汽车线束制造工艺管理 总监, 开发, 国际, 电子, 汽车

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关键词： 线束 , 工艺管理

撰稿人：Nick Smith，明导国际集成电气系统部门的业务开发总监 线束是飞机和汽车等现代交通工具中至关重要的组件，负责各种电气及电子设备之间的电力分配和信号传输。其价格也不菲：在一辆现代化的汽车中，整套线束是仅次于动力系统的最贵的组件。因此线束制造商一直在努力降低成本。 线束制造在逻辑上非常复杂。每个线束包含几百甚至上千个组件，经过一系列操作最终组成成品。通常来说，每个线束的制造必须在一系列配置上能够反应每辆车的可选内容。在这个行业，设计变更可谓家常便饭，因此很难凭经验去做优化。 这些因素给线束制造工程师和生产计划员带来了真正的挑战，他们必须确定在哪里、如何制造产品以及制造什么样的产品。他们必须为每种线束设计找出一种高效的装配模式，并建立必要的数据来驱动“企业资源规划”(ERP) 系统，从而管理库存和组件采购、安排在制品相关时间表 (WIP)，等等。这项活动一般称为“制造工艺管理”(MPM)。 不幸的是，目前几乎没有线束制造工艺管理软件应用来为制造工程师和生产计划员提供相关帮助。虽然也有一些内部应用，但是使用最多的还是特别设计的手动方法，最多也就是有电子表格宏协助一下。本文讨论的是新一代线束制造工艺管理软件背后的原则，以及更有效的制造工艺管理所带来的益处。 有层次的装配 除了原型等数量较少的组件以外，线束的组装通常要遵循一定的步骤顺序，而不是一系列基本组件的单独操作。 比如，导线必须切割成长度合适的小段、剥掉外皮然后压接端子。这三个任务一般可以由一个单独自动化操作完成，并且通常将算作在制品库存，甚至可能被赋予一个内部零件编号。一些被加工过的导线随后可能又会重新被结合在一起，构成一个小的子组件，再次成为一个拥有自身零件编号的独特在制品组件。需要注意的是，子组件实际上可能与另一个看似无关的线束中使用的子组件完全相同。各种不同的子组件和其它组件随后可能被组合在一个工装板上。压好端子的导线插入连接器孔、包扎线束然后添加附件。最后将对线束进行测试，然后装箱待发。 这里说的重点就是线束装配要遵循一系列有序的步骤。此外，这样的顺序背后是有着工业逻辑的：比如导线在没有压端子之前就不能插入连接器。 因此，每项线束设计都可分解为一系列有序的制作步骤进行，每个步骤都会使用到组件或子组件，并产生新的子组件，直到线束制作完成。物料结构清单便是该分解分析的一项重要结果，它能够反映有序过程，与那些只需要根据线束设计就可以计算出来的没有层次结构的物料清单有着明显的区别。图1为简单线束的分层原理示意图。 图1：通过分层安装步骤完成线束的制作 也就是说，除了最简单的线束之外，所有其它线束均可以不同的方式进行拆分。因此，制作方法不仅要可行，而且还要精良。这不仅取决于线束设计（例如：是否使用末端或中间剥皮段焊接?），还要取决于工厂能力（例如：我们是否能够自动处理大截面尺寸蓄电池电缆？）。良好的决策甚至取决于优化目标（例如：尽可能降低成本或减少周期时间？）。 鉴于设计复杂性、配置复杂性、高变更率和各不相同的工厂能力的挑战，我们可以很快认识到这项工作的难度。线束 MPM 软件可以解决这一问题！ 流程概述 图2：设计——制作工艺管理——企业资源规划流程概述 图2对该流程进行了详细的描述。尽管原理简单，但有效的执行还需要大量的专业知识和经验。主要步骤包括： 以数字化模式将即将制作的线束保存在电脑中（数字描述）。功能强大的设计软件可以对线束进行详细而准确的数字描述，而且还可以对配置复杂性和设计变更进行有效管理。线束设计软件可以创建详细准确的物料清单，并对分支配置等线束结构进行描述。现代线束设计软件包括明导的 Capital HarnessXC、Capital ModularXC 和 VeSys Harness 产品。 再以数字化模式将工厂加工能力保存在电脑中。加工能力包括针对切割/剥皮/压接设备的最大和最小线束测量、焊接设备所允许的最多导线数和创建连接器子组件的参数选择。这些数字描述都应保存在线束 MPM 软件中，既要简单以方便保存，也要足够详细以实现制作流程模型自动化：详见步骤4. MPM 应用可以获取线束设计数据。如果线束设计软件厂商还提供 MPM 软件，工作就简单很多，这是因为设计数据的含义、丰富性和完整性都能够得到确保。在明导的 Capital 软件套件等以数据为中心的环境中，本身不是线束设计组成部分的资料库组件等额外数据可以自动甚至有条件地被添加以辅助流程管理自动化。 为制造工艺的每一步操作计算出符合参数和条件的相应物料结构清单。这一步骤是制造工艺管理的核心。至关重要的是，引导这一分析的可配置规则需要通过制造工艺管理软件获取。除了出厂性能之外，这些规则也是线束制造商的制造知识产权。必须积极可靠地获取这些规则：如下。       使分解分析实现自动化的技术可被用作特定域推理引擎。该推理引擎了解线束装配的工业用逻辑，从而只计算适用的子组件。       针对制造模式的计算可带来对线束装配工艺（尤其是物料结构清单）的多层次描述。就这点而言，鉴别适用于多个线束设计的子组件也很重要。这一能力可通过规模经济和机器使用等对制造成本产生巨大影响。       制订多层次物料清单后，制造工程师将尤其需要查看结果，也许需要通过交叉突出线束设计图中的子组件使输出量可视化；以及做出必要的改动或添加，在子组件号生成/普通化前完成任务。必须保留这样的手动工作，以便再用于以后的设计修改。 多层次物料结构清单现用作线束制造商另一核心应用企业资源规划的动力。幸运的是，推进企业资源规划的数据在各企业资源规划系统厂商之间相对普通化：从MPM中输出可被ERP系统读取的数据是简单可行的。此外，人们可以想象使用MPM的数据作为其他领域的输入，例如，生产活动中的符合人体工程学的建模。       请注意，术语物料需求规划 (MRP) 及其外延词制造资源规划 (MRP II) 有时仍用于描述企业资源规划下的一些具体活动。 最后企业资源规划系统可计算出推动运营所需的工作订单和组件采购订单。作为题外话，步骤1开发的丰富线束设计数据可作其它用途，推动线加工机等生产设备以及自动测试台，从而进一步简化整体工作流。 这一描述对线束设计自动分解分析（目的是制订物料结构清单）可如何完成进行了解释。但尽管确实可使用大量的自动化，容许灵活性还是很重要。例如，由于维护、修理或升级导致生产设备无法使用；可能会发现工艺安全问题；或可能会实现最佳制造模式能力。这些可能发生的事需要工艺定义存在一定的灵活性，因此，授权工作人员应可能跳过自动生成的制造模式。也应可能保持并重新应用这样的“跳过”，从而不丢失任何增值工作。 知识产权；内部应用与商用现货软件的对比 这又引发了知识产权的获取和保护问题。这个问题很关键，因为工厂的生产能力（如定制设备）和流程逻辑是线束制造商竞争力的核心保障。现代线束 MPM 软件为全面而安全地获取知识产权提供了基本架构。尤其是推动分解逻辑的规则是依据一组用于获取制造商知识产权的模板制定而成的，请参阅图3。这些模板专用于线束制造。将这些规则结合起来，形成了用于线束设计分析的全面的规则集。必须指出的是，这些规则是线束制造商的专有财产。通常由一名授权的“规则管理人”来建立这类规则。一旦建立，只需要适当的维护即可，例如新工厂的建立或加工能力的改进都可以运用这些规则。 需要注意的是，这一范例改变了至少部分制造工程/生产规划人员的工作职能。有些人，通常是技术最精湛的，从专注于单一的线束工作转为利用自身专长来创建规则集以应用到多个线束。实际上，他们要充分利用这种专业知识来获取可重复使用的知识产权。 图3：灵活获取知识产权 上述架构可看成一个可扩展、可定制、以规则为基础的框架。因为工厂的说明和规则是灵活且专有的，可以用来扩展或定制核心 MPM 软件。核心软件可以提供用户界面、推理机制、数据访问和输出以及可配置的零件编号分配等。这也有利于人们将直接运用商用现货 (COTS) 软件与开发内部应用进行对比分析。 当然，人们倾向于开发内部应用，这类应用会对商业敏感的业务领域直接或通过付费转包商产生影响。因此，内部软件更加利于获取知识产权。 然而，上述可扩展架构在获取知识产权的同时，还能充分运用 COTS 软件的优势。这些优势可归纳为： 降低成本：由商用软件供应商承担开发和维护费用，用户规模更大，同时还可赚取利润。 尽量避免受限于落后的模式：商用软件供应商可以吸收各种新的输入。 将资源集中在核心业务上：对线束行业来说，软件开发并非核心业务。 从印刷电路板设计到平面艺术等不同行业已经对这些问题展开了反复讨论。而结果都是相同的：COTS 软件（具备或不具备可扩展架构）将占支配地位，整个行业的效率得到提升。 高效的线束 MPM 软件的优点 乍看之下，高效的线束 MPM 软件的主要优点似乎是为制造工程师和生产计划员节省了时间和成本。这项艰巨的任务在很大程度上实现自动化，除了决定制造模式之外，还包括分配在制品零件编号等辅助任务。 当然，这确实是一个重要的优点，但实际上还有很多其它优点。其中包括（大体上按重要性降序排列）： 根据捕捉到的 IP 进行系统化的线束设计建模（视生产能力而定），而不是依靠多名专业水平参差不齐的人员，降低制造成本。有关生产什么、在哪里生产、如何生产的问题都可以迎刃而解。 创建能够准确反映优化后制造模式的多层物料清单，降低制造成本。 确定通用子组件，降低制造、库存和废弃成本。这样便能实现规模经济，避免重复浪费。 避免数据重复录入，缩短纠错和验证时间。确保从线束设计环境到制造过程中的数字连续性。这在需要频繁更改设计的情况下显得尤为重要。 及早确定资源需求（例如新工具），避免危急状况。 系统化捕捉和运用 IP，降低员工培训成本。当工厂搬迁，一些关键的有丰富工作经验的员工很容易就流失，此时这就显得非常重要。 系统化捕捉数据，为基于愿景的制造业务做出的投资决策提供支持。 提高企业的预见性。例如，在报价阶段的预见性，这可以通过系统化的制造能力的建模来获得。 所有这些优点为购买和部署现代化 MPM 技术的线束制造商带来了丰厚的投资回报，以捍卫其在这个竞争激烈的行业中的地位。 结论 线束制造工艺管理是一项智力要求较高的工作，对供应商的盈利能力起着至关重要的作用。成本削减压力始终不减，而随着行业日趋全球化，大规模定制时代全面到来，所面临的挑战将会越来越多。到目前为止，商业软件厂商尚未能很好地满足线束制造工程师和生产计划员的需要。驱动 ERP 系统所需的数据为手动创建，或通过维护代价高昂的内部应用创建，容易形成定式并导致公司无法集中精力于主营业务。 但如今出现了新一代线束制造工艺管理工具，在很大程度上能够自动完成关键任务，同时全面保护知识产权。这些软件拥有很多优点，为汽车、工程车辆、航空航天、国防或需要用到线束（最简单线束除外）的行业供应产品的线束制造商均可采用。 明导的 Capital Harness MPM 是一款专为线束制造业开发的 COTS 软件产品（见图4）。它拥有上述所有特点。 了解关于明导及其 Capital 工具集的更多信息，请访问：www.mentor.com/electrical 图4：Capital Harness MPM 与 Capital HarnessXC 结合使用 关于李荣跃 李荣跃于2011年加入Mentor Graphics，任集成电气事业部（IESD）中国区技术市场资深工程师。此前曾长期任职于国内知名线束厂商的线束开发部门，具有丰富的线束开发与设计经验。