為什么電動汽車制造商競相實現線束自動化？

車輛越來越依賴電子設備。尤其是電動汽車 （EV），它配備了傳感器和執行器，用于調節和保護傳動系統的各個方面。車輛的線束（連接所有這些電氣和電子電路）是電動汽車制造商購買的最大和最重的部件之一。這也是實現全自動化制造的最后一道障礙，也是可能帶來的好處。

車輛線束是車輛中的關鍵安全部件，尤其是在配備高級駕駛輔助系統（ADAS）和自動駕駛技術的電動汽車中。線束還為駕駛員便利功能提供信號和電源，例如加熱座椅、導航以及信息娛樂和通信系統。

圖1.電動汽車傳動系統部件包含數百個溫度、壓力、位置、速度、電流、電壓、氣體濃度、液位、濕度和速度傳感器，所有這些傳感器都需要電氣連接

但是，手工線束生產會出現以下問題：?

手工加工：手工生產，線束越來越復雜，制造成本也越來越高。

供應鏈復雜性：生產是勞動密集型的，因此大多數線束是在勞動力成本較低的國家生產的。然而，最終組裝通常發生在距離生產數千英里的地方，這大大增加了供應鏈的運輸成本、復雜性和風險。烏克蘭戰爭為歐洲汽車市場制造了許多線束，摧毀了供應鏈并限制了整體汽車銷售。

質量測試：每個電路都必須在每根手工生產的線束中進行測試。這是因為該過程很容易出錯。自動布線可能只需要樣品測試，因為可以實現更一致的質量。

超額訂購：質量問題非常普遍，以至于一些汽車制造商高管表示，他們需要“超額訂購”以確保足夠的庫存和可接受的質量。對于典型的中檔電動汽車來說，每個線束的成本約為1,000至2,000美元，因此每個訂單都會造成重大損失（和浪費）。

規格過高：每根傳統線束線都必須使用絕緣線來防止短路，從而增加絕緣重量和成本。此外，電線通常必須比電氣要求重，以便它們能夠承受在車輛中組裝和使用過程中遇到的物理壓力。給電動汽車增加不必要的重量會影響其續航里程，而更短的續航里程意味著消費者希望為車輛支付更少的費用。

裝配返工：在總裝過程中手動彎曲和扭曲線束時，通常會遇到質量問題。

維修和召回：保修索賠成本高昂，車輛召回成本更高。2022年，CNET報道稱，日產因火災風險召回了近700,000輛2014-2016年的流氓SUV。該問題是由密封不良的接線連接器引起的。同年，美國國家公路交通安全管理局（NHTSA）指出，電氣系統故障和故障占所有車輛召回的20%。

聲譽：召回時，車輛品牌聲譽的成本是不可估量的，但可能高達數千萬美元。

鑒于上述擔憂，由歐洲區域發展基金資助并于 2023年3月發布的研究得出結論，“線束行業的自動化仍然是最大的缺陷。盡管有研究成果和專利，但據我們所知，這些解決方案都沒有在該領域實施，最先進的制造過程仍然是高度勞動密集型的。

已經有許多嘗試來解決線束挑戰。一些制造商曾嘗試實現線束生產的自動化，但存在局限性。大多數自動化機器只是將電線捆綁在一起，在某些情況下，將連接器固定到電線的末端。不可避免地，仍然涉及手動工作，例如目視檢查端接、將線束固定在一起以制作完整的線束，以及確保電線在此過程中不會纏結或以其他方式損壞。

此外，傳統的自動化無法解決與重量、易碎性或供應鏈物流相關的問題。但是，一種新的混合增材制造和自動化工藝提供了更高程度的自動化和可靠性。

它使用“電氣功能自動化”機器人單元，可以全部或部分更換傳統線束。它消除了或至少減輕了對手動流程的需求——為EV電池組、信息娛樂系統等添加電導體。

圖2.這個五軸增材制造單元可以自動安全地將裸露或絕緣的導體添加到具有簡單或復雜3D形狀的組件中

圖3.導體直徑達3毫米的裸線或絕緣電線可以自動固定在復雜的3D組件上

具有可互換工具的精密五軸機器人可以為金屬、陶瓷或聚合物表面添加3D聚合物特征。它可以處理復雜的形狀，添加裸線或絕緣電線，并連接電氣連接器以使組件發揮作用。該機器人還可以布線直徑達3毫米（約13AWG）的導線。這意味著每個導體可以承載超過 20 安培的電流，足以滿足低電平信號和包括為繼電器或風扇供電在內的功能。

將每根電線錨定到基材上既快速、經濟高效又靈活。基材也可以是組件。例如，它可以是電池組，也可以是設計用于承載接線以連接到組件的部件。它可以是剛性的，也可以是柔性的。由于每根電線都是單獨固定的，因此可能不需要絕緣，從而節省成本和重量。由于位置牢固，因此不易受到環境和機械損壞。

帶有集成布線的成品或組件也適用于機器人最終裝配。通過將電導體和組件的集成與車輛的最終組裝放在一起，降低了勞動力和供應鏈風險。