基于EPLAN Platform的电控柜设计和生产优化研究

图1-1 传统盘柜设计与制造时间。EPLAN

本文针对传统电气控制柜在设计环节和生产过程中的常见问题，给出基于EPLAN Platform的解决方案，并着重介绍了如何利用EPLAN Platform对电气控制柜的设计和生产进行优化，从而提高电气控制柜的设计品质和生产效率，缩短产品交付周期。

传统电控柜设计及生产现状

背景：电气控制柜，也被称作「盘柜」，作为现代工业的必备设施设备之一，其身影存在于各行各业。而目前国内电气控制柜的设计方法和生产方式，大多数尚处在于一种比较传统和落后的模式——生产为主，设计为辅，(图1-1)描述了传统盘柜设计与制造时间分布。

企业希望通过尽可能地缩短设计阶段来抢生产，于是出现「设计只管原理，车间决定制程，品质依赖工人」等现象。该模式存在着诸多问题，从而导致电气控制柜的设计品质和生产效率，难以实质性地得到提高。

设计现状：传统模式下，进行电气柜原理设计时，设计人员往往仅关注电气原理是否正确，而不关心设备在柜内到底是如何安装的，以及设备间的接线如何在柜内走线，即设计深度不够且缺乏电气制程设计，因而，存在如下挑战。

一、原理图中使用交叉点「·」来表示同网络连接，如(图1-2)所示，因而无法有效指导生产接线，导致实际接线结果，因工人习惯而异。二、原理图中端子信息表达不全，如端子排号、端子号等，如(图1-3)所示，导致端子排数据统计难，尤其是端子排附件，如固定件、隔板等。加之如果没有相应的端子接线图，安装鞍型跳线，需要工人仔细分析原理图，才能完成，加大了对工人的能力要求和施工难度。

三、原理图中设备管脚(连接点代号)与实物管脚不一致，如(图1-4)所示，而生产接线时才发现问题，设计沟通和下更改单，导致产品交付周期延长。四、绘制的安装示意图中，如(图1-5)所示，器件尺寸与实物尺寸非1:1比例并且与电气原理图无关联，导致经常出现现场安装干涉以及实物与图纸不符等问题。

生产现状：传统模式下，由于前端缺乏电气制程设计和设计深度、完整性不足，导致提供的设计数据和数据不能有效地指导生产工作，因此在生产环节，存在着如下挑战。

一、生产准备与物料采购无法并行进行，如(图1-6)所示，生产存在等待期，从而导致产品交付周期长。二、由于设计提供的安装布局图中器件与实物并非1:1尺寸，因此盘柜安装需要依赖实物，进行再次的布局设计。然而，由于此时安装板大小、器件选型已经确定，因此器件安装时只能「先解决能否装下，再考虑是否合理，最后才讲究是否美观」，导致产品安装标准不一致(如图1-7所示)、安装间隙不利于散热、接线安装不方便、线槽槽满率过高等问题。

三、由于设计提供的生产数据较少，因此生产过程中存在大量手工工作。例如手动输入和打印线号管和设备标签、手工开孔等，如(图1-8)所示。大量而繁复的手工工作，强度大，低效率，低品质(如开孔后的防腐无法处理)，进而导致产品交付周期长，产品品质难保证。

四、传统模式下，生产主要依赖电气原理图进行设备接线工作。而设备接线所需要的导线，其制备过程与设备接线工作，处于相互穿插串行的状态，如(图1-9)所示，导致设备接线工作耗时耗力，产品生产周期长。而且具备较高的读图能力，间接提高了人力资源成本。

五、由于设备接线和导线制备的穿插串行，生产人员为了快速接线，通常会将相近路径的多根导线一起进行布线，然后按照最长一根导线的长度进行预留和裁剪，导致导线浪费，如(图1-10)所示。六、由于缺少数码化样机设计，因此设计无法提供可以指导生产布线的档。生产根据原理图或者接线表接线时，如(图1-11)所示，即使是相同的产品，也会因为生产人员不同，导致柜内布线结果不同(产品品质不一致)。

EPLAN Platform下的设计和生产优化

随着市场竞争愈演愈烈，项目也变得越来越复杂，而客户对产品交付的周期、品质以及成本的要求也越来越高。因此，传统模式下的电气控制柜制造商，目前正处于相当大的压力之下。

从斯图加特大学机床与制造单位控制工程研究所的《控制柜制造4.0》调研报告中可以看出，传统模式下的电控柜制造过程中，器件安装(包括安装板开孔、导轨线槽裁切和安装)和设备接线，占据了整个生产时间的72%的时间，如(图2-1)所示。因此，如何降低器件装配和设备接线的时间，成为电气控制柜制造商关注的重点和数码转型的目标。

EPLAN Platform简介：作为世界着名的专业电气CAE解决方案提供商，德国EPLAN Software & Service公司是世界上最早开始提供智能化的电气工程设计软件公司，它和全球着名的工业企业、制造企业进行了卓有成效的合作。

EPLAN Platform，如(图2-2)所示，作为整体工程解决方案，可以满足不同产业客户的个性化需求、优化企业设计流程。无论是电气设计还是流体、仪表、线束设计，从产品的初步设计、开发直至生产制造环节，EPLAN Platform都能提供跨专业、跨部门的企业级工程设计方案和管理平台，优化从设计到生产的流程，以提高效率，降低成本。

设计优化：在设计端，基于EPLAN Platform，实现数码化样机设计，建立虚拟样机与物理实物的数码化双胞胎模型，如(图2-3)所示，从而优化设计深度，完善电气制程设计，为生产的自动化和智能化，提供数据支撑。

一、原理设计时，设计人员可以使用「确定目标」的T节点，如(图2-4)所示，直接明确设备间的接线关系和接线顺序，为虚拟样机的自动布线和生产接线，提供依据。二、EPLAN Platform提供的「基于网络的布线优化」功能，可以使同一个网络的连接，根据器件安装位置(虚拟样机进行器件布局)，自动优化接线关系，如(图2-5)所示。

三、设计端在设计端子时，可以充分利用EPLAN Platform与Phoenix的整合外挂程序：Project Complete，如(图2-6)所示，实现根据原理图中电缆芯线或导线的线径大小，自动选择端子型号、自动附加固定件、隔板和鞍型跳线等，并将器件物料和数量，返回原理图中，如此一来，端子的选项设计和安装制程设计，将变得非常容易。

四、EPLAN Platform下的Data Portal在线数据库，免费为使用者和设计人员提供了符合EPLAN Standard 1.0的、拥有七级数据的标准器件，如(图2-7)所示，帮助设计人员「实时设计，实时选型」，实现准确采购，避免出现设计与实物不符的情况。

五、设计端原理设计完成后，可以直接在EPLAN Platform中进行电气控制柜3D布局布线制程设计，即数码化样机设计，如(图2-8)所示。在数码化样机设计过程中，设计根据制程安装要求、器件安装间隙要求、散热空间要求等，提前预知安装板空间是否足够。也可以根据自动布线结果，提前识别线槽槽满率是否过高，并进行布线优化。

设计端的数码化样机设计，加大了电控柜的设计深度，提高了电控柜的制程设计水准，可以为后续的生产提供有效的生产数据和生产数据，实现数据单一来源，设计指导生产，设计决定制程的目标。

生产优化：电控柜的设计，实现基于EPLAN Platform的数码化样机设计后，为生产的优化，如自动化、智能化，提供了大量的数据支撑。同时，数码化样机提前验证了安装板空间、槽满率、接线制程等问题，因此生产过程中的变更、设计沟通将会大大减少，从而节省了大量的时间和成本。

一、采购与生产准备并行，如(图2-9)所示。数码化样机验证了生产的可行性，采购部门开始采购柜体、器件等；同时，生产部门可以根据数码化样机的结果，同步进行生产准备，例如提前裁切导轨、线槽、制备导线和安装已有器件。并行的工作流程，缩短了生产等待时间，可以大幅度缩短产品交付周期。二、设备标签以及端子排号、端子号等信息，可以直接或间接(Excel格式)输出到打印设备，如(图2-10)所示，减少人工作业，提高生产效率。

三、数码化样机设计完成后，可以自动生成安装板或门板开孔图，该信息可以汇出DXF文档或直接与自动化加工机器整合(如Rittal PERFOREX)，如(图2-11)所示，实现安装板或门板开孔的自动化，取代手工开孔，大幅提高生产效率和生产品质。

四、数码化样机设计完成后，导线的制备，也可以实现自动化。导线加工信息可以直接或间接地传递给导线自动化加工设备(如Rittal WT)，如(图2-12)所示，最大化的缩短了导线制备时间的同时，准确的导线长度信息，将极大地减少导线的浪费。而且加工完的导线可以根据需要，按顺序排放，便于后续的设备接线。

五、基于EPLAN Platform的数码化样机设计，也让设备接线工作，可以变得智能化和轻量化。数码化样机的布线结果，可以直接发布到EPLAN Smart Wiring智能布线终端上，如(图2-13)所示，接线工人根据显示幕上的接线顺序(与导线制备的顺序一致)，逐一接线即可。接线工人无需翻阅电气原理图纸，即可完成接线工作，并且产品的布线结果，始终保持一致，降低生产工人素质要求的同时，还能大大提升产品的品质和设备接线的效率。

总结

通过了解和分析传统电控柜设计和生产的现状问题，并着重研究如何利用EPLAN Platform，对电气控制柜进行设计和生产优化，不难发现，EPLANPlatform可以给传统电气控制柜制造商提供如下改善和收益：

一、从传统的「生产为主，设计为辅」的模式中，过渡到「设计为生产的唯一数据来源」的数码化设计和自动化、智能化生产模式，如图3-1所示，从而实现高效率、高品质、短周期和低成本的电控柜设计和生产。二、设计端优化设计方法，提高设计深度，面向制程设计，从而提高设计效率、设计品质和降低设计更改率和错误率等。

三、生产端充分利用设计端提供的数码化样机设计数据，优化生产流程，提高生产的自动化水准和智能化程度，进而大幅提高生产效率、生产品质和降低工人工作强度、人员素质要求以及生产成本浪费等，使电控柜产品交付周期得到大幅缩短。(本文由易盼软件(上海)有限公司文礼强着，尤嘉禾整理报导)