干货 | 如何提高线束制造效率

来源：线束世界•作者：线束世界-Jimmy•2022-05-31 16:02

序言

线束行业的竞争极为激烈。制造环节仍然是高度依赖于人工的劳动密集型活动，不断提高的复杂性限制了该环节的盈利能力。鉴于电动汽车和自动驾驶等大趋势以及这些趋势对配电系统的相关影响，几乎可以肯定这种情况在可预见的未来将持续存在。此外，线束制造商仍不得不管理和实施大量设计更改，即使此时产品已经投入生产，甚至进一步影响到生产线。操作员、设备甚至工厂空间等资源都极为宝贵，必须细心管理。

生产线的初始设置本身就是一项需要丰富制造工程经验的繁杂工作。相关人员必须设计准备区域，在工装板上安装线束，钻好用于支撑夹具的孔位，在工装板上安装支撑夹具，定义工位并为这些工位分配内容。此外，还必须设计和准备测试设备。必须根据给定的节拍时间和预测的取料率平衡调整整条生产线。必须根据预测的产量决定所需的生产线数量和工厂空间。所有这一切都是为了保证尽快在产品投产后盈利。在每次设计更改后，都必须重新评估这些决策。工装板可能需要更新，已平衡的生产线可能需要重新平衡，或者操作员可能需要重新培训。因为取料率或产量出现波动而实施更改后，生产率可能会在短时间内降低。线束取料率的显著变动会极大地影响生产线的产能利用率。甚至项目生命周期内通常会出现的产量和取料率变化也可能迫使线束制造商采取措施并重新设计生产线。例如，增产或减产阶段的产量通常较低，需要不同的制造策略。

如何设计生产线

在汽车行业等高产量行业中，通常使用旋转输送线进行线束制造。图 1 显示了此类旋转输送线。对于这些生产线，在旋转式传送带上安装多个木制或铝制安装板。

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图 1. 线束制造旋转生产线

整个旋转生产线分成若干不同的工位，如图 2 所示。线束设计通常记录在无比例的二维产品设计图纸上。制造工程师使用该产品设计图纸（图 3）创建全尺寸制造图纸，称为 “工装板图纸”（图 4）。

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图 2. 线束生产线的编号工位

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图 3.产品设计图纸

屏幕截图 2022-05-31 141901.jpg 图 4. 工装板图纸

图 1 中拍摄的各个安装板都显示相同的工装板图纸。这些工装板图纸是线束设计数据的一比一全尺寸表示，并且提供了额外的制造信息。除线束对象之外，与制造相关的所有对象，如线束叉、连接器支架、卡钉支架或胶带位置指示器也都以图形方式显示在这些工装板图纸上，为操作员提供直观帮助。这些工装板图纸可以是单独线束或复合线束。在复合工装板上，可以生产相同线束的不同衍生版本。

根据线束设计的复杂性、预测产量、取料率和其他工厂因素（如空闲的设备和工厂空间），制造工程师决定生产线的设计，其中包括工位的数量。

所有这些活动的目标始终是设计出平衡的生产线，使其能够以预测的取料率生产出预测数量的线束并尽快盈利。当然，要开始盈利总需要一段时间，特别是对于需要大量人工的复杂产品。操作员当然也需要一定时间才能适应他们必须执行的任务并达到最佳效率。

什么是合并工装板？

通过使用合并工装板，制造工程师可以设计出生产线并在同一生产线上生产不同但又极为相似的线束。也就是说，一条合并的生产线可以取代多条生产线，从而腾出空闲的工厂空间和其他资源。在某些情况下，使用合并工装板还可以提高单条生产线的产能和效率。在本白皮书后文中将列举一个示例。因为在合并工装板图纸上会显示两个或多个线束，通常的做法是使用不同的颜色来注明哪些元素属于哪个线束。请注意下方图 5 右侧的三种颜色：

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图 5.合并工装板及其源设计

黑色：用于表示所有线束的通用内容
蓝色：此内容仅用于其中一个线束。蓝色已指定用于该线束
橙色：此内容仅用于其中一个线束。橙色已指定用于该线束车间操作员清楚需要生产哪些线束。凭借这些知识和颜色编码，他就可以识别出工装板上的相关部分。

线束在一定程度上存在共性，这些共性是确定能否采用合并流程的关键。根据经验法则，通常达到 70% 到 80% 的共性即可。如果共性很少，则合并工装板将非常复杂，难以看懂并理解。操作员将无法从复杂的工装板图纸中快速获得所需信息，导致生产效率低下。

示例：合并工装板可以如何对生产线的效率和产能产生积极影响？

让我们假设当前正在生产柴油乘用车和汽油乘用车的前端线束。两种线束之间的共性约为 80%。两者的取料率极为接近，柴油车预计为 52%，汽油车预计为 48%。数量相当高。根据这些信息和其他一些参数，我们决定在单独的生产线上生产线束，一条用于柴油车，另一条用于汽油车。

我们调整平衡了生产线，并完成了所有必要的准备工作。最终设置预备了备用产能，使我们能够应对一定程度的增产要求。我们开始生产。我们的操作员经验丰富，能够迅速掌握新的设计流程。我们很快开始盈利。

几个月后，我们发现取料率发生显著变动。柴油车取料率在下降，而汽油车取料率则在上升。原因可能是一场极为公开但颇受争议的讨论，这场讨论围绕据称的 “环保” 柴油机的缺点展开并影响了消费者的情绪。只要柴油机的未来仍不明朗，汽油机的需求就会激增，这一情况在德国市场已是人尽皆知。不管原因为何，趋势已经很清楚，我们必须决定如何应对。就这里的示例而言，其直接影响是我们的柴油车生产线不再高效。工厂空间和设备没变，但生产的线束在减少。更加令人警觉的是，随着汽油车线束取料率的提高，汽油车生产线的备用产能可能不敷使用。

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图 6.两条线束生产线的初始设置，一条用于汽油车

我们的选择包括：

我们可以为汽油车前端线束再建立一条生产线，以满足提高的取料率。然而，这将需要更多的工厂空间、设备和操作员，因此可能不是最佳选择。

一个更好的方法（图 7）可能是重新设计柴油车生产线，以便可以在同一生产线上生产柴油车和汽油车线束。换言之，我们可以使用合并工装板建立合并的生产线。

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图 7.调整后的设置，包括合并的柴油车和汽油车生产线以及单条汽油车生产线

建立高效且成本优化的合并生产线需要将现有的工装板设计合而为一，并确保可以再利用大多数的夹具和工具位置。也就是说，工程师只需要调整线束的非通用部分，而不必重新钻全部的孔和放置所有夹具。

请注意，在图 7 中，我们决定保留汽油车前端线束的生产线不变。凭借调整后的设置，我们现在可以应对取料率的变动并生产所需数量的前端线束，不需要在车间中做其他更改，例如安装一条额外的生产线。事实上，安装第三条生产线会降低效率和产量，因为柴油车生产线和第二条汽油车生产线的利用率将远低于其产能。因此，最好使用两条原有生产线应对变动。

尽管上述示例说明了潜在的好处，但由于以下原因，即便是考虑合并生产线也经常会遇到阻力：a) 初始合并复杂工装板时的困难，以及 b) 此后复杂的更改管理。鉴于目前的方法和能力，企业必须非常慎重地考虑合并生产线而获益的可行性，以及为实施和维护合并生产线而投入的时间和精力。有时，企业会尝试并遭遇失败；但通常而言，企业根本不会尝试以免冒失败的风险。

当然，我们的示例只是简单描绘了该解决方案。在实际情况中，需要在决策过程中考虑许多因素。但主旨是相同的：合并工装板通常可以显著提高线束生产线的效率和产能。

当今如何设计合并工装板？

一直以来，此类合并工装板是使用绘图工具通过高度人工参与的流程制造的，这些工具不一定专门设计用于重用和共享数据。就算是第一步，即决定两个线束是否是可以在合并生产线中生产的合适备选，也是一项繁重、需要大量人力的任务。工程师需要手动比较图纸，并注意一系列参数，例如尺寸、布局、元件及其位置、所需的线束夹具以及元件夹持器。

绘图工具方面的主要工作完成后，合并流程本身又是一项繁琐的工作。实际上，考虑到大多数绘图工具的局限性，此步骤通常根本不考虑线束数据。因此，可能需要数天时间才能完成初始的合并工装板设计，而对于大型线束，这甚至需要数周时间。

完成合并工装板的初始设计后，必须对其进行维护。对原始线束设计所做的所有更改都必须落实，即更新合并工装板。但同样的问题是，由于设计合并工装板时使用的绘图工具很可能没有连通任何数据源，这会成为又一项耗时且容易出错的手动任务。

毫不令人意外，许多制造工程师都会拒绝通过合并工装板来优化生产线。对于发起者而言，通常很难找到合并工装板的合适备选。即使两条生产线之间存在显著的共性，创建和维护合并工装板仍是一项过于繁重的任务。如果工程师同意合并，由于目前绘图工具存在许多不足（图 8），这项工作也仍有改进空间。

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图 8. 使用绘图工具执行合并工装板方法的劣势

Capital：当今应如何设计合并工装板？

好消息是，除了完全依赖绘图工具外还有其他选择。Siemens Digital Industries Software 的 Capital 套件提供了以数据为中心的技术，可以支持整个设计和制造流。下表（图 9）概述了 Capital 的一些主要优势。

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图 9. 使用 Capital 实施合并工装板方法的优势

线束设计在 Capital 套件中首先是数据集，也可以表示为图纸。每个图纸都可以独立设置样式，方便工程师为每个用例创建合适的图形表示。更改管理变得更加容易和可靠，因为输入的数据几乎可以无限地重用，并且可以在整个流程中保持数据和相应图纸之间的关联。

Capital 为创建和维护合并工装板和生产线提供了完美的环境。制造工程师可以选择并比较现有的工装板，找出合适的成对备选工装板。

借助数据连续性，Capital 工装板管理器可以为比较合并备选工装板提供一系列支持。只需单击一个按钮就可以计算出通用内容的实际量。自动合并功能可以接管许多较低级别的 “默认” 任务。该工具支持工程团队使用自然工作流程。在整个合并过程中，可以随时应用数据中存储的线束相关信息。该工具可以当场为工程师提供信息，这与缺乏数据连续性，需要大量时间来检索信息的传统流程形成鲜明对比。

Capital 还大大缩短了创建合并工装所需的时间。例如，该工具可以在合并过程中轻松保留实际工装板上已有的夹具位置。实际上，由于在整个合并工装板流程中始终保持与备选（源设计）的关联，更改管理通常非常快捷而方便。图 10 说明了使用 Capital 工装板管理器创建合并工装板的若干优势，如上文所述。

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图 10.Capital 工装板管理器的优势

组合工装板与合并工装板

组合工装板提供了另一种方法，可以在线束工厂中尽可能高效地使用资源。不同之处在于，在组合工装板中，不同的线束位于不同的位置。也就是说，使用现有工装板上的备用空间来生产明显不同的线束。该方法通常用于小型线束以及取料率较低的线束。通过组合工装板，可以使用相同的设备和工厂空间生产许多此类的线束。Capital 工装板管理器也可用于创建和维护这些类型的工装板。下面的图 11 显示了这样一个组合工装板。

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图 11. 组合工装板；在同一个工装板上有一个包含两个其他线束的合并线束

结语

Capital 工装板管理器提供了基于连续数据流的环境，可在该环境中创建和维护合并工装板。通过该工具，制造工程部门可以轻松将生产线效率提至最高。从完全依赖于绘图工具的纯手工方法过渡到以互联数据为中心的方法，大大减少合并和组合工装板以及生产线所需的工作量。通过 Capital，制造工程师可以专注做自己最擅长的事情，例如快速完成各种生产线优化方案，而不是操作繁琐的绘图软件。对于线束制造商而言，这意味着能更好地制定车间决策，并最终在无法避免更改的情况下以更快的速度实现盈利。

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