汽車線束設(shè)計階段降成本的研究與應(yīng)用

黃江濤，劉廣浩，李凱，王國冰，王登科，焦東坡

(廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院，廣東廣州 511434)

0 引言

當(dāng)下，汽車行業(yè)正在面臨電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化、共享化的“新四化”變革，汽車上的各種電子電器產(chǎn)品越來越多，作為汽車信號和電力傳輸連接各種電器的汽車線束變得越來越復(fù)雜。為了生產(chǎn)高品質(zhì)低成本的汽車，提高汽車產(chǎn)品的競爭力，汽車企業(yè)也在不斷探索降成本。汽車線束作為汽車的一部分，線束降成本也是重點關(guān)注的方向。現(xiàn)在各個企業(yè)都非常關(guān)注產(chǎn)品的研發(fā)設(shè)計，因為這直接關(guān)系到企業(yè)的效益[1]。曾有研究表明，產(chǎn)品成本的80%在設(shè)計階段就決定了，因此很多企業(yè)都投入大量的精力關(guān)注著這80%的既定成本，在研發(fā)產(chǎn)品進入量產(chǎn)前的環(huán)節(jié)，探求進一步的降成本方法[2]。因此在汽車線束設(shè)計階段進行降成本研究與應(yīng)用，進一步優(yōu)化線束成本，具有重大意義。

1 汽車線束簡介

汽車線束指整車所有的線束，含電器盒在內(nèi)。汽車線束由導(dǎo)線、連接器、端子、護套、膠帶、熱縮管、熔斷器、繼電器、波紋管、PVC管及保險盒等附件組成，起到汽車神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)功能、傳遞信號及執(zhí)行電能作用[3]。整車線束主流設(shè)計采用“4+X”方案，即整車線束劃分為發(fā)動機線束、前艙線束、儀表板線束和車身線束4根主線，附加行李箱線束、頂棚線束、前后保線束、四門線束及接地線束等小線。

2 汽車線束成本構(gòu)成及現(xiàn)狀

汽車線束加工生產(chǎn)一共有4種工藝，分別是開線、壓接、預(yù)裝和總裝。目前只有開線與壓接部分的自動化程度較高，因為線束物料多且雜以及無法定位的特點，組裝與測試部分仍需依靠大量的人工進行，雖然近幾年汽車線束企業(yè)自動化取得了較大的發(fā)展，但是汽車線束加工依然是勞動密集型產(chǎn)業(yè)，約70%的生產(chǎn)流程為人工，人工成本所占汽車線束總成本的比例較高。汽車線束成本由物料成本、加工費、包裝運輸費及利管費構(gòu)成，其中包裝運輸費占比很低。線束物料成本主要由線束技術(shù)方案決定。線束加工費及利管費主要由汽車線束產(chǎn)量以及線束供應(yīng)商的人工成本、企業(yè)利潤和工裝分?jǐn)倹Q定。隨著車輛配置的不斷升高，線束物料成本不斷增加。目前人工、土地使用等成本的上升，線束加工費和管理費呈上升趨勢。以下為低壓線束成本構(gòu)成比率圖(圖1)及線束物料成本構(gòu)成比率圖(圖2)，線束物料成本占線束總成本比率約65%。在設(shè)計階段，主要可以通過優(yōu)化線束設(shè)計來降低線束成本。后期主要通過優(yōu)化線束供應(yīng)商制造工藝，比價等方式來降低線束成本。

圖1 線束成本構(gòu)成占比

圖2 線束物料成本構(gòu)成占比

3 設(shè)計階段線束降成本研究與應(yīng)用

3.1 平臺化和標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計

為降低產(chǎn)品成本，縮短開發(fā)周期，平臺化設(shè)計已成為汽車企業(yè)重要降本措施之一[4]。通過線束連接，可推進用電器的線束接口和孔位定義平臺化。不斷推進線束物料和設(shè)計方案平臺化，線束零部件的統(tǒng)一化和結(jié)構(gòu)簡化，提高了設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化，降低了工程師設(shè)計的隨意性，不同車型盡量共用線束二級零部件。建立線束零部件數(shù)據(jù)庫，盡量選用現(xiàn)有的平臺零部件，避免專用新零部件開發(fā)。線束零部件的統(tǒng)一可使需求量集中，有利于零部件的采購、提高議價籌碼。經(jīng)過不斷地平臺化優(yōu)化設(shè)計，前艙電器盒、儀表板電器盒、線束線連接器及線束附件的通用化率達到了100%。零部件連接器方面，零部件共312類，平臺化208類，平臺化率提升至67%。優(yōu)化前如PFB電器盒共5種類型，其中4種平鋪式，1種側(cè)掛式，優(yōu)化后只有3種類型。以下為某平臺項目PFB電器盒平臺化設(shè)計優(yōu)化案例，由3種合并優(yōu)化為1種PFB電器盒如圖3所示。

圖3 PFB電器盒平臺化優(yōu)化設(shè)計

3.2 架構(gòu)優(yōu)化和控制器集成

對汽車架構(gòu)進行不斷優(yōu)化，不僅可提高汽車的性能，還可降低生產(chǎn)成本。推進電氣架構(gòu)優(yōu)化，可有效簡化線束結(jié)構(gòu)。電器件數(shù)量越多，線束越長。推進電器件集成，可減少連接器和線束分支數(shù)量。以某電動車項目為例實現(xiàn)高壓電氣架構(gòu)優(yōu)化，高壓線束成本和質(zhì)量大幅下降。汽車架構(gòu)優(yōu)化后高壓線束長度由22 m下降到9 m，質(zhì)量由13.5 kg下降到4.8 kg，高壓線束成本大幅下降了41%,如圖4和圖5所示。

圖4 優(yōu)化前高壓系統(tǒng)架構(gòu)

圖5 優(yōu)化后高壓系統(tǒng)架構(gòu)

3.3 線束布置優(yōu)化

由于大量電器件的應(yīng)用及車內(nèi)布線空間小，不斷提高了線束布置難度。汽車線束設(shè)計布置中要做到線束安全穩(wěn)定，節(jié)約材料，節(jié)省空間，易于裝配和維護。進一步提高用電器布置統(tǒng)一性，減少固定物料種類，減少和簡化護板的使用，避開熱源，減少隔熱材料應(yīng)用可使線束走向和布置更優(yōu)化。優(yōu)化電器件的布置位置，可縮短和簡化線束路徑，某項目線束布置優(yōu)化前后如圖6和圖7所示。A零部件布置位置保持不變，本體旋轉(zhuǎn)180°。天線接口連接器由2個2PIN連接器更改為4個1PIN的連接器，其中3個1PIN的連接器直接與A零部件連接，另外一個與線束連接。線束減少3個與A零部件連接的3個天線回路小線物料，長度約1 m，線束饋線減短，此次布置優(yōu)化總降成本約28元。

圖6 線束布置優(yōu)化前

圖7 線束布置優(yōu)化后

3.4 線束技術(shù)革新

通過引入線束物料、設(shè)計及工藝等方面的新技術(shù)，可實現(xiàn)線束輕量化和成本降低。例如應(yīng)用繼電器和保險絲小型化技術(shù)，電器盒總降成本約29.5元。再比如在同等阻抗條件下，鋁導(dǎo)線與銅導(dǎo)線相比，質(zhì)量更小(見表1)。通過選用鋁導(dǎo)線和外徑更小、質(zhì)量更輕的細(xì)線徑導(dǎo)線，可為汽車線束減重也可降低成本。導(dǎo)線成本在汽車線束成本中所占比率較大，推廣0.13 mm2合金導(dǎo)線甚至更低的小平方導(dǎo)線，應(yīng)用0.13 mm2的合金導(dǎo)線對于整車輕量化具有重大意義[5]。某項目48 V電池線束優(yōu)化前用35 mm2銅導(dǎo)線，優(yōu)化后用50 mm2鋁導(dǎo)線替代，長度約4 m，減重224 g/m，一共減重896 g，降成本約30元,如圖8所示。

表1 銅鋁性能對比表

圖8 鋁導(dǎo)線實物

3.5 物料一對多和國產(chǎn)化

從過往技術(shù)方案對應(yīng)一種二三級物料轉(zhuǎn)變?yōu)椴捎猛环N物料一對多模式，向一級供應(yīng)商提供“選型資源庫”，外資線束廠和本土線束廠根據(jù)自身采購體系，選用成本低的物料，增強線束供應(yīng)商的議價能力，提升供應(yīng)鏈穩(wěn)定性。已在推行接地端子、熱縮管、保險片、波紋管及普通導(dǎo)線等一對多的方案，以某項目的布基袖套為例，同一管徑的布基袖套，可3種不同品牌產(chǎn)品供選擇互換見表2。提高二三級物料國產(chǎn)化率，降低物料成本已成為很多零部件降本的主要措施。隨著國內(nèi)連接器智能化程度的不斷提高，國內(nèi)連接器廠家通過不斷革新技術(shù)，國產(chǎn)連接器質(zhì)量越來越好。因為進口的連接器一般價格昂貴、供貨周期長，國內(nèi)連接器品牌受到更多的關(guān)注，在保障質(zhì)量的同時，很多車型項目的線束在用國產(chǎn)的連接器替代部分外資的連接器，降低線束物料成本，提升供應(yīng)鏈供貨穩(wěn)定性。某項目中部分連接器及其配件，在用國產(chǎn)品牌胡連、奧海等替換見表3。

表2 布基袖套一對多表

表3 連接器國產(chǎn)化替換

3.6 VAVE降成本

目前汽車企業(yè)的VAVE降本意識越來越強，VAVE降本活動可以有效地降低線束成本，提高產(chǎn)品的性價比優(yōu)勢。由于量產(chǎn)后VAVE要推進實施更難，代價更高，現(xiàn)在更加關(guān)注在設(shè)計階段的VAVE應(yīng)用[6]。目前充分利用了項目組例會的機制，各個相關(guān)部門均全部參與到VAVE活動中來，讓每個部門的相關(guān)工程師都清晰VAVE方案的具體措施和內(nèi)容，并積極配合線束有效提案的推進和實施。線束VAVE的提出與實施也離不開線束供應(yīng)商的積極參與和配合，線束設(shè)計部門定期和線束供應(yīng)商召開項目例會，交流VAVE方案和跟進進度，有效促進了VAVE方案的落地實施。

線束設(shè)計部門制定了VAVE記錄表，確保VAVE方案平面展開。各個項目，根據(jù)VAVE記錄表編制了項目自身的VAVE check list，每個閥門根據(jù)VAVE check list對圖紙進行審核，VAVE表中優(yōu)化類型共12種類型。以某車型為例，通過設(shè)計階段的VAVE持續(xù)優(yōu)化，整車線束物料降成本比例約11%。以此車型的車身線束和頂棚線束合二為一為例，VAVE優(yōu)化前原有線束的方案頂棚線束與車身線束分開，通過兩對線束inline對接，為兩條獨立的線束，零部件分開管理、分開裝配，從成本、質(zhì)量角度出發(fā)并不是最優(yōu)的設(shè)計方案。在現(xiàn)有布置條件下，經(jīng)過VAVE分析，綜合各方面考慮，可將頂棚線束集成到車身線束上，集成后無頂棚線束零部件，可少管理一個零部件并減少工裝費。VAVE后將頂棚線束合并到車身線束上后，不存在頂棚線束如圖9和圖10所示。通過VAVE優(yōu)化，成本減少16元/臺，質(zhì)量減少0.1 kg/臺，工裝合并后，工裝成本降低約3萬元。

圖9 VAVE優(yōu)化前

圖10 VAVE優(yōu)化后

4 結(jié)束語

現(xiàn)在汽車行業(yè)競爭激烈，各個汽車企業(yè)都在關(guān)注成本優(yōu)化。在汽車線束設(shè)計階段充分利用平臺化設(shè)計、線束布置優(yōu)化及VAVE等方法優(yōu)化線束設(shè)計，降成本效果顯著。降成本工作任重道遠(yuǎn)，未來將進一步加強在線束設(shè)計階段的降成本優(yōu)化工作，探索將線束設(shè)計向上游延伸，推動精簡線束設(shè)計。切實做到降本增效，提供更有競爭力的產(chǎn)品。