模塊化/KSK 線束自動化設(shè)計

為線束產(chǎn)品構(gòu)建超級數(shù)據(jù)集合是一種有效的常用方法。對線束制造商，尤其是今天的汽車行業(yè)來說，用電腦設(shè)計工具自動為集合生成多個不同線束已經(jīng)很常見了。當消費者需求、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，對管理復(fù)雜性的需求突顯出來，這種方法也應(yīng)運而生。這種超級數(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)計工具還帶來了一種模塊化的線束工程設(shè)計方法。術(shù)語“KSK”是“客戶定制線束”的德語縮寫，指的是模塊化設(shè)計的一種。雖然不同的人對“模塊”和“模塊化”有不同的定義，但功能模塊和相對應(yīng)的技術(shù)模塊的成對概念已經(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。

復(fù)雜性可控嗎？

復(fù)合超級數(shù)據(jù)集合使設(shè)計人員能夠進行自動化的線束工程設(shè)計，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) 報告。設(shè)計人員制作出一個數(shù)據(jù)集合，并用電腦為各個線束部件創(chuàng)建正確編號。和以部件編號為中心的方法相比，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：

* 只需單項數(shù)據(jù)輸入就可以進行線束和所有衍生線束的自動化設(shè)計。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，也能縮短重整改正的時間；
* 使用自動化規(guī)則驅(qū)動計算，可準確估算出每一個可造生產(chǎn)部件的成本；
* 對定義和衍生品進行系統(tǒng)化地限定，可以減少物流和庫存方面的問題。

當然總要權(quán)衡各個方面。對復(fù)合設(shè)計而言，這種方法需要假設(shè)有足夠數(shù)量可行的產(chǎn)品配置。事實上，可能性會有幾千種以上。圖1對這種情況做了簡單描述。

 

圖1：標準套件和贈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（如圓圈數(shù)字所示）。客戶可訂購的配置數(shù)量最多可達到8種。現(xiàn)實中可能會有更多層的選項，每一層選項代表配置總數(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系統(tǒng) (ABS) 列為標準化配置。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者的選擇范圍。

控制配置數(shù)量急劇增加的另一個方法就是直接贈送一些布線內(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)量進一步降至5個。通過這種方法，同一個線束零件編號可適用于帶有或不帶有霧燈的配置，因為兩種配置中都有布線（霧燈不在贈送范圍內(nèi)）。這雖然增加了線束系統(tǒng)的成本，但有時候不得不做出這樣的折中；降低復(fù)雜性所節(jié)省的費用要大于免費贈送材料產(chǎn)生的成本。圖1可以總結(jié)為，藍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)封裝選項存在限制，大多數(shù)企業(yè)都盡量避開此類免費贈送。理想的解決方案就是設(shè)計建立一個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集合。

向模塊化未來邁進

原始設(shè)備制造商和一級供應(yīng)商都在不斷實現(xiàn)流程現(xiàn)代化，以應(yīng)對復(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)備制造商需要一個能讓他們在不必支付過多成本和增加復(fù)雜性的同時還能增加終端用戶功能組合的流程。
* 一級供應(yīng)商需要一個能快速準確追蹤并估算他們按照合同將提供的線束散件編號的方法。

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，為特定的可能是獨一無二的配置提供支持，即便贈送材料微乎其微或根本沒有。

當然，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模塊及其之間的關(guān)系，這里的“關(guān)系”（打個比方）可能指模塊之間的不兼容性或一個模塊決定另一個模塊是否存在。對線束供應(yīng)商而言，他們必須確保每個模塊物料清單的準確性，精確評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中的電線在終點被分配至模塊1中的連接器。出現(xiàn)這種情況，可能有兩個原因：

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中的線束進行了簡化，實際產(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成品中，這個過程必須保持分布在幾個或多個模塊中組件間的關(guān)系。模塊化過程必須考慮進組合模塊的影響，如線束周圍的配管和捆扎等因素。

定義一個模塊化線束系統(tǒng)的過程包括4個不同階段。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（作為消費者的可選功能）設(shè)定一個相容的音頻系統(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)著每個分配的先后順序。例如，如果一個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)線代碼進行分配。但是如果連接器包含不同代碼的導(dǎo)線，這個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?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，可能存在一個接頭連接著屬于多個功能模塊的導(dǎo)線，那么這個接頭的配置則取決于用在終端產(chǎn)品中模塊的準確組合。解決方法就是一些也被稱作“最后組裝模塊”的技術(shù)模塊。它們是多個功能模塊共享材料的集中點。技術(shù)模塊還有助實現(xiàn)準確的成本核算，包括額外的組裝材料和時間。

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

設(shè)計自動化工具助您一臂之力

如果所有這些讓人難以理解，那是因為到目前為止還沒有強調(diào)設(shè)計自動化軟件在解決線束設(shè)計復(fù)雜性問題方面的作用。事實上，當今功能齊全的電子系統(tǒng)設(shè)計 (ESD) 解決方案能夠加快和簡化設(shè)計階段對模塊代碼的定義，并且加快工程階段對功能模塊的材料分配和制造階段對生產(chǎn)模塊的材料分配。

先進的自動化工具可協(xié)助設(shè)計師完成模塊化合成和后續(xù)步驟。在圖4中，汽車拓撲圖作為模塊化合成前后視圖的背景。在合成之前，電子信號與拓撲掛鉤，但還未整合到布線中。系統(tǒng)被分割成線束，在這個階段，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線束進行配對，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一，抑或是代表一連串選項表達式。功能模塊被劃分到汽車內(nèi)各個線束系列中，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，自動為導(dǎo)線分配模塊代碼
* 每個線束內(nèi)擁有相同選項表達式的導(dǎo)線視為相同功能模塊的一部分
* 為沒有選項表達式的導(dǎo)線賦予核心模塊代碼

如果一個設(shè)備在邏輯設(shè)計中沒有選項代碼，那么合成工具即認定其并非可選設(shè)備——平臺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)用于平臺中的所有汽車。

相比之下，如果信號用于多個選項設(shè)備（按照邏輯計劃），那么模塊化合成工具可以通過一連串相關(guān)的選項代碼來計算模塊代碼?，F(xiàn)在，可通過針對某項具體可選功能的準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，為之后的自動模塊化工程步驟提供支持。

結(jié)論

運輸領(lǐng)域原始設(shè)備制造商及其線束供應(yīng)商不斷與復(fù)雜性抗爭。原先比較小眾化的模塊化布線系統(tǒng)逐漸獲得認可，這是因為它們可實現(xiàn)高度定制，同時降低控制復(fù)雜性的難度和成本。但是，若沒有強大的設(shè)計自動化工具的輔助，模塊化方法本身也可能變得很復(fù)雜。如今的領(lǐng)先設(shè)計平臺是一項可行的技術(shù)：它們可以在從電子系統(tǒng)設(shè)計（模塊化合成）到線束工程（模塊化細分和分配）的整個過程中自動完成與模塊化設(shè)計相關(guān)的具體工作，從而提供可靠的配置，同時最大限度地減少贈品和其它折中措施。