如何使用简便的原理与 EXCEL 轻松快速计算胶带用量

前言：

世间本无功夫，而其对应的招式本也没有，只是后续被人从自然界中的各种事物观摩演习，再慢慢提炼而出，从而形成了名目众多，风格迥异的各门各派。太极，反其道行之，无招胜有招。只要抓住了其核心本质，就可摆脱了其招式的局限，灵活运用，剩下的就可以化繁为简，四两拨千斤，以达到攻敌之效果；

摘 要：

1. 某些特殊产品上，特殊胶带的使用量的精确程度也就很大地影响着产品的成本变化；

2. 使用简易的原理能帮助更简单地计算；

3. 使用EXCEL工具有助于加快其计算速度；

关键词：缠胶带，成本，EXCEL；

一、背景

缠胶带作为一个辅助性的动作和工序，在线束加工中的作用虽然不像某些关键核心工序（压接端子，电测等）那么重要，但在线束中出现的频率很高。随着目前市场行情的白热化，产品对于成本的要求也越来越精准，不管是对客户端的报价或者是对内部的损耗管控上，都有着至关重要的作用。除了表面上的单纯的材料使用外，不同的缠绕要求，不同的材料使用，同时其对应的隐含的人工人本也会随之变化。特别是某些类型的线束产品上， 如果只是针对少量廉价的 PVC胶带，可能成本变化差异非常小，但是如果是对大量或者高价位的特殊胶带时（如 3M的V0等级胶带，醋酸胶带等），其成本差异就越发明显。所以现在行业上对于缠胶带这样的非重点工序的重视程度也逐渐增加。

行业中有不少的研究人员和作文者对此工艺也必定有所研究过，而本人虽然曾经也有此使用的经历，但是也没有作文研究的想法。只是在《线束世界》2020/07/14的时候转载了一篇来自《线束中国》的张（黎明）工的一篇关于缠胶布用量的文章，才有此兴趣附文一篇，一起参与此课题讨论。

首先肯定的是此文的思路在主要核心内容上是没有问题的：理论正确，推理严丝合缝， 计算方式精确。所以按照他的思路，也是能计算得出胶带的使用量；我想这也应该是绝大多数的此课题研究者的思路和方法。但是其中也有点美中不足，如果能完善起来就完美：

1. 某些计算原理和方法虽然贴实，但是稍微复杂。从而也就会导致后续的计算方式也会比较麻烦。所以可以使用更为简易的办法,具体可以参照后续的实操部分，届时可以对比一下传统的方法和此方法的差异：

2. 其逻辑推论出的数据是个非常理想化的理论数据，但是忘记了一个现实中最重要和最相关的一个因素：实际技能系数K（暂且这么称呼吧）。这个理论计算也只是考虑到主要核心，非常简单和直观化的，也是非常理想化的前提下的纯数学计算结果。这和现实是有差异的。就像在做机械设计中做的选项匹配计算的时候，经常会发现其中有很多的系数要选定和使用（这可以看成是一种经验值或者是简化计算的一种方式）。别看一个系数是0.95 或者 1.05，其与理论值 1之间差别很小，但是做过机械设计计算的人就知道，其中的系数不止一个，而且是层层叠加相互乘积出来的。这样出来后的理论值和实际值之间的差距甚至是可以达到一倍以上的。

同理，缠胶带这个技能活主要是靠人来完成。众所周知，人的因素区别和变化也是很大的：人与人之间以及每个人不同的时间点之间的变化非常大，特别是对于某些复杂的工艺时（如分支点的固定重叠缠），其中的差别就会放大出来。所以我们经常在现场就会看到：某些技能好的员工就能三下五除二地，几下就处理好了，而且节点处的胶带整齐，流畅，平缓，不鼓包，各分枝的结合处之间没有间隙，也不会露出里面的底材，相邻胶带之间重叠或者间隙匀称。而某些技能欠缺的员工，不仅速度慢，而且出来的作品，要不就是缠的不够，衔接处露底材了，要么就是重复了数遍的缠绕，从而导致节点那里鼓包一坨（明显着是缠得太多了），耗材又耗时；

但是再好的员工，也不可能 100%做到理想化的零损耗的程度，即使所谓的 1/2重叠缠，这个也只是大概比例，其重叠部分也是在这个标准线上下进行浮动。这个系数就像工艺中的标准工时一样，不可能为恒定值，会随着整体员工技能水平变化而变化。所以这个技能系数必须要考虑到。而具体的定义则是工艺人员根据自己现场人员的技能程度水平进行确定和调整的。就像过程能力系数 CPK一样的原理，这个系数也表明了员工技能的高低，只是不像 CPK那样，数据越低技能才是越好。当然这些内容不管如何也都是理论值，考量的因素的目的就是让模拟结果更加接近实际结果，减少之间的误差而已；

3. 该文还欠缺了一点就是对知识点的整合和画龙点睛之笔，从而导致这套理论和方法正确和实用，但是却又不能完全套现在现场中：三种方式中，真正意义上的单独的荒缠和叠缠，其实在实际的工艺中不是单独存在的，而是和点缠结合一起使用的；因为这两种方式的起步和结尾时的处理基本就是像点缠那样：需要在原地缠上 2~3圈，将胶带的头进行固定后再开始起步沿着枝干往后缠绕，而不会起步就像螺旋线那样开始向后运走。同理在结尾处也如此。所以从严谨的角度上取看，还是需要考虑其中才更为合适；这也是为新入行的工程师以及相关人员要了解和掌握这个知识标准的基础要点。

根据以上信息，我们就可以进入正文的实操部分，这也是本文在以下正文中要展示本文的差异之处。

二、产品建模&思路；

总所周知，胶带的缠法常见的有点缠，荒缠（亦称为花缠）和（重）叠缠。具体的差别，可以参照行业上相关资料介绍，此处也就不再使用过多语言去描述：此文需要掌握两个必要的理论，这也是此文的核心内容：

理论1：根据初级几何可知：宽度和高度相等的正四边形与平行四边形的面积是相等的；

图 1：面积相等定律

理论 2：1/N的重叠缠，其重叠的比例就是 2/N；根据以下简图可知：对于不同重叠比例的重叠的缠法时：

图 2：重叠缠比例示意图

2.2.1 常说的重叠缠绕，只是针对单边的重叠比例。如1/2重叠，就是单边重叠 1/2；

2.2.2 因此，实际的重叠部分为单边重叠的两倍。

2.2.3 胶带的宽度减去重叠部分的宽度比例，就是胶带未重叠的比例；

因此，根据以上信息和图示可知：如要求的是 1/3重叠缠，那么单边缠绕覆盖比例就是胶带宽度的 1/3，而胶带宽度的实际重叠部分就是 1/3*2=2/3（两边均需要覆盖）， 那么剩下部分未重叠的比例就是1-2/3=1/3（见图中红色图示）；当然同时，如果单边重叠部分超过 1/2时，那么也就会出现胶带中部有多重重叠的情况。这个在理论上也是成立的。依此类推，我们可以得到理论 2；

确定了理论就可以进入了实际的EXCEL 建模细节中，相对于其他工艺中的分析参数确定方式，该工艺更加简单，所以其建模也很容易：

1. 信息收集：

1.1 胶带信息整理：基本就只需要确认宽度即可（厚度参数对于其用量上的影响非常 小，可以忽略）；

表 1：胶带参数确定

1.2 线缆组外切圆半径：Dc 总，并确定出周长；

表 2：线束枝干参数确定

2. 模拟：

2.1剖析分解：不管是哪种缠法，如前文所说，起点和终点是由点缠完成，只有在中间部位是不同的，因此可以根据表3先将分枝长度，间距，起点，终点位置的情况等分类确定和计算出来：

分枝长度 750；

相邻胶带之间的间距为100，则胶带的 PITCH 则为 119（间距 100+胶带宽度 19）；缠绕圈数一般为 2~3 圈（也可以自行定义调整）等信息；

表 3：起点，终点缠绕和初步信息确认

2.2 分支与间隔的等分不可能为整除，所以可以直接将其取整即可。取整可以向上取整：分枝总长与节点中心距的比值，也可以是平调取整，则是比值再少 1个。这个理论不复杂， 但是经常容易出错，最好在 CAD中模拟出结果后再定其公式。在间距管控要求不高的情况下，以增加或者减少间距，来满足分枝大致等分的需求。具体可根据个人喜好和要求进行定义；

2.2 再根据不同的类型，对分枝中部的信息处理：

2.2.1点缠；

图 3：点缠

2.2.1.1 直接可以根据 Dc总：确定出每处缠绕所使用的胶带长度：

圈数 n*每圈周长 L=圈数n*线束直径 Dc 总*π=41.9*3*3.14≈395mm；

2.2.1.2 算出分枝上的节点；根据图示取整，此段中间部位的节点数量为5个;

2.2.1.3 累计算出整个分枝上的胶带用量；

A. 总的使用长度=起点+终点+枝干；所以理论的胶带用量为 2760mm；

B. 考虑到该工艺比较简单，因此技能系数定义为 1.05，并将最后的数据进行再取整处理，所以最后的胶带用量理论为 2900mm；

表 4：点缠胶带用量计算

2.2.2 荒缠/花缠；

图 4：荒缠/花缠

2.2.2.1 根据螺旋缠绕的波长（即胶带的 PITCH值），参照点缠的方式算出荒缠的整个波长数量：这个数量和点缠的节点数量有点差别：根据图示，波长数量为 6。同理，此时为了确保计算简单，有两个办法：

A. 可以再根据节点数量，反向调整间距，将分枝进行全等分处理；再根据新调整的间距处理后面的相关参数；此处我采用的是这种办法；

B. 也可以忽略尾数，直接按照就看整个波长的数量，这个办法和前面你的取整（平取还是向上取）原则有关系和影响。两种办法各有各的特点，没有优劣之分。

2.2.2.2 剩下的就可以根据此表的信息和顺序，计算出胶带的总用量；

A. 此时调整后的实际间距从以前的119变为了 125，以基本满足 6个整波长;

B. 同时，每个波长的上缠绕的圈数只有1圈，而不再是定点缠绕的2~3圈；

C. 因为是倾斜一定角度的螺旋缠绕，可以根据波长与线束半径的关系，得到倾斜角度α；

D. 根据胶带宽度与角度α，得到底边的宽度W（荒）；

E. 根据原理 1，就可以计算出单个波长上的胶带用量；

F. 再考虑到起点与终点以及技能系数，就完成了最终的胶带用量：L（荒）；

表 5：荒缠/花缠胶带用量计算

2.2.3 重叠缠：

图 5：重叠缠

此时，我们可以根据实际和理论2可以知悉：1. 重叠缠是全部覆盖线束枝干的；2.实际重叠比例就是和要求的重叠比例呈 2倍关系。所以，我们就可以根据这两个要素来直接一步到位计算用量：

表 6：重叠缠胶带用量计算

1. 确定出分枝总的表面积：截面周长*分枝总长：如表 3中的 S(枝)；

2. 定义重叠比例，在确定实际重叠比例：如表 6选取的是 1/2（50%）重叠，所以最终的覆盖面积为 100%（2*50%）；所以分枝上所使用的总的胶带面积：S(实)=分枝总的表面积+重叠部分面积=2 倍*S(枝)；

3. 同理，一样考虑到起点与终点以及技能系数后，得到实际消耗的胶带面积；

4. 最后将总的胶带面积与胶带的宽度比值，就是胶带的用量L(叠)；简单，直接，一步到位！

总结：

根据以上办法，这才能真正得到某段分枝上胶带的用量了；

如前所述，不管如何这些都是理想值，只是增加了更多的考量因素去管控最终的数据。不管是怎么的缠绕方式，我们都需要根据工艺要求的难易程度和员工技能水平定义一个系数。而且最好是根据不同的针对内容，单独定义和对应不同的系数，这样就更为合理和精确。但是，如果想省略简化计算方式，也可以直接定义一个总的系数。

参考文献：

[1] 无；