淺析集瑞線束模塊化設(shè)計(jì)

周文生，張軍，林萍萍

（集瑞聯(lián)合重工有限公司汽車工程研究院，安徽蕪湖　241000）

淺析集瑞線束模塊化設(shè)計(jì)

周文生，張軍，林萍萍

（集瑞聯(lián)合重工有限公司汽車工程研究院，安徽蕪湖241000）

客戶對(duì)產(chǎn)品的定制化需求越來越強(qiáng)烈，為了快速響應(yīng)市場(chǎng)高速發(fā)展的需求和節(jié)約企業(yè)的管理成本，聯(lián)合載貨汽車的線束在設(shè)計(jì)時(shí)就引入模塊化設(shè)計(jì)的理念。通過模塊化設(shè)計(jì)方法，完成了聯(lián)合載貨汽車線束平臺(tái)的模塊開發(fā)，滿足各種車型、軸距及發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配使用要求。實(shí)際使用結(jié)果表明，用模塊化設(shè)計(jì)方法，不但可以快速響應(yīng)客戶的個(gè)性化需求，還能減少零部件種類，極大地節(jié)約了企業(yè)管理成本和減輕售后備件壓力，同時(shí)還縮短了產(chǎn)品生產(chǎn)周期及提高了產(chǎn)品品質(zhì)穩(wěn)定性。鑒于此，汽車線束模塊化設(shè)計(jì)顯得尤為重要。

汽車線束；模塊化；車型；軸距；發(fā)動(dòng)機(jī)

現(xiàn)今產(chǎn)品更新?lián)Q代速度越來越快，客戶個(gè)性化需求越來越多。如何在滿足客戶個(gè)性化需求的同時(shí)又能使企業(yè)在產(chǎn)品管理和設(shè)計(jì)中不至于臃腫、繁雜，模塊化設(shè)計(jì)思路無疑是指引我們的航燈。模塊化設(shè)計(jì)是指在對(duì)一定范圍內(nèi)的不同功能或相同功能不同性能、不同規(guī)格的產(chǎn)品進(jìn)行功能分析的基礎(chǔ)上，劃分并設(shè)計(jì)出一系列功能模塊，通過模塊的選擇和組合可以構(gòu)成不同的產(chǎn)品，以滿足市場(chǎng)不同需求的設(shè)計(jì)方法。簡(jiǎn)而敘之，模塊就是組成系統(tǒng)具有組合與拆分功能的單元，而模塊化就是為了獲取系統(tǒng)自由組合的最佳效益，解構(gòu)和組合系統(tǒng)模塊的全部活動(dòng)［1］。

1　聯(lián)合載貨汽車線束模塊化設(shè)計(jì)運(yùn)用

模塊化產(chǎn)品設(shè)計(jì)的目的是以不同的單元模塊進(jìn)行組合，組合成盡可能多的產(chǎn)品來滿足客戶的需求。由于模塊具有不同的組合，可以配置生成多樣化滿足用戶需求的產(chǎn)品，同時(shí)又具有標(biāo)準(zhǔn)的幾何連接接口和一致的輸入輸出接口，從而達(dá)到按照整車配置進(jìn)行定制化生產(chǎn)和批量化生產(chǎn)。

汽車線束作為汽車零部件中的一個(gè)重要件，也是汽車電路的網(wǎng)絡(luò)主體。隨著汽車電器各項(xiàng)功能配置的增加，汽車線束也變得越來越復(fù)雜，特別在商用車領(lǐng)域，需要滿足車型種類、軸距及客戶訂單的多異化配置，重型載貨汽車底盤線束基本上形成了專車專用的特點(diǎn)。由于線束零件品種的繁多，給生產(chǎn)物料倉儲(chǔ)、售后備件及供應(yīng)商的供貨周期都帶來極大的困擾，并且線束常常成為受變更影響的中心，設(shè)計(jì)凍結(jié)之后仍然有大量的變更，設(shè)計(jì)凍結(jié)之后產(chǎn)生這些變更會(huì)導(dǎo)致線束大量的返工，帶來一些潛在的品質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)。因此，為達(dá)到滿足聯(lián)合載貨汽車多平臺(tái)車型的發(fā)展戰(zhàn)略要求，聯(lián)合載貨汽車車輛線束在研發(fā)之初就引入了模塊化設(shè)計(jì)理念。

2　線束模塊化設(shè)計(jì)影響因素

從事汽車線束設(shè)計(jì)的人員都清楚地知道，影響線束零件變化的因素太多。在商用車領(lǐng)域內(nèi)，主要影響線束模塊化設(shè)計(jì)因素有兩大方面，即整車電器原理和電器件的布置，具體影響因素見圖1。

圖1　電器原理和幾何布局影響因素圖

3　線束模塊化設(shè)計(jì)思路

汽車線束模塊化設(shè)計(jì)思路就是通過對(duì)單元系統(tǒng)原理進(jìn)行分析，結(jié)合整車裝配工藝拆分成多個(gè)組成單元的線束，并通過對(duì)轉(zhuǎn)接口定義模塊化設(shè)計(jì)規(guī)劃、電器功能模塊化、電器件布局模塊化設(shè)計(jì)來達(dá)到整車線束模塊化設(shè)計(jì)。下文對(duì)聯(lián)合載貨汽車整車線束模塊化設(shè)計(jì)進(jìn)行舉例介紹。

3.1聯(lián)合載貨汽車原理設(shè)計(jì)

目前整車CAN、LIN等車載總線的應(yīng)用已經(jīng)非常普遍，據(jù)統(tǒng)計(jì)，路上行駛的車輛已經(jīng)有一半以上的車輛均帶有CAN總線功能，而其區(qū)別僅為參與CAN總線通信的節(jié)點(diǎn)數(shù)量與其網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)的設(shè)計(jì)復(fù)雜程度。國(guó)內(nèi)各汽車主機(jī)廠現(xiàn)對(duì)CAN總線的認(rèn)識(shí)已經(jīng)由幾年前的“什么是CAN總線”、“為什么要做CAN總線”變?yōu)榱爽F(xiàn)在的“怎樣做CAN總線”、“怎樣才能做得更好”。所以在整個(gè)電子電氣架構(gòu)中網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)開發(fā)的重要性已經(jīng)凸顯出來。聯(lián)合載貨汽車電器原理就是基于這樣一個(gè)平臺(tái)而生，圖2為聯(lián)合載貨汽車的電器原理拓?fù)鋱D。聯(lián)合載貨汽車電器原理設(shè)計(jì)具有以下特點(diǎn)。

1）模塊化設(shè)計(jì)車輛信息由最近的模塊采集；模塊都有功率驅(qū)動(dòng)能力；模塊具備自診斷功能。

2）總線功能總線各節(jié)點(diǎn)信息通過J1939報(bào)文格式實(shí)行數(shù)據(jù)交換；通過網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)信息共享；4路CAN分別為PCAN、BCAN、DCAN、RCAN；1路LIN；靈活的訂制功能。

3.2線束轉(zhuǎn)接口定義模塊化設(shè)計(jì)（例駕駛室線束與底盤線束對(duì)接）［2］

考慮到線束加工制作及車輛裝配工藝節(jié)拍需求，聯(lián)合載貨汽車整車線束進(jìn)行了分段式處理和模塊化規(guī)劃。圖3為駕駛室與底盤線束對(duì)接布置規(guī)劃，圖4為插接件針腳定義規(guī)劃。

圖2　電器原理拓?fù)鋱D

圖3　駕駛室與底盤線束對(duì)接布置規(guī)劃

3.3線束功能模塊化

汽車線束連接著各個(gè)用電器，傳輸著各用電器所需的信號(hào)。通過對(duì)線束終端功能分析，可將單個(gè)線束按功能拆分成幾個(gè)子功能線束，分別給每個(gè)子功能線束進(jìn)行定義，使它們?cè)诠策^渡轉(zhuǎn)接口處的插接件針腳定義進(jìn)行固化；通過把每個(gè)功能模塊的系統(tǒng)固化，使得線束最終組合的產(chǎn)品更為通用化。線束功能模塊化拆分過程示意圖（圖5）很好地為拆分功能模塊化過程進(jìn)行了解釋。要注意的是，圖5中的線束進(jìn)行了簡(jiǎn)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組合模塊的影響，如共用接合點(diǎn)的設(shè)計(jì)，在遇到多個(gè)接合點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)，建議采用導(dǎo)通片回路來實(shí)現(xiàn)功能。

圖4　插接件針腳定義規(guī)劃

圖5　功能模塊化拆分過程示意圖

3.4線束布局模塊化

汽車線束貫穿于車輛的全身，線束合適的分段連接規(guī)劃也是線束模塊化設(shè)計(jì)的重要步驟之一。商用車（重型載貨汽車）整車線束基本上分為駕駛室室內(nèi)線束、底盤線束、電源線束3大類。駕駛室內(nèi)線束主要有儀表板線束、頂棚線束、左門線束、右門線束、前圍線束、ABS駕駛室線束；電源線束主要有蓄電池類電源線束、起動(dòng)機(jī)線束；而商用車駕駛室的更新?lián)Q代周期相對(duì)比較長(zhǎng)，大底盤常常根據(jù)車型的不同進(jìn)行不斷地升級(jí)變化，因此研究商用車的線束布局主要側(cè)重于底盤線束。

目前底盤線束的設(shè)計(jì)方式有2種模式，即集成式和分段式。集成式線束設(shè)計(jì)方式使得線束臃腫龐大，給加工制造及模塊化生產(chǎn)帶來極大的困難；分段式線束根據(jù)整車電器布置進(jìn)行規(guī)劃，把整個(gè)底盤電器按照功能和區(qū)域進(jìn)行合理劃分，使得單個(gè)線束變得簡(jiǎn)單。

分段式線束模塊化設(shè)計(jì)，用電器的布置規(guī)劃在模塊化設(shè)計(jì)中發(fā)揮著重大的作用。線束的生態(tài)環(huán)境很大程度取決于整車開發(fā)的模塊化以及在開發(fā)過程中是否嚴(yán)格地系統(tǒng)化、流程化去設(shè)計(jì)和規(guī)劃，因此，線束設(shè)計(jì)技術(shù)開發(fā)應(yīng)盡早參與到整車開發(fā)布置規(guī)劃中，提出設(shè)計(jì)規(guī)劃要求，共同制定技術(shù)路線圖。

4　模塊化設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)

表1為集成式線束設(shè)計(jì)與分段式設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比。采取模塊設(shè)計(jì)后，原本復(fù)雜的線束設(shè)計(jì)過程變得簡(jiǎn)單化、標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)化。可有效降低和減少線束設(shè)計(jì)與生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，從而提升產(chǎn)品品質(zhì)。

表1　集成式線束設(shè)計(jì)與模塊化設(shè)計(jì)對(duì)比表

線束模塊化設(shè)計(jì)，目前已廣泛運(yùn)用于集瑞聯(lián)合載貨汽車U平臺(tái)U4U3U5系列車型及V平臺(tái)V4V3V5系列車型。從實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來看，采用模塊化的設(shè)計(jì)方式，極大優(yōu)化了設(shè)計(jì)開發(fā)周期及縮短生產(chǎn)加工周期，并能降低每年價(jià)值100萬線束產(chǎn)品的庫存呆滯風(fēng)險(xiǎn)。

模塊化設(shè)計(jì)的線束是基于電氣功能和布局來分類的。對(duì)于設(shè)計(jì)人員來說，只要確認(rèn)是否有新的功能種類出現(xiàn)。如果有，需要先完成新功能的線束設(shè)計(jì)，然后添加到功能清單中，待客戶選擇完車輛配置，與之對(duì)應(yīng)的功能清單產(chǎn)生后，這時(shí)線束設(shè)計(jì)者只要把客戶選好的不同功能的線束組合到一起，即可完成線束設(shè)計(jì)。

［1］柳獻(xiàn)初.模塊化思想溯源［J］.商用汽車，2009（2）：80-81.

［2］張玉鐘，王艷麗，尹亮，等.汽車插接器的模塊化設(shè)計(jì)［J］.汽車電器，2013（10）：7-8.

（編輯楊景）

Modular Design of Automotive Wiring Harness of C&C

ZHOU Wen-sheng，ZHANG Jun，LIN Ping-ping
（C&C Trucks Vehicle Engineering Institute，Wuhu 241000，China）

In order to respond to customization requirement from customers，rapid developing market demands and management cost saving objectives，C&C Trucks has introduced the modular design at the initial phase of designing.Through this method，it completed the modular development of harness platform，which satisfies demands of vehicle model switch all kinds of wheel base and engine matching requirements.The practical application shows that modular design could not only respond to the customized orders quickly，but also reduce the amount of parts type，significantly cut down the manage men cost，lesson the pressure of the after-sale parts stocking，and shorten the production cycle and improve the product quality stability.Therefore，it is very important to design the automobile wire harness with modular idea.

automotive wire harness；modular design；vehicle model；wheelbase；engine

U463.62

A

1003-8639（2016）07-0007-04

2015-11-18；

2015-12-12

周文生（1986-），男，安徽安慶人，；張軍（1977-），男，安徽合肥人；林萍萍（1984-），男，安徽安慶人。