基於EPLAN Platform的電控櫃設計和生產優化研究

圖1-1 傳統盤櫃設計與製造時間。EPLAN

本文針對傳統電氣控制櫃在設計環節和生產過程中的常見問題，給出基於EPLAN Platform的解決方案，並著重介紹了如何利用EPLAN Platform對電氣控制櫃的設計和生產進行優化，從而提高電氣控制櫃的設計品質和生產效率，縮短產品交付週期。

傳統電控櫃設計及生產現狀

背景：電氣控制櫃，也被稱作「盤櫃」，作為現代工業的必備設施設備之一，其身影存在於各行各業。而目前國內電氣控制櫃的設計方法和生產方式，大多數尚處在于一種比較傳統和落後的模式——生產為主，設計為輔，(圖1-1)描述了傳統盤櫃設計與製造時間分布。

企業希望通過儘可能地縮短設計階段來搶生產，於是出現「設計只管原理，車間決定製程，品質依賴工人」等現象。該模式存在著諸多問題，從而導致電氣控制櫃的設計品質和生產效率，難以實質性地得到提高。

設計現狀：傳統模式下，進行電氣櫃原理設計時，設計人員往往僅關注電氣原理是否正確，而不關心設備在櫃內到底是如何安裝的，以及設備間的接線如何在櫃內走線，即設計深度不夠且缺乏電氣製程設計，因而，存在如下挑戰。

一、原理圖中使用交叉點「·」來表示同網路連接，如(圖1-2)所示，因而無法有效指導生產接線，導致實際接線結果，因工人習慣而異。二、原理圖中端子資訊表達不全，如端子排號、端子號等，如(圖1-3)所示，導致端子排資料統計難，尤其是端子排附件，如固定件、隔板等。加之如果沒有相應的端子接線圖，安裝鞍型跳線，需要工人仔細分析原理圖，才能完成，加大了對工人的能力要求和施工難度。

三、原理圖中設備管腳(連接點代號)與實物管腳不一致，如(圖1-4)所示，而生產接線時才發現問題，設計溝通和下更改單，導致產品交付週期延長。四、繪製的安裝示意圖中，如(圖1-5)所示，器件尺寸與實物尺寸非1:1比例並且與電氣原理圖無關聯，導致經常出現現場安裝干涉以及實物與圖紙不符等問題。

生產現狀：傳統模式下，由於前端缺乏電氣製程設計和設計深度、完整性不足，導致提供的設計資料和資料不能有效地指導生產工作，因此在生產環節，存在著如下挑戰。

一、生產準備與物料採購無法並行進行，如(圖1-6)所示，生產存在等待期，從而導致產品交付週期長。二、由於設計提供的安裝布局圖中器件與實物並非1:1尺寸，因此盤櫃安裝需要依賴實物，進行再次的布局設計。然而，由於此時安裝板大小、器件選型已經確定，因此器件安裝時只能「先解決能否裝下，再考慮是否合理，最後才講究是否美觀」，導致產品安裝標準不一致(如圖1-7所示)、安裝間隙不利於散熱、接線安裝不方便、線槽槽滿率過高等問題。

三、由於設計提供的生產資料較少，因此生產過程中存在大量手工工作。例如手動輸入和列印線號管和設備標籤、手工開孔等，如(圖1-8)所示。大量而繁複的手工工作，強度大，低效率，低品質(如開孔後的防腐無法處理)，進而導致產品交付週期長，產品品質難保證。

四、傳統模式下，生產主要依賴電氣原理圖進行設備接線工作。而設備接線所需要的導線，其製備過程與設備接線工作，處於相互穿插串列的狀態，如(圖1-9)所示，導致設備接線工作耗時耗力，產品生產週期長。而且具備較高的讀圖能力，間接提高了人力資源成本。

五、由於設備接線和導線製備的穿插串列，生產人員為了快速接線，通常會將相近路徑的多根導線一起進行佈線，然後按照最長一根導線的長度進行預留和裁剪，導致導線浪費，如(圖1-10)所示。六、由於缺少數位化樣機設計，因此設計無法提供可以指導生產佈線的檔。生產根據原理圖或者接線表接線時，如(圖1-11)所示，即使是相同的產品，也會因為生產人員不同，導致櫃內佈線結果不同(產品品質不一致)。

EPLAN Platform下的設計和生產優化

隨著市場競爭愈演愈烈，項目也變得越來越複雜，而客戶對產品交付的週期、品質以及成本的要求也越來越高。因此，傳統模式下的電氣控制櫃製造商，目前正處於相當大的壓力之下。

從斯圖加特大學機床與製造單位控制工程研究所的《控制櫃製造4.0》調研報告中可以看出，傳統模式下的電控櫃製造過程中，器件安裝(包括安裝板開孔、導軌線槽裁切和安裝)和設備接線，佔據了整個生產時間的72%的時間，如(圖2-1)所示。因此，如何降低器件裝配和設備接線的時間，成為電氣控制櫃製造商關注的重點和數位轉型的目標。

EPLAN Platform簡介：作為世界著名的專業電氣CAE解決方案提供商，德國EPLAN Software & Service公司是世界上最早開始提供智慧化的電氣工程設計軟體公司，它和全球著名的工業企業、製造企業進行了卓有成效的合作。

EPLAN Platform，如(圖2-2)所示，作為整體工程解決方案，可以滿足不同產業客戶的個性化需求、優化企業設計流程。無論是電氣設計還是流體、儀錶、線束設計，從產品的初步設計、開發直至生產製造環節，EPLAN Platform都能提供跨專業、跨部門的企業級工程設計方案和管理平台，優化從設計到生產的流程，以提高效率，降低成本。

設計優化：在設計端，基於EPLAN Platform，實現數位化樣機設計，建立虛擬樣機與物理實物的數位化雙胞胎模型，如(圖2-3)所示，從而優化設計深度，完善電氣製程設計，為生產的自動化和智慧化，提供資料支撐。

一、原理設計時，設計人員可以使用「確定目標」的T節點，如(圖2-4)所示，直接明確設備間的接線關係和接線順序，為虛擬樣機的自動佈線和生產接線，提供依據。二、EPLAN Platform提供的「基於網路的佈線優化」功能，可以使同一個網路的連接，根據器件安裝位置(虛擬樣機進行器件布局)，自動優化接線關係，如(圖2-5)所示。

三、設計端在設計端子時，可以充分利用EPLAN Platform與Phoenix的集成外掛程式：Project Complete，如(圖2-6)所示，實現根據原理圖中電纜芯線或導線的線徑大小，自動選擇端子型號、自動附加固定件、隔板和鞍型跳線等，並將器件物料和數量，返回原理圖中，如此一來，端子的選項設計和安裝製程設計，將變得非常容易。

四、EPLAN Platform下的Data Portal線上資料庫，免費為使用者和設計人員提供了符合EPLAN Standard 1.0的、擁有七級數據的標準器件，如(圖2-7)所示，幫助設計人員「即時設計，即時選型」，實現準確採購，避免出現設計與實物不符的情況。

五、設計端原理設計完成後，可以直接在EPLAN Platform中進行電氣控制櫃3D布局佈線製程設計，即數位化樣機設計，如(圖2-8)所示。在數位化樣機設計過程中，設計根據製程安裝要求、器件安裝間隙要求、散熱空間要求等，提前預知安裝板空間是否足夠。也可以根據自動佈線結果，提前識別線槽槽滿率是否過高，並進行佈線優化。

設計端的數位化樣機設計，加大了電控櫃的設計深度，提高了電控櫃的製程設計水準，可以為後續的生產提供有效的生產資料和生產資料，實現資料單一來源，設計指導生產，設計決定製程的目標。

生產優化：電控櫃的設計，實現基於EPLAN Platform的數位化樣機設計後，為生產的優化，如自動化、智慧化，提供了大量的資料支撐。同時，數位化樣機提前驗證了安裝板空間、槽滿率、接線製程等問題，因此生產過程中的變更、設計溝通將會大大減少，從而節省了大量的時間和成本。

一、採購與生產準備並行，如(圖2-9)所示。數位化樣機驗證了生產的可行性，採購部門開始採購櫃體、器件等；同時，生產部門可以根據數位化樣機的結果，同步進行生產準備，例如提前裁切導軌、線槽、製備導線和安裝已有器件。並行的工作流程，縮短了生產等待時間，可以大幅度縮短產品交付週期。二、設備標籤以及端子排號、端子號等資訊，可以直接或間接(Excel格式)輸出到列印設備，如(圖2-10)所示，減少人工作業，提高生產效率。

三、數位化樣機設計完成後，可以自動生成安裝板或門板開孔圖，該資訊可以匯出DXF文檔或直接與自動化加工機器集成(如Rittal PERFOREX)，如(圖2-11)所示，實現安裝板或門板開孔的自動化，取代手工開孔，大幅提高生產效率和生產品質。

四、數位化樣機設計完成後，導線的製備，也可以實現自動化。導線加工資訊可以直接或間接地傳遞給導線自動化加工設備(如Rittal WT)，如(圖2-12)所示，最大化的縮短了導線製備時間的同時，準確的導線長度資訊，將極大地減少導線的浪費。而且加工完的導線可以根據需要，按順序排放，便於後續的設備接線。

五、基於EPLAN Platform的數位化樣機設計，也讓設備接線工作，可以變得智慧化和輕量化。數位化樣機的佈線結果，可以直接發布到EPLAN Smart Wiring智慧佈線終端上，如(圖2-13)所示，接線工人根據顯示幕上的接線順序(與導線製備的順序一致)，逐一接線即可。接線工人無需翻閱電氣原理圖紙，即可完成接線工作，並且產品的佈線結果，始終保持一致，降低生產工人素質要求的同時，還能大大提升產品的品質和設備接線的效率。

總結

通過瞭解和分析傳統電控櫃設計和生產的現狀問題，並著重研究如何利用EPLAN Platform，對電氣控制櫃進行設計和生產優化，不難發現，EPLANPlatform可以給傳統電氣控制櫃製造商提供如下改善和收益：

一、從傳統的「生產為主，設計為輔」的模式中，過渡到「設計為生產的唯一資料來源」的數位化設計和自動化、智慧化生產模式，如圖3-1所示，從而實現高效率、高品質、短週期和低成本的電控櫃設計和生產。二、設計端優化設計方法，提高設計深度，面向製程設計，從而提高設計效率、設計品質和降低設計更改率和錯誤率等。

三、生產端充分利用設計端提供的數位化樣機設計資料，優化生產流程，提高生產的自動化水準和智慧化程度，進而大幅提高生產效率、生產品質和降低工人工作強度、人員素質要求以及生產成本浪費等，使電控櫃產品交付週期得到大幅縮短。(本文由易盼軟體(上海)有限公司文禮強著，尤嘉禾整理報導)