汽車上的線束和管路
汽車的發(fā)展伴隨著電氣化和智能化的過程，不斷豐富的車載功能，依靠著電氣系統(tǒng)的協(xié)同工作得以實(shí)現(xiàn)。更多的功能，意味著更復(fù)雜的電氣系統(tǒng)，作為汽車“神經(jīng)系統(tǒng)”的線束和管路設(shè)計(jì)難度隨之增加，同時(shí)，這些錯(cuò)綜復(fù)雜的線束和管路還被要求在更為狹小的空間中完成，新舊問題和矛盾不斷凸顯。
圖1汽車上的線束和管路
與剛性結(jié)構(gòu)不同，線束和管線具有柔性特征，其在外力作用及自身重力影響下的形變和受力狀態(tài)，很難依靠經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷和確定。這些柔性的形變和受力導(dǎo)致的與周邊干涉、摩擦等缺陷，并不易在車輛裝配或出廠檢測(cè)中檢出，這就為車輛將來的安全和正常運(yùn)行埋下隱患。
? 線束與周邊（鈑金、過孔、螺栓等）是否存在干涉、摩擦？
圖2線束與周邊干涉摩擦導(dǎo)致破損
? 類似儀表板多媒體單元的裝配部位，線束長(zhǎng)度冗余是否合適？
圖3收音機(jī)線束預(yù)留過長(zhǎng)，裝配后的線束與周邊發(fā)生干涉碰撞
? 線束彎折半徑是否合理？
圖4線束彎折半徑過小導(dǎo)致線束受損
? 固定點(diǎn)的布置間距是否考慮了力學(xué)性能和重力條件？
圖5固定點(diǎn)間距過大或過小導(dǎo)致線束應(yīng)力
? 連接振動(dòng)部位的管線疲勞如何分析？
圖6發(fā)動(dòng)機(jī)周邊的管線必須考慮振動(dòng)的影響
? 運(yùn)動(dòng)部位的線束和管路，在主體移動(dòng)過程中是否對(duì)線束造成傷害？
圖7車輛上的運(yùn)動(dòng)部位幾乎都有線束和管路經(jīng)過
這些問題在較大程度上，是需要經(jīng)過一段時(shí)間才會(huì)顯現(xiàn)出來，也就是通常在消費(fèi)者使用過程中才會(huì)發(fā)現(xiàn)問題，這就直接導(dǎo)致了近年來，由于線束布置問題引起的汽車召回事件不斷出現(xiàn)。
圖8近年因線束布置問題導(dǎo)致的汽車召回事件摘錄
類似的問題，其實(shí)在其他行業(yè)和領(lǐng)域也能被發(fā)現(xiàn)。換句話說，有柔性線束和管道的地方，就可能存在這些問題。
圖9其他存在線纜和管路問題的行業(yè)
IPS管線柔性仿真方案
隨著數(shù)字化設(shè)計(jì)、驗(yàn)證和制造流程的普及，在產(chǎn)品研發(fā)階段對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行仿真驗(yàn)證已成為不可或缺的重要步驟之一。
汽車的研發(fā)過程是一個(gè)多方合作、多學(xué)科交叉的復(fù)雜過程，從研發(fā)需求的提出到車輛的生產(chǎn)制造和測(cè)試，將經(jīng)過多個(gè)階段和多次迭代。在研發(fā)階段引入仿真驗(yàn)證，不僅能夠及早發(fā)現(xiàn)和消除潛在的設(shè)計(jì)問題，在問題發(fā)生之前就將其消除，阻斷這些問題向下游流程的傳遞，從而避免造成更大的損失。同時(shí)也能夠幫助設(shè)計(jì)人員對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行多項(xiàng)優(yōu)化，篩選更佳方案，縮短設(shè)計(jì)結(jié)果的迭代過程，提高設(shè)計(jì)效率與準(zhǔn)確率。
圖10整車電氣系統(tǒng)研發(fā)流程
IPS（Industrial Path Solution）是由德國(guó)工業(yè)4.0概念的發(fā)起者和倡導(dǎo)者，也是歐洲權(quán)威的應(yīng)用科學(xué)研究機(jī)構(gòu)－弗勞恩霍夫協(xié)會(huì)（Fraunhofer-Gesellschaft）開發(fā)的數(shù)字化軟件平臺(tái)。為管線設(shè)計(jì)、裝配驗(yàn)證、人機(jī)模擬以及機(jī)器人規(guī)劃等領(lǐng)域提供專業(yè)的解決方案，該平臺(tái)目前擁有龐大成熟用戶群，遍布汽車、工業(yè)機(jī)器、重工機(jī)械、消費(fèi)電子等行業(yè)。
圖11IPS管線柔性仿真方案組成
?IPS Cable Simulation-管線仿真模塊
能夠仿真外力作用及重力條件下，管線的撓性運(yùn)動(dòng)路徑；可對(duì)運(yùn)動(dòng)部位的管線實(shí)時(shí)仿真，動(dòng)態(tài)展示管線的空間變形、彎扭狀態(tài)以及應(yīng)力應(yīng)變分布；能進(jìn)行高頻振動(dòng)及疲勞分析，公差分析，掃掠體積模型，生成運(yùn)動(dòng)路徑包絡(luò)線和容差包絡(luò)線；實(shí)時(shí)優(yōu)化與修改，優(yōu)化后的數(shù)據(jù)能夠返回三維軟件，支持與三維軟件的數(shù)據(jù)橋接，能夠根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)則，實(shí)現(xiàn)管線自動(dòng)布置，建模過程簡(jiǎn)單，軟件易學(xué)上手快。
圖12汽車線纜中拖動(dòng)卡扣位置，動(dòng)態(tài)顯示相關(guān)線束受力變化
?IPS Path Planner-路徑規(guī)劃
自動(dòng)計(jì)算裝配路徑，規(guī)避安裝路徑上的干涉，帶有彈性線的路徑規(guī)劃、封裝，與周邊的間隙分析可視化，導(dǎo)出機(jī)器人路徑。
圖13仿真儀表板上安裝收音機(jī)時(shí)線束動(dòng)態(tài)變動(dòng)
?IPS IMMA-人機(jī)工程
通過生物力學(xué)模型，基于簡(jiǎn)化的人體骨架模型和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)的假人模型，模擬實(shí)際工藝裝配過程，確保無碰撞的組裝運(yùn)動(dòng)，執(zhí)行可行性、可見性和可安裝性分析，自動(dòng)人體工學(xué)評(píng)估動(dòng)作，自動(dòng)根據(jù)任務(wù)調(diào)整運(yùn)動(dòng)策略。
圖14利用人機(jī)工程仿真座椅安裝過程（右上角為操作員視角）
?IPS ROBOTICS-機(jī)器人優(yōu)化
自動(dòng)平衡工作站和機(jī)器人之間的任務(wù)，排序，協(xié)調(diào)和無碰撞運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)生，考慮連接到機(jī)器人的彈性線。
圖15機(jī)器人組任務(wù)規(guī)劃
?IPS Virtual Paint-虛擬噴涂
可視化模擬噴漆，即時(shí)模擬室內(nèi)噴涂，結(jié)合多個(gè)機(jī)器人及其動(dòng)作的復(fù)雜過程，真實(shí)模擬密封材料沉積，包括材料的復(fù)雜流變性。簡(jiǎn)單直觀的仿真設(shè)置，無需任何計(jì)算工具專業(yè)知識(shí)。耦合到IPS Path Planner和IPS Robot Optimization可以優(yōu)化整個(gè)機(jī)器人組的膠水和粘合劑材料的沉積。
圖16虛擬噴漆和虛擬噴涂
經(jīng)緯恒潤(rùn)提供的服務(wù)
經(jīng)緯恒潤(rùn)的技術(shù)團(tuán)隊(duì)擁有豐富的電氣系統(tǒng)及線束線纜設(shè)計(jì)、仿真經(jīng)驗(yàn)，將為客戶提供專業(yè)的技術(shù)支持和技術(shù)咨詢服務(wù)。同時(shí)基于IPS軟件功能，結(jié)合客戶的實(shí)際應(yīng)用需求，提供合適的解決方案，必要時(shí)提供軟件功能的化開發(fā)、與第三方軟件的接口程序開發(fā)服務(wù)。
圖17經(jīng)緯恒潤(rùn)提供的服務(wù)
通過提供一系列專業(yè)的方案及服務(wù)，經(jīng)緯恒潤(rùn)將為汽車線束及管線設(shè)計(jì)用戶帶來諸多收益。
?設(shè)計(jì)優(yōu)化
? 電纜、軟管和復(fù)雜線束的實(shí)時(shí)變形仿真
? 多種材料類型、橫截面輪廓和動(dòng)態(tài)卡箍
? 運(yùn)動(dòng)優(yōu)化和容差分析，生成包絡(luò)線
? 自動(dòng)電纜布線，結(jié)構(gòu)空間和裝配分析
? 彎曲半徑、作用力、扭、拉等的設(shè)計(jì)驗(yàn)證
? 接觸、碰撞、應(yīng)力和應(yīng)變的檢測(cè)和可視化
?提率
? 實(shí)時(shí)仿真，動(dòng)態(tài)分析
? 過程和結(jié)果可視化
? 可直接進(jìn)行設(shè)計(jì)修改
? 軟件速成使用
?過程優(yōu)化
? 一種工具貫穿設(shè)計(jì)到樣機(jī)的完整產(chǎn)品流程
? 通過減少樣機(jī)設(shè)計(jì)和迭代實(shí)現(xiàn)降低成本和時(shí)間
? 幫助進(jìn)行質(zhì)量改進(jìn)和質(zhì)量保證
? 實(shí)現(xiàn)部門間快速?zèng)Q策的跨學(xué)科合作
