線束行業的競争極為激烈。制造環節仍然是高度依賴于人工的勞動密集型活動，不斷提高的複雜性限制了該環節的盈利能力。鑒于電動汽車和自動駕駛等大趨勢以及這些趨勢對配電系統的相關影響，幾乎可以肯定這種情況在可預見的未來将持續存在。此外，線束制造商仍不得不管理和實施大量設計更改，即使此時産品已經投入生産，甚至進一步影響到生産線。操作員、設備甚至工廠空間等資源都極為寶貴，必須細心管理。

生産線的初始設置本身就是一項需要豐富制造工程經驗的繁雜工作。相關人員必須設計準備區域，在工裝闆上安裝線束，鑽好用于支撐夾具的孔位，在工裝闆上安裝支撐夾具，定義工位并為這些工位分配内容。此外，還必須設計和準備測試設備。必須根據給定的節拍時間和預測的取料率平衡調整整條生産線。必須根據預測的産量決定所需的生産線數量和工廠空間。所有這一切都是為了保證盡快在産品投産後盈利。在每次設計更改後，都必須重新評估這些決策。工裝闆可能需要更新，已平衡的生産線可能需要重新平衡，或者操作員可能需要重新培訓。因為取料率或産量出現波動而實施更改後，生産率可能會在短時間内降低。線束取料率的顯著變動會極大地影響生産線的産能利用率。甚至項目生命周期内通常會出現的産量和取料率變化也可能迫使線束制造商采取措施并重新設計生産線。例如，增産或減産階段的産量通常較低，需要不同的制造策略。

如何設計生産線

在汽車行業等高産量行業中，通常使用旋轉輸送線進行線束制造。圖 1 顯示了此類旋轉輸送線。對于這些生産線，在旋轉式傳送帶上安裝多個木制或鋁制安裝闆。

圖 1. 線束制造旋轉生産線

整個旋轉生産線分成若幹不同的工位，如圖 2 所示。線束設計通常記錄在無比例的二維産品設計圖紙上。制造工程師使用該産品設計圖紙（圖 3）創建全尺寸制造圖紙，稱為 “工裝闆圖紙”（圖 4）。

圖 2. 線束生産線的編号工位

圖 3.産品設計圖紙

圖 4. 工裝闆圖紙

圖 1 中拍攝的各個安裝闆都顯示相同的工裝闆圖紙。這些工裝闆圖紙是線束設計數據的一比一全尺寸表示，并且提供了額外的制造信息。除線束對象之外，與制造相關的所有對象，如線束叉、連接器支架、卡釘支架或膠帶位置指示器也都以圖形方式顯示在這些工裝闆圖紙上，為操作員提供直觀幫助。這些工裝闆圖紙可以是單獨線束或複合線束。在複合工裝闆上，可以生産相同線束的不同衍生版本。

根據線束設計的複雜性、預測産量、取料率和其他工廠因素（如空閑的設備和工廠空間），制造工程師決定生産線的設計，其中包括工位的數量。

所有這些活動的目标始終是設計出平衡的生産線，使其能夠以預測的取料率生産出預測數量的線束并盡快盈利。當然，要開始盈利總需要一段時間，特别是對于需要大量人工的複雜産品。操作員當然也需要一定時間才能适應他們必須執行的任務并達到最佳效率。

什麼是合并工裝闆？

通過使用合并工裝闆，制造工程師可以設計出生産線并在同一生産線上生産不同但又極為相似的線束。也就是說，一條合并的生産線可以取代多條生産線，從而騰出空閑的工廠空間和其他資源。在某些情況下，使用合并工裝闆還可以提高單條生産線的産能和效率。在本白皮書後文中将列舉一個示例。因為在合并工裝闆圖紙上會顯示兩個或多個線束，通常的做法是使用不同的顔色來注明哪些元素屬于哪個線束。請注意下方圖 5 右側的三種顔色：

圖 5.合并工裝闆及其源設計

• 黑色：用于表示所有線束的通用内容
• 藍色：此内容僅用于其中一個線束。藍色已指定用于該線束
• 橙色：此内容僅用于其中一個線束。橙色已指定用于該線束車間操作員清楚需要生産哪些線束。憑借這些知識和顔色編碼，他就可以識别出工裝闆上的相關部分。

線束在一定程度上存在共性，這些共性是确定能否采用合并流程的關鍵。根據經驗法則，通常達到 70% 到 80% 的共性即可。如果共性很少，則合并工裝闆将非常複雜，難以看懂并理解。操作員将無法從複雜的工裝闆圖紙中快速獲得所需信息，導緻生産效率低下。

示例：合并工裝闆可以如何對生産線的效率和産能産生積極影響？

讓我們假設當前正在生産柴油乘用車和汽油乘用車的前端線束。兩種線束之間的共性約為 80%。兩者的取料率極為接近，柴油車預計為 52%，汽油車預計為 48%。數量相當高。根據這些信息和其他一些參數，我們決定在單獨的生産線上生産線束，一條用于柴油車，另一條用于汽油車。

我們調整平衡了生産線，并完成了所有必要的準備工作。最終設置預備了備用産能，使我們能夠應對一定程度的增産要求。我們開始生産。我們的操作員經驗豐富，能夠迅速掌握新的設計流程。我們很快開始盈利。

幾個月後，我們發現取料率發生顯著變動。柴油車取料率在下降，而汽油車取料率則在上升。原因可能是一場極為公開但頗受争議的讨論，這場讨論圍繞據稱的 “環保” 柴油機的缺點展開并影響了消費者的情緒。隻要柴油機的未來仍不明朗，汽油機的需求就會激增，這一情況在德國市場已是人盡皆知。不管原因為何，趨勢已經很清楚，我們必須決定如何應對。就這裡的示例而言，其直接影響是我們的柴油車生産線不再高效。工廠空間和設備沒變，但生産的線束在減少。更加令人警覺的是，随着汽油車線束取料率的提高，汽油車生産線的備用産能可能不敷使用。

圖 6.兩條線束生産線的初始設置，一條用于汽油車

我們的選擇包括：

我們可以為汽油車前端線束再建立一條生産線，以滿足提高的取料率。然而，這将需要更多的工廠空間、設備和操作員，因此可能不是最佳選擇。

一個更好的方法（圖 7）可能是重新設計柴油車生産線，以便可以在同一生産線上生産柴油車和汽油車線束。換言之，我們可以使用合并工裝闆建立合并的生産線。

圖 7.調整後的設置，包括合并的柴油車和汽油車生産線以及單條汽油車生産線

建立高效且成本優化的合并生産線需要将現有的工裝闆設計合而為一，并确保可以再利用大多數的夾具和工具位置。也就是說，工程師隻需要調整線束的非通用部分，而不必重新鑽全部的孔和放置所有夾具。

請注意，在圖 7 中，我們決定保留汽油車前端線束的生産線不變。憑借調整後的設置，我們現在可以應對取料率的變動并生産所需數量的前端線束，不需要在車間中做其他更改，例如安裝一條額外的生産線。事實上，安裝第三條生産線會降低效率和産量，因為柴油車生産線和第二條汽油車生産線的利用率将遠低于其産能。因此，最好使用兩條原有生産線應對變動。

盡管上述示例說明了潛在的好處，但由于以下原因， 即 便 是 考 慮 合 并 生 産 線 也 經 常 會 遇 到 阻力：a) 初始合并複雜工裝闆時的困難，以及 b) 此後複雜的更改管理。鑒于目前的方法和能力，企業必須非常慎重地考慮合并生産線而獲益的可行性，以及為實施和維護合并生産線而投入的時間和精力。有時，企業會嘗試并遭遇失敗；但通常而言，企業根本不會嘗試以免冒失敗的風險。

當然，我們的示例隻是簡單描繪了該解決方案。在實際情況中，需要在決策過程中考慮許多因素。但主旨是相同的：合并工裝闆通常可以顯著提高線束生産線的效率和産能。

當今如何設計合并工裝闆？

一直以來，此類合并工裝闆是使用繪圖工具通過高度人工參與的流程制造的，這些工具不一定專門設計用于重用和共享數據。就算是第一步，即決定兩個線束是否是可以在合并生産線中生産的合适備選，也是一項繁重、需要大量人力的任務。工程師需要手動比較圖紙，并注意一系列參數，例如尺寸、布局、元件及其位置、所需的線束夾具以及元件夾持器。

繪圖工具方面的主要工作完成後，合并流程本身又是一項繁瑣的工作。實際上，考慮到大多數繪圖工具的局限性，此步驟通常根本不考慮線束數據。因此，可能需要數天時間才能完成初始的合并工裝闆設計，而對于大型線束，這甚至需要數周時間。

完成合并工裝闆的初始設計後，必須對其進行維護。對原始線束設計所做的所有更改都必須落實，即更新合并工裝闆。但同樣的問題是，由于設計合并工裝闆時使用的繪圖工具很可能沒有連通任何數據源，這會成為又一項耗時且容易出錯的手動任務。

毫不令人意外，許多制造工程師都會拒絕通過合并工裝闆來優化生産線。對于發起者而言，通常很難找到合并工裝闆的合适備選。即使兩條生産線之間存在顯著的共性，創建和維護合并工裝闆仍是一項過于繁重的任務。如果工程師同意合并，由于目前繪圖工具存在許多不足（圖 8），這項工作也仍有改進空間。

圖 8. 使用繪圖工具執行合并工裝闆方法的劣勢

Capital：當今應如何設計合并工裝闆？

好消息是，除了完全依賴繪圖工具外還有其他選擇。Siemens Digital Industries Software 的 Capital 套件提供了以數據為中心的技術，可以支持整個設計和制造流。下表（圖 9）概述了 Capital 的一些主要優勢。

圖 9. 使用 Capital 實施合并工裝闆方法的優勢

線束設計在 Capital 套件中首先是數據集，也可以表示為圖紙。每個圖紙都可以獨立設置樣式，方便工程師為每個用例創建合适的圖形表示。更改管理變得更加容易和可靠，因為輸入的數據幾乎可以無限地重用，并且可以在整個流程中保持數據和相應圖紙之間的關聯。

Capital 為創建和維護合并工裝闆和生産線提供了完美的環境。制造工程師可以選擇并比較現有的工裝闆，找出合适的成對備選工裝闆。

借助數據連續性，Capital 工裝闆管理器可以為比較合并備選工裝闆提供一系列支持。隻需單擊一個按鈕就可以計算出通用内容的實際量。自動合并功能可以接管許多較低級别的 “默認” 任務。該工具支持工程團隊使用自然工作流程。在整個合并過程中，可以随時應用數據中存儲的線束相關信息。該工具可以當場為工程師提供信息，這與缺乏數據連續性，需要大量時間來檢索信息的傳統流程形成鮮明對比。

Capital 還大大縮短了創建合并工裝所需的時間。例如，該工具可以在合并過程中輕松保留實際工裝闆上已有的夾具位置。實際上，由于在整個合并工裝闆流程中始終保持與備選（源設計）的關聯，更改管理通常非常快捷而方便。圖 10 說明了使用 Capital 工裝闆管理器創建合并工裝闆的若幹優勢，如上文所述。

圖 10.Capital 工裝闆管理器的優勢

組合工裝闆與合并工裝闆

組合工裝闆提供了另一種方法，可以在線束工廠中盡可能高效地使用資源。不同之處在于，在組合工裝闆中，不同的線束位于不同的位置。也就是說，使用現有工裝闆上的備用空間來生産明顯不同的線束。該方法通常用于小型線束以及取料率較低的線束。通過組合工裝闆，可以使用相同的設備和工廠空間生産許多此類的線束。Capital 工裝闆管理器也可用于創建和維護這些類型的工裝闆。下面的圖 11 顯示了這樣一個組合工裝闆。

圖 11. 組合工裝闆；在同一個工裝闆上有一個包含兩個其他線束的合并線束

結語

Capital 工裝闆管理器提供了基于連續數據流的環境，可在該環境中創建和維護合并工裝闆。通過該工具，制造工程部門可以輕松将生産線效率提至最高。從完全依賴于繪圖工具的純手工方法過渡到以互聯數據為中心的方法，大大減少合并和組合工裝闆以及生産線所需的工作量。通過 Capital，制造工程師可以專注做自己最擅長的事情，例如快速完成各種生産線優化方案，而不是操作繁瑣的繪圖軟件。對于線束制造商而言，這意味着能更好地制定車間決策，并最終在無法避免更改的情況下以更快的速度實現盈利。

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