新能源車高壓線束裝配防錯(cuò)研究及應(yīng)用

【摘 要】隨著將以純電驅(qū)動(dòng)為新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展和汽車工業(yè)轉(zhuǎn)型的主要戰(zhàn)略，智能制造成為國家戰(zhàn)略，高壓線束正確裝配是整車裝配的重要一環(huán)。結(jié)合控制論的一般原理與影響工藝控制過程因素，通過提升信息源的可辨識程度以及降低信息傳遞時(shí)的干擾項(xiàng)，利用成熟的過程控制，研究同步設(shè)計(jì)階段防錯(cuò)裝方案。借助人類認(rèn)知的特性，在裝配階段進(jìn)行針對性的措施制定。結(jié)合智能化在防錯(cuò)上的應(yīng)用進(jìn)行簡述，降低錯(cuò)裝幾率的同時(shí)提升裝配效率。在經(jīng)過產(chǎn)線驗(yàn)證后，全流程防錯(cuò)規(guī)范以及操作指南將作為新車型開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)。

【關(guān)鍵詞】高壓線束連接;防錯(cuò)原則;信息傳遞;通用設(shè)計(jì);干擾

中圖分類號：U463.62 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-8639（ 2024 ）09-0009-03

Research and Application of Error Prevention in High Voltage Line Assembly of New Energy Vehicles

SUN Hui，YANG Jie，XU Yunjie，JING Yijie

（Automotive Engineering Research Institute of Shaanxi Heavy Duty Automobile co.，Ltd.，Xi′an 710200，China）

【Abstract】With the pure electric drive will be the main strategy for the development of new energy vehicles and the transformation of the automotive industry，intelligent manufacturing has become a national strategy，and the correct assembly of high-voltage lines is an important part of vehicle assembly. Combining the general principles of control theory with the factors that affect the process control，by improving the recognizability of information sources and reducing interference terms during information transmission，mature process control is utilized to study anti misinstallation schemes in the synchronous design stage. Based on the characteristics of human cognition，targeted measures are formulated during the assembly stage. The article also briefly describes the application of intelligence in error prevention，which not only reduces the probability of incorrect installation but also improves assembly efficiency. After verification by the production line，the full process error prevention specifications and operation guidelines will serve as the standards for the development of new car models.

【Key words】information transfer;possibility space;visual recognition;general design;cognitive characteristics;interference

1 引言

隨著國家發(fā)布《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》相關(guān)政策，純電驅(qū)動(dòng)將成為新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展和汽車工業(yè)轉(zhuǎn)型的主要戰(zhàn)略取向[1]。用于連接動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置、控制器以及儲能設(shè)備的高壓線束正確裝配是其中重要的一環(huán)。

相比燃油汽車固定布置，新能源汽車布置方式更加靈活，不同供應(yīng)商有各自規(guī)范，連接線束繁多，布置多樣，產(chǎn)品規(guī)范不同，這三者使裝配環(huán)節(jié)高壓線束連接出錯(cuò)的幾率高居不下，為后續(xù)的整車調(diào)試工作帶來極大的不便利性。據(jù)調(diào)試問題反饋，線束虛接和錯(cuò)接問題占線束類問題的70%以上，高壓線束連接防錯(cuò)是亟需解決的問題。

從20世紀(jì)50年代初開始，維納《控制論》[2]的一些原理已經(jīng)深入到人們生活的方方面面，本文結(jié)合控制論的一些基本原理與工藝過程中的要求，對高壓線束連接防錯(cuò)從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到產(chǎn)線裝配進(jìn)行全流程梳理研究，旨在為現(xiàn)場裝配以及新車型的設(shè)計(jì)提供操作性原則。

2 概述

新能源汽車高壓線束的裝配主要包括動(dòng)力電池不同箱體之間正負(fù)極線的串并聯(lián)，動(dòng)力電池與電池管理系統(tǒng)BMS和多合一控制器之間的連接，BMS和多合一控制器到驅(qū)動(dòng)電機(jī)之間的連接。線束連接主要為人工連接，一般先連接一組線束的一端，再連接其另一端，出錯(cuò)多發(fā)生在連接另一端接頭與端子時(shí)。

高壓線束連接防錯(cuò)最終目的是將正確的連接信息傳遞給裝配工，并保證信息傳遞的準(zhǔn)確性。信息傳遞整個(gè)過程包括信息源、傳遞通道以及信息接收。高壓線束連接信息通過規(guī)范設(shè)計(jì)，多途徑、多媒介傳遞，操作流程的控制，實(shí)現(xiàn)正確信息的傳遞，與過程控制有著密切關(guān)系。

防錯(cuò)要求主要體現(xiàn)在快速確定線束端頭與接線口之間的對應(yīng)關(guān)系。防錯(cuò)就是要消除線束與接頭對應(yīng)關(guān)系在連接信息傳遞過程中的不確定性，結(jié)合整車開發(fā)全過程，其常見原則[3]如下。

1）排除：排除產(chǎn)生錯(cuò)誤的原因，從源頭規(guī)避錯(cuò)誤的產(chǎn)生，主要體現(xiàn)在設(shè)計(jì)階段結(jié)構(gòu)性防錯(cuò)設(shè)計(jì)。

2）替代：使用更加精確的操作方法，避免錯(cuò)誤的發(fā)生，表現(xiàn)為使用自動(dòng)化設(shè)備替代人工。

3）簡化：通過更加容易的操作降低錯(cuò)誤率，表現(xiàn)為模塊化設(shè)計(jì)，簡單的統(tǒng)一的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，使操作更加簡單。

4）異常檢查：產(chǎn)生錯(cuò)誤的情況下，在下一工序可以檢出。

3 高壓線束連接防錯(cuò)現(xiàn)狀

目前，高壓線束連接防錯(cuò)方案主要依靠外觀[4]。商用車上使用的線束主要通過外觀上面的顏色、線束兩端接頭處的文字描述、插接器的形狀作為區(qū)分，用于防錯(cuò)裝。

動(dòng)力電池之間的串并聯(lián)線束，連接方式為接線端子連接，線束帶有零件標(biāo)識，如圖1所示，正負(fù)極通過熱縮管顏色區(qū)分（紅正黑負(fù)）。

與控制器連接的線束兩端有專門的名稱標(biāo)記，與之對應(yīng)的控制器或者用電設(shè)備上連接位置處有同樣的名稱標(biāo)記，并且為一一對應(yīng)的關(guān)系。如圖2、圖3所示。

控制器上面的連接插接器通過不同的外形區(qū)分不同的連接線束，相同的外形結(jié)構(gòu)通過內(nèi)部的凹凸體進(jìn)行配合。

根據(jù)上述分析，現(xiàn)有的防錯(cuò)方案已部分體現(xiàn)了排除原則，根據(jù)現(xiàn)場反饋，已經(jīng)起到一定的防錯(cuò)效果，在后續(xù)整車開發(fā)過程中依據(jù)防錯(cuò)原則進(jìn)一步探索研究。

4 防錯(cuò)裝方案

接收連接線束信息的接收主體為人，人類的一些認(rèn)知特性包括記憶、遺忘與學(xué)習(xí)、思維與決策、注意與持續(xù)警覺等[5]在裝配過程中仍舊起著重要的作用，偏向簡單記憶的特點(diǎn)。基于此特性，下文從排除、簡化、異常檢查3項(xiàng)防錯(cuò)原則進(jìn)行研究分析。

4.1 設(shè)計(jì)階段

通用化、集成化設(shè)計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)方法之一，廣泛應(yīng)用于新產(chǎn)品開發(fā)中，其在提高產(chǎn)品可靠性、簡化裝配維修和保障方面獲得越來越多的關(guān)注[6]。在新車型高壓線束設(shè)計(jì)初始階段，建立規(guī)范化設(shè)計(jì)原則，保持高度一致性，選擇黑盒模式的模塊化設(shè)計(jì)。

4.1.1 規(guī)范設(shè)計(jì)

系列化車型通用性設(shè)計(jì)，按需求開發(fā)，使高壓線束布置規(guī)整，規(guī)律性更強(qiáng)，方便識別記憶[7]。

1）布局規(guī)范。圍繞核心部件開展對應(yīng)的布局規(guī)劃，以某車型為例，結(jié)合動(dòng)力電池的布置示意圖（圖4）將線束統(tǒng)一布置在同一側(cè)，減少線束繞行且方便識別。

2）規(guī)劃線束端頭、控制器接口等。按照命名規(guī)則進(jìn)行統(tǒng)一命名，線束設(shè)計(jì)規(guī)范（示例）見表1。

3）按照需求規(guī)劃線束接頭。線束設(shè)計(jì)時(shí)，統(tǒng)一設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，將顏色與極性以及輔機(jī)建立對應(yīng)關(guān)系，達(dá)到不同顏色代表不同的極性、輔機(jī)系統(tǒng)。線束開發(fā)前，規(guī)劃正負(fù)極連接線、U/V/W連接線等不同線束各部分的顏色。比如線束設(shè)計(jì)主體護(hù)套顏色、線束上標(biāo)識用顏色、接頭或端子顏色，并在CATIA軟件中建立與之對應(yīng)的顏色，最終體現(xiàn)在三維數(shù)據(jù)上。

采用差異型（在插接器內(nèi)部使用不同的缺口）或異色插接器方案，通過顏色或者形狀的匹配，實(shí)現(xiàn)一一對應(yīng)。如采用圓形插接器對應(yīng)空調(diào)壓縮機(jī)，方形插接器對應(yīng)電池冷卻水泵，相同外型插接器在其內(nèi)部設(shè)置不同凸起和豁口對應(yīng)不同輔機(jī)。

4.1.2 集成化設(shè)計(jì)

現(xiàn)有車型匹配的電池包為多個(gè)動(dòng)力電池包（Pack）串并聯(lián)的方案，Pack間的連接線束多，出錯(cuò)點(diǎn)多。新的CTB方案采用簡化設(shè)計(jì)方案，通過內(nèi)部電芯模組設(shè)計(jì)，采用銅排連接電芯模組，通過將3個(gè)或者4個(gè)Pack合為1個(gè)，對外連接點(diǎn)也將變?yōu)樵瓉淼?/3。

在線束一端已經(jīng)連接的情況下，如果連接口位置對不上，線束與連接口距離或長或短，會產(chǎn)生連接不上的情況或線束纏繞過多的情況，線束回路設(shè)計(jì)中線束的長短不一致也可作為防錯(cuò)方案。

4.2 裝配階段

在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)確定的狀態(tài)下，裝配環(huán)節(jié)的防錯(cuò)同樣重要，高壓線束連接工藝方案的確定中，遵循人機(jī)料法環(huán)測6原則，其中設(shè)備、原料、方法、環(huán)境、測量5項(xiàng)比較容易確定，高壓線束連接需要人工深度參與，很難使用防錯(cuò)原則中的替代原則。而裝配工本身受制于個(gè)人認(rèn)知及技能熟練程度，較難控制。眾所周知，一方面記憶有助于人類快速辨別所記憶的物體、認(rèn)知新的事物、適應(yīng)新的環(huán)境等[8]，另一方面記憶也會抹除一些細(xì)節(jié)，壓縮記憶內(nèi)容，使其形成無意識的反應(yīng)動(dòng)作。控制論要求傳遞給信息接收者的信息既不能不足，也不能過多，使其容易受到干擾。裝配工所受干擾主要是主觀干擾，受裝配工的意識支配。在將正確信息傳遞給裝配工過程的主要任務(wù)是去除干擾，使其接收正確信息。

基于上文分析，裝配階段防錯(cuò)重點(diǎn)從裝配工的角度去考慮，最簡單的辦法為反復(fù)傳遞，將正確信息反復(fù)輸入給裝配工;另一原則是利用不同媒介傳遞統(tǒng)一信息。因此裝配防錯(cuò)主要從多途徑傳遞裝配信息，細(xì)化并簡化裝配工記憶內(nèi)容，流程上進(jìn)行防錯(cuò)裝要求確認(rèn)。

4.2.1 獲取準(zhǔn)確信息

新結(jié)構(gòu)、新車型上線前進(jìn)行裝配初期培訓(xùn)，使裝配工了解高壓線束連接的基本原則，通過基礎(chǔ)知識以及原理的輸入，加深裝配工的記憶。通過裝配過程實(shí)拍視頻、三維模擬動(dòng)畫、關(guān)鍵細(xì)節(jié)文字描述、圖片等多種媒介，在統(tǒng)一的工藝平臺上將裝配信息傳遞給裝配工。

4.2.2 重組單元裝配內(nèi)容

基于防錯(cuò)方案中的簡化原則，工藝開發(fā)中從優(yōu)化工序分布到調(diào)整裝配順序，簡化裝配工的記憶內(nèi)容。

不同車型在相同工位上裝配內(nèi)容不完全一致，通過裝配內(nèi)容的拆散再重組的方式，對不同的布置方式制定合理的裝配工藝，如調(diào)整某車型冷卻系統(tǒng)裝配工位。

在裝配過程控制階段，根據(jù)裝配工技能水平合理分配裝配工序，使單一裝配工負(fù)責(zé)裝配的信息符合員工技能水平，記憶項(xiàng)目相對較少，避免在混線裝配時(shí)出錯(cuò)。比如將水泵電機(jī)、轉(zhuǎn)向電機(jī)、空調(diào)壓縮機(jī)電機(jī)等分屬不同裝配工。

4.2.3 流程防錯(cuò)

在裝配流程中增加確認(rèn)，遵循異常檢查原則，具體體現(xiàn)為裝配過程中的自檢以及互檢。最終裝配整車熔斷絲前，增加關(guān)鍵線束連接確認(rèn)工序，由工藝人員在裝配前確認(rèn)具體檢查項(xiàng)目，現(xiàn)場裝配人員在裝配熔斷絲前使用不同于檢驗(yàn)標(biāo)記的記號筆在指定位置進(jìn)行標(biāo)記，確認(rèn)正確后再進(jìn)行熔斷絲連接，即熔斷絲裝配工序需裝配工的確認(rèn)。若裝配過程和確認(rèn)過程的出錯(cuò)幾率分別都為1%，那兩人同時(shí)出錯(cuò)的幾率降為0.01%。

4.2.4 替代防錯(cuò)

高壓線束的裝配過程目前沒有可用于替代的方案，但對于裝配過程檢測可借助視覺識別等技術(shù)，提升檢測準(zhǔn)確性。機(jī)器視覺技術(shù)以計(jì)算機(jī)視覺為研究基礎(chǔ)，從采集的圖像中提取特征信息，并進(jìn)行加工及處理，然后應(yīng)用在實(shí)際的檢測、識別和測量環(huán)境中，被廣泛應(yīng)用在流水線的自動(dòng)化生產(chǎn)[9]。控制器本體顏色多為黑色且單一，與之連接的線束具有位置穩(wěn)定且顏色鮮艷的特點(diǎn)，可在裝配工位周圍框架布置視覺識別系統(tǒng)，識別端子顏色與插接器顏色，及時(shí)反饋裝配結(jié)果。

4.3 小結(jié)

對于新能源車型，高壓線束的連接是一項(xiàng)復(fù)雜而繁瑣的裝配任務(wù)，其整個(gè)過程全靠人工完成，該項(xiàng)裝配任務(wù)的完成很大程度上意味著整車裝配工作的完成，其連接品質(zhì)優(yōu)劣、裝配效率的高低對于新能源車型的裝配有著決定性的意義。

通過線束顏色、名稱標(biāo)識、插接器形狀等整改，裝配現(xiàn)場培訓(xùn)、增加自檢等控制工序，統(tǒng)計(jì)2023年7月份至2024年3月份的高壓線束裝配問題記錄，錯(cuò)誤連接情況已經(jīng)規(guī)避，且線束連接節(jié)拍由2JPH提升至4JPH，效率提升一倍以上。

5 結(jié)論

本文從控制論觀點(diǎn)、高壓線束裝配過程中的核心內(nèi)容出發(fā)，以簡化裝配信息為目的，結(jié)合現(xiàn)有市場上成熟的防錯(cuò)方案，對新車型開發(fā)過程做出了基本規(guī)劃要求。在工藝方案確定中，人機(jī)料法環(huán)測6因素中人員因素最難以把控，文中從裝配工的角度出發(fā)，提出了提高裝配工人本身理論認(rèn)識、裝配信息多途徑傳遞給裝配工、分類細(xì)化重組工序、減少裝配工本身識別項(xiàng)目、流程控制等防錯(cuò)方案，并在實(shí)際應(yīng)用中取得了不錯(cuò)的效果。隨著國家對于智能制造以及技術(shù)上的可實(shí)現(xiàn)性，結(jié)合視覺識別，可以預(yù)先在裝配過程中及時(shí)提醒裝配工，進(jìn)一步提升裝配準(zhǔn)確率以及裝配效率。

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（編輯 楊凱麟）

作者簡介孫輝（1984—），男，工程師，主要從事汽車制造工藝設(shè)計(jì)、新工藝的應(yīng)用研究工作。