談到未來，就不可避免的提及過去！電線束與汽車同步誕生的。汽車的初始狀態(tài)，結構簡單，機械控制占主導地位，在很長的一段時期內(nèi)，人們更著重汽車機械性能方面的研究，汽車電線束僅作為整車的一個部件，始終沒有得到過重視，對其技術質量的評價也只是電路的導通與否，汽車電線束的加工工藝為手工的鉸接、焊接、栓接等落后工藝，其連接器等零件的可靠性、互換性和缺陷的可維修性就更差了。

80年代初，隨著機械制造業(yè)的發(fā)展，拉動了壓接工藝的進步和成熟，尤其是全自動壓接機的問世，使汽車電線束的制造技術產(chǎn)生了質和量的飛躍，汽車電線束的單線抗拉強度大大提高，機械性能趨于穩(wěn)定，壓接點的電壓降可得到有效控制，信號在傳輸過程中的損耗降低，整車的可靠性成倍提高，同時汽車線束的功能由單一的供電回路擴大到信號傳遞。

進入90年代后，除原有的儀表系統(tǒng)、發(fā)動機系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等日益完善外，相繼出現(xiàn)了安全氣囊系統(tǒng)、剎車防抱死系統(tǒng)、中控鎖電動門窗系統(tǒng)、防盜系統(tǒng)、電動座椅系統(tǒng)以及汽車音響系統(tǒng)和汽車導航系統(tǒng)等等，大大提高了汽車的智能和可靠性。

然而，電氣系統(tǒng)的增加直接導致了終端電器的增加，不僅增加了功耗，信號傳輸能力也收到了強烈的挑戰(zhàn)，從而使電線束、連接器、繼電器、傳感器等不可避免地劇增，汽車電線束的重量和體積也達到了汽車難以承受的范圍，一輛中檔水平的轎車，有上百對連接器、數(shù)以千計的接點，所用的導線總長度達1500-2000m。

進入21世紀，由于技術創(chuàng)新和消費者對新功能的需求（安全，舒適度，駕駛體驗），線束變得更加復雜。一些現(xiàn)代中型車輛最多包含40個線束，總計數(shù)百個連接器，數(shù)千個端子和多達1500條電線。如果拆開并放入一條連續(xù)的線中，這些電線將超過2英里（3.2公里）的長度，重約132磅（60千克）。此外，可以有70多種專用電纜，例如同軸電纜，高速數(shù)據(jù)和USB電纜。在較老的汽車中，這個數(shù)字接近10。線束變得越來越復雜。最直觀的印象可以從中控臺面板可以看到這種變化。

下面就以2009年寶馬X1與2020寶馬X7的中控臺為例，

2009款X1寶馬中控臺

2020款寶馬X7中控臺

經(jīng)濟在發(fā)展，科技在進步，對車輛的性能要求越來越嚴格，但是到目前為止線束的制造所有線束制造操作中約有85％是手動進行的。業(yè)界通用的工程和制造方法已經(jīng)使用了數(shù)十年，并在新時代中顯示出它們的局限性。線束制造仍然是一個非常勞動密集的過程。更麻煩的是線束設計，制造部門和系統(tǒng)之間的支離破碎。設計和制造工程師經(jīng)常在各自的域之間手動傳輸數(shù)據(jù)，然后將所傳輸?shù)脑O計數(shù)據(jù)重新創(chuàng)建并重新輸入到他們的每個系統(tǒng)中，例如CAD，生產(chǎn)，裝配板設計或成本核算系統(tǒng)等。

在這些新挑戰(zhàn)的重壓下，傳統(tǒng)的線束制造方法開始崩潰。首先，分散的設計和制造過程導致域之間的手動數(shù)據(jù)傳輸和重新輸入。這很慢，容易出錯，并且對工程師的時間和精力的利用效率低下。當制造工程師進行更改以提高線束的可制造性時，這些更改通常會在團隊之間的數(shù)據(jù)轉換中丟失。即使在最先進的設備中，從設計工程到產(chǎn)品工程，制造工程以及制造文檔生成的高級過程也可以通過基本的Office應用程序和AutoCAD圖形完成，然后傳遞給整個流程中的下一個環(huán)節(jié)，而下一個環(huán)節(jié)又以另一種格式或樣式手動重新創(chuàng)建非數(shù)字信息，以此類推。

這種方式是難以接受的。新產(chǎn)品的引入周期可能要花費數(shù)月的時間，而設計更改可能要花幾周才能完全實施。手動數(shù)據(jù)共享和重新輸入會導致錯誤，這些錯誤會花費金錢，時間，甚至更糟的是，會損害與客戶的良好關系。

計劃的加快步伐還意味著制造工程師幾乎沒有時間優(yōu)化制造過程，從而從一開始就導致次優(yōu)過程。可能特別具有挑戰(zhàn)性的一項任務是創(chuàng)建工作說明。使用當前的方法，創(chuàng)建工作指令是一項困難，耗時且富挑戰(zhàn)性的工作，需要技能和專業(yè)知識才能準確，及時地完成。遲交或質量低下的作業(yè)指導書可能會導致工作站不足和不令人滿意，進而導致組裝錯誤。測試期間發(fā)現(xiàn)的錯誤會導致工程師進行冗長的返工，甚至徹底報廢有故障的線束，從而產(chǎn)生意外成本。

下圖顯示了線束行業(yè)中典型的高級制造工程流程。如今，手動輸入數(shù)據(jù)會在任何這些階段發(fā)生錯誤，每個階段都需要出色的技能和經(jīng)驗才能準確完成。在流程下游進行的調(diào)整和校正必須手動輸入上游，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)一致性。傳統(tǒng)的線束制造方法很容易受到零散過程的錯誤的影響，并且隨著工程師退休或離職而失去部落知識。其他關鍵問題包括成本核算不一致或不正確，模板設計或制造工藝設計欠佳，以及關鍵信息在車間的錯放。這些會直接導致生產(chǎn)過程中的效率低下。結果，制造和總成本可能會超出對客戶的報價，并且會影響生產(chǎn)質量

隨著車輛技術繼續(xù)推進，尤其是在自動和輔助駕駛領域，線束的復雜性只會繼續(xù)升級。先進的駕駛員輔助系統(tǒng)（ADAS）以及最終的自動駕駛汽車極大地增加了車輛上將配備的傳感器和執(zhí)行器的數(shù)量。即使制造商合并了ECU以創(chuàng)建更集中的車輛體系結構，傳感器和執(zhí)行器的顯著增加也將導致線束的尺寸和復雜度不斷增長。

汽車工業(yè)向電動和電子汽車特征及部件的這些趨勢有望推動線束制造行業(yè)的增長。根據(jù)Future Market Insights 的一份報告，全球汽車線束市場預計到2025年將達到915.3億美元的價值。該報告指出，汽車銷售的增長以及對電子安全功能，高端電子產(chǎn)品和電動動力總成的需求不斷增長。線束行業(yè)的預期增長背后的驅動力。

增長帶來了新的挑戰(zhàn)，也給行業(yè)帶來了新的壓力。為了支持更多的電氣和電子系統(tǒng)，其中一些系統(tǒng)非常復雜，線束變得越來越復雜。制造商還必須適應車輛的所有可能配置，而這種配置經(jīng)常會飆升到數(shù)千萬。在制造這些復雜的系統(tǒng)時，公司必須滿足非常嚴格的時間表，嚴格的質量要求并最大程度地降低生產(chǎn)成本，以保持在市場上的競爭地位。

為了保持競爭優(yōu)勢，從巨大的市場蛋糕中分一杯羹，不僅是線束制造商，甚至汽車制造商，制造軟件服務商等，提出各種解決方案。總體來講，分為四類:

一、高級制造工程流程

這類基于模型的線束制造通過自動進行數(shù)據(jù)交換并為工程師提供跨域決策的訪問權限，基于模型的流程統(tǒng)一了以前分散的設計和制造領域。以前由經(jīng)驗豐富的工程師掌握的部落知識，可以通過支持自動化的集成設計規(guī)則來獲取，始終如一地指導所有工程師并檢查設計中的問題。

線束行業(yè)中數(shù)字化和基于模型的企業(yè)涉及三個關鍵方面下圖。首先是線束產(chǎn)品和制造過程的數(shù)字模型。線束和生產(chǎn)過程的數(shù)字模型共同構成了數(shù)字孿生。自動化是第二大支柱。現(xiàn)代的線束設計和制造解決方案可以使用由資深工程師創(chuàng)建的設計規(guī)則，并使用它們來自動將數(shù)字線束和過程模型轉換為流程單，工作指令和其他輸出格式。第三支柱是數(shù)據(jù)重用。在基于模型的工程流程中，不是重新創(chuàng)建或重新輸入數(shù)據(jù)，而是一次創(chuàng)建數(shù)據(jù)，并由所有上游和下游使用者最大程度地重用數(shù)據(jù)。

基于模型的企業(yè)的三個主要原則：數(shù)字化，自動化和數(shù)據(jù)重用

創(chuàng)建了一個數(shù)字線程，其中從架構和功能設計到物理設計，制造工程和售后服務的所有功能都可以使用相同的數(shù)據(jù)。在線束生命周期的每個階段，每個利益相關者都可以使用相同的數(shù)據(jù)模型，并可以訪問在其他域中做出的決策。使用數(shù)字線程可以縮短設計周期，并且可以在過程中以更低的成本發(fā)現(xiàn)并解決問題。通過減少設計返工，數(shù)據(jù)重用可最大程度地降低成本并提高生產(chǎn)效率。

二、線束架構的簡化

汽車制造業(yè)見證了機器人自動化的最高部署。焊接，組裝，機器維護，材料去除，零件轉移等是最適合機器人自動化的組裝操作。但是，對于需要判斷和決策的任務，機器人的性能仍有改進的空間。線束是汽車的神經(jīng)系統(tǒng)，由多種尺寸和形狀的電線和連接器組件組成。線束在主控制單元，電池和汽車的各個部件之間傳遞各種控制和電源信號。將此類電纜與連接器組裝在一起需要很高的技術水平，并且最耗時。它涉及將電纜與適當?shù)倪B接器配對，并將復雜的布線結構固定在汽車內(nèi)部。傳統(tǒng)上，機器人很難在車身上安裝線束。因此，為了簡化與線束相關的復雜問題，正在采用多種方法來簡化線束體系結構并提高機器人的功能。簡化線束制造的目標需要堅持不懈地推動自動化。

1) 特斯拉的專利申請（US20190217794）要求在車輛制造過程中易于組裝線束。該專利還公開了減少導線的總長度。

2) Yazaki Corporation（其核心產(chǎn)品是汽車線束組件）正在致力于將控制信號從車輛的電子控制單元（ECU）無線傳輸?shù)綌U展系統(tǒng)中的電子設備。該公司最近獲得了一項專利（US10122125B2），其中要求保護一種車輛線束結構，該結構旨在將多個主要設備與通信線和信號線互連。每個系統(tǒng)都包括一個主設備ECU和一個有線連接到主電源線的輔助設備，其中兩個設備進行無線通信，從而減少了通信信號的額外接線。在附圖中，擴展系統(tǒng)中的每個電子設備包括無線通信接口。ECU確保與擴展系統(tǒng)中每個電子設備的無線通信通道，實現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)通信以達到控制目的。

3)在美國專利申請No. 20190168698A1（受讓人：Yazaki Corp.），可以在連接電源和電氣部件的同時簡化電路主體的結構。通過將干線束穿過管狀外部構件的中空部分（例如，類似用于止水的索環(huán)）插入，可以減少構成干線束的電線的數(shù)量。與電路主體中的典型布線相比，這要容易得多

4)以色列的中小企業(yè)雅馬電子公司（YamarElectronics）專門研究在嘈雜的直流電源線上進行通信的技術。其目標是減少導線，從而降低成本和重量。Yamar引入了使用DC-BUS技術的“汽車電力線通信”，并使用現(xiàn)有的CAN和LIN協(xié)議在電力線上合并數(shù)據(jù)，從而消除了額外的束縛。提出的解決方案可以將總線束的長度從2km減少到20米。Yamar的專利申請US20180302187A1要求一種收發(fā)器以及通過噪聲通道（AC / DC線）進行異步數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒āＴ摻鉀Q方案可用于車輛和商用卡車，以減少額外的布線要求。

三、替代產(chǎn)品

一種出現(xiàn)新的產(chǎn)品替代現(xiàn)有的線束，一種是用其它材質替代現(xiàn)有的銅材質，達到整車輕量化的目標；輕量化要求，在航空航天上也是一個越來越大的挑戰(zhàn)。

鋁是一種很早就進入視線的銅的替代品。TE,Sumitomo,Furukawa,Yazaki等公司都對使用鋁或者鋁合金替代銅作為導電和信號傳輸?shù)牟馁|，也提出了一些可行性比較高，操作性比較強的方案。（這些技術性的文章，有的公開的，有的是保密性的，如果有心，都可以獲得。）因為使用鋁會比銅減重20%-40%，而且在成本上有優(yōu)勢，同時在可能受水影響的區(qū)域使用這種耐腐蝕的材質，不需要做單獨的耐腐蝕處理。

光纖是另外一種替代選項。市場研究公司Bishop & Associates的總裁羅納德·畢曉普(Ronald Bishop)說:“頭發(fā)大小的光纖可以傳輸數(shù)百個高速信號，取代笨重的銅電纜。

但是，光纖在許多非電信應用上沒有得到普及。畢肖普指出:“多年來，人們曾多次預測銅的內(nèi)在衰落，但先進芯片技術與信號完整性設計方面的改進結合在一起，使工程師們能夠找到擴展銅實際帶寬的方法。”與所需的光電轉換過程相關的成本，以及連接器，需要熟練的技術人員成功終止，阻礙了廣泛的市場轉換為光纖

航空航天工業(yè)是發(fā)展傳統(tǒng)電線電纜替代品的領頭羊。納米技術是一項具有巨大長期潛力的技術。碳納米管(CNTs)已經(jīng)被用于一些需要更小更輕線束的軍事應用，如無人機和衛(wèi)星。

碳納米管的強度重量比是其他已知材料無法比擬的。Nanocomp技術公司的工程師們研究出了如何將它們變成具有非常高的抗拉強度、高效導電性、電磁干擾(EMI)屏蔽能力和極輕重量的電線。

Nanocomp業(yè)務開發(fā)副總裁John Dorr稱:“通過使用我們的CNT膠帶產(chǎn)品替代傳統(tǒng)的銅和鋁電纜屏蔽，航空航天制造商可以實現(xiàn)高達50%的額外節(jié)約，同時保持可比或更好的電氣性能。”“如果使用中心導體，(重量可以)減少10%。

而柔性線路板是Trackwise（英國公司）開發(fā)了改進的線束技術（IHT），該技術有助于制造任何長度的柔性印刷電路。最近，該公司制造了世界上第一個，最長的26米FPC，無需額外的線束即可支持電力和通信信號的控制和傳輸。當前，由于其輕量級優(yōu)勢，該技術已在航天器中使用，并且可以在汽車中采用以實現(xiàn)同等優(yōu)勢。

專門從事印刷電子產(chǎn)品咨詢的IDTechEx公司的主席Peter Harrop補充說:“完全印刷和層壓替換的儀器簇和線路將節(jié)省重量、成本和空間。”“無線傳感器和執(zhí)行器也將為未來的汽車節(jié)省布線，并逐漸被打印出來

四、線束制造自動化

總體而言，線束的加工是極成熟的產(chǎn)業(yè)。但是依然由勞動力和熟練工人所制約。“低成本”人力加工，在現(xiàn)在的制造業(yè)中，已經(jīng)不是吸引客戶的主要因素。尤其在要求一致性很高的汽車制造業(yè)，越來越多的機械介入，越來越少的人工環(huán)節(jié)，讓效率、成品率、一致性和綜合成本達到新的高度。如何提高自動化生產(chǎn)和機械制造的比例，已經(jīng)是線束加工業(yè)新的議題。

而自動駕駛和電氣化正在引導這個行業(yè)的轉變。利用現(xiàn)在不僅以外最昂貴的車,但質量也將成為其中一個最重要的,因為它越來越多地支持安全關鍵功能如轉向、剎車或車道切換。

分析當前線束行業(yè)的技術發(fā)展過程的不足和優(yōu)勢，了解未來趨勢(如自動駕駛)對線束開發(fā)和生產(chǎn)的影響。為什么自動駕駛壓力會成為自動駕駛行業(yè)的顛覆性創(chuàng)新?

自動駕駛為什么會影響線束的開發(fā)和生產(chǎn)過程嗎?怎么影響?

國外的一家研究機構在對在7個國家，26家不同公司，54位專家，43小時的深度訪談，訪談資料達280頁，這些專家來自不同行業(yè)，得出結論：自動駕駛會給線束從設計到制造整個過程帶來顛覆性的改變：自動化。分析了實現(xiàn)自動化過程中的弱點和優(yōu)勢，為自動化的實現(xiàn)提出新的思路。

這是受訪行業(yè)分布圖和受訪者職位構成

受訪者都認為在線束開發(fā)過程中，存在的弱點和優(yōu)勢如下圖 最大的弱點是過程和數(shù)據(jù)的不連續(xù)性，受訪者都認為線束開發(fā)沒有一個整體的過程。相反，具有不同工具和數(shù)據(jù)格式的筒倉結構阻礙了連續(xù)的流程流。此外，裝具組件和變體的數(shù)量增加導致裝具開發(fā)的復雜性增加，其結果是，復雜性被視為第二大弱點。最大的優(yōu)勢是FSS(Full Service Supplier全面服務供應商)；受訪者認為，應對這種復雜而頻繁的變化在開發(fā)和生產(chǎn)線束時，管理效率極大地影響了他們在速度、質量和成本方面的運作

自動駕駛(AD)會對線束的開發(fā)和生產(chǎn)過程產(chǎn)生很大影響，因為自動駕駛要求:

■提高開發(fā)和制造質量。

■通過智能和可追溯的方式，將需求與生命周期中的規(guī)格進行記錄，并將其明顯聯(lián)系

起來，這在手工流程中很難做到。

■設計和制造的自動化程度和數(shù)據(jù)連續(xù)性有所提高。

特別是原始設備制造商非常清楚，線束的開發(fā)和制造需要更高的質量、安全性和透明度，這只能通過可再生和可理解的工藝來實現(xiàn)。這就引出了對設計(設計自動化)和生產(chǎn)(自動化制造)過程自動化的高度需求。

此外，可追溯性(文檔和數(shù)據(jù)連續(xù)性)對于實現(xiàn)所需的透明度和安全性是絕對必要的。為了實現(xiàn)這一點，他們需要一個全新的線束架構的高度需求。

可追溯性和自動化被看作是環(huán)境中最重要的措施，然而，可追溯性，可以被視為未來的第一號措施，而線束制造商仍然保留制造自動化。對于線束制造商來說，新的趨勢意味著要確保線束的制造是正確的，為此需要可追溯性數(shù)據(jù)。如果不投資于生產(chǎn)自動化，我們都不知道供應商如何能夠提供和驗證運行安全。

可追溯性被認為是最重要的策略，原因如下:

■為設計和制造帶來透明度。

■在設計和制造過程中建立一個數(shù)據(jù)連續(xù)的工藝流程，以減少成本，時間，成本和提高質

量。

■及時發(fā)現(xiàn)錯誤并改進流程以達到最高的安全性。

■應對變化管理、復雜性和不斷增加的數(shù)據(jù)量。

■為法律或規(guī)范要求、召回和可能的訴訟提供文件。

大多數(shù)線束制造商對自動駕駛的影響持保留態(tài)度。這是由于不確定性，在未來，安全帶是否真的會成為安全關鍵系統(tǒng)的一部分。許多線纜制造商表示，隨著電氣化和線束的增加，將會有更多的內(nèi)容和功能。因此，工具會變得更多，但可以使用與以前相同的流程進行開發(fā)和生產(chǎn)。因此，大多數(shù)線束制造商看到的是對產(chǎn)品的小影響，但對過程沒有重大影響

相同的線束架構，但內(nèi)容和功能更多，對屏蔽和路由的要求更高，但過程基本相同

AD(自動駕駛）意味著額外的文檔和驗證。這種方法分類為質量驗證方法。現(xiàn)在有很多人和專家并不認為自動駕駛是一種大的顛覆，而是一種改進。隨著自動駕駛增加更多的內(nèi)容和功能，以及驗證和文檔需求，他們希望順應這一趨勢并從中受益。

由于布線在系統(tǒng)中起著至關重要的作用，所以需要理解和評估所有的相互關系和相互依賴關系。為了理解系統(tǒng)及其行為，需要一種基于端到端的連續(xù)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)工程方法。此外，高度自動化（從設計到生產(chǎn)的數(shù)據(jù)連續(xù)性和可追溯性的系統(tǒng)工程方法）的設計減少了開發(fā)時間和失效概率，并允許工程師在第一時間正確地設計質量.

自動駕駛是一種巨大的顛覆，尤其是考慮到汽車電氣化程度的提高，以及特斯拉(Tesla)、優(yōu)步(Uber)或軟件公司等新玩家?guī)淼募磳⒌絹淼氖袌鲎兓Ｉ贁?shù)公司預計，市場結構將發(fā)生重大變化，只有這些少數(shù)公司能夠適應這個新世界。我們的數(shù)據(jù)顯示，全面服務供應商和一些工程公司正致力于這種方式。

開發(fā)一個高質量的從設計到生產(chǎn)的系統(tǒng)需要一個整體和敏捷的方法與互聯(lián)流程、跨領域和跨組織的協(xié)作。所有過程步驟為依賴于前一個流程步驟的輸入，并提供相應的輸出和數(shù)據(jù)應高度相關，并影響后續(xù)所有工藝步驟的輸出質量。這種高度依賴關系也適用于由集成產(chǎn)生的系統(tǒng)軟件、電子 機械專業(yè)。許多新的開發(fā)方法已經(jīng)被采用 在其他行業(yè)，如敏捷、精益開發(fā)或SCRUM中引入，這是可以的作為未來汽車線束發(fā)展道路的靈感來源。

大多數(shù)線束制造商和軟件供應商表示，處理如此大量的數(shù)據(jù)進一步增加了軟件和硬件設計的復雜性，同時也增加了線束的數(shù)量。為了確保系統(tǒng)的可靠性，線束的增加將是必要的。這樣就會導致更多的線路，增加線束的尺寸和重量。為了應對自動駕駛，將會出現(xiàn)新的要求。

OEM和工程服務機構認為，自動駕駛需要降低線束的復雜性。新的線束架構將擁有更少的內(nèi)容和更簡單的結構。這可以通過將重點轉移到軟件、功能和領域的集成以及替代銅電纜的新技術來實現(xiàn)。（如扁線、無線)。一個更簡單的工具架構將意味著更多的標準化和對以前設計的重用。模塊化區(qū)域架構就是其中的解決方案之一.

未來的線束將被設計為系統(tǒng)優(yōu)化和可制造性，這使得它更簡單和更小。未來線束有可能：

■帶有小KSKs（定制化）的模塊化區(qū)域架構，而不是基于領域的架構，以減少復雜性，

同時又不失客戶導向和靈活性

■在開發(fā)和制造過程中，關鍵和非關鍵治理區(qū)域是分開的，并面臨不同的要求(例如，根據(jù)ASIL和高壓分類的可追溯性措施)**ASIL(Automotive Safety Integration Level)

■利用可實現(xiàn)自動化制造流程的組件和架構

■針對特定組件的一對一連接:用于確定適配率和更好的故障分配

■新技術的集成和評估(數(shù)字電纜、平板電纜、無線、印刷中間件、以太網(wǎng)、骨干結

構、智能和自診斷電纜)

軟件有可能

■所有的特性和功能將以軟件為基礎

■軟件功能的集成將需要更少的ECU(Electronic Control Unit）

■硬件是根據(jù)軟件要求設計的

■基于服務的架構，具有不同級別的計算操作