模塊化/KSK 線束自動(dòng)化設(shè)計(jì)

為線束產(chǎn)品構(gòu)建超級(jí)數(shù)據(jù)集合是一種有效的常用方法。對(duì)線束制造商，尤其是今天的汽車行業(yè)來說，用電腦設(shè)計(jì)工具自動(dòng)為集合生成多個(gè)不同線束已經(jīng)很常見了。當(dāng)消費(fèi)者需求、新技術(shù)和新規(guī)定的影響開始導(dǎo)致配置管理難以控制時(shí)，對(duì)管理復(fù)雜性的需求突顯出來，這種方法也應(yīng)運(yùn)而生。這種超級(jí)數(shù)據(jù)集合方法幫助線束制造商大大提高了業(yè)務(wù)效率，也為原始設(shè)備制造商改善了供應(yīng)鏈關(guān)系。

然而這并不是降低復(fù)雜性的唯一方法。一些現(xiàn)代化線束設(shè)計(jì)工具還帶來了一種模塊化的線束工程設(shè)計(jì)方法。術(shù)語“KSK”是“客戶定制線束”的德語縮寫，指的是模塊化設(shè)計(jì)的一種。雖然不同的人對(duì)“模塊”和“模塊化”有不同的定義，但功能模塊和相對(duì)應(yīng)的技術(shù)模塊的成對(duì)概念已經(jīng)在供應(yīng)鏈的上下游盛行開來。在制造業(yè)中，生產(chǎn)模塊可提高生產(chǎn)過程的效率并帶來規(guī)模經(jīng)濟(jì)。

復(fù)雜性可控嗎？

復(fù)合超級(jí)數(shù)據(jù)集合使設(shè)計(jì)人員能夠進(jìn)行自動(dòng)化的線束工程設(shè)計(jì)，并生成有關(guān)主線束和所有相關(guān)衍生線束的完整的物料清單 (BOM) 報(bào)告。設(shè)計(jì)人員制作出一個(gè)數(shù)據(jù)集合，并用電腦為各個(gè)線束部件創(chuàng)建正確編號(hào)。和以部件編號(hào)為中心的方法相比，這種復(fù)合數(shù)據(jù)超集方法更勝一籌，其優(yōu)勢歸納如下：

* 只需單項(xiàng)數(shù)據(jù)輸入就可以進(jìn)行線束和所有衍生線束的自動(dòng)化設(shè)計(jì)。這確保了最終產(chǎn)品的質(zhì)量和一致性，如果需要更改設(shè)計(jì)，也能縮短重整改正的時(shí)間；
* 使用自動(dòng)化規(guī)則驅(qū)動(dòng)計(jì)算，可準(zhǔn)確估算出每一個(gè)可造生產(chǎn)部件的成本；
* 對(duì)定義和衍生品進(jìn)行系統(tǒng)化地限定，可以減少物流和庫存方面的問題。

當(dāng)然總要權(quán)衡各個(gè)方面。對(duì)復(fù)合設(shè)計(jì)而言，這種方法需要假設(shè)有足夠數(shù)量可行的產(chǎn)品配置。事實(shí)上，可能性會(huì)有幾千種以上。圖1對(duì)這種情況做了簡單描述。

 

圖1：標(biāo)準(zhǔn)套件和贈(zèng)品有助于降低配置的復(fù)雜性。

此例中，垂直軸包含了影響復(fù)雜性的三層選項(xiàng)（如圓圈數(shù)字所示）?？蛻艨捎嗁彽呐渲脭?shù)量最多可達(dá)到8種。現(xiàn)實(shí)中可能會(huì)有更多層的選項(xiàng)，每一層選項(xiàng)代表配置總數(shù)乘以2，配置數(shù)量逐層增加。原始設(shè)備制造商和他們的一級(jí)線束供應(yīng)商不斷尋求解決方法來減少他們必須支持的配置種類。

將可選配置納入固定套件配置也是一個(gè)減少配置數(shù)量的常用方法。如圖1所示，可以考慮根據(jù)右座駕駛 (RHD) 市場的需求將可選防抱死制動(dòng)系統(tǒng) (ABS) 列為標(biāo)準(zhǔn)化配置。這可以一次性將配置數(shù)量從8減少到6，如“-ABS”下方的灰色變體所示。巧妙地將可選配置捆綁到一起可以降低復(fù)雜性，但這限制了終端消費(fèi)者的選擇范圍。

控制配置數(shù)量急劇增加的另一個(gè)方法就是直接贈(zèng)送一些布線內(nèi)容；也就是將其包含在某些特定的配置中，無論客戶有沒有訂購。這種方法（見圖1）將配置數(shù)量進(jìn)一步降至5個(gè)。通過這種方法，同一個(gè)線束零件編號(hào)可適用于帶有或不帶有霧燈的配置，因?yàn)閮煞N配置中都有布線（霧燈不在贈(zèng)送范圍內(nèi)）。這雖然增加了線束系統(tǒng)的成本，但有時(shí)候不得不做出這樣的折中；降低復(fù)雜性所節(jié)省的費(fèi)用要大于免費(fèi)贈(zèng)送材料產(chǎn)生的成本。圖1可以總結(jié)為，藍(lán)色方塊表示客戶可以訂購的配置，黃色方塊表示可提供的布線內(nèi)容。
這種復(fù)合超級(jí)集合概念在一定程度上提供了方便的復(fù)雜性管理方法。但是由于預(yù)封裝選項(xiàng)存在限制，大多數(shù)企業(yè)都盡量避開此類免費(fèi)贈(zèng)送。理想的解決方案就是設(shè)計(jì)建立一個(gè)由可以分解成客戶定制配置，從而滿足各種功能要求的元素組成的超級(jí)集合。

向模塊化未來邁進(jìn)

原始設(shè)備制造商和一級(jí)供應(yīng)商都在不斷實(shí)現(xiàn)流程現(xiàn)代化，以應(yīng)對(duì)復(fù)雜性這一難題。各類企業(yè)為此都制定了自己的措施：

* 原始設(shè)備制造商需要一個(gè)能讓他們在不必支付過多成本和增加復(fù)雜性的同時(shí)還能增加終端用戶功能組合的流程。
* 一級(jí)供應(yīng)商需要一個(gè)能快速準(zhǔn)確追蹤并估算他們按照合同將提供的線束散件編號(hào)的方法。

這兩類企業(yè)越來越多使用基于模塊化概念的線束架構(gòu)和流程。通過這種方法，主線束不會(huì)衍生大量成品線束（與合成方法一樣），而是生成可以被組合的模塊化組件（見圖2）。理想情況下，這些組件可以被整合到成品線束中，為特定的可能是獨(dú)一無二的配置提供支持，即便贈(zèng)送材料微乎其微或根本沒有。

當(dāng)然，這種模塊化方法也存在挑戰(zhàn)。原始設(shè)備制造商必須有辦法能夠輕松確認(rèn)模塊及其之間的關(guān)系，這里的“關(guān)系”（打個(gè)比方）可能指模塊之間的不兼容性或一個(gè)模塊決定另一個(gè)模塊是否存在。對(duì)線束供應(yīng)商而言，他們必須確保每個(gè)模塊物料清單的準(zhǔn)確性，精確評(píng)估功能性模塊層的成本和材料分配，其中包括“額外的”材料或操作。這些可能隨著主線束內(nèi)容和模塊組合的不同而有所變化。

 

圖2：一個(gè)主線束可以分解成半成品組件模塊，圖中的這些模塊通過模塊1中的連接器來保持他們之間的關(guān)系。

深入了解模塊化過程

如圖2所示，模塊化過程必須支持半成品組件。模塊2和3中的電線在終點(diǎn)被分配至模塊1中的連接器。出現(xiàn)這種情況，可能有兩個(gè)原因：

1. 模塊1屬于始終存在的“核心”元件，以便來自模塊2和模塊3的導(dǎo)線有終點(diǎn)可去，或者 …
2. 模塊1由模塊2和3控制

需要注意的是，圖2中的線束進(jìn)行了簡化，實(shí)際產(chǎn)品可能更加復(fù)雜，擁有許多模塊化元素。由于材料最終將組裝進(jìn)成品中，這個(gè)過程必須保持分布在幾個(gè)或多個(gè)模塊中組件間的關(guān)系。模塊化過程必須考慮進(jìn)組合模塊的影響，如線束周圍的配管和捆扎等因素。

定義一個(gè)模塊化線束系統(tǒng)的過程包括4個(gè)不同階段。首先需要電氣系統(tǒng)數(shù)據(jù)和必要的線束分割信息，接下來需要：

1. 確定模塊代碼和它們之間的關(guān)系，包括表示出排他/相容關(guān)系等。例如，必須為支持低音炮的模塊（作為消費(fèi)者的可選功能）設(shè)定一個(gè)相容的音頻系統(tǒng)模塊。
2. 指定模塊代碼來區(qū)分主線束范圍內(nèi)的導(dǎo)線。這是分配所有其它材料至其所參與模塊的第一步。
3. 分配所有其它材料至各自模塊。“材料”包括連接器和包扎物以及附屬的零件，如端子、密封圈和插頭。在這一步，模塊關(guān)系邏輯指導(dǎo)著每個(gè)分配的先后順序。例如，如果一個(gè)連接器只包含模塊代碼相同的導(dǎo)線，功能模塊分配工具將按照導(dǎo)線代碼進(jìn)行分配。但是如果連接器包含不同代碼的導(dǎo)線，這個(gè)工具則必須考慮核心模塊特性、優(yōu)先順序以及相容/排他關(guān)系，并在適當(dāng)?shù)那闆r下建立技術(shù)模塊。
4. 定義技術(shù)模塊。不可能每次都能將所有東西部署在現(xiàn)有的模塊中。例如，可能存在一個(gè)接頭連接著屬于多個(gè)功能模塊的導(dǎo)線，那么這個(gè)接頭的配置則取決于用在終端產(chǎn)品中模塊的準(zhǔn)確組合。解決方法就是一些也被稱作“最后組裝模塊”的技術(shù)模塊。它們是多個(gè)功能模塊共享材料的集中點(diǎn)。技術(shù)模塊還有助實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的成本核算，包括額外的組裝材料和時(shí)間。

在整個(gè)工程設(shè)計(jì)和制造過程中，無論是線束/衍生線束還是模塊化設(shè)計(jì)方法都不能使用戶局限于一個(gè)選擇。原始設(shè)備制造商和供應(yīng)商可以根據(jù)企業(yè)的商業(yè)模式和終端用戶需求選擇其中任何一種，如圖3所示。

“生產(chǎn)模塊”類別見圖3。它描述了為了制造方便和提高取用率而配置的組件。“生產(chǎn)模塊”可以分開或組合功能模塊的子集，從而簡化組裝和庫存要求。

 

圖3：在整個(gè)工程設(shè)計(jì)和制造過程中，無論是線束/衍生線束還是模塊化設(shè)計(jì)方法都不能使用戶局限于一個(gè)選擇。

設(shè)計(jì)自動(dòng)化工具助您一臂之力

如果所有這些讓人難以理解，那是因?yàn)榈侥壳盀橹惯€沒有強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件在解決線束設(shè)計(jì)復(fù)雜性問題方面的作用。事實(shí)上，當(dāng)今功能齊全的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì) (ESD) 解決方案能夠加快和簡化設(shè)計(jì)階段對(duì)模塊代碼的定義，并且加快工程階段對(duì)功能模塊的材料分配和制造階段對(duì)生產(chǎn)模塊的材料分配。

先進(jìn)的自動(dòng)化工具可協(xié)助設(shè)計(jì)師完成模塊化合成和后續(xù)步驟。在圖4中，汽車拓?fù)鋱D作為模塊化合成前后視圖的背景。在合成之前，電子信號(hào)與拓?fù)鋻煦^，但還未整合到布線中。系統(tǒng)被分割成線束，在這個(gè)階段，線束中只有用于設(shè)備分布的線束段包和位置槽。

此流程開始時(shí)就已知道每根導(dǎo)線支持的功能和各功能之間的關(guān)系。完成后，電線、多芯線和接頭與各個(gè)線束進(jìn)行配對(duì)，所有模塊代碼均被合成。模塊代碼可能與功能選擇代碼一對(duì)一，抑或是代表一連串選項(xiàng)表達(dá)式。功能模塊被劃分到汽車內(nèi)各個(gè)線束系列中，包括車身模塊、車門模塊、儀表板模塊等。

這些操作可概括為：

* 合成所有導(dǎo)線，不考慮線束層面
* 合成后，自動(dòng)為導(dǎo)線分配模塊代碼
* 每個(gè)線束內(nèi)擁有相同選項(xiàng)表達(dá)式的導(dǎo)線視為相同功能模塊的一部分
* 為沒有選項(xiàng)表達(dá)式的導(dǎo)線賦予核心模塊代碼

如果一個(gè)設(shè)備在邏輯設(shè)計(jì)中沒有選項(xiàng)代碼，那么合成工具即認(rèn)定其并非可選設(shè)備——平臺(tái)中的所有汽車都包含這種設(shè)備。它向?qū)Ь€分配核心模塊代碼，確保其應(yīng)用于平臺(tái)中的所有汽車。

相比之下，如果信號(hào)用于多個(gè)選項(xiàng)設(shè)備（按照邏輯計(jì)劃），那么模塊化合成工具可以通過一連串相關(guān)的選項(xiàng)代碼來計(jì)算模塊代碼?，F(xiàn)在，可通過針對(duì)某項(xiàng)具體可選功能的準(zhǔn)確布線來選取功能模塊。

 

圖4：模塊化布線合成產(chǎn)生模塊代碼，為之后的自動(dòng)模塊化工程步驟提供支持。

結(jié)論

運(yùn)輸領(lǐng)域原始設(shè)備制造商及其線束供應(yīng)商不斷與復(fù)雜性抗?fàn)帯Ｔ缺容^小眾化的模塊化布線系統(tǒng)逐漸獲得認(rèn)可，這是因?yàn)樗鼈兛蓪?shí)現(xiàn)高度定制，同時(shí)降低控制復(fù)雜性的難度和成本。但是，若沒有強(qiáng)大的設(shè)計(jì)自動(dòng)化工具的輔助，模塊化方法本身也可能變得很復(fù)雜。如今的領(lǐng)先設(shè)計(jì)平臺(tái)是一項(xiàng)可行的技術(shù)：它們可以在從電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)（模塊化合成）到線束工程（模塊化細(xì)分和分配）的整個(gè)過程中自動(dòng)完成與模塊化設(shè)計(jì)相關(guān)的具體工作，從而提供可靠的配置，同時(shí)最大限度地減少贈(zèng)品和其它折中措施。