摘要

為了提高安全性和舒適性，現(xiàn)代的乘用車、休閑車和商用車都配備了大量的電子功能和部件。例如，空調(diào)系統(tǒng)、車載信息娛樂系統(tǒng) (IVI)、自動化功能以及管理制動、轉(zhuǎn)向和油門控制的電子控制單元 (ECU)。這些電氣和自動化元素對車輛的價值有極大的影響力。此外，更高水平的自動駕駛、ADAS 和電動汽車的出現(xiàn)也增加了線束制造的復(fù)雜性。

汽車原始設(shè)備制造商 (OEM) 和線束制造商面臨的一個重大挑戰(zhàn)是，在從設(shè)計制造再到交付的過程中無法有效管理復(fù)雜線束。對此，理想的解決方案是起源于德國的 KSK 概念，翻譯過來就是 “客戶專用線束”。雖然這一概念已被業(yè)界認可，但是隨著線束制造商的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，傳統(tǒng)的 KSK 數(shù)據(jù)同化方法可能很快遭到市場淘汰

線束總成分解：

布線系統(tǒng)是一個復(fù)雜的總成，由連接車輛中所有電氣 / 電子部件的多個線束組成。布線系統(tǒng)在執(zhí)行器、傳感器和 ECU 之間傳輸動力和信號。由于當(dāng)今車輛的定制化水平，現(xiàn)代布線系統(tǒng)的設(shè)計可以支持無數(shù)種配置。

此外，隨著汽車制造商不斷增加越來越先進的新型車輛功能，布線系統(tǒng)的復(fù)雜程度也日益增加。一個典型的布線系統(tǒng)可能包含 10,000 個單獨的零件編號（圖 1）。制造商必須考慮所有可能的車輛配置，這些配置可能由數(shù)百萬種組合構(gòu)成。在制造這些復(fù)雜系統(tǒng)的同時，企業(yè)還必須滿足緊迫的時間要求、遵循嚴格的質(zhì)量要求，并盡可能地降低線束的成本和減輕線束重量。

西門子先進的電氣系統(tǒng)和線束工程解決方案可賦予企業(yè)強大的能力，有助于提高工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT) 時代的盈利能力。我們可以為 OEM 和線束制造商提供特定業(yè)務(wù)的解決方案和生產(chǎn)優(yōu)化。

圖 1. 布線系統(tǒng)的組件

線束制造的方法主要有三種：

?KSK 法：根據(jù)單獨的模塊清單制造，并有單獨的零件編號

?變體法：每個線束類型具有多個變體，并且每種類型有多個零件編號

?標準法：每個線束類型只有一個變體，并且每種類型只有一個零件編號

以上每種方法都在內(nèi)容廢棄和復(fù)雜性方面進行了取舍，內(nèi)容廢棄是指汽車中未使用的線束材料，而復(fù)雜性是指一個線束系列產(chǎn)生的變體數(shù)量。KSK 法的廢棄率為零，但復(fù)雜度高，變體法的廢棄率低，而標準法的廢棄率高但復(fù)雜度低。

在過去 25 年中，KSK 獲得了長足發(fā)展，擴展到了全球范圍內(nèi)所有汽車類別和線束類型。KSK制造方法的成功在于其高水平的效率和靈活性、可控的物流和規(guī)劃，并且能夠生產(chǎn)出獨一無二的產(chǎn)品。此外，該方法可謂零廢棄，不會造成材料浪費，從而提高了可持續(xù)性，即只生產(chǎn)必需品。KSK 法還引入了無限數(shù)量的變體、理想在制品 (WIP) 的受控物流、靈活的銷售策略、可修改的生產(chǎn)計劃和模塊化更改管理，并且最終客戶可以根據(jù)物流窗口更改汽車內(nèi)容。

但是，由于 KSK 十分復(fù)雜，因此要求從報價請求 (RFQ) 到生產(chǎn)的各個階段，各學(xué)科之間要有強有力的溝通、相互一致的數(shù)據(jù)和強大的數(shù)據(jù)流。這是該行業(yè)的關(guān)鍵成功因素，線束制造商必須設(shè)法消除所有重要業(yè)務(wù)部門之間的孤島，以建立成功的 KSK 制造模式 / 系統(tǒng)。

KSK工程

在KSK制造方法中，線束是利用模塊制造的。在KSK制造中有三類模塊：

?基礎(chǔ)模塊：這些模塊在所有線束中都相同

?必備模塊：每個線束必須至少包含一個組

?可選模塊：這些模塊能夠?qū)崿F(xiàn)靈活的汽車配置

根據(jù) OEM 的策略，模塊化概念有多種。線束的模塊化概念和大小將決定功能模塊的數(shù)量。但是，每種車輛功能一般都有自己的功能模塊。其中重要的因素是要為每個獨特的線束模塊組合正確分配材料，組件不得重復(fù)或缺失。因此，準確及時地配送原料是 KSK 制造中的一大難題。

圖 2 是日常線束生產(chǎn)示例。每個線束都是獨一無二的，圖中的數(shù)字是生產(chǎn)量和大約 200 條獨特束的組裝時間。OEM 可以生產(chǎn)幾輛相同的汽車，但是如果三輛汽車有三個不同的生產(chǎn)編號、功能和生產(chǎn)時間，那么就有三個不同的線束。OEM也可能制造功能內(nèi)容相同、但生產(chǎn)時間和線束編號不同的同款汽車。此外，現(xiàn)代汽車包含多個線束系列，如車身線束、發(fā)動機線束和車門線束，進一步增加了生產(chǎn)和交付完整準確線束的復(fù)雜性。KSK 概念最終會實現(xiàn)更高的產(chǎn)品靈活性，但是需要智能數(shù)據(jù)管理解決方案。

圖 2. 日常線束制造

數(shù)據(jù)驅(qū)動的 KSK 生產(chǎn)設(shè)計

用于構(gòu)建線束的功能模塊通常大小不一，而且布線路徑可能復(fù)雜且很長（圖 3）。因此，圍繞功能模塊組織線束生產(chǎn)并不是最佳選擇。線束制造商可以使用先進的線束工程軟件實現(xiàn)生產(chǎn)模塊化、開展設(shè)計規(guī)則檢查 (DRC)、價值分析和價值工程 (VAVE) 活動等，以此創(chuàng)建生產(chǎn)模塊，從而解決這一問題。這些生產(chǎn)模塊支持高效生產(chǎn)，同時不會限制靈活性，并密切關(guān)注更改管理。制造軟件用于支持生產(chǎn)模塊、線束分析、流程清單 (BOP)、成形板準備和裝配操作員的作業(yè)指導(dǎo)說明等。

圖 3. 不同大小的 KSK 線束功能模塊

圖 4. 采用生產(chǎn)模塊的 KSK 生產(chǎn)線概念

生產(chǎn)線的概念在整個工作站上劃分到各個生產(chǎn)模塊，從而可以毫不延誤地開始各個訂單的生產(chǎn)。系統(tǒng)可以顯示每個生產(chǎn)模塊所特有的數(shù)據(jù)和說明，讓操作員根據(jù)您的生產(chǎn)方法逐步操作整個過程。生產(chǎn)線的末端將生產(chǎn)出一個獨特的標簽以及與之相關(guān)的成品線束，該標簽可隨時向下游傳遞。

這種生產(chǎn)線平衡過程固定了操作員在每個生產(chǎn)線工作站的工作量。因此，整條線束生產(chǎn)線可在指導(dǎo)下實現(xiàn)一目了然的任務(wù)平衡。制造工程師可以快速準確地分配各個工作站的任務(wù)，以分析多種假設(shè)場景。線束制造商通過該軟件實現(xiàn)過去手工和勞動密集型流程的自動化，從而盡可能地提高生產(chǎn)效率和降低成本。

工程師可以將 Line Balancer 和汽車 E/E 系統(tǒng)的其余部分和線束工程流程相集成，創(chuàng)建一個數(shù)字線程，串聯(lián)起車輛定義、制造計劃和執(zhí)行。該軟件可用于從 BOP 中提取所需的裝配任務(wù)，為工程師提供完整的新信息，助力工程師據(jù)此分配資源并規(guī)劃生產(chǎn)。當(dāng)工程師對平衡方案感到滿意時，他們就可以將其推回到產(chǎn)品 BOP，BOP 會自動更新任務(wù)，實行工作站的正確分配。然后工程師可以使用這些 BOP 為制造車間生成特定工作站的作業(yè)指導(dǎo)說明。

圖 5.KSK 生產(chǎn)線的末端

盡管十分復(fù)雜，但 KSK 生產(chǎn)方法可以支持任何數(shù)量的線束變體。這種生產(chǎn)靈活性是定義 KSK 生產(chǎn)概念時極為重要的元素。另外，KSK 方法可以靈活調(diào)整，以契合待支持的車輛項目的具體需求和情況。

KSK 可以使用的生產(chǎn)方法有：

? 只使用子裝配件

? 從小型連接器開始

? 從大型連接器開始

為了選擇優(yōu)質(zhì)方法，在確定生產(chǎn)概念時必須考慮到所有項目情況：

? 模塊化下的線束設(shè)計

? 取決于生產(chǎn)時間和產(chǎn)量的物流條件

? 生產(chǎn)地區(qū)：線束制造約有 80% 是手工勞動，并非所有國家 / 地區(qū)都有相同的工作方式

圖 6. 項目情況評估

由于 KSK 制造的復(fù)雜性，企業(yè)務(wù)必在生產(chǎn)系統(tǒng)的定義、設(shè)計、實施和監(jiān)測中收集和充分利用數(shù)據(jù)。這包括訂單量和組合、生產(chǎn)時間、原料配送等方面的預(yù)測數(shù)據(jù)。

物流：

一個最重要的規(guī)劃參數(shù)就是預(yù)測數(shù)據(jù)。根據(jù)功能模塊預(yù)測做出的預(yù)估生產(chǎn)計劃會提供給線束供應(yīng)商。線束供應(yīng)商利用這一數(shù)據(jù)訂購原料和安排生產(chǎn)。圖7顯示，預(yù)測數(shù)據(jù)和最終訂單之間可能存在明顯偏差。可選模塊訂購數(shù)量的偏差比基礎(chǔ)模塊的偏差更為明顯。

因此企業(yè)務(wù)必保證數(shù)據(jù)準確，并定期監(jiān)控這些數(shù)據(jù)以便制定正確的生產(chǎn)計劃。企業(yè)可基于這些數(shù)據(jù)進行投資額計算、資源利用、原料周轉(zhuǎn)、報價請求 (RFQ) 等方面的生產(chǎn)仿真；還可以評估各種場景以提高生產(chǎn)效率，下達正確的訂單并跟上原料配送進度。

圖 7.KSK 模塊預(yù)測

圖 8. 典型訂購過程

圖 8 是汽車 68001 示例。下午 1:30，線束供應(yīng)商收到 OEM 的訂單數(shù)據(jù)，線束生產(chǎn)過程隨即開始。為了保持 OEM 的生產(chǎn)進度，OEM 工廠或物流中心必須收到生產(chǎn)時間和運輸時間，并在汽車生產(chǎn)開始前 24 小時收到線束。從收到配置訂單到在 OEM 處安裝線束之間的時間間隔稱為物流窗口時間。由于每個線束都是復(fù)雜制造流程中的一個獨特組件，所以不同線束的物流窗口時間可能存在很大差異。

所以，對線束供應(yīng)商而言，從嚴管理物流窗口時間以確保準確和準時交貨至關(guān)重要。即使只缺少一個部件也可能導(dǎo)致整條汽車生產(chǎn)線停工。線束必須按時并按正確的順序到達客戶的工廠，而且并不是所有的 OEM 都會要求相同的物流條件。因此，線束供應(yīng)商在設(shè)計其生產(chǎn)概念時必須考慮到每個客戶的具體條件，這一點十分重要。供應(yīng)商還應(yīng)與客戶溝通他們在線束生產(chǎn)和物流方面的具體情況。例如，在實施重大工程更改過程中，供應(yīng)商應(yīng)與客戶確認具體的物流條件。

IT 環(huán)境：

IT 環(huán)境是 KSK 項目的基礎(chǔ)，也是項目成功的基礎(chǔ)。IT 是我們到目前為止所討論的所有內(nèi)容（設(shè)計、工程、生產(chǎn)、物流等）的基本支撐。對于線束制造商，IT 環(huán)境主要包含三類數(shù)據(jù)：

?項目數(shù)據(jù)— 例如，啟動數(shù)據(jù)、生產(chǎn)量或線束設(shè)計數(shù)據(jù)

?標準數(shù)據(jù)— 生產(chǎn)方法或過程時間

?產(chǎn)出數(shù)據(jù)— 效率水平或日產(chǎn)量

圖 9.KSK 生產(chǎn)中大數(shù)據(jù)的日常生成和使用

KSK 生產(chǎn)每天都會生成并使用大量數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)對于生產(chǎn)系統(tǒng)的有效運行至關(guān)重要。但是，僅有數(shù)據(jù)還不夠。線束制造商必須能夠快速收集數(shù)據(jù)、分類和篩選出基本數(shù)據(jù)，加以分析以挖掘生產(chǎn)過程的洞察。

我們可以憑借西門子的專用軟件解決方案，如 CAPITAL 軟件，與 OEM 和線束制造商合作實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計、產(chǎn)品和制造工程。該軟件是西門子旗下綜合性、集成式軟件和服務(wù) Xcelerator 產(chǎn)品組合的一部分。該軟件可用于模塊化、生產(chǎn)模塊準備、裝配板優(yōu)化、時間計算、生產(chǎn)線平衡、更改管理、標準作業(yè)指令和生產(chǎn)報告等任務(wù)。Tecnomatix 產(chǎn)品組合可用于虛擬仿真、分析和可視化生產(chǎn)設(shè)計。借助該產(chǎn)品組合，制造商可在生產(chǎn)線建成之前就進行生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化。這些仿真還能用于正在運行的生產(chǎn)線而不中斷生產(chǎn)，從而基于實際運行數(shù)據(jù)推動生產(chǎn)線或工廠的進一步優(yōu)化。

此 外，Teamcenter 軟 件 等 產(chǎn) 品 生 命 周 期 管 理 (PLM) 解決方案可管理車輛配置及其相關(guān)的線束和線束模塊，從而在整個供應(yīng)鏈中實現(xiàn)連續(xù)的數(shù)字線程。PLM 環(huán)境還支持在系統(tǒng)、領(lǐng)域和合作伙伴組織之間進行快速、準確和安全的數(shù)據(jù)交換。

結(jié)語

為滿足當(dāng)今汽車行業(yè)對先進電子功能、ADAS、自動駕駛、電氣化和大規(guī)模定制的需求，高效優(yōu)化線束制造的解決方案必不可少。而 KSK 解決方案可以使制造商以高效率和高度適應(yīng)性來應(yīng)對這種復(fù)雜性。憑借 KSK 的靈活性、有序規(guī)劃和可持續(xù)性，制造商能夠滿足快速時間要求，同時優(yōu)先滿足質(zhì)量要求并盡可能地降低額外成本。

審核編輯 ：李倩