行业动态
  • 线束行业的未来
  • 本站编辑:聚航电子发布日期:2021-01-04 15:39 浏览次数:

汽车制造业见证了机器人自动化的最高部署。焊接,组装,机器维护,材料去除,零件转移等是最适合机器人自动化的组装操作。但是,对于需要判断和决策的任务,机器人的性能仍有改进的空间。线束是汽车的神经系统,由多种尺寸和形状的电线和连接器组件组成。线束在主控制单元,电池和汽车的各个部件之间传递各种控制和电源信号。将此类电缆与连接器组装在一起需要很高的技术水平,并且最耗时。它涉及将电缆与适当的连接器配对,并将复杂的布线结构固定在汽车内部。传统上,机器人很难在车身上安装线束。因此,为了简化与线束相关的复杂问题,正在采用多种方法来简化线束体系结构并提高机器人的功能。简化线束制造的目标需要坚持不懈地推动自动化。

1) 特斯拉的专利申请(US20190217794)要求在车辆制造过程中易于组装线束。该专利还公开了减少导线的总长度。

2) Yazaki Corporation(其核心产品是汽车线束组件)正在致力于将控制信号从车辆的电子控制单元(ECU)无线传输到扩展系统中的电子设备。该公司最近获得了一项专利(US10122125B2),其中要求保护一种车辆线束结构,该结构旨在将多个主要设备与通信线和信号线互连。每个系统都包括一个主设备ECU和一个有线连接到主电源线的辅助设备,其中两个设备进行无线通信,从而减少了通信信号的额外接线。在附图中,扩展系统中的每个电子设备包括无线通信接口。ECU确保与扩展系统中每个电子设备的无线通信通道,实现双向数据通信以达到控制目的。

3)在美国专利申请No. 20190168698A1(受让人:Yazaki Corp.),可以在连接电源和电气部件的同时简化电路主体的结构。通过将干线束穿过管状外部构件的中空部分(例如,类似用于止水的索环)插入,可以减少构成干线束的电线的数量。与电路主体中的典型布线相比,这要容易得多

4)以色列的中小企业雅马电子公司(YamarElectronics)专门研究在嘈杂的直流电源线上进行通信的技术。其目标是减少导线,从而降低成本和重量。Yamar引入了使用DC-BUS技术的“汽车电力线通信”,并使用现有的CAN和LIN协议在电力线上合并数据,从而消除了额外的束缚。提出的解决方案可以将总线束的长度从2km减少到20米。Yamar的专利申请US20180302187A1要求一种收发器以及通过噪声通道(AC / DC线)进行异步数据传输的方法。该解决方案可用于车辆和商用卡车,以减少额外的布线要求。

三、替代产品

一种出现新的产品替代现有的线束,一种是用其它材质替代现有的铜材质,达到整车轻量化的目标;轻量化要求,在航空航天上也是一个越来越大的挑战。

铝是一种很早就进入视线的铜的替代品。TE,Sumitomo,Furukawa,Yazaki等公司都对使用铝或者铝合金替代铜作为导电和信号传输的材质,也提出了一些可行性比较高,操作性比较强的方案。(这些技术性的文章,有的公开的,有的是保密性的,如果有心,都可以获得。)因为使用铝会比铜减重20%-40%,而且在成本上有优势,同时在可能受水影响的区域使用这种耐腐蚀的材质,不需要做单独的耐腐蚀处理。

光纤是另外一种替代选项。市场研究公司Bishop & Associates的总裁罗纳德·毕晓普(Ronald Bishop)说:“头发大小的光纤可以传输数百个高速信号,取代笨重的铜电缆。

但是,光纤在许多非电信应用上没有得到普及。毕肖普指出:“多年来,人们曾多次预测铜的内在衰落,但先进芯片技术与信号完整性设计方面的改进结合在一起,使工程师们能够找到扩展铜实际带宽的方法。”与所需的光电转换过程相关的成本,以及连接器,需要熟练的技术人员成功终止,阻碍了广泛的市场转换为光纤

航空航天工业是发展传统电线电缆替代品的领头羊。纳米技术是一项具有巨大长期潜力的技术。碳纳米管(CNTs)已经被用于一些需要更小更轻线束的军事应用,如无人机和卫星。

碳纳米管的强度重量比是其他已知材料无法比拟的。Nanocomp技术公司的工程师们研究出了如何将它们变成具有非常高的抗拉强度、高效导电性、电磁干扰(EMI)屏蔽能力和极轻重量的电线。

Nanocomp业务开发副总裁John Dorr称:“通过使用我们的CNT胶带产品替代传统的铜和铝电缆屏蔽,航空航天制造商可以实现高达50%的额外节约,同时保持可比或更好的电气性能。”“如果使用中心导体,(重量可以)减少10%。

而柔性线路板是Trackwise(英国公司)开发了改进的线束技术(IHT),该技术有助于制造任何长度的柔性印刷电路。最近,该公司制造了世界上第一个,最长的26米FPC,无需额外的线束即可支持电力和通信信号的控制和传输。当前,由于其轻量级优势,该技术已在航天器中使用,并且可以在汽车中采用以实现同等优势。

专门从事印刷电子产品咨询的IDTechEx公司的主席Peter Harrop补充说:“完全印刷和层压替换的仪器簇和线路将节省重量、成本和空间。”“无线传感器和执行器也将为未来的汽车节省布线,并逐渐被打印出来

四、线束制造自动化

总体而言,线束的加工是极成熟的产业。但是依然由劳动力和熟练工人所制约。“低成本”人力加工,在现在的制造业中,已经不是吸引客户的主要因素。尤其在要求一致性很高的汽车制造业,越来越多的机械介入,越来越少的人工环节,让效率、成品率、一致性和综合成本达到新的高度。如何提高自动化生产和机械制造的比例,已经是线束加工业新的议题。

而自动驾驶和电气化正在引导这个行业的转变。利用现在不仅以外最昂贵的车,但质量也将成为其中一个最重要的,因为它越来越多地支持安全关键功能如转向、刹车或车道切换。

分析当前线束行业的技术发展过程的不足和优势,了解未来趋势(如自动驾驶)对线束开发和生产的影响。为什么自动驾驶压力会成为自动驾驶行业的颠覆性创新?

自动驾驶为什么会影响线束的开发和生产过程吗?怎么影响?

国外的一家研究机构在对在7个国家,26家不同公司,54位专家,43小时的深度访谈,访谈资料达280页,这些专家来自不同行业,得出结论:自动驾驶会给线束从设计到制造整个过程带来颠覆性的改变:自动化。分析了实现自动化过程中的弱点和优势,为自动化的实现提出新的思路。

这是受访行业分布图和受访者职位构成

受访者都认为在线束开发过程中,存在的弱点和优势如下图 最大的弱点是过程和数据的不连续性,受访者都认为线束开发没有一个整体的过程。相反,具有不同工具和数据格式的筒仓结构阻碍了连续的流程流。此外,装具组件和变体的数量增加导致装具开发的复杂性增加,其结果是,复杂性被视为第二大弱点。最大的优势是FSS(Full Service Supplier全面服务供应商);受访者认为,应对这种复杂而频繁的变化在开发和生产线束时,管理效率极大地影响了他们在速度、质量和成本方面的运作

自动驾驶(AD)会对线束的开发和生产过程产生很大影响,因为自动驾驶要求:

■提高开发和制造质量。

■通过智能和可追溯的方式,将需求与生命周期中的规格进行记录,并将其明显联系

起来,这在手工流程中很难做到。

■设计和制造的自动化程度和数据连续性有所提高。

特别是原始设备制造商非常清楚,线束的开发和制造需要更高的质量、安全性和透明度,这只能通过可再生和可理解的工艺来实现。这就引出了对设计(设计自动化)和生产(自动化制造)过程自动化的高度需求。

此外,可追溯性(文档和数据连续性)对于实现所需的透明度和安全性是绝对必要的。为了实现这一点,他们需要一个全新的线束架构的高度需求。

可追溯性和自动化被看作是环境中最重要的措施,然而,可追溯性,可以被视为未来的第一号措施,而线束制造商仍然保留制造自动化。对于线束制造商来说,新的趋势意味着要确保线束的制造是正确的,为此需要可追溯性数据。如果不投资于生产自动化,我们都不知道供应商如何能够提供和验证运行安全。

可追溯性被认为是最重要的策略,原因如下:

■为设计和制造带来透明度。

■在设计和制造过程中建立一个数据连续的工艺流程,以减少成本,时间,成本和提高质

量。

■及时发现错误并改进流程以达到最高的安全性。

■应对变化管理、复杂性和不断增加的数据量。

■为法律或规范要求、召回和可能的诉讼提供文件。

大多数线束制造商对自动驾驶的影响持保留态度。这是由于不确定性,在未来,安全带是否真的会成为安全关键系统的一部分。许多线缆制造商表示,随着电气化和线束的增加,将会有更多的内容和功能。因此,工具会变得更多,但可以使用与以前相同的流程进行开发和生产。因此,大多数线束制造商看到的是对产品的小影响,但对过程没有重大影响

相同的线束架构,但内容和功能更多,对屏蔽和路由的要求更高,但过程基本相同

AD(自动驾驶)意味着额外的文档和验证。这种方法分类为质量验证方法。现在有很多人和专家并不认为自动驾驶是一种大的颠覆,而是一种改进。随着自动驾驶增加更多的内容和功能,以及验证和文档需求,他们希望顺应这一趋势并从中受益。

由于布线在系统中起着至关重要的作用,所以需要理解和评估所有的相互关系和相互依赖关系。为了理解系统及其行为,需要一种基于端到端的连续数据的系统工程方法。此外,高度自动化(从设计到生产的数据连续性和可追溯性的系统工程方法)的设计减少了开发时间和失效概率,并允许工程师在第一时间正确地设计质量.

自动驾驶是一种巨大的颠覆,尤其是考虑到汽车电气化程度的提高,以及特斯拉(Tesla)、优步(Uber)或软件公司等新玩家带来的即将到来的市场变化。少数公司预计,市场结构将发生重大变化,只有这些少数公司能够适应这个新世界。我们的数据显示,全面服务供应商和一些工程公司正致力于这种方式。

开发一个高质量的从设计到生产的系统需要一个整体和敏捷的方法与互联流程、跨领域和跨组织的协作。所有过程步骤为依赖于前一个流程步骤的输入,并提供相应的输出和数据应高度相关,并影响后续所有工艺步骤的输出质量。这种高度依赖关系也适用于由集成产生的系统软件、电子 机械专业。许多新的开发方法已经被采用 在其他行业,如敏捷、精益开发或SCRUM中引入,这是可以的作为未来汽车线束发展道路的灵感来源。


大多数线束制造商和软件供应商表示,处理如此大量的数据进一步增加了软件和硬件设计的复杂性,同时也增加了线束的数量。为了确保系统的可靠性,线束的增加将是必要的。这样就会导致更多的线路,增加线束的尺寸和重量。为了应对自动驾驶,将会出现新的要求。

OEM和工程服务机构认为,自动驾驶需要降低线束的复杂性。新的线束架构将拥有更少的内容和更简单的结构。这可以通过将重点转移到软件、功能和领域的集成以及替代铜电缆的新技术来实现。(如扁线、无线)。一个更简单的工具架构将意味着更多的标准化和对以前设计的重用。模块化区域架构就是其中的解决方案之一.

未来的线束将被设计为系统优化和可制造性,这使得它更简单和更小。未来线束有可能:

■带有小KSKs(定制化)的模块化区域架构,而不是基于领域的架构,以减少复杂性,

同时又不失客户导向和灵活性

■在开发和制造过程中,关键和非关键治理区域是分开的,并面临不同的要求(例如,根据ASIL和高压分类的可追溯性措施)**ASIL(Automotive Safety Integration Level)

■利用可实现自动化制造流程的组件和架构

■针对特定组件的一对一连接:用于确定适配率和更好的故障分配

■新技术的集成和评估(数字电缆、平板电缆、无线、印刷中间件、以太网、骨干结

构、智能和自诊断电缆)

软件有可能

■所有的特性和功能将以软件为基础

■软件功能的集成将需要更少的ECU(Electronic Control Unit)

■硬件是根据软件要求设计的

■基于服务的架构,具有不同级别的计算操作

 
 
 

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