基于TRIZ 理论的汽车线束制造技术创新

张震华， 胡建华， 杨三军， 闫亮亮， 李建锋， 孙 强

（1.河南天海电器有限公司线束工程部， 河南 鹤壁 458030；

2.鹤壁海昌智能科技有限公司， 河南 鹤壁 458030）

1 前言

当前汽车技术的快速发展，汽车上的各电子电器件、功能件的类型和数量不断增加，导致连接各功能电器件的线束也越来越复杂，汽车线束的回路数和体积也在快速增多，线束回路数量多、线束体积庞大，线束的可制造性严重降低，传统的汽车线束制造工艺技术已经无法满足的汽车线束的快速发展，因此，急需创新和技术突破。那么，灵活充分运用TRIZ创新方法和创新理论，能有效推进传统汽车线束制造技术和工艺创新的快速发展。

TRIZ创新方法，诞生于20世纪50年代，由原苏联海军专家根里奇.阿奇舒勒通过对大量专利进行分析和总结，逐步形成TRIZ创新理论，其简单分为三大核心思想，八大技术系统进化法则，39个通用技术参数，40个创新原理，76个标准解，矛盾分析、物场分析、资源分析等。2004年，TRIZ创新方法引入中国，获得国家的支持并进行全国推广，在技术创新和技术攻关取得了显著的成效，成为攻克解决技术难题和技术矛盾的利器[2]。

随着汽车技术的快速发展及车载功能电器的快速增加，特别是车载雷达、车载影像、车载通信、自动辅助驾驶功能、车联网电子设备的增多，特种功能集成线束（线缆）也越来越多地应用到线束制造中。因此，运用TRIZ创新方法对汽车线束的制造技术创新，即运用新的汽车线束制造工艺技术、线束制造设备、制造场地布局、制造工装、人员编排、运输路线规划以及减少在制品、缩短制造周期、提升线束品质等方法和措施，是解决当前汽车线束制造痛点的必由之路。

2 传统汽车线束制造工艺流程和痛点

传统的汽车线束制造工艺流程包括：切线—剥头—穿辅助—压接—辅助—合线—绝缘—辅助—预装配—总装配—电检测—卡丁检测—影像检测—外观检测—包装—入库，而特殊线缆还包括：切线—剥胶皮—翻屏蔽网—切锡箔纸—剪屏蔽网—包胶带—小剥皮—穿辅助—压接—抽盘—合线—绝缘等复杂工序。必要时，工序半成品还需要穿护套—压接端子—回拉端子—抽盘—绕盘等工序，作业工艺流程十分复杂，导致汽车线束的生产效率极为低下，工序之间的半成品缓存也较多。制造人员多、制造设备多、工位数量多、流转路径长等客观事实，线束的制造周期为7～10天，导致车间制造成本大幅上升，满足不了当前线束制造的快速交付的客观现实，同时也严重制约汽车线束制造技术的发展[1]。

客户产品的特性也决定着汽车线束制造工艺流程的设计，不同的汽车线束制造厂家所对应的不同客户的产品和类型也制约着汽车线束制造工艺流程。频繁的设计变更、产品批次的交付数量、产品的交付方式、交付周期等，也对汽车线束的制造工艺流程的编排和制造方法、生产管理措置有较大的影响。乘用车的汽车线束制造和商用汽车的制造工艺路线与工艺流程、生产现场的规划布局、人员编排规划、制品的管理、运输有明显的不同，所要解决的技术矛盾或冲突也不尽相同。

3 TRIZ创新方法在汽车线束前工序的应用

通常情况下低压汽车线束的制造工艺流程如下：下线（压接） 工序—辅助工序—压接工序—绞线工序—超声波焊工序—打卡辅助—预装配—总装配—导通测试—影像测试（电器性能测试） —外观检验—包装—打包入库。然而，新能源高压线束的制造工艺流程与传统低压汽车线束的工艺流程有很大的区别。

1） 汽车线束的前工序（前工程）是指切线压接—合线压接（焊接）—绝缘等，需要对导线进行直接加工的工序，统称为前工序（前工程）。

2） 汽车线束的后工序（后工程）是指对前工序（工程）流转的半成品或半成品组件进行预装配—总装配—检测—检验—包装的工序，统称为后工序（后工程）。

3.1 TRIZ创新原理在切线工序的应用

高压新能源线束的导线通常情况下比较粗，中间带有多层屏蔽网、锡箔纸和绝缘胶皮，在生产制造过程中，需要根据工艺流程进行多次切割屏蔽网、锡箔纸和绝缘皮，由于切割屏蔽网的过程中采用旋剥机进行高速旋转切割屏蔽网，屏蔽网切割要彻底无残留且尺寸精确，第二层胶皮无切痕损伤。切割过程中，存在一个物理矛盾：旋剥机的进刀量要大，切割屏蔽网干净彻底，但是导致第二绝缘层胶皮损伤；旋剥机的进刀量要小，第二层的绝缘完好无损伤，但是屏蔽网丝切割不彻底。工程师无论如何调整机器参数都不能彻底解决这一矛盾，TRIZ创新工程师对问题进行分析，运用分离原理进行了第1次的改进，设计不同长度的不锈钢薄壁套管，先对线缆进行剥外层胶皮，然后将不锈钢套管穿过屏蔽网下层，保护内层线缆，然后再进行屏蔽网切割，初步解决了屏蔽网切割彻底且不伤内层绝缘皮的矛盾，但是却带来新的问题，且操作复杂，浪费工时。屏蔽网切头比较短时可操作性差。TRIZ创新工程师应用分离原理和预先作用原理，结合旋剥机设备厂家对设备进行改进，根据线缆的直径设计不同内径的金属管固定在设备上，工人直接将线缆固定在剥外胶皮的夹爪上，设备自动完成剥外胶皮—网开口—穿隔离管—旋剥切屏蔽网操作，完美解决屏蔽网切网问题。切屏蔽网改进如图1所示。

图1 切屏蔽网改善

3.2 TRIZ创新在合线（超声波焊接）工序的应用

汽车线束多线焊接（U卡压接） 合线工序是出错最多的工序之一，通常出现焊接（U卡压接） 点两侧的导线根数错误，导线看板号错误，导致不良品的产生，而且返工返修十分困难，特别是同一个车型不同配置线束的合线半成品差异很小，焊接（U卡压接） 点两端的组合半成品很容易拿错，导致不良品的产生。

TRIZ创新工程师首先运用分割原理，将焊接（U卡压接） 点两侧大于3根的不同导线分割开，确保绑线时同组绑线半成品中不出单根线错误，分两步将焊接点两侧的工序半成品绑线，完成焊接前的辅助作业，确保焊接点两侧的单根导线不出错。同时，运用颜色改变原理，采用不同颜色的半成品ID标签进行身份标记，焊接（U卡压接） 时，只需根据工艺卡的要求拿取两组半成品即可。分割绑线工装如图2所示。

图2 分割绑线工装

3.3 TRIZ创新在线束总装配工序的应用

随着汽车线束越来越复杂，单套线束的导线根数越来越多，导线长度也越来越长，汽车线束的可制造性也就越来越低。1条汽车线束的导线根数150～800根，总装配流水线旁的分装工位6～20个，流水线的总长度30～65m，装配板数量12～20块，装配板长度4～6m，流水线总人数30～160人，由此可见，传统的汽车线束总装配工艺已经无法满足当前复杂的汽车线束总装配。复杂庞大的汽车线束可制造性不高，不可避免会出现技术难题和错误。因此，灵活运用TRIZ创新方法能够快速有效地解决当下汽车线束总装配工艺和生产流程遇到的各种技术难题。

汽车线束总装配流水线分布的预装配工位，操作工按照工艺文件将部分单根导线、护套、护壳、橡胶件等预先装配到一起，然后形成总装装配的半成品组件，流水线装配工再将这些预装配的半成品组件按照总装配工艺文件分线挂线到大流水线总装板上，并将所有穿护套的端子完成穿线工作。由于预装配工位的半成品组件太多（10～50组），操作工少拿、错拿预装配组件的几率太高，导致汽车线束流水线成品装配错误，需到线束下线导通测试工序才能发现错误，并且错误的线束成品极难返工返修，造成极大的成本和工时浪费，导致线束的一次合格率较低。

TRIZ创新工程师结合线束生产制造的特殊性和同系列的线束产品图纸、导线分布区域，运用抽取原理，将汽车线束相同或相似部分抽取出来，另外组成小型流水线分开区域制造，形成一个较大的线束组件，并对抽取出来的线束组件进行ID标记和应用于成品线束的型号。这样，1条庞大的主线束总装配流水线旁可以根据线束大小布局1条以上的分装KITs小流水线或工位，再配上6～20个预装工位。线束分装KITs流水线如图3所示。

图3 线束分装KITs分装线

运用组合原理，TRIZ创新工程师设计了循环挂线盒，能彻底预防线束总装配流水线布线人员少拿或错拿其它较小的预装半成品KITs，在线束总装配流水线板固定位置，分布6～10组旋转循环挂线盒，挂线人员将每一组挂线盒内的KITs组件拿取完毕即可。旋转循环挂线盒旋转到预装配工位的时候，存储半成品KITs的盒子是空的，预装配人员只需要将流水线总装配线束型号所用的半成品放进指定的挂线盒内即可。挂线盒如图4所示。

图4 挂线盒

传统的汽车线束装配流水线的两侧分别布局预装配工位和流水线物料存放架，布线和穿端子人员集中在预装配工位一侧，主要负责完成线束的布线和穿端子操作，另外再分布几个线束包扎工位完成线束的分支包扎、捆扎操作，另一侧主要是安装线束扎带、卡丁、波纹管等线束附件的安装、线束接点的包扎等工作，下线后的线束缓存架、线束100%导通测试、继电器熔断片等附件安装、外观检验、包装等工位。传统的线束流水线布局已经无法满足新型大型的线束流水线布局和操作，大型的线束装配流水线装配物料多，摆放距离较长，且装配人员多，成品线束下线的位置很难固定在一个位置，因此，存在下线成品线束运输和存储路线和预装物料架放置路径干涉的矛盾。传统线束装配线如图5所示。

图5 传统线束装配线

TRIZ创新工程师运用空间分离原理，创新设计出中空的物料放置架，上部放置物料箱，物料放置架的下方安装轨道，运输返回的空成品线束周转车，线束成品下线的运输车走另外一侧的轨道，完成下线线束的100%导通检测、影像检测、卡丁检测、外观检测、包装等工序。新型物料周转系统如图6所示。

图6 新型物料周转系统

同样，针对大型线束装配流水线还设计有成品线束悬空周转系统，线束成品下线后，放置在一个箱子（包裹）内，由悬空设计的轨道架拉到空中，轨道架下部是100%导通检测、影像检测、卡丁检测、外观检测、包装等工位。该方案由于成本太高、结构复杂，故障率较高等因素，最终逐步被淘汰。

3.4 TRIZ创新在车载通信线束制造中的应用

随着汽车智能化技术的快速发展，车载影像、雷达、GPS、环视摄像头、ADAS技术的应用，导致传输高频信号的同轴线缆越来越多，这些同轴线缆或成对绞合线缆组成的线束被称为FAKRA线束、HFM线束、MATEnet线束、HSD线束、以太网线束等。目前这些通信线缆和线束技术开发、原材料制造、销售主要把控在以RT、TE、APH、MD、LENI等外国线束企业手里。因此，国内汽车线束零部件制造商必须在车载通信线束技术研发和制造上面集中发力，迎头赶上。

HSD线束金属屏蔽环压接后，塑料内芯距离金属外壳边缘的尺寸公差为0.30+-00..1150mm，HSD尺寸图[4]如图7所示。国外一些线束企业制造设备和自动化水平比较成熟，通常采用数字千分表进行定位检测，检测符合尺寸要求，测量仪表发出指令压接机构开始工作，对金属屏蔽环进行压接，整套的设备成本较高。然而，国内一些企业在小批量试验制造过程中，未开发全自动化的压接设备，通常采用手工压接，只能在压接模具和制造工艺上做创新。

TRIZ创新工程师运用创新原理中的预先作用原理，设计一个带倾斜角和0.30mm的凸点钳口和压接弹性机构，操作工人将HSD内芯护套和金属外壳穿平齐后，将线束放入压接模具，开启模具压接，压接刀片在下压过程中，推动金属屏蔽外壳向前滑动0.3mm后夹紧外壳和线缆进行定位，模具下压外壳成型定位，压接后的成品测试内芯和外壳边缘尺寸正好在0.3mm公差范围内，压接后的HSD线束金属屏蔽外壳和塑料内芯的尺寸符合产品设计要求。某模具如图8所示。

图7 HSD尺寸图

图8 某模具

4 总结

无论是汽车线束制造技术创新还是制造工装创新，都是为了降低汽车线束的制造成本、提高劳动效率、保证线束品质为核心目标，工程师们都应具备TRIZ创新思维，打破思维定式尤其重要，学习TRIZ创新方法更应灵活利用TRIZ创新原理和创新工具去解决汽车线束制造过程中遇到的各种矛盾和难题。如何将TRIZ创新方法灵活应用到汽车线束的制造技术创新中，将成为汽车线束制造行业人士共同探讨和研究的话题。本文通过TRIZ创新方法在汽车线束制造中的应用案例进行阐述，抛砖引玉，互相交流和学习，与同行共同促进汽车线束制造技术的提升。