KSK 制造利用西门子先进的线束制造工程解决方案，帮助汽车企业提高盈利能力

来源：线束世界•作者：线束世界-Jimmy•2022-05-26 15:33

摘要

为了提高安全性和舒适性，现代的乘用车、休闲车和商用车都配备了大量的电子功能和部件。例如，空调系统、车载信息娱乐系统 (IVI)、自动化功能以及管理制动、转向和油门控制的电子控制单元 (ECU)。这些电气和自动化元素对车辆的价值有极大的影响力。此外，更高水平的自动驾驶、ADAS 和电动汽车的出现也增加了线束制造的复杂性。

汽车原始设备制造商 (OEM) 和线束制造商面临的一个重大挑战是，在从设计制造再到交付的过程中无法有效管理复杂线束。对此，理想的解决方案是起源于德国的 KSK 概念，翻译过来就是 “客户专用线束”。虽然这一概念已被业界认可，但是随着线束制造商的数字化转型，传统的 KSK 数据同化方法可能很快遭到市场淘汰

线束总成分解：

布线系统是一个复杂的总成，由连接车辆中所有电气 / 电子部件的多个线束组成。布线系统在执行器、传感器和 ECU 之间传输动力和信号。由于当今车辆的定制化水平，现代布线系统的设计可以支持无数种配置。

此外，随着汽车制造商不断增加越来越先进的新型车辆功能，布线系统的复杂程度也日益增加。一个典型的布线系统可能包含 10,000 个单独的零件编号（图 1）。制造商必须考虑所有可能的车辆配置，这些配置可能由数百万种组合构成。在制造这些复杂系统的同时，企业还必须满足紧迫的时间要求、遵循严格的质量要求，并尽可能地降低线束的成本和减轻线束重量。

西门子先进的电气系统和线束工程解决方案可赋予企业强大的能力，有助于提高工业物联网(IIoT) 时代的盈利能力。我们可以为 OEM 和线束制造商提供特定业务的解决方案和生产优化。

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图 1. 布线系统的组件

线束制造的方法主要有三种：

• KSK 法：根据单独的模块清单制造，并有单独的零件编号

• 变体法：每个线束类型具有多个变体，并且每种类型有多个零件编号

• 标准法：每个线束类型只有一个变体，并且每种类型只有一个零件编号

以上每种方法都在内容废弃和复杂性方面进行了取舍，内容废弃是指汽车中未使用的线束材料，而复杂性是指一个线束系列产生的变体数量。KSK 法的废弃率为零，但复杂度高，变体法的废弃率低，而标准法的废弃率高但复杂度低。

在过去 25 年中，KSK 获得了长足发展，扩展到了全球范围内所有汽车类别和线束类型。KSK制造方法的成功在于其高水平的效率和灵活性、可控的物流和规划，并且能够生产出独一无二的产品。此外，该方法可谓零废弃，不会造成材料浪费，从而提高了可持续性，即只生产必需品。KSK 法还引入了无限数量的变体、理想在制品 (WIP) 的受控物流、灵活的销售策略、可修改的生产计划和模块化更改管理，并且最终客户可以根据物流窗口更改汽车内容。

但是，由于 KSK 十分复杂，因此要求从报价请求 (RFQ) 到生产的各个阶段，各学科之间要有强有力的沟通、相互一致的数据和强大的数据流。这是该行业的关键成功因素，线束制造商必须设法消除所有重要业务部门之间的孤岛，以建立成功的 KSK 制造模式 / 系统。

KSK工程

在KSK制造方法中，线束是利用模块制造的。在KSK制造中有三类模块：

• 基础模块：这些模块在所有线束中都相同

• 必备模块：每个线束必须至少包含一个组

• 可选模块：这些模块能够实现灵活的汽车配置

根据 OEM 的策略，模块化概念有多种。线束的模块化概念和大小将决定功能模块的数量。但是，每种车辆功能一般都有自己的功能模块。其中重要的因素是要为每个独特的线束模块组合正确分配材料，组件不得重复或缺失。因此，准确及时地配送原料是 KSK 制造中的一大难题。

图 2 是日常线束生产示例。每个线束都是独一无二的，图中的数字是生产量和大约 200 条独特束的组装时间。OEM 可以生产几辆相同的汽车，但是如果三辆汽车有三个不同的生产编号、功能和生产时间，那么就有三个不同的线束。OEM也可能制造功能内容相同、但生产时间和线束编号不同的同款汽车。此外，现代汽车包含多个线束系列，如车身线束、发动机线束和车门线束，进一步增加了生产和交付完整准确线束的复杂性。KSK 概念最终会实现更高的产品灵活性，但是需要智能数据管理解决方案。

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图 2. 日常线束制造

数据驱动的 KSK 生产设计

用于构建线束的功能模块通常大小不一，而且布线路径可能复杂且很长（图 3）。因此，围绕功能模块组织线束生产并不是最佳选择。线束制造商可以使用先进的线束工程软件实现生产模块化、开展设计规则检查 (DRC)、价值分析和价值工程 (VAVE) 活动等，以此创建生产模块，从而解决这一问题。这些生产模块支持高效生产，同时不会限制灵活性，并密切关注更改管理。制造软件用于支持生产模块、线束分析、流程清单 (BOP)、成形板准备和装配操作员的作业指导说明等。

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图 3. 不同大小的 KSK 线束功能模块

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图 4. 采用生产模块的 KSK 生产线概念

生产线的概念在整个工作站上划分到各个生产模块，从而可以毫不延误地开始各个订单的生产。系统可以显示每个生产模块所特有的数据和说明，让操作员根据您的生产方法逐步操作整个过程。生产线的末端将生产出一个独特的标签以及与之相关的成品线束，该标签可随时向下游传递。

这种生产线平衡过程固定了操作员在每个生产线工作站的工作量。因此，整条线束生产线可在指导下实现一目了然的任务平衡。制造工程师可以快速准确地分配各个工作站的任务，以分析多种假设场景。线束制造商通过该软件实现过去手工和劳动密集型流程的自动化，从而尽可能地提高生产效率和降低成本。

工程师可以将 Line Balancer 和汽车 E/E 系统的其余部分和线束工程流程相集成，创建一个数字线程，串联起车辆定义、制造计划和执行。该软件可用于从 BOP 中提取所需的装配任务，为工程师提供完整的新信息，助力工程师据此分配资源并规划生产。当工程师对平衡方案感到满意时，他们就可以将其推回到产品 BOP，BOP 会自动更新任务，实行工作站的正确分配。然后工程师可以使用这些 BOP 为制造车间生成特定工作站的作业指导说明。

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图 5.KSK 生产线的末端

尽管十分复杂，但 KSK 生产方法可以支持任何数量的线束变体。这种生产灵活性是定义 KSK 生产概念时极为重要的元素。另外，KSK 方法可以灵活调整，以契合待支持的车辆项目的具体需求和情况。

KSK 可以使用的生产方法有：

• 只使用子装配件

• 从小型连接器开始

• 从大型连接器开始

为了选择优质方法，在确定生产概念时必须考虑到所有项目情况：

• 模块化下的线束设计

• 取决于生产时间和产量的物流条件

• 生产地区：线束制造约有 80% 是手工劳动，并非所有国家 / 地区都有相同的工作方式

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图 6. 项目情况评估

由于 KSK 制造的复杂性，企业务必在生产系统的定义、设计、实施和监测中收集和充分利用数据。这包括订单量和组合、生产时间、原料配送等方面的预测数据。

物流：

一个最重要的规划参数就是预测数据。根据功能模块预测做出的预估生产计划会提供给线束供应商。线束供应商利用这一数据订购原料和安排生产。图7显示，预测数据和最终订单之间可能存在明显偏差。可选模块订购数量的偏差比基础模块的偏差更为明显。

因此企业务必保证数据准确，并定期监控这些数据以便制定正确的生产计划。企业可基于这些数据进行投资额计算、资源利用、原料周转、报价请求 (RFQ) 等方面的生产仿真；还可以评估各种场景以提高生产效率，下达正确的订单并跟上原料配送进度。

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图 7.KSK 模块预测

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图 8. 典型订购过程

图 8 是汽车 68001 示例。下午 1:30，线束供应商收到 OEM 的订单数据，线束生产过程随即开始。为了保持 OEM 的生产进度，OEM 工厂或物流中心必须收到生产时间和运输时间，并在汽车生产开始前 24 小时收到线束。从收到配置订单到在 OEM 处安装线束之间的时间间隔称为物流窗口时间。由于每个线束都是复杂制造流程中的一个独特组件，所以不同线束的物流窗口时间可能存在很大差异。

所以，对线束供应商而言，从严管理物流窗口时间以确保准确和准时交货至关重要。即使只缺少一个部件也可能导致整条汽车生产线停工。线束必须按时并按正确的顺序到达客户的工厂，而且并不是所有的 OEM 都会要求相同的物流条件。因此，线束供应商在设计其生产概念时必须考虑到每个客户的具体条件，这一点十分重要。供应商还应与客户沟通他们在线束生产和物流方面的具体情况。例如，在实施重大工程更改过程中，供应商应与客户确认具体的物流条件。

IT 环境：

IT 环境是 KSK 项目的基础，也是项目成功的基础。IT 是我们到目前为止所讨论的所有内容（设计、工程、生产、物流等）的基本支撑。对于线束制造商，IT 环境主要包含三类数据：

• 项目数据 — 例如，启动数据、生产量或线束设计数据

• 标准数据 — 生产方法或过程时间

• 产出数据 — 效率水平或日产量

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图 9.KSK 生产中大数据的日常生成和使用

KSK 生产每天都会生成并使用大量数据。这些数据对于生产系统的有效运行至关重要。但是，仅有数据还不够。线束制造商必须能够快速收集数据、分类和筛选出基本数据，加以分析以挖掘生产过程的洞察。

我们可以凭借西门子的专用软件解决方案，如 CAPITAL ™ 软件，与 OEM 和线束制造商合作实现产品设计、产品和制造工程。该软件是西门子旗下综合性、集成式软件和服务 Xcelerator ™ 产品组合的一部分。该软件可用于模块化、生产模块准备、装配板优化、时间计算、生产线平衡、更改管理、标准作业指令和生产报告等任务。Tecnomatix® 产品组合可用于虚拟仿真、分析和可视化生产设计。借助该产品组合，制造商可在生产线建成之前就进行生产系统优化。这些仿真还能用于正在运行的生产线而不中断生产，从而基于实际运行数据推动生产线或工厂的进一步优化。

此外，Teamcenter® 软件等产品生命周期管理 (PLM) 解决方案可管理车辆配置及其相关的线束和线束模块，从而在整个供应链中实现连续的数字线程。PLM 环境还支持在系统、领域和合作伙伴组织之间进行快速、准确和安全的数据交换。

结语

为满足当今汽车行业对先进电子功能、ADAS、自动驾驶、电气化和大规模定制的需求，高效优化线束制造的解决方案必不可少。而 KSK 解决方案可以使制造商以高效率和高度适应性来应对这种复杂性。凭借 KSK 的灵活性、有序规划和可持续性，制造商能够满足快速时间要求，同时优先满足质量要求并尽可能地降低额外成本。