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      1. 線束加工廠

        汽車線束的失效模式

          整車線束的正常運行是整車各項功能實現的前提。整車裝配中頻發的線束失效問題對整車制造效率及整車產品品質影響巨大。通過對整車裝配過程中的線束失效模式進行系統分析,著重對線束失效模式進行了歸類,并針對同類失效模式提出了相應的解決方案。文章可對線束設計以及整車裝配過程中線束失效問題的解決提供幫助。

          線束作為汽車的“神經系統”,負責汽車各部分之間電壓和信號等數據的傳遞。同樣,線束也如“神經系統”般復雜和脆弱,在整車制造過程中容易出現大量問題。整車裝配中線束失效模式的分析及解決,成為保障汽車安全的重要一環。特別是在如今汽車電子系統不斷向集成化、功能化、智能化發展的今天,線束失效的發生將直接導致整車“癱瘓”,汽車線束的失效模式正引起人們的極大關注。文章對整車裝配過程中的線束失效模式進行了整理與分析,并提出了相應的解決方案,為汽車線束設計和裝配提供了指導。

          1 汽車線束簡介

          汽車線束的作用是將蓄電池或者發電系統產生的電能傳遞到用電設備,同時擔任整車信號等數據傳輸的作用。如圖1所示,汽車線束由導線、端子、包覆物、接插件和其他部分組成。導線由線芯和絕緣層組成,因為汽車安裝空間和安裝條件較為嚴苛,所以導線要求具有較高的柔韌性。為了增加柔韌性,車用導線芯線被拉成多根,而導線變細后也增大了線束姿態的自由度和被割斷的風險。絕緣層和包覆物作用類似,對導線提供保護和隔離作用,它們的選用影響導線的安全。接插件用于連接導線和用電器、導線和導線,由公端和母端組成,公母端對配的匹配性以及端子對接均對電路導通功能有影響。其他部分如卡釘、悶頭等,影響線束走向和整車防水。線束各個部件共同完成整車電壓、信號等數據的傳遞,任何一個部分出現失效都會對整車的正常運行產生影響。

          2 整車裝配中線束失效模式

          為了提高生產的效率以及方便維修,整車裝備工藝會采用將裝配步驟打散,分配給各個工位的策略。線束的安裝同樣如此,這種“化整為零”的裝配策略顯著提高了整車的制造速度,但由于裝配的分散,線束接口及定位件繁多,往往會增大線束失效產生的概率。圖2為某汽車總裝車間的主要工段的示意圖。線束裝配貫穿整車制造過程,其主要分布在內飾及門線工段,同時底盤工段也存在部分接插件的對接。

          整車線束裝配跨度大、工序多,線束失效也相應較多。整車裝配中線束失效模式主要分為干涉失效、人機失效、設計失效、匹配失效、功能失效、異響失效等幾類。

          2.1 干涉失效

          線束的干涉失效是指線束與周圍部件的間隙過小導致的問題或者由此引起的風險。線束干涉失效產生的原因可以分為設計問題、裝配制造問題、品質問題和潛在問題。設計問題是由于設計階段沒有考慮線束與周圍的環境間隙引起的,可以通過設計階段的三維模擬評審發現不符合項并加以更改,尤其關注極限狀態下的間隙。裝配制造也會引起干涉失效,線束本身自由度高,姿態難以固定,在制造、運輸和裝配的過程中均會出現狀態變化,狀態的不利變化會縮小線束與周圍環境的間隙,引起干涉失效。

          針對裝配制造引起的干涉失效,可以通過規范制造、運輸和安裝的操作流程或者工藝更改來避免。品質問題引起的干涉失效,供應商品質管理工程師加強對物料品質的控制即可解決。潛在問題發生在工程師團隊無法確定風險是否存在的情況下,這時耐久車及試驗車的數據就成為了干涉失效界定的重要依據。

          2.2 人機失效

          整車裝配過程中的人機失效是由于制造工藝違背人機工程引起的。人機工程是人和機器及環境的相互作用,人機工程研究的目的是提高生產的高效性、安全性以及員工的舒適感、健康。整車裝配過程中線束的人機失效主要包括線束安裝力大、裝配手勢和姿勢不當、反饋缺失這三種。線束過硬是安裝力大的主要原因,人機工程對員工各個部分的受力有嚴格的定義;裝配空間小、裝配局部受力大、高頻勞損等對線束的裝配也有重要影響;裝配視覺或者聽覺的反饋不僅影響線束安裝的效率,還對整車品質和人員安全有重大意義。針對線束的人機失效,設計研發階段的虛擬評估尤為重要,同時各部門進行高頻次聯合試裝,在設計階段就將人機失效避免。

          2.3 設計失效

          整車裝配過程中的線束的設計失效常常出現在造車前期階段。某項目工廠試驗的第1階段出現過線束零件標簽紙數目不對,線束接插件沒有對接件等設計發布失效。線束設計失效只出現在首次造車或者工程更改后,同時線束發布問題能被快速發現并解決。為了避免或者減少設計失效問題,在設計發布前應該仔細核對零件清單并對樣件狀態進行核對。

          2.4 匹配失效

          線束的匹配失效在整車裝配過程中也時有發生,這類失效主要發生在卡釘和接插件上。線束卡釘安裝有匹配度和插拔力的要求,接插件公母端對配也需要滿足匹配度和插拔力的要求。此外,線束卡釘和接插件的安裝還與裝配空間息息相關。某項目造車階段出現車身鈑金孔位置變化但是線束卡釘位置沒有跟隨更改的匹配失效,導致線束卡釘無法安裝。

          對于這類匹配失效,研發人員應在數模設計階段就提前介入,并在數模上進行匹配相關的檢查,同時在后期工程變更時及時告知周圍零件對應的工程師,溝通后協同更改,保證線束更改的可匹配性。

          2.5 功能失效

          線束在整車上承擔傳遞電能及電壓等信號的作用,線束的失效往往會引起整車的功能失效。整車裝配過程中的線束功能失效種類繁多,汽車電子相關工程師通過SPY3等工具確定問題所在的區域,線束工程師結合電路原理圖和線束裝配圖確認出問題的具體部位。整車裝配過程中線束功能失效主要由接插件對接不到位、彎針及二次鎖未鎖止引起。此外,整車線束裝配未按照法規要求也會引起功能失效。例如整車供電的應急切斷線,法規要求應急切斷線束需要在可輕易切斷的區域,以便在車輛重大事故時第一時間進行切斷,解救車內人員。

          2.6 異響失效

          線束異響失效的產生主要有幾種原因,包括線束不固定與周圍零件碰撞、線束卡釘安裝不緊和線束接插件未固定等。解決異響失效的主要難點在于找到異響源,一般替換法和聽診設備就能找出線束異響失效的異響源,針對異響失效的原因對線束狀態進行對應調整即可解決線束異響失效。同時,在設計階段可通過包絡分析提前識別一些異響失效產生的可能,針對線束過長引起的異響失效可通過使用海綿膠帶來解決。

          2.7 其他失效

          整車裝配過程中線束還會存在其他失效模式,比如線束包覆物顏色不美觀,線束變更零件無法切換等。美觀這類復雜失效需要結合多方的評估意見進行更改,市場調查尤為重要;而物料切換失效問題往往不是一個人能解決的,嚴格遵守物料切換流程可以很大程度的避免這類問題。

          2.8 線束失效實例分析

          某項目線束失效的種類及數量分布,如圖3所示,該項目中管路失效占到了線束失效的50%以上,其次就是人機失效和設計失效。整車線束繁多,遍布車輛的每一個區域。同時,線束姿態自由度高,生產、運輸和安裝工藝都會對其姿態產生影響,當這些影響導致線束與數模狀態偏離時,往往會引起管路失效。整車裝配過程中線束管路失效常有發生,管路評估成為了線束相關工作的一個重要組成部分。線束的人機失效主要來自于線束安裝困難,因為線束裝配過程涉及程序多,多步操作后常造成線束扭曲進而消耗線束長度,導致安裝前需要較大的力將卡釘拉至對配位置。同時主線束回路多,線束粗且硬,主線束的裝配常常是人機失效的重災區。

          3 結論

          隨著人們對汽車功能的需求越來越大,整車線束也將越來越復雜。相應地,整車裝配過程中的線束失效也會越來越多。文章首先對線束進行了簡單的介紹,然后重點對整車裝配過程中的線束失效進行了系統分類,并針對各種失效模式的特點提出了解決的方法。即設計階段仔細核對零件清單并嚴格模擬狀態,樣件生產后進行多方試裝,更改時考慮周圍零件,安裝過程中嚴格執行安裝工藝。這些解決方案的積累對線束失效處理具有一定指導意義。

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