三维预布线技术在地铁整流器上的应用刘孟嘉  张亚胜

 

株洲中车时代电气股份有限公司，湖南株洲412001

摘要：三维布线技术，相比较传统接线工艺，提高了接线生产效率。特别是工业自动化涉及软件平台技术的引进，它包括三维模型、连接点的位置、

走线路径识别、接线能力、接线方式等，开发三维布线接线表，线束可以两头压接，可大面积减少柜上剥线压线等工艺操作。而传统接线是生产过程中最耗时的一个工艺，特别是产品试制阶段，通过人工量线初步确定线束长度，压接导线一端，另一端不作处理，对接线人员资质要求较高且整个过程自动化程度低，效率不高。基于工业自动化设计软件平台的三维设计，可以实时观察柜内布置的情况使得装配更加合理、美观， 三维布线技术通过在地铁整流器上的应用，使得交付更加快捷。

关键词：工业自动化设计；三维设计；三维布线接线表开发；应用

一、引言

（一）背景

1、地铁整流器改型速度快，个性定制化高，目前的水平无法做到提前预估导线长度，导致生产周期需要 14 天，无法满足产品客户紧急订单生产周期 7 天的需求。

2、2020 年地铁整流器共生产 131 台（截至 10 月份），图号种类

17，预布线8种，占比只有47（截至10月份），人为质量项点数32

项，其中布线类错接、漏接质量问题12项，不符合率占比38。

3、作业人员的生产压力和劳动强度大，目前生产一台整流器从线束制作到布线周期需要 3 人 4 天，严重影响生产进度。

4、各工序生产人力需求大，人员不足和人员频繁变动导致质量不稳定，作业效率得不到提升，影响交付周期，通过三维布线技术，缩短地铁整流器交付周期是本文所探讨的解决方法。

（二）主要内容

本文从地铁整流器产品装配全过程的人、机、料、法、环等方面进行全面诊断与识别，找出存在影响生产效率的根本问题和解决方案进行论述，通过方案验证与推广，实现了地铁整流器产品作业时间与成本的降低，彻底解决了地铁整流器等交付问题。

为了避免新一代地铁整流器三维模型中结构、组装布线空间、线束固定、物料缺失、点位布线方向、端子线束匹配性、高低压分离等电磁兼容性可能存在的问题及风险，提前完善产品设计及工具工装设备，减少产品生产过程中的异常及返工。在产品试制前，依托三维模型进行模拟布线仿真，提前识别布线过程中的磨线、热损、电磁兼容问题，完善走线路径和线束防护，提升产品可靠性。

二、地铁整流器产品介绍

地铁整流器支撑着电网的运行，也是我们公司创业初期立足市场的首要产品。主要实现将整流变压器二次侧交流电压整流为直流电压， 输出至直流 1500V 牵引网，为车辆提供牵引电能。利用整流桥，通过二极管的单向导通的特性，把交流电变为直流电的电能控制装置。主要包含电器板、交流板、直流板、负载电阻、端子排、整流臂及控制部分。

三、地铁整流器产品现场需求问题收集与分析

（一）整流器市场占有率约为34，与其他竞争对手相比，劣势主要

体现在整体交付周期长。单台产品试制交付周期为 12.5 天。客户要求

交付周期为 11 天。

（二）从地铁工序周期占比图看出整流器布线工序是产品交付周期的瓶颈，占整个交付周期的52。因此小组从布线交付周期提升入手， 通过对布线工序进行缜密梳理，查找布线交付周期长的原因。

 

（三）团队成员探讨方案，运用“头脑风暴法”，针对线束制作周期长和布线周期长的症结问题所产生的原因进行分析，最终我们讨论出如下关联图，并锁定接线表未按器件排序改进、接线表信息不匹配改进、线束长度预估差异大改进、现有走线路径未考虑实际需求、柜体空间小改进分析：

四、地铁整流器操作方法改进

（一）接线表未按器件排序改进

改善前：作业人员在做线时，因接线表未按器件排序导致布线前需要重新分线平均每台 156 处，需要 0.5 天/台。

改善方案：对于“接线表未按器件排序” 问题，按作业顺序展开， 协同设计人员建立编号规则，系统实现识别自动归类排序，固化 85

线束（286 根）。规避了接线表混乱的问题发生。

改善后：现场作业人员使用固化后的接线表做线时就能够按照器件进行分类绑扎，消除因接线表未按器件排序导致的后工序分线的作业内容，缩短生产周期 0.5 天。

标准化：

根据现场布线实际作业路线对导线布线表建立编号规则、固化表头、线束按照器件分类，使接线表模板化。

（二）接线表信息不匹配改进

改善前：小组成员统计梳理接线表与图纸不符问题平均每台 33

处；由于接线表与图纸不符导致异常处理时间平均每台 2 小时。

改善方案：开发审查程序，有效解决接线端子错误，器件点位及线号错误，避免现场大量返工。

改善后：现场作业人员使用固化后的接线表做线时就能够按照器件进行分类绑扎，消除因接线表未按器件排序导致的后工序分线的作业内容，缩短生产周期 0.5 天。

标准化：

根据接线表与图纸不符问题开发湘江程序中的导线布线表核对功能，输入接线表&接线图&整柜明细，进行三者一致性审核，即接线图

& 接线表点位一致审核、接线表&明细器件位号一致审核，将识别出的问题进行闭环。

（三）线束长度预估差异大改进

改善前：人工量线走线弧度不一致，线下做线只压接一端，另一端需要上柜布线确认长度后才能进行压接；线束布线上柜后重新压接线束平均每台 368 根，压接作业时间 2 小时。

改善方案：工业自动化涉及软件平台三维虚拟布线软件，规划走线路径，根据线束长度预估差异大、现有走线路径未考虑实际需求问题，使用 工业自动化涉及软件平台三维虚拟布线软件对产品线束进行HPD 软件三维虚拟布线。

改善后：计划下达前工艺对地铁整流器产品进行三维布线仿真， 输出《仿真报告》、《布线作业指导书》、《钉板图》、《精细化 BOM》利用 HPD 软件三维虚拟布线来固定线束长度及走线路经。进行三维布线，减少因线束长度预估差异大导致的柜上压接作业工序，识别线束需要走线路径，消除增加线槽异常，缩短生产周期 0.5 天（3H)。

标准化：

通过工业自动化涉及软件平台三维虚拟布线软件，规划走线路径，输出精准BOM。

（四）柜体空间小的改进需求

对症结影响情况分析：布线分为部件布线及整柜布线，整柜布线在柜体前后左右进行布线，能达到双手作业，不受空间影响；在制的项目部件及整柜因空间造成的线束刮伤返工次数为 0，因此柜体空间狭小目前此阶段无需改进。

（五）现有走线路径未考虑实际需求

改善前：产品工艺要求高低压分开走线，实际柜体无法满足线束绑扎，增加异常处理时间；重新识别线束优化绑扎，增加线槽安装每台需要花费 1.5H。

改善方案：工业自动化涉及软件平台三维虚拟布线软件，规划走线路径，输出《仿真报告》、《布线作业指导书》、《钉板图》和《精细化 BOM》引导正向设计。

改善后：通过对新平台整流器（TED936510000）接线表共包含 324 根线束，仿真发现的问题包括：线束固定结构分析、关键物料的缺失分析、端子选型分析、作业空间分析、干涉或者磨线分析。共 12 处， 均在设计端闭环。小组成员对使用三维虚拟布线软件后的整柜线束量取及预布线拍摄进行对比统计，地铁整流器产品进行三维布线仿真， 消除了整柜线束长度量取、预布线拍摄时间，缩短生产周期 1.5 天。标准化：通过工业自动化涉及软件平台三维虚拟布线软件，规划走线路径，输出布线路径说明图。

五、推广应用

三维预布线技术通过在地铁整流器上的进行实施及验证，避免新一代地铁整流器三维模型中结构、组装布线空间、线束固定、物料缺失、点位布线方向、端子线束匹配性、高低压分离等电磁兼容性可能存在的问题及风险，提前完善产品设计及工具工装设备，减少产品生产过程中的异常及返工。

在产品试制前，依托三维模型进行模拟布线仿真，提前识别布线过程中的磨线、热损、电磁兼容问题，完善走线路径和线束防护， 提升产品可靠性。

目前三维预布线技术在新能源产品中正在推广，如TEE889500000 飞轮储能双向逆变器，试制阶段输出主电路布线路径说明，目前正在进行线束验证，未来还有更多试制产品可通过三维预布线技术达到缩短生产周期的目的，从而提高企业在市场中的竞争力。

七、总结

事前实行三维交底，落实工艺要点；事中进行作业指导，强化执行；事后开展评审工作，巩固已有成果，问题点复盘和优化。

通过主动策划对地铁整流器产品三维预布线技术的识别，对策实

施后，我们对 2021 年地铁整流器布线周期进行了统计，活动前试制布

线周期是 6.5 天，活动后，周期明显缩短，目前的布线周期只要 2 天， 实现并超过目标值。另外团队经统计，通过接线表模板化、开发审查程序 、三维虚拟布线在前端将布线问题规避，整流器布线工序已经不是是产品交付周期的瓶颈。单柜生产成本降低 1668 元/柜，按 2021 年

已产出试制地铁整流器 45 台计算，已节约 73880 元（效益 75060-投入成本 1179.2）。

参考文献

［1］GB/T 26101 机械产品虚拟装配通用技术要求

［2］GB/T 26100 机械产品数字样机通用要求

［3］TGZ-751 三维布线导出及图框设置操作指导书-通用作业指导书

［4］TGZ-756 三维预布线软件操作大纲（第一版）-通用作业指导书

［5］TGZ-753 三维布线走线路径创建操作指导书第一版-通用作业指导书［6］TGZ-755 三维预布线模型导入作业指导书第一版-通用作业指导书

［7］TGW-337 布线中的 EMC 工艺规范

［8］TGW-011 布线一般规范

［9］新平台地铁整流器三维布线仿真报告