高低壓開關柜智能制造探究

貴州電子信息職業技術學院 劉高強 閆海彬

高低壓開關柜在發電廠、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生產為主，隨著現代化進程的推進，國家戰略的轉變，產業的轉型升級迫在眉睫，智能制造是未來企業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現狀、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是其重要的子行業，具有很大的市場空間，傳統的生產制造方式已經很難適應市場的發展，新一代的信息技術與制造業深度融合，正在引發影響深遠的產業變革。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，生產制造智能化程度較低，為占領市場先機，完善標準、產品智能化、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狀

目前，國內有關高低壓成套開關的生產企業多達上千家，大部分企業的生產制造自動化程度低，生產過程基本為傳統生產線或剛性生產線，僅少數企業實現了部分柔性生產。隨著國家的布局，產業的轉型升級，部分有實力的企業已經開始探索智能化制造，例如，寧夏力成電氣經過幾年的探索，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，集成了企業管理系統ERP、制造執行系統MES和產品數據管理PDM等軟件，實現了管理、制造的數字化和智能化，縮短了產品研制周期，提高了能源利用率和生產效率，降低了成本和產品不良率，但也還保留了大量人工協作，智能化程度還有待進一步提高。

2 智能制造的內涵及發展趨勢

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、物聯制造等體系發展，以設計-制造-運維-服務協同一體化，把各種先進的智能技術如機器視覺、人工智能、物聯網、數據挖掘、云計算等與產品設計、制造、裝配和服務深度融合，實現制造企業整個價值鏈的智能化。目前，在一些制造行業已形成了大數據智能優化與調度、物聯網感知、信息物理、云制造智能服務等技術融合的智能制造技術。可以預見，未來智能制造將朝著智慧制造、數字孿生、生命周期大數據的方向發展，為各行各業的發展提供助力。

圖1 高低壓開關柜生產制造流程

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、小批量訂單生產模式。不同的高低壓開關柜生產企業根據自身業務的不同，生產的產品有所區別，但大體的生產流程基本一致，本文以常見發電廠及變電站開關柜的生產流程為例，分析開關柜生產制造流程，探究智能制造實現方案及技術。如圖1所示為高低壓開關柜一般性生產流程，用戶制定需求，指定開關柜電壓及保護等級；生產企業設計電氣圖，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計劃；根據電氣原理圖和柜體結構輸出生產圖紙、工藝流程卡、采購清單，并制定采購、加工和裝配計劃；根據生產圖紙加工、裝配和接線，并進行試驗，合格后交付產品。

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，車間制造執行系統（MES）、智能物流系統、倉庫管理系統（WMS）、企業資源計劃管理系統（ERP）、產品及工藝設計系統、虛擬仿真試驗系統、信息物聯等應用系統高度集成。產品及工藝設計系統完成產品的設計和研發；虛擬仿真試驗系統完成產品的試驗仿真；車間制造執行系統通過無線射頻技術（RFID）等檢測技術檢測物流或設備狀態，經過智能物流系統有序將產品或物料運輸到相應工位，智能化設備和生產線完成產品的加工和裝配；倉庫管理系統有序管理物料和產品，提升物料管理能力；ERP管理系統實時監控整個產品的制造過程并集成財務、管理、經營、供應鏈和業務于一體，有效管理企業生產整個流程；云端服務器通過大數據、云計算、人工智能等提供決策分析，指導企業的業務調整和生產計劃。

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的特點，要實現信息互聯，就必須要采用先進的傳感檢測技術，物聯網技術等有機的結合起來。結合未來智能制造的發展趨勢和我國高低壓開關制造企業的現狀，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定，但市場上呈現出百花爭放的局面，不同企業的標準不一，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智能化裝配的方向設計和發展。

（2）創新電氣元件設計

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

（3）智能化設備研發

目前，國內高低壓開關制造企業所使用的加工設備大多還停留在半自動化的狀態，要想實現智能化生產，智能化設備的研發是必經之路。

（4）智能化生產線改造

智能化設備是實現智能化生產線的基礎，智能化生產線是實現產品連續智能化加工的保障。目前，我國已有少數高低壓開關柜制造企業實現了多條柔性生產線，提高了生產效率，縮短了研發周期，但也還未完全實現自動化、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企業的制造現狀，分析了行業的發展趨勢，根據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，為企業升級改造提供了參考。