現(xiàn)代汽車，卡車和其他車輛具有越來越多的復(fù)雜電氣和電子功能，給啟用這些新功能的線束增加了更大的負(fù)擔(dān)。隨著復(fù)雜性的提高，由于手動(dòng)數(shù)據(jù)交換和無法捕獲部落知識(shí)，當(dāng)前的線束制造方法正努俱進(jìn)。基于模型的線束制造工程流程可自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并通過設(shè)計(jì)規(guī)則捕獲部落知識(shí)，以幫助線束制造商提高線束質(zhì)量并提高效率。

如今的乘用車，休閑車和商用車已不再僅僅是機(jī)電產(chǎn)品?，F(xiàn)代汽車配備了幾乎令人眼花繚亂的電子功能部件。其中包括從標(biāo)準(zhǔn)舒適性和生活質(zhì)量功能（如加熱座椅，空調(diào)和車載信息娛樂系統(tǒng)（IVI））到有限的自動(dòng)化和高級駕駛員輔助系統(tǒng)（ADAS）（參見圖1）的所有內(nèi)容。此外，電子控制單元（ECU）網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)在可以輔助車輛的基本功能，例如制動(dòng)，轉(zhuǎn)向和油門控制。在當(dāng)今的汽車市場中，電子產(chǎn)品已代表了汽車的大部分價(jià)值。

現(xiàn)代車輛電氣和電子功能的增加更加強(qiáng)調(diào)了線束，線束在致動(dòng)器，傳感器和ECU之間傳輸動(dòng)力和信號。ADAS和自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的需求特別高，這是因?yàn)橄到y(tǒng)需要外部傳感器來感知車輛環(huán)境，例如接近物體或限速標(biāo)志。

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此外，對高度自動(dòng)化和電動(dòng)汽車的需求不斷增加，直接導(dǎo)致線束制造業(yè)的發(fā)展。目前，該行業(yè)每年的銷售額超過1500億美元。近30％，500億美元2018年，其中的銷售額來自汽車行業(yè)，汽車線束的銷售正在增長。分析人士預(yù)測，到2023年，汽車線束行業(yè)的年收入將增長至700億美元以上，到2025年將超過910億美元（FutureMarket Insights，2016年）。

增長帶來了新的挑戰(zhàn)，也給行業(yè)帶來了新的壓力。為了支持更多的電氣和電子系統(tǒng)，其中一些系統(tǒng)非常復(fù)雜，線束變得非常復(fù)雜。制造商還必須適應(yīng)車輛的所有可能配置，而這種配置經(jīng)常會(huì)飆升至數(shù)以千萬計(jì)。在制造這些復(fù)雜的系統(tǒng)時(shí)，公司必須滿足非常嚴(yán)格的時(shí)間表，嚴(yán)格的質(zhì)量要求并最小化線束的成本和重量。

?▍當(dāng)前的挑戰(zhàn)

業(yè)界通用的工程和制造方法已經(jīng)使用了數(shù)十年，并在新時(shí)代中顯示出它們的局限性。線束制造仍然是一個(gè)非常勞動(dòng)密集的過程（請參見圖2）。如今，約有85％的線束制造操作都是手動(dòng)完成的。

更麻煩的是線束設(shè)計(jì)，制造部門和系統(tǒng)之間的支離破碎。設(shè)計(jì)和制造工程師經(jīng)常在各自的域之間手動(dòng)傳輸數(shù)據(jù)，然后將所傳輸?shù)脑O(shè)計(jì)數(shù)據(jù)重新創(chuàng)建并重新輸入到他們的每個(gè)系統(tǒng)中，例如CAD，生產(chǎn)，裝配板設(shè)計(jì)或成本核算系統(tǒng)等等。

在這些新挑戰(zhàn)的重壓下，傳統(tǒng)的線束制造方法開始崩潰。首先，分散的設(shè)計(jì)和制造過程導(dǎo)致域之間的手動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸和重新輸入。這很慢，容易出錯(cuò)，并且工程師的時(shí)間和精力使用效率低下。當(dāng)制造工程師進(jìn)行更改以提高線束的可制造性時(shí)，這些更改通常會(huì)在團(tuán)隊(duì)之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換中丟失。即使在最先進(jìn)的設(shè)備中，從設(shè)計(jì)工程到產(chǎn)品工程，制造工程以及生成制造文檔的高級過程也可以通過MicrosoftOffice應(yīng)用程序和AutoCAD圖形完成（參見圖3）。信息將傳遞給鏈中的下一個(gè)人，該人以另一種格式或樣式手動(dòng)重新創(chuàng)建非數(shù)字信息。

這不再是當(dāng)代的，也不是可以接受的。新產(chǎn)品的引入周期可能要花費(fèi)數(shù)月的時(shí)間，而設(shè)計(jì)更改可能要花幾周才能完全實(shí)施。手動(dòng)數(shù)據(jù)共享和重新輸入會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤，這些錯(cuò)誤造成金錢的浪費(fèi)，需要時(shí)間進(jìn)行修復(fù)，甚至更糟，這可能會(huì)損害良好的客戶關(guān)系。

計(jì)劃里程碑的步伐加快，也意味著制造工程師幾乎沒有時(shí)間優(yōu)化制造流程，從而導(dǎo)致從一開始就是最佳過程?？赡芴貏e具有挑戰(zhàn)性的一項(xiàng)任務(wù)是創(chuàng)建工作說明。使用當(dāng)前的方法，創(chuàng)建工作指令是一項(xiàng)困難，耗時(shí)且富挑戰(zhàn)性的工作，需要技能和專長才能準(zhǔn)確，及時(shí)地完成。遲交或質(zhì)量低下的作業(yè)指導(dǎo)書可能會(huì)導(dǎo)致工作站不足和不令人滿意，進(jìn)而導(dǎo)致組裝錯(cuò)誤。測試期間發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤會(huì)導(dǎo)致工程師進(jìn)行冗長的返工，甚至徹底報(bào)廢有故障的線束，從而產(chǎn)生意外的成本。

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另一個(gè)重大挑戰(zhàn)是管理所謂的部落知識(shí)。部落知識(shí)是關(guān)于過程，方法等的信息，僅存儲(chǔ)在員工的記憶中。部落知識(shí)是不成文的，但對于成功實(shí)施流程，創(chuàng)建產(chǎn)品或保持質(zhì)量水平通常至關(guān)重要。更換角色或離開公司的員工將隨身攜帶這些信息，從而破壞了他們曾經(jīng)監(jiān)督的流程或產(chǎn)品。

部落知識(shí)對許多公司（包括安全帶制造商）構(gòu)成了非常真實(shí)的風(fēng)險(xiǎn)。每天有一萬嬰兒潮一代在美國退休。在加拿大，從2011年到2016年，達(dá)到退休年齡或更年長的加拿大人數(shù)量增加了20％。而且在英國，據(jù)預(yù)測，在2016年至2020年之間，16歲至49歲之間的人數(shù)將減少70萬人。勞動(dòng)力正在縮減，如果不解決的話，這將產(chǎn)生重大影響。管理人員如何通過年輕，經(jīng)驗(yàn)不足和規(guī)模較小的勞動(dòng)力來維持生產(chǎn)力？尤其是，他們?nèi)绾潍@取當(dāng)前員工所掌握的重要信息和專業(yè)知識(shí)，以防止部落知識(shí)的災(zāi)難性損失？

Fig. 3 — Current methods rely on manual data entry andre-creation at each stage of the fl ow.（圖3 —當(dāng)前方法依賴于手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入并在流程的每個(gè)階段重新創(chuàng)建。）

圖4顯示了線束行業(yè)中典型的高級制造工程流程。首先，設(shè)計(jì)工程發(fā)布初始設(shè)計(jì)或工程更改成本和向客戶提供報(bào)價(jià)。接下來，設(shè)計(jì)主模板，然后是生產(chǎn)模塊和子裝配，有時(shí)需要它們自己的裝配板。接下來，工程師將設(shè)計(jì)整個(gè)線束的流程清單（BOP），將電線，接頭，雙絞線和所有剩余材料分配到其指定的設(shè)備或工作站。然后將BOP釋放到企業(yè)資源計(jì)劃（ERP）系統(tǒng)中。接下來是平衡和優(yōu)化最終裝配傳送帶，然后創(chuàng)建工作說明。

Fig. 4 — The high level manufacturing engineering fl owin the wire harness industry.（圖4 —高級制造工程線束行業(yè)的潮流。）

如今，在這些階段中的任何一個(gè)階段都可能會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)重新輸入產(chǎn)生的錯(cuò)誤，每個(gè)階段都需要豐富的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。在流程下游進(jìn)行的調(diào)整和校正必須手動(dòng)輸入上游，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)一致性。常規(guī)的線束制造方法容易受到零散過程的錯(cuò)誤以及工程師退休或離職時(shí)部落知識(shí)的流失的影響。其他關(guān)鍵問題包括成本核算不一致或不正確，模板設(shè)計(jì)或制造工藝設(shè)計(jì)欠佳，以及關(guān)鍵信息在車間的錯(cuò)放。這些會(huì)直接導(dǎo)致生產(chǎn)過程中的效率低下。結(jié)果，制造和總成本可能會(huì)超出對客戶的報(bào)價(jià)，并且會(huì)影響生產(chǎn)質(zhì)量。

基于模型的流程通過自動(dòng)化數(shù)據(jù)交換并為工程師提供跨域決策的訪問權(quán)限，統(tǒng)一了以前分散的設(shè)計(jì)和制造領(lǐng)域。以前由經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師掌握的部落知識(shí)是通過支持自動(dòng)化的集成設(shè)計(jì)規(guī)則來捕獲的，始終如一地指導(dǎo)所有工程師并檢查設(shè)計(jì)是否存在問題。

線束行業(yè)中數(shù)字化和基于模型的企業(yè)涉及三個(gè)關(guān)鍵方面（參見圖5）。首先是線束產(chǎn)品和制造過程的數(shù)字模型。線束和生產(chǎn)過程的數(shù)字模型共同構(gòu)成了數(shù)字孿生。自動(dòng)化是第二大支柱。現(xiàn)代的線束設(shè)計(jì)和制造解決方案可以使用資深工程師創(chuàng)建的設(shè)計(jì)規(guī)則，并將其用于自動(dòng)將數(shù)字線束和過程模型轉(zhuǎn)換為流程單，工作說明和其他輸出格式。同時(shí)將部落知識(shí)嵌入公司的生產(chǎn)流程中，以保護(hù)其免受員工流失。第三支柱是數(shù)據(jù)重用。無需重新創(chuàng)建或重新輸入數(shù)據(jù)，而是在基于模型的工程流中創(chuàng)建一次數(shù)據(jù)，并由所有上游和下游使用者最大程度地重用。

在數(shù)字世界中，公司創(chuàng)建了一個(gè)數(shù)字線程，其中從架構(gòu)和功能設(shè)計(jì)到物理設(shè)計(jì)，制造工程和售后服務(wù)的所有功能都可以使用相同的數(shù)據(jù)。在線束生命周期的每個(gè)階段，每個(gè)利益相關(guān)者可以使用相同的數(shù)據(jù)模型，并可以訪問在其他域中做出的決策。使用數(shù)字線程可以縮短設(shè)計(jì)周期，并且可以在過程中以更低的成本發(fā)現(xiàn)并解決問題。通過減少設(shè)計(jì)返工，數(shù)據(jù)重用可最大程度地降低成本并提高生產(chǎn)效率。

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▍將線束制造帶入數(shù)字時(shí)代

線束制造商關(guān)注組件的設(shè)計(jì)，工程模板，生產(chǎn)線平衡以及生成流程清單和工作簿。制造商也在更大的生態(tài)系統(tǒng)中運(yùn)作。他們通常必須與企業(yè)資源計(jì)劃（ERP）系統(tǒng)和制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）以及車間中需要連接的系統(tǒng)（例如，焊絲準(zhǔn)備和自動(dòng)測試設(shè)備）進(jìn)行交互。

數(shù)字化可以簡化從這些系統(tǒng)和過程中的數(shù)據(jù)到其他系統(tǒng)和過程的數(shù)據(jù)傳遞。自動(dòng)化進(jìn)一步提高了線束制造企業(yè)的效率。工程師指定設(shè)計(jì)規(guī)則來指導(dǎo)自動(dòng)化，并將部落知識(shí)嵌入到流程中。然后，自動(dòng)化利用產(chǎn)品和過程數(shù)字模型來完成各種任務(wù)，包括生成過程設(shè)計(jì)，計(jì)算成本以及為車間的組裝商生成文檔。數(shù)字孿生提供了模型，并且自動(dòng)化生成了下游所需的信息。

例如，隨著時(shí)間的流逝，線束制造商將確定用于設(shè)計(jì)連接器子組件的最佳程序。高級工程師可以輸入此過程的步驟，作為標(biāo)準(zhǔn)，可重復(fù)使用的規(guī)則和自動(dòng)化約束。第一步，這些規(guī)則可能會(huì)指示應(yīng)為各種拼接連接組創(chuàng)建模塊，然后將它們變成子組件。下一步可能是為所有帶有屬于同一車輛選件的電線的連接器創(chuàng)建模塊，然后為剩余電線數(shù)量最少的連接器創(chuàng)建模塊。最后，如果模塊在相關(guān)線束中包含所有電線，則在這些線束上包括絕緣材料和固定件。利用線束的數(shù)字孿生，高級線束工程軟件（例如Capital）可以根據(jù)線束的大小自動(dòng)應(yīng)用這些規(guī)則，在幾秒鐘或幾分鐘內(nèi)完成此任務(wù)。

在另一個(gè)示例中，設(shè)計(jì)規(guī)則可以使模板固定裝置的選擇，放置和其他因素自動(dòng)化（請參見圖6）。具有多年選擇和放置這些夾具經(jīng)驗(yàn)的高級工程師可以描述最佳夾具類型，放置和數(shù)量的準(zhǔn)則，并給出連接點(diǎn)，連接器和線束尺寸和長度。該軟件可以使用這些規(guī)則來自動(dòng)執(zhí)行固定裝置，鉆孔點(diǎn)和夾具的放置，從而極大地加快了模板的設(shè)計(jì)速度和準(zhǔn)確性。

此外，上游項(xiàng)目的延遲可以減少制造工程師生成工作指令的時(shí)間。如果說明遲到或細(xì)節(jié)不足，則車間的組裝商必須尋求其他指導(dǎo)。此外，指導(dǎo)不充分會(huì)降低成品線束的質(zhì)量，從而導(dǎo)致后期生產(chǎn)測試失敗。突然，關(guān)鍵錯(cuò)過了計(jì)劃交付的里程碑，并招致了意想不到的后期運(yùn)費(fèi)，以彌補(bǔ)損失的時(shí)間和良率。利用線束的數(shù)字模型和生產(chǎn)過程中，工程師可以自動(dòng)生成工作指令。工程師可以合并工作簿模板，庫和樣式集，以確保指示準(zhǔn)確并符合公司的工業(yè)化和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。它從線束的數(shù)字模型開始。最初，這看起來像是線束布局的“啞巴”圖，但是工程師們豐富了這種設(shè)計(jì)具有特定的組件，材料和其他數(shù)據(jù)，使其成為物理線束的數(shù)字模型。數(shù)字線束模型是線束工程基于模型的方法的基礎(chǔ)。

利用此模型，線束工程軟件可以生成極其豐富的工作指令，其中包括用于線切割的數(shù)據(jù)圖表，并且可以將此類數(shù)據(jù)直接輸入到線切割機(jī)械中。生成的工作說明還包括雙絞線，帶護(hù)套的多芯線和拼接雛菊鏈的圖表，以及使用線或空腔插頭預(yù)填充連接器的詳細(xì)說明。工程師還可以生成各種模板圖，以顯示車間操作員如何將子組件放置到板上。使用數(shù)字線程使之成為一個(gè)連續(xù)的過程，從頭到尾使用相同的數(shù)據(jù)進(jìn)行饋送，可以大大提高最終組裝過程的效率和準(zhǔn)確性。

Fig. 5 — The three key tenets of a model-basedenterprise: digitalization, automation and data re-use.（圖5 —基于模型的企業(yè)的三個(gè)主要原則：數(shù)字化，自動(dòng)化和數(shù)據(jù)重用。）

Fig. 6 — Design rules can help automate the placementand selection of formboard fixtures.（圖6-設(shè)計(jì)規(guī)則可以幫助自動(dòng)放置和選擇固定板夾具。）

Fig. 7 — In the future, each system on the shop floorwill connect digitally.

（?圖7 –將來，車間將進(jìn)行數(shù)字連接）

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▍未來的線束制作

未來，數(shù)字化和數(shù)字線程將使公司取得更大成就。傳統(tǒng)的車間從準(zhǔn)備材料開始，以通過線切割，線準(zhǔn)備，拼接和連接器進(jìn)行組裝預(yù)加載。然后，將線束組裝在模板上，技術(shù)人員執(zhí)行組裝后的任務(wù)。先進(jìn)的解決方案已經(jīng)可以自動(dòng)化流程清單的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，生產(chǎn)必要的工作簿以及生產(chǎn)模板。

展望未來，這些解決方案將與其他系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)集成（請參見圖7）。ERP系統(tǒng)將幫助管理線束制造的物料存儲(chǔ)，同時(shí)執(zhí)行制造系統(tǒng)（MES）可以在車間周圍提供工作簿，從車間收集和提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并基于該數(shù)據(jù)生成反饋，以幫助改進(jìn)流程和設(shè)計(jì)。從基于模型的計(jì)劃和仿真到集成制造系統(tǒng)，整個(gè)數(shù)字化過程都可以使線束制造商實(shí)現(xiàn)效率和生產(chǎn)率的顯著提高。具有連續(xù)數(shù)字線程的基于模型的工程方法可以幫助線束制造商將設(shè)計(jì)錯(cuò)誤減少50％，將報(bào)價(jià)至生產(chǎn)的周期時(shí)間減少30％，并將模板的設(shè)計(jì)時(shí)間減少多達(dá)85％。

▍在瞬息萬變的行業(yè)中蒸蒸日上

隨著新的汽車技術(shù)加快了整個(gè)行業(yè)中線束復(fù)雜性的增長，線束制造行業(yè)的結(jié)構(gòu)正在發(fā)生變化。當(dāng)今車輛電氣和電子含量的增加，將關(guān)鍵車輛功能的責(zé)任轉(zhuǎn)移到了線束上。從機(jī)械實(shí)現(xiàn)到電子實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)變，再加上越來越復(fù)雜的電子系統(tǒng)，意味著線束比以往更加復(fù)雜。隨著汽車公司爭奪市場競爭地位，對快速，高效生產(chǎn)線束的需求也在不斷增長。

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線束制造商面臨著因老齡化的勞動(dòng)力而失去寶貴的在職經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)的威脅。工程師退休或找到新職位時(shí)，他們會(huì)獲得有關(guān)公司流程和設(shè)計(jì)實(shí)踐的重要但不成文的信息。線束制造商必須以數(shù)字方式捕獲此信息，以告知和指導(dǎo)新進(jìn)員工并自動(dòng)執(zhí)行復(fù)雜的流程，這一點(diǎn)至關(guān)重要。為了在充滿挑戰(zhàn)的環(huán)境中生存和發(fā)展，線束制造商必須大大改變他們的方法。數(shù)字化是線束制造商的一項(xiàng)重要調(diào)整，可提供在動(dòng)態(tài)行業(yè)中生存所需的工具?；跀?shù)字模型的流程統(tǒng)一了以前分散的設(shè)計(jì)和制造領(lǐng)域，并通過集成設(shè)計(jì)規(guī)則捕獲了經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師所擁有的部落知識(shí)。為了滿足不斷變化的行業(yè)需求，線束制造商必須成為數(shù)碼企業(yè)。