为什么电动汽车制造商竞相实现线束自动化？

车辆越来越依赖电子设备。尤其是电动汽车 （EV），它配备了传感器和执行器，用于调节和保护传动系统的各个方面。车辆的线束（连接所有这些电气和电子电路）是电动汽车制造商购买的最大和最重的部件之一。这也是实现全自动化制造的最后一道障碍，也是可能带来的好处。

车辆线束是车辆中的关键安全部件，尤其是在配备高级驾驶辅助系统（ADAS）和自动驾驶技术的电动汽车中。线束还为驾驶员便利功能提供信号和电源，例如加热座椅、导航以及信息娱乐和通信系统。

图1.电动汽车传动系统部件包含数百个温度、压力、位置、速度、电流、电压、气体浓度、液位、湿度和速度传感器，所有这些传感器都需要电气连接

但是，手工线束生产会出现以下问题： 

手工加工：手工生产，线束越来越复杂，制造成本也越来越高。

供应链复杂性：生产是劳动密集型的，因此大多数线束是在劳动力成本较低的国家生产的。然而，最终组装通常发生在距离生产数千英里的地方，这大大增加了供应链的运输成本、复杂性和风险。乌克兰战争为欧洲汽车市场制造了许多线束，摧毁了供应链并限制了整体汽车销售。

质量测试：每个电路都必须在每根手工生产的线束中进行测试。这是因为该过程很容易出错。自动布线可能只需要样品测试，因为可以实现更一致的质量。

超额订购：质量问题非常普遍，以至于一些汽车制造商高管表示，他们需要“超额订购”以确保足够的库存和可接受的质量。对于典型的中档电动汽车来说，每个线束的成本约为1,000至2,000美元，因此每个订单都会造成重大损失（和浪费）。

规格过高：每根传统线束线都必须使用绝缘线来防止短路，从而增加绝缘重量和成本。此外，电线通常必须比电气要求重，以便它们能够承受在车辆中组装和使用过程中遇到的物理压力。给电动汽车增加不必要的重量会影响其续航里程，而更短的续航里程意味着消费者希望为车辆支付更少的费用。

装配返工：在总装过程中手动弯曲和扭曲线束时，通常会遇到质量问题。

维修和召回：保修索赔成本高昂，车辆召回成本更高。2022年，CNET报道称，日产因火灾风险召回了近700,000辆2014-2016年的流氓SUV。该问题是由密封不良的接线连接器引起的。同年，美国国家公路交通安全管理局（NHTSA）指出，电气系统故障和故障占所有车辆召回的20%。

声誉：召回时，车辆品牌声誉的成本是不可估量的，但可能高达数千万美元。

鉴于上述担忧，由欧洲区域发展基金资助并于 2023年3月发布的研究得出结论，“线束行业的自动化仍然是最大的缺陷。尽管有研究成果和专利，但据我们所知，这些解决方案都没有在该领域实施，最先进的制造过程仍然是高度劳动密集型的。

已经有许多尝试来解决线束挑战。一些制造商曾尝试实现线束生产的自动化，但存在局限性。大多数自动化机器只是将电线捆绑在一起，在某些情况下，将连接器固定到电线的末端。不可避免地，仍然涉及手动工作，例如目视检查端接、将线束固定在一起以制作完整的线束，以及确保电线在此过程中不会缠结或以其他方式损坏。

此外，传统的自动化无法解决与重量、易碎性或供应链物流相关的问题。但是，一种新的混合增材制造和自动化工艺提供了更高程度的自动化和可靠性。

它使用“电气功能自动化”机器人单元，可以全部或部分更换传统线束。它消除了或至少减轻了对手动流程的需求——为EV电池组、信息娱乐系统等添加电导体。

图2.这个五轴增材制造单元可以自动安全地将裸露或绝缘的导体添加到具有简单或复杂3D形状的组件中

图3.导体直径达3毫米的裸线或绝缘电线可以自动固定在复杂的3D组件上

具有可互换工具的精密五轴机器人可以为金属、陶瓷或聚合物表面添加3D聚合物特征。它可以处理复杂的形状，添加裸线或绝缘电线，并连接电气连接器以使组件发挥作用。该机器人还可以布线直径达3毫米（约13AWG）的导线。这意味着每个导体可以承载超过 20 安培的电流，足以满足低电平信号和包括为继电器或风扇供电在内的功能。

将每根电线锚定到基材上既快速、经济高效又灵活。基材也可以是组件。例如，它可以是电池组，也可以是设计用于承载接线以连接到组件的部件。它可以是刚性的，也可以是柔性的。由于每根电线都是单独固定的，因此可能不需要绝缘，从而节省成本和重量。由于位置牢固，因此不易受到环境和机械损坏。

带有集成布线的成品或组件也适用于机器人最终装配。通过将电导体和组件的集成与车辆的最终组装放在一起，降低了劳动力和供应链风险。