高低壓開關柜智能制造探究

貴州電子信息職業(yè)技術學院 劉高強 閆海彬

高低壓開關柜在發(fā)電廠、變配電中起著重要作用。目前，我國高低壓開關柜成套設備的制造主要以傳統(tǒng)生產(chǎn)為主，隨著現(xiàn)代化進程的推進，國家戰(zhàn)略的轉變，產(chǎn)業(yè)的轉型升級迫在眉睫，智能制造是未來企業(yè)掌握市場主動性的核心保障。為此，本文分析了高低壓開關柜的生產(chǎn)現(xiàn)狀、制造流程，設計了智能制造的框架模型，最后提出了智能改造的關鍵點。

電力裝備行業(yè)是“中國制造2025”的十大重點領域之一，高低壓開關柜及其零部件行業(yè)是其重要的子行業(yè)，具有很大的市場空間，傳統(tǒng)的生產(chǎn)制造方式已經(jīng)很難適應市場的發(fā)展，新一代的信息技術與制造業(yè)深度融合，正在引發(fā)影響深遠的產(chǎn)業(yè)變革。目前，我國高低壓開關柜的標準不一，開關柜元器件智能化程度不高，生產(chǎn)制造智能化程度較低，為占領市場先機，完善標準、產(chǎn)品智能化、智慧制造、提升服務是未來的大趨勢。

1 高低壓開關柜制造現(xiàn)狀

目前，國內有關高低壓成套開關的生產(chǎn)企業(yè)多達上千家，大部分企業(yè)的生產(chǎn)制造自動化程度低，生產(chǎn)過程基本為傳統(tǒng)生產(chǎn)線或剛性生產(chǎn)線，僅少數(shù)企業(yè)實現(xiàn)了部分柔性生產(chǎn)。隨著國家的布局，產(chǎn)業(yè)的轉型升級，部分有實力的企業(yè)已經(jīng)開始探索智能化制造，例如，寧夏力成電氣經(jīng)過幾年的探索，利用先進控制、檢測、傳感、裝配和物流等技術以及智能化裝備，集成了企業(yè)管理系統(tǒng)ERP、制造執(zhí)行系統(tǒng)MES和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理PDM等軟件，實現(xiàn)了管理、制造的數(shù)字化和智能化，縮短了產(chǎn)品研制周期，提高了能源利用率和生產(chǎn)效率，降低了成本和產(chǎn)品不良率，但也還保留了大量人工協(xié)作，智能化程度還有待進一步提高。

2 智能制造的內涵及發(fā)展趨勢

當前，對智能制造還未有公認明確的的定義，但綜合專家們的看法及趨勢來看，未來，智能制造將會以服務型制造、云制造、物聯(lián)制造等體系發(fā)展，以設計-制造-運維-服務協(xié)同一體化，把各種先進的智能技術如機器視覺、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)挖掘、云計算等與產(chǎn)品設計、制造、裝配和服務深度融合，實現(xiàn)制造企業(yè)整個價值鏈的智能化。目前，在一些制造行業(yè)已形成了大數(shù)據(jù)智能優(yōu)化與調度、物聯(lián)網(wǎng)感知、信息物理、云制造智能服務等技術融合的智能制造技術?？梢灶A見，未來智能制造將朝著智慧制造、數(shù)字孿生、生命周期大數(shù)據(jù)的方向發(fā)展，為各行各業(yè)的發(fā)展提供助力。

圖1 高低壓開關柜生產(chǎn)制造流程

3 高低壓開關柜智能制造改造方向

3.1 高低壓開關柜制造流程

高低壓開關成套設備具有個性化、定制化的特點，通常屬于用戶定制、小批量訂單生產(chǎn)模式。不同的高低壓開關柜生產(chǎn)企業(yè)根據(jù)自身業(yè)務的不同，生產(chǎn)的產(chǎn)品有所區(qū)別，但大體的生產(chǎn)流程基本一致，本文以常見發(fā)電廠及變電站開關柜的生產(chǎn)流程為例，分析開關柜生產(chǎn)制造流程，探究智能制造實現(xiàn)方案及技術。如圖1所示為高低壓開關柜一般性生產(chǎn)流程，用戶制定需求，指定開關柜電壓及保護等級；生產(chǎn)企業(yè)設計電氣圖，并虛擬仿真試驗；設計院確認可行性，用戶接受報價后制定生產(chǎn)計劃；根據(jù)電氣原理圖和柜體結構輸出生產(chǎn)圖紙、工藝流程卡、采購清單，并制定采購、加工和裝配計劃；根據(jù)生產(chǎn)圖紙加工、裝配和接線，并進行試驗，合格后交付產(chǎn)品。

圖2 高低壓開關柜智能制造框架模型

3.2 高低壓開關柜智能制造框架模型

電力系統(tǒng)自動高低壓開關柜智能制造的框架模型如圖2所示，車間制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）、智能物流系統(tǒng)、倉庫管理系統(tǒng)（WMS）、企業(yè)資源計劃管理系統(tǒng)（ERP）、產(chǎn)品及工藝設計系統(tǒng)、虛擬仿真試驗系統(tǒng)、信息物聯(lián)等應用系統(tǒng)高度集成。產(chǎn)品及工藝設計系統(tǒng)完成產(chǎn)品的設計和研發(fā)；虛擬仿真試驗系統(tǒng)完成產(chǎn)品的試驗仿真；車間制造執(zhí)行系統(tǒng)通過無線射頻技術（RFID）等檢測技術檢測物流或設備狀態(tài)，經(jīng)過智能物流系統(tǒng)有序將產(chǎn)品或物料運輸?shù)较鄳の唬悄芑O備和生產(chǎn)線完成產(chǎn)品的加工和裝配；倉庫管理系統(tǒng)有序管理物料和產(chǎn)品，提升物料管理能力；ERP管理系統(tǒng)實時監(jiān)控整個產(chǎn)品的制造過程并集成財務、管理、經(jīng)營、供應鏈和業(yè)務于一體，有效管理企業(yè)生產(chǎn)整個流程；云端服務器通過大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等提供決策分析，指導企業(yè)的業(yè)務調整和生產(chǎn)計劃。

3.3 高低壓開關柜智能制造改造關鍵點

從智能制造的框架模型可以看出，智能制造具有高度集成互聯(lián)的特點，要實現(xiàn)信息互聯(lián)，就必須要采用先進的傳感檢測技術，物聯(lián)網(wǎng)技術等有機的結合起來。結合未來智能制造的發(fā)展趨勢和我國高低壓開關制造企業(yè)的現(xiàn)狀，總結出以下幾點改造的關鍵點：

（1）改革開關柜內部結構

雖然我國相關技術認證部門對開關柜的設計和認證有嚴格的規(guī)定，但市場上呈現(xiàn)出百花爭放的局面，不同企業(yè)的標準不一，且柜體內部結構設計電氣元件安裝高度依賴人工。未來，柜體的設計應趨向于安全、簡單、智能檢測和便與實現(xiàn)智能化裝配的方向設計和發(fā)展。

（2）創(chuàng)新電氣元件設計

智能化制造的實現(xiàn)離不開信息的采集和監(jiān)控，目前市場上的一、二次元件雖然在不斷改進，實現(xiàn)了部分數(shù)據(jù)的智能檢測和控制，但這還遠遠不夠，未來，電氣元件會增加越來越多的參數(shù)檢測技術，使電氣元件更智能化。

（3）智能化設備研發(fā)

目前，國內高低壓開關制造企業(yè)所使用的加工設備大多還停留在半自動化的狀態(tài)，要想實現(xiàn)智能化生產(chǎn)，智能化設備的研發(fā)是必經(jīng)之路。

（4）智能化生產(chǎn)線改造

智能化設備是實現(xiàn)智能化生產(chǎn)線的基礎，智能化生產(chǎn)線是實現(xiàn)產(chǎn)品連續(xù)智能化加工的保障。目前，我國已有少數(shù)高低壓開關柜制造企業(yè)實現(xiàn)了多條柔性生產(chǎn)線，提高了生產(chǎn)效率，縮短了研發(fā)周期，但也還未完全實現(xiàn)自動化、智能化，如自動制線機雖然能完成二次線的制作，但二次線的接線還需要大量人工完成。

結語：本文總結了高低壓開關柜成套設備生產(chǎn)企業(yè)的制造現(xiàn)狀，分析了行業(yè)的發(fā)展趨勢，根據(jù)高低壓成套開關設備的制造特點及流程，設計了智能制造的框架模型，并提出了智能制造改造的策略及關鍵點，為企業(yè)升級改造提供了參考。