100%導(dǎo)通檢測(cè)、影像檢測(cè)、卡丁檢測(cè)、外觀檢測(cè)、包裝等工序。新型物料周轉(zhuǎn)系統(tǒng)如圖6所示。

圖6 新型物料周轉(zhuǎn)系統(tǒng)

同樣，針對(duì)大型線束裝配流水線還設(shè)計(jì)有成品線束懸空周轉(zhuǎn)系統(tǒng)，線束成品下線后，放置在一個(gè)箱子（包裹）內(nèi)，由懸空設(shè)計(jì)的軌道架拉到空中，軌道架下部是100%導(dǎo)通檢測(cè)、影像檢測(cè)、卡丁檢測(cè)、外觀檢測(cè)、包裝等工位。該方案由于成本太高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障率較高等因素，最終逐步被淘汰。

3.4 TRIZ創(chuàng)新在車載通信線束制造中的應(yīng)用

隨著汽車智能化技術(shù)的快速發(fā)展，車載影像、雷達(dá)、GPS、環(huán)視攝像頭、ADAS技術(shù)的應(yīng)用，導(dǎo)致傳輸高頻信號(hào)的同軸線纜越來(lái)越多，這些同軸線纜或成對(duì)絞合線纜組成的線束被稱為FAKRA線束、HFM線束、MATEnet線束、HSD線束、以太網(wǎng)線束等。目前這些通信線纜和線束技術(shù)開(kāi)發(fā)、原材料制造、銷售主要把控在以RT、TE、APH、MD、LENI等外國(guó)線束企業(yè)手里。因此，國(guó)內(nèi)汽車線束零部件制造商必須在車載通信線束技術(shù)研發(fā)和制造上面集中發(fā)力，迎頭趕上。

HSD線束金屬屏蔽環(huán)壓接后，塑料內(nèi)芯距離金屬外殼邊緣的尺寸公差為0.30+-00..1150mm，HSD尺寸圖[4]如圖7所示。國(guó)外一些線束企業(yè)制造設(shè)備和自動(dòng)化水平比較成熟，通常采用數(shù)字千分表進(jìn)行定位檢測(cè)，檢測(cè)符合尺寸要求，測(cè)量?jī)x表發(fā)出指令壓接機(jī)構(gòu)開(kāi)始工作，對(duì)金屬屏蔽環(huán)進(jìn)行壓接，整套的設(shè)備成本較高。然而，國(guó)內(nèi)一些企業(yè)在小批量試驗(yàn)制造過(guò)程中，未開(kāi)發(fā)全自動(dòng)化的壓接設(shè)備，通常采用手工壓接，只能在壓接模具和制造工藝上做創(chuàng)新。

TRIZ創(chuàng)新工程師運(yùn)用創(chuàng)新原理中的預(yù)先作用原理，設(shè)計(jì)一個(gè)帶傾斜角和0.30mm的凸點(diǎn)鉗口和壓接彈性機(jī)構(gòu)，操作工人將HSD內(nèi)芯護(hù)套和金屬外殼穿平齊后，將線束放入壓接模具，開(kāi)啟模具壓接，壓接刀片在下壓過(guò)程中，推動(dòng)金屬屏蔽外殼向前滑動(dòng)0.3mm后夾緊外殼和線纜進(jìn)行定位，模具下壓外殼成型定位，壓接后的成品測(cè)試內(nèi)芯和外殼邊緣尺寸正好在0.3mm公差范圍內(nèi)，壓接后的HSD線束金屬屏蔽外殼和塑料內(nèi)芯的尺寸符合產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求。某模具如圖8所示。

圖7 HSD尺寸圖

圖8 某模具

4 總結(jié)

無(wú)論是汽車線束制造技術(shù)創(chuàng)新還是制造工裝創(chuàng)新，都是為了降低汽車線束的制造成本、提高勞動(dòng)效率、保證線束品質(zhì)為核心目標(biāo)，工程師們都應(yīng)具備TRIZ創(chuàng)新思維，打破思維定式尤其重要，學(xué)習(xí)TRIZ創(chuàng)新方法更應(yīng)靈活利用TRIZ創(chuàng)新原理和創(chuàng)新工具去解決汽車線束制造過(guò)程中遇到的各種矛盾和難題。如何將TRIZ創(chuàng)新方法靈活應(yīng)用到汽車線束的制造技術(shù)創(chuàng)新中，將成為汽車線束制造行業(yè)人士共同探討和研究的話題。本文通過(guò)TRIZ創(chuàng)新方法在汽車線束制造中的應(yīng)用案例進(jìn)行闡述，拋磚引玉，互相交流和學(xué)習(xí)，與同行共同促進(jìn)汽車線束制造技術(shù)的提升。