控制柜设计与制造

在工控领域，控制柜的设计与制造是一个重要的课题。近年来，越来越多的企业在谈论数字孪生体，交流很多，落地很少。但在此期间，控制柜设计和制造过程，2D向3D转换成为主流却成为现实。转换的原因，有主动跟随潮流，也有面对挑战时不得不变的被动接受。

2D设计时，面临的挑战如下：

1. 随着智能设备的发展，小尺寸的控制柜应用越来越广泛，元器件不止安装在安装板上，也安装在门和侧板上，2D图形缺少有效的视觉指引，无法识别干涉；

2. 无法从2D图形中获得如线长之类的尺寸信息；

3. 难以招到熟练的电气装配工人，需寻求方法降低装配工人的技能要求；

4. 人工成本激增，需提高单人的产出（设计和制造效率的挑战）；

5. 客制化程度增加（多样性的挑战）。

关于提高控制柜设计与制造的效率，本人在此抛砖引玉，从三个方面简单分享一下个人看法。

我们先看一个例子，对一个这样的控制柜：

图1 - 控制柜示例

优化前后的工作流程对比如下：

图2 - 不同效率对比

从图中我们可以看出，对比传统工作流程，优化后的工作流程，重心由装配接线转移到工程设计。

在由斯图加特大学进行的一项调研中，根据设计和制造过程，对公司进行了分类：

表1 - 设计和制造类别

为了优化工作流程，需要设计和制造高效配合。可以采取以下手段：

• 通过选择高效设计工具和设计防范在，设计人员可以提高设计效率；

• 通过机器设备的使用，可以提高制造效率；

• 通过一致的数据流，贯通设计和制造过程（可采用单一软件平台，或采取开放接口的的软件平台）。

一份好的电气图纸，应该具有以下特征：

1. 可以直接从它获取采购、制造等所需的信息；

2. 生成的信息简单易懂，具备良好的交互性；

3. 可使用3D设计技术提供制造过程需要的数据。

在设计过程中，通常时间花费如下：

图3 – 设计工时占比

复用程度的高低是影响设计效率的关键。这要求设计人员由任务设计转变为以功能块设计为主。设计人员在设计中，对设计任务需要不断加深理解，对其功能进行拆分。进而实现由任务为基础的设计，向由功能为基础的设计的转换。

比如在PLC的设计过程中，对比图4， 图5的优点在于它创建为一个“功能块”，这个功能块可以被存储，分享，调用，它显著提高了设计效率，减少了设计错误。

设计工程师的工作重心，由画图，转变为如何更好地理解设备，如何划分和优化功能块。

图4 – PLC集中式设计：所有I/O在同一页

图5 – PLC分散式设计：I/O和主回路创建为一个“功能块”

控制柜的制造可分为以下12个过程：

1. 物流（打包）：制造规划元器件分拣和物流

2. 柜门开孔

3. 柜门钻孔

4. 安装板钻孔

5. 机械安装：柜体、线槽、导轨、制冷设备等

6. 元器件安装

7. 设备标签

8. 端子排装配

9. 导线制作：导线切割和剥皮，打印和粘贴标签，压接端子

10. 接线

11. 测试

12. 包装

制造过程中，手动和自动效率对比如下：

图6 – 制造过程对比：黑色为手动，红色为自动