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)計難度隨之增加，同時，這些錯綜復(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)驗進行判斷和確定。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中檢出，這就為車輛將來的安全和正常運行埋下隱患。
? 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，線束長度冗余是否合適？
圖3收音機線束預(yù)留過長，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
? 固定點的布置間距是否考慮了力學性能和重力條件？
圖5固定點間距過大或過小導(dǎo)致線束應(yīng)力
? 連接振動部位的管線疲勞如何分析？
圖6發(fā)動機周邊的管線必須考慮振動的影響
? 運動部位的線束和管路，在主體移動過程中是否對線束造成傷害？
圖7車輛上的運動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)過一段時間才會顯現(xiàn)出來，也就是通常在消費者使用過程中才會發(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、驗證和制造流程的普及，在產(chǎn)品研發(fā)階段對設(shè)計結(jié)果進行仿真驗證已成為不可或缺的重要步驟之一。
汽車的研發(fā)過程是一個多方合作、多學科交叉的復(fù)雜過程，從研發(fā)需求的提出到車輛的生產(chǎn)制造和測試，將經(jīng)過多個階段和多次迭代。在研發(fā)階段引入仿真驗證，不僅能夠及早發(fā)現(xiàn)和消除潛在的設(shè)計問題，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。同時也能夠幫助設(shè)計人員對設(shè)計結(jié)果進行多項優(yōu)化，篩選更佳方案，縮短設(shè)計結(jié)果的迭代過程，提高設(shè)計效率與準確率。
圖10整車電氣系統(tǒng)研發(fā)流程
IPS（Industrial Path Solution）是由德國工業(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)用科學研究機構(gòu)－弗勞恩霍夫協(xié)會（Fraunhofer-Gesellschaft）開發(fā)的數(shù)字化軟件平臺。為管線設(shè)計、裝配驗證、人機模擬以及機器人規(guī)劃等領(lǐng)域提供專業(yè)的解決方案，該平臺目前擁有龐大成熟用戶群，遍布汽車、工業(yè)機器、重工機械、消費電子等行業(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，管線的撓性運動路徑；可對運動部位的管線實時仿真，動態(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；能進行高頻振動及疲勞分析，公差分析，掃掠體積模型，生成運動路徑包絡(luò)線和容差包絡(luò)線；實時優(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)計規(guī)則，實現(xiàn)管線自動布置，建模過程簡單，軟件易學上手快。
圖12汽車線纜中拖動卡扣位置，動態(tài)顯示相關(guān)線束受力變化
?IPS Path Planner-路徑規(guī)劃
自動計算裝配路徑，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)出機器人路徑。
圖13仿真儀表板上安裝收音機時線束動態(tài)變動
?IPS IMMA-人機工程
通過生物力學模型，基于簡化的人體骨架模型和統(tǒng)計數(shù)據(jù)設(shè)計的假人模型，模擬實際工藝裝配過程，確保無碰撞的組裝運動，執(zhí)行可行性、可見性和可安裝性分析，自動人體工學評估動作，自動根據(jù)任務(wù)調(diào)整運動策略。
圖14利用人機工程仿真座椅安裝過程（右上角為操作員視角）
?IPS ROBOTICS-機器人優(yōu)化
自動平衡工作站和機器人之間的任務(wù)，排序，協(xié)調(diào)和無碰撞運動的產(chǎn)生，考慮連接到機器人的彈性線。
圖15機器人組任務(wù)規(guī)劃
?IPS Virtual Paint-虛擬噴涂
可視化模擬噴漆，即時模擬室內(nèi)噴涂，結(jié)合多個機器人及其動作的復(fù)雜過程，真實模擬密封材料沉積，包括材料的復(fù)雜流變性。簡單直觀的仿真設(shè)置，無需任何計算工具專業(yè)知識。耦合到IPS Path Planner和IPS Robot Optimization可以優(yōu)化整個機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)緯恒潤提供的服務(wù)
經(jīng)緯恒潤的技術(shù)團隊擁有豐富的電氣系統(tǒng)及線束線纜設(shè)計、仿真經(jīng)驗，將為客戶提供專業(yè)的技術(shù)支持和技術(shù)咨詢服務(wù)。同時基于IPS軟件功能，結(jié)合客戶的實際應(yīng)用需求，提供合適的解決方案，必要時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)緯恒潤將為汽車線束及管線設(shè)計用戶帶來諸多收益。
?設(shè)計優(yōu)化
? 電纜、軟管和復(fù)雜線束的實時變形仿真
? 多種材料類型、橫截面輪廓和動態(tài)卡箍
? 運動優(yōu)化和容差分析，生成包絡(luò)線
? 自動電纜布線，結(jié)構(gòu)空間和裝配分析
? 彎曲半徑、作用力、扭、拉等的設(shè)計驗證
? 接觸、碰撞、應(yīng)力和應(yīng)變的檢測和可視化
?提率
? 實時仿真，動態(tài)分析
? 過程和結(jié)果可視化
? 可直接進行設(shè)計修改
? 軟件速成使用
?過程優(yōu)化
? 一種工具貫穿設(shè)計到樣機的完整產(chǎn)品流程
? 通過減少樣機設(shè)計和迭代實現(xiàn)降低成本和時間
? 幫助進行質(zhì)量改進和質(zhì)量保證
? 實現(xiàn)部門間快速決策的跨學科合作
