新一代線束制造工藝管理軟件的原則及應(yīng)用優(yōu)勢研究

線束是飛機(jī)和汽車等現(xiàn)代交通工具中至關(guān)重要的組件，負(fù)責(zé)各種電氣及電子設(shè)備之間的電力分配和信號傳輸。其價(jià)格也不菲：在一輛現(xiàn)代化的汽車中，整套線束是僅次于動力系統(tǒng)的最貴的組件。因此線束制造商一直在努力降低成本。

線束制造在邏輯上非常復(fù)雜。每個(gè)線束包含幾百甚至上千個(gè)組件，經(jīng)過一系列操作最終組成成品。通常來說，每個(gè)線束的制造必須在一系列配置上能夠反應(yīng)每輛車的可選內(nèi)容。在這個(gè)行業(yè)，設(shè)計(jì)變更可謂家常便飯，因此很難憑經(jīng)驗(yàn)去做優(yōu)化。

這些因素給線束制造工程師和生產(chǎn)計(jì)劃員帶來了真正的挑戰(zhàn)，他們必須確定在哪里、如何制造產(chǎn)品以及制造什么樣的產(chǎn)品。他們必須為每種線束設(shè)計(jì)找出一種高效的裝配模式，并建立必要的數(shù)據(jù)來驅(qū)動“企業(yè)資源規(guī)劃”（ERP） 系統(tǒng)，從而管理庫存和組件采購、安排在制品相關(guān)時(shí)間表 （WIP），等等。這項(xiàng)活動一般稱為“制造工藝管理”（MPM）。

不幸的是，目前幾乎沒有線束制造工藝管理軟件應(yīng)用來為制造工程師和生產(chǎn)計(jì)劃員提供相關(guān)幫助。雖然也有一些內(nèi)部應(yīng)用，但是使用最多的還是特別設(shè)計(jì)的手動方法，最多也就是有電子表格宏協(xié)助一下。本文討論的是新一代線束制造工藝管理軟件背后的原則，以及更有效的制造工藝管理所帶來的益處。

有層次的裝配

除了原型等數(shù)量較少的組件以外，線束的組裝通常要遵循一定的步驟順序，而不是一系列基本組件的單獨(dú)操作。

比如，導(dǎo)線必須切割成長度合適的小段、剝掉外皮然后壓接端子。這三個(gè)任務(wù)一般可以由一個(gè)單獨(dú)自動化操作完成，并且通常將算作在制品庫存，甚至可能被賦予一個(gè)內(nèi)部零件編號。一些被加工過的導(dǎo)線隨后可能又會重新被結(jié)合在一起，構(gòu)成一個(gè)小的子組件，再次成為一個(gè)擁有自身零件編號的獨(dú)特在制品組件。需要注意的是，子組件實(shí)際上可能與另一個(gè)看似無關(guān)的線束中使用的子組件完全相同。各種不同的子組件和其它組件隨后可能被組合在一個(gè)工裝板上。壓好端子的導(dǎo)線插入連接器孔、包扎線束然后添加附件。最后將對線束進(jìn)行測試，然后裝箱待發(fā)。

這里說的重點(diǎn)就是線束裝配要遵循一系列有序的步驟。此外，這樣的順序背后是有著工業(yè)邏輯的：比如導(dǎo)線在沒有壓端子之前就不能插入連接器。

因此，每項(xiàng)線束設(shè)計(jì)都可分解為一系列有序的制作步驟進(jìn)行，每個(gè)步驟都會使用到組件或子組件，并產(chǎn)生新的子組件，直到線束制作完成。物料結(jié)構(gòu)清單便是該分解分析的一項(xiàng)重要結(jié)果，它能夠反映有序過程，與那些只需要根據(jù)線束設(shè)計(jì)就可以計(jì)算出來的沒有層次結(jié)構(gòu)的物料清單有著明顯的區(qū)別。圖1為簡單線束的分層原理示意圖。

圖1：通過分層安裝步驟完成線束的制作

也就是說，除了最簡單的線束之外，所有其它線束均可以不同的方式進(jìn)行拆分。因此，制作方法不僅要可行，而且還要精良。這不僅取決于線束設(shè)計(jì)（例如：是否使用末端或中間剝皮段焊接？），還要取決于工廠能力（例如：我們是否能夠自動處理大截面尺寸蓄電池電纜？）。良好的決策甚至取決于優(yōu)化目標(biāo)（例如：盡可能降低成本或減少周期時(shí)間？）。

鑒于設(shè)計(jì)復(fù)雜性、配置復(fù)雜性、高變更率和各不相同的工廠能力的挑戰(zhàn)，我們可以很快認(rèn)識到這項(xiàng)工作的難度。線束 MPM 軟件可以解決這一問題！

流程概述

圖2：設(shè)計(jì)——制作工藝管理——企業(yè)資源規(guī)劃流程概述

圖2對該流程進(jìn)行了詳細(xì)的描述。盡管原理簡單，但有效的執(zhí)行還需要大量的專業(yè)知識和經(jīng)驗(yàn)。主要步驟包括：

以數(shù)字化模式將即將制作的線束保存在電腦中（數(shù)字描述）。功能強(qiáng)大的設(shè)計(jì)軟件可以對線束進(jìn)行詳細(xì)而準(zhǔn)確的數(shù)字描述，而且還可以對配置復(fù)雜性和設(shè)計(jì)變更進(jìn)行有效管理。線束設(shè)計(jì)軟件可以創(chuàng)建詳細(xì)準(zhǔn)確的物料清單，并對分支配置等線束結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述。現(xiàn)代線束設(shè)計(jì)軟件包括明導(dǎo)的 Capital HarnessXC、Capital ModularXC 和 VeSys Harness 產(chǎn)品。

再以數(shù)字化模式將工廠加工能力保存在電腦中。加工能力包括針對切割/剝皮/壓接設(shè)備的最大和最小線束測量、焊接設(shè)備所允許的最多導(dǎo)線數(shù)和創(chuàng)建連接器子組件的參數(shù)選擇。這些數(shù)字描述都應(yīng)保存在線束 MPM 軟件中，既要簡單以方便保存，也要足夠詳細(xì)以實(shí)現(xiàn)制作流程模型自動化：詳見步驟4.

MPM 應(yīng)用可以獲取線束設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。如果線束設(shè)計(jì)軟件廠商還提供 MPM 軟件，工作就簡單很多，這是因?yàn)樵O(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的含義、豐富性和完整性都能夠得到確保。在明導(dǎo)的 Capital 軟件套件等以數(shù)據(jù)為中心的環(huán)境中，本身不是線束設(shè)計(jì)組成部分的資料庫組件等額外數(shù)據(jù)可以自動甚至有條件地被添加以輔助流程管理自動化。

為制造工藝的每一步操作計(jì)算出符合參數(shù)和條件的相應(yīng)物料結(jié)構(gòu)清單。這一步驟是制造工藝管理的核心。至關(guān)重要的是，引導(dǎo)這一分析的可配置規(guī)則需要通過制造工藝管理軟件獲取。除了出廠性能之外，這些規(guī)則也是線束制造商的制造知識產(chǎn)權(quán)。必須積極可靠地獲取這些規(guī)則：如下。

使分解分析實(shí)現(xiàn)自動化的技術(shù)可被用作特定域推理引擎。該推理引擎了解線束裝配的工業(yè)用邏輯，從而只計(jì)算適用的子組件。

針對制造模式的計(jì)算可帶來對線束裝配工藝（尤其是物料結(jié)構(gòu)清單）的多層次描述。就這點(diǎn)而言，鑒別適用于多個(gè)線束設(shè)計(jì)的子組件也很重要。這一能力可通過規(guī)模經(jīng)濟(jì)和機(jī)器使用等對制造成本產(chǎn)生巨大影響。

制訂多層次物料清單后，制造工程師將尤其需要查看結(jié)果，也許需要通過交叉突出線束設(shè)計(jì)圖中的子組件使輸出量可視化；以及做出必要的改動或添加，在子組件號生成/普通化前完成任務(wù)。必須保留這樣的手動工作，以便再用于以后的設(shè)計(jì)修改。

多層次物料結(jié)構(gòu)清單現(xiàn)用作線束制造商另一核心應(yīng)用企業(yè)資源規(guī)劃的動力。幸運(yùn)的是，推進(jìn)企業(yè)資源規(guī)劃的數(shù)據(jù)在各企業(yè)資源規(guī)劃系統(tǒng)廠商之間相對普通化：從MPM中輸出可被ERP系統(tǒng)讀取的數(shù)據(jù)是簡單可行的。此外，人們可以想象使用MPM的數(shù)據(jù)作為其他領(lǐng)域的輸入，例如，生產(chǎn)活動中的符合人體工程學(xué)的建模。

請注意，術(shù)語物料需求規(guī)劃 （MRP） 及其外延詞制造資源規(guī)劃 （MRP II） 有時(shí)仍用于描述企業(yè)資源規(guī)劃下的一些具體活動。

最后企業(yè)資源規(guī)劃系統(tǒng)可計(jì)算出推動運(yùn)營所需的工作訂單和組件采購訂單。作為題外話，步驟1開發(fā)的豐富線束設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)可作其它用途，推動線加工機(jī)等生產(chǎn)設(shè)備以及自動測試臺，從而進(jìn)一步簡化整體工作流。

這一描述對線束設(shè)計(jì)自動分解分析（目的是制訂物料結(jié)構(gòu)清單）可如何完成進(jìn)行了解釋。但盡管確實(shí)可使用大量的自動化，容許靈活性還是很重要。例如，由于維護(hù)、修理或升級導(dǎo)致生產(chǎn)設(shè)備無法使用；可能會發(fā)現(xiàn)工藝安全問題；或可能會實(shí)現(xiàn)最佳制造模式能力。這些可能發(fā)生的事需要工藝定義存在一定的靈活性，因此，授權(quán)工作人員應(yīng)可能跳過自動生成的制造模式。也應(yīng)可能保持并重新應(yīng)用這樣的“跳過”，從而不丟失任何增值工作。

知識產(chǎn)權(quán)；內(nèi)部應(yīng)用與商用現(xiàn)貨軟件的對比

這又引發(fā)了知識產(chǎn)權(quán)的獲取和保護(hù)問題。這個(gè)問題很關(guān)鍵，因?yàn)楣S的生產(chǎn)能力（如定制設(shè)備）和流程邏輯是線束制造商競爭力的核心保障。現(xiàn)代線束 MPM 軟件為全面而安全地獲取知識產(chǎn)權(quán)提供了基本架構(gòu)。尤其是推動分解邏輯的規(guī)則是依據(jù)一組用于獲取制造商知識產(chǎn)權(quán)的模板制定而成的，請參閱圖3。這些模板專用于線束制造。將這些規(guī)則結(jié)合起來，形成了用于線束設(shè)計(jì)分析的全面的規(guī)則集。必須指出的是，這些規(guī)則是線束制造商的專有財(cái)產(chǎn)。通常由一名授權(quán)的“規(guī)則管理人”來建立這類規(guī)則。一旦建立，只需要適當(dāng)?shù)木S護(hù)即可，例如新工廠的建立或加工能力的改進(jìn)都可以運(yùn)用這些規(guī)則。

需要注意的是，這一范例改變了至少部分制造工程/生產(chǎn)規(guī)劃人員的工作職能。有些人，通常是技術(shù)最精湛的，從專注于單一的線束工作轉(zhuǎn)為利用自身專長來創(chuàng)建規(guī)則集以應(yīng)用到多個(gè)線束。實(shí)際上，他們要充分利用這種專業(yè)知識來獲取可重復(fù)使用的知識產(chǎn)權(quán)。

圖3：靈活獲取知識產(chǎn)權(quán)

上述架構(gòu)可看成一個(gè)可擴(kuò)展、可定制、以規(guī)則為基礎(chǔ)的框架。因?yàn)楣S的說明和規(guī)則是靈活且專有的，可以用來擴(kuò)展或定制核心 MPM 軟件。核心軟件可以提供用戶界面、推理機(jī)制、數(shù)據(jù)訪問和輸出以及可配置的零件編號分配等。這也有利于人們將直接運(yùn)用商用現(xiàn)貨 （COTS） 軟件與開發(fā)內(nèi)部應(yīng)用進(jìn)行對比分析。

當(dāng)然，人們傾向于開發(fā)內(nèi)部應(yīng)用，這類應(yīng)用會對商業(yè)敏感的業(yè)務(wù)領(lǐng)域直接或通過付費(fèi)轉(zhuǎn)包商產(chǎn)生影響。因此，內(nèi)部軟件更加利于獲取知識產(chǎn)權(quán)。

然而，上述可擴(kuò)展架構(gòu)在獲取知識產(chǎn)權(quán)的同時(shí)，還能充分運(yùn)用 COTS 軟件的優(yōu)勢。這些優(yōu)勢可歸納為：

降低成本：由商用軟件供應(yīng)商承擔(dān)開發(fā)和維護(hù)費(fèi)用，用戶規(guī)模更大，同時(shí)還可賺取利潤。

盡量避免受限于落后的模式：商用軟件供應(yīng)商可以吸收各種新的輸入。

將資源集中在核心業(yè)務(wù)上：對線束行業(yè)來說，軟件開發(fā)并非核心業(yè)務(wù)。

從印刷電路板設(shè)計(jì)到平面藝術(shù)等不同行業(yè)已經(jīng)對這些問題展開了反復(fù)討論。而結(jié)果都是相同的：COTS 軟件（具備或不具備可擴(kuò)展架構(gòu)）將占支配地位，整個(gè)行業(yè)的效率得到提升。

高效的線束 MPM 軟件的優(yōu)點(diǎn)

乍看之下，高效的線束 MPM 軟件的主要優(yōu)點(diǎn)似乎是為制造工程師和生產(chǎn)計(jì)劃員節(jié)省了時(shí)間和成本。這項(xiàng)艱巨的任務(wù)在很大程度上實(shí)現(xiàn)自動化，除了決定制造模式之外，還包括分配在制品零件編號等輔助任務(wù)。

當(dāng)然，這確實(shí)是一個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)，但實(shí)際上還有很多其它優(yōu)點(diǎn)。其中包括（大體上按重要性降序排列）：

根據(jù)捕捉到的 IP 進(jìn)行系統(tǒng)化的線束設(shè)計(jì)建模（視生產(chǎn)能力而定），而不是依靠多名專業(yè)水平參差不齊的人員，降低制造成本。有關(guān)生產(chǎn)什么、在哪里生產(chǎn)、如何生產(chǎn)的問題都可以迎刃而解。

創(chuàng)建能夠準(zhǔn)確反映優(yōu)化后制造模式的多層物料清單，降低制造成本。

確定通用子組件，降低制造、庫存和廢棄成本。這樣便能實(shí)現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)，避免重復(fù)浪費(fèi)。

避免數(shù)據(jù)重復(fù)錄入，縮短糾錯(cuò)和驗(yàn)證時(shí)間。確保從線束設(shè)計(jì)環(huán)境到制造過程中的數(shù)字連續(xù)性。這在需要頻繁更改設(shè)計(jì)的情況下顯得尤為重要。

及早確定資源需求（例如新工具），避免危急狀況。

系統(tǒng)化捕捉和運(yùn)用 IP，降低員工培訓(xùn)成本。當(dāng)工廠搬遷，一些關(guān)鍵的有豐富工作經(jīng)驗(yàn)的員工很容易就流失，此時(shí)這就顯得非常重要。

系統(tǒng)化捕捉數(shù)據(jù)，為基于愿景的制造業(yè)務(wù)做出的投資決策提供支持。

提高企業(yè)的預(yù)見性。例如，在報(bào)價(jià)階段的預(yù)見性，這可以通過系統(tǒng)化的制造能力的建模來獲得。

所有這些優(yōu)點(diǎn)為購買和部署現(xiàn)代化 MPM 技術(shù)的線束制造商帶來了豐厚的投資回報(bào)，以捍衛(wèi)其在這個(gè)競爭激烈的行業(yè)中的地位。

結(jié)論

線束制造工藝管理是一項(xiàng)智力要求較高的工作，對供應(yīng)商的盈利能力起著至關(guān)重要的作用。成本削減壓力始終不減，而隨著行業(yè)日趨全球化，大規(guī)模定制時(shí)代全面到來，所面臨的挑戰(zhàn)將會越來越多。到目前為止，商業(yè)軟件廠商尚未能很好地滿足線束制造工程師和生產(chǎn)計(jì)劃員的需要。驅(qū)動 ERP 系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)為手動創(chuàng)建，或通過維護(hù)代價(jià)高昂的內(nèi)部應(yīng)用創(chuàng)建，容易形成定式并導(dǎo)致公司無法集中精力于主營業(yè)務(wù)。

但如今出現(xiàn)了新一代線束制造工藝管理工具，在很大程度上能夠自動完成關(guān)鍵任務(wù)，同時(shí)全面保護(hù)知識產(chǎn)權(quán)。這些軟件擁有很多優(yōu)點(diǎn)，為汽車、工程車輛、航空航天、國防或需要用到線束（最簡單線束除外）的行業(yè)供應(yīng)產(chǎn)品的線束制造商均可采用。

明導(dǎo)的 Capital Harness MPM 是一款專為線束制造業(yè)開發(fā)的 COTS 軟件產(chǎn)品（見圖4）。它擁有上述所有特點(diǎn)。

圖4：Capital Harness MPM 與 Capital HarnessXC 結(jié)合使用

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