1. 前言

    自從參與工作以來(lái)，參與了不少企業(yè)的研發(fā)管理信息化咨詢和PLM實(shí)施的項(xiàng)目。學(xué)習(xí)機(jī)械的人都知道，機(jī)電不分家，因此，所有的機(jī)械企業(yè)或多或少都會(huì)遇到電氣/電器設(shè)計(jì)，與機(jī)械協(xié)同研發(fā)的問(wèn)題。參與實(shí)施過(guò)程中，針對(duì)企業(yè)的現(xiàn)狀，我對(duì)采取的解決方案進(jìn)行了總結(jié)，對(duì)未來(lái)機(jī)電協(xié)同設(shè)計(jì)遠(yuǎn)景進(jìn)行了構(gòu)想，希望能對(duì)企業(yè)的電氣/電器研發(fā)信息化管理帶來(lái)一些幫助。因?yàn)閰⑴c的項(xiàng)目偏向于電氣部分，所以針對(duì)電器方面，若有不準(zhǔn)確的地方，歡迎反饋補(bǔ)充。

    2. 企業(yè)電氣/電器集成管理模型和階段

    目前市場(chǎng)上常見(jiàn)的電氣/電器軟件如下：

    ●強(qiáng)電設(shè)計(jì)軟件：國(guó)內(nèi)的有天正電氣與浩辰電氣比較普及，但最大名鼎鼎的就是AutoCAD Electric，沾了不少AutoCAD的光彩，在行業(yè)應(yīng)用中，Eplan Electric、EB屬于老牌廠商，占領(lǐng)了大量傳統(tǒng)市場(chǎng)。但面向電氣和3D設(shè)計(jì)集成方面，走的步履維艱，后起之秀的elecworks已經(jīng)形成超越之勢(shì)。這部分軟件眾多，不再擴(kuò)展介紹。

    ●弱點(diǎn)設(shè)計(jì)軟件：Protel雖然是很多電氣設(shè)計(jì)人員的第一款軟件，但已經(jīng)嚴(yán)重過(guò)時(shí)，目前比較通用的三劍客是AltiumDesigner、Cadende SPB、Mentor EE，當(dāng)然還有一些比較小眾的軟件，在此忽略。但這一塊遺憾的是，目前國(guó)內(nèi)軟件在這一塊是空白。

    ●PDM/PLM管理平臺(tái)：國(guó)際上三大品牌包括達(dá)索的ENOVIA、PTC公司的Windchill、西門(mén)子公司的Teamcenter基本都實(shí)現(xiàn)了對(duì)主流電氣/電器CAD工具的集成，但是目前3C企業(yè)應(yīng)用的最多的還是Windchill，應(yīng)該是占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。國(guó)內(nèi)雖然有不少的PDM/PLM平臺(tái)，但是在集成方面，基本上能力還是比較弱的。

    在經(jīng)歷的很多企業(yè)中，也參考了很多資料，以及對(duì)電氣軟件的了解和研究，企業(yè)電氣研發(fā)信息化和軟件集成機(jī)械產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理的4個(gè)階段，這種劃分方式基本與工業(yè)信息化發(fā)展階段相吻合，分別是：

    2.1 電氣1.0時(shí)代的研發(fā)集成管理

    電氣集成1.0時(shí)代，類似于工業(yè)1.0，基本都是手工繪制電子圖紙，各種電氣符號(hào)全部是需要時(shí)臨時(shí)繪制，缺少管理。圖紙繪制完成后，統(tǒng)計(jì)編輯明細(xì)清單，交付下游使用。此時(shí)大部分企業(yè)基本對(duì)這些數(shù)據(jù)缺少管理。即使需要管理構(gòu)建BOM，也是清單樣式。松散的設(shè)計(jì)和管理，根本談不上對(duì)設(shè)計(jì)的驗(yàn)證、仿真和集成。大部分企業(yè)都是等設(shè)計(jì)完成之后，通過(guò)樣機(jī)對(duì)元件進(jìn)行布局，對(duì)線長(zhǎng)進(jìn)行放樣，然后才能安排下線生產(chǎn)。

    在這些年走過(guò)的企業(yè)中，這種情況目前還是數(shù)見(jiàn)不鮮，可見(jiàn)國(guó)內(nèi)電氣信息化水平還是有待提高的。但這方面，電器設(shè)計(jì)就稍微超前——因?yàn)镻CB板的板層等，不是放樣可解決的。

    2.2 電氣2.0時(shí)代的研發(fā)集成管理

    在電氣1.0時(shí)代，每一個(gè)電氣原件都是孤立的對(duì)象，純粹就是一個(gè)電氣符號(hào)，這給大家協(xié)同使用時(shí)帶來(lái)很多的不便，例如一個(gè)繼電器，大家協(xié)同設(shè)計(jì)時(shí)，不同人員繪圖時(shí)使用比例不一致，重用時(shí)就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，此外，繼電器的幾個(gè)常開(kāi)和常閉，大家怎么協(xié)同使用，怎么確保合理應(yīng)用，不超過(guò)也不浪費(fèi)。

    電氣2.0時(shí)代，最突出的特點(diǎn)就是建立專門(mén)的電氣元件庫(kù)，有專門(mén)的線纜庫(kù)信息庫(kù)，可以通過(guò)專門(mén)的ECAD軟件繪制原理圖并生成專門(mén)的原件或者線纜清單，然后實(shí)現(xiàn)ECAD數(shù)據(jù)，以及集成清單數(shù)據(jù)的管理。大家在協(xié)同時(shí)候，也主要是通過(guò)共享使用統(tǒng)一的設(shè)計(jì)庫(kù)確保繪圖規(guī)范的一致，大部分專業(yè)的電氣軟件都是在這個(gè)階段發(fā)展起來(lái)的。

    在電氣2.0時(shí)代的后期，隨著數(shù)據(jù)庫(kù)的技術(shù)發(fā)展，對(duì)電氣設(shè)計(jì)協(xié)同帶來(lái)的很大的便利，統(tǒng)一的設(shè)計(jì)庫(kù)的數(shù)據(jù)記錄信息也有單一的數(shù)據(jù)庫(kù)變更為基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)庫(kù)，這樣就可以解決大家在使用同一繼電器的沖突和浪費(fèi)問(wèn)題。這種設(shè)計(jì)方案的改進(jìn)，大大降低了設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，減少了設(shè)計(jì)周期。

    電氣2.0時(shí)代，PDM/PLM管理首先要解決的是元件/線纜符號(hào)庫(kù)的管理，同時(shí)由于電氣原件需要選型，這部分直接決定了企業(yè)最終對(duì)電氣原件的采購(gòu)，這部分信息必須和企業(yè)的物料庫(kù)保持一致，數(shù)據(jù)庫(kù)的同步也是集成的重點(diǎn)工作。在此階段，系統(tǒng)集成也主要是交付數(shù)據(jù)的集成。

    目前很多企業(yè)，都處于這個(gè)階段，這個(gè)階段，機(jī)電團(tuán)隊(duì)基本上都是獨(dú)立的，過(guò)程溝通也很少，基本上都是最終樣機(jī)時(shí)去驗(yàn)證機(jī)械和電氣之間的兼容性。

    2.3 電氣3.0時(shí)代的研發(fā)集成管理

    電氣集成3.0時(shí)代，已經(jīng)開(kāi)始要求設(shè)計(jì)工具和管理平臺(tái)的集成與互動(dòng)。隨著電氣設(shè)計(jì)的進(jìn)一步復(fù)雜，樣機(jī)制造時(shí)間和交付周期的進(jìn)一步縮短，電氣設(shè)計(jì)的3.0時(shí)代，也迎來(lái)了原理圖與3D布局的互動(dòng)，對(duì)電氣設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行布局，布線進(jìn)行提前研究和驗(yàn)證，避免和機(jī)械部分進(jìn)行干涉，有些企業(yè)也開(kāi)始關(guān)注電氣部分對(duì)整個(gè)機(jī)械部分的影響，進(jìn)行仿真分析，例如電氣產(chǎn)熱對(duì)整個(gè)產(chǎn)品性能的影響，如何布局降溫等。

    電氣3.0時(shí)代，要求電氣軟件必須和ECAD軟件可協(xié)同互動(dòng)，將電氣團(tuán)隊(duì)和機(jī)械團(tuán)隊(duì)更加緊密的綁定在一起，團(tuán)隊(duì)開(kāi)始更關(guān)注前期的策劃和過(guò)程的協(xié)同——因?yàn)榇蟛糠之a(chǎn)品更加小巧，電氣工程師需要增加一個(gè)繼電器，就必須提前和機(jī)械工程師溝通確保預(yù)留空間，電氣工程師需增加一個(gè)有一定功耗的芯片，機(jī)械工程師就必須考慮電磁屏蔽，或者必須在機(jī)械結(jié)構(gòu)上增加散熱的設(shè)計(jì)，電氣設(shè)計(jì)完成后，包括線長(zhǎng)的信息也可以提前獲得。此時(shí)，機(jī)械團(tuán)隊(duì)和電氣團(tuán)隊(duì)的邊界開(kāi)始模糊。

    在軟件實(shí)現(xiàn)上，傳統(tǒng)的大牌廠商的確遇到了瓶頸，因?yàn)閷?shí)現(xiàn)這個(gè)步驟，不僅需要電氣CAD功能能滿足設(shè)計(jì)和驗(yàn)證要求，而且還要求有強(qiáng)大的3D CAD建模和分析功能。傳統(tǒng)的ECAD廠商和機(jī)械CAD廠商的確在這點(diǎn)需求上產(chǎn)生了碰撞，開(kāi)始向上游、下游兼容。但目前大部分還是結(jié)果的導(dǎo)出和導(dǎo)入交互，十分不便利。ECAD廠商在實(shí)現(xiàn)3D方面步履維艱，3D方面還是有很大的技術(shù)瓶頸。國(guó)際幾大3D廠商也推出自己的ECAD解決方案，但是和專業(yè)應(yīng)用方面差異太大，幾乎沒(méi)有市場(chǎng)。

    這個(gè)階段冒出了一個(gè)黑天鵝，來(lái)自法國(guó)的老牌CAE公司Trace Software推出了專業(yè)的elecworks軟件，使用SQL Server作為統(tǒng)一信息管理平臺(tái)，基于網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同一下子變得很方便了，基于開(kāi)放3D SolidWorks平臺(tái)的機(jī)電集成，大大降低了機(jī)電交互的門(mén)檻。同時(shí)借助SolidWorks深入到三線城市的銷售網(wǎng)絡(luò)，增長(zhǎng)很快，在最近幾年的項(xiàng)目實(shí)施中，遇到的比例也大大提高。

    但是，集成也帶來(lái)了數(shù)據(jù)的復(fù)雜性，因?yàn)楣芾砥脚_(tái)不僅僅管理交付的清單文件形成BOM便于下游使用，而且要求管理好交付的2D原理圖數(shù)據(jù)和3D布局?jǐn)?shù)據(jù)——但不同的3D CAD對(duì)電氣數(shù)據(jù)，尤其是線纜數(shù)據(jù)的處理各不相同，集成數(shù)據(jù)還不是很準(zhǔn)確，需要二次處理，因此這一塊，還需要ECAD廠商、3D CAD廠商和PLM廠商的協(xié)同努力。

    現(xiàn)在有一部分企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始在這個(gè)階段進(jìn)行嘗試，尤其是快速消費(fèi)產(chǎn)品。

    2.4 電氣4.0時(shí)代的研發(fā)集成管理

    工業(yè)4.0時(shí)代，要求更多的智能產(chǎn)品，在智能工廠進(jìn)行智能生產(chǎn)，然后通過(guò)智能物流系統(tǒng)進(jìn)行配置或交付運(yùn)營(yíng)，對(duì)機(jī)電軟一體化提出了更高的要求。工業(yè)4.0時(shí)代，企業(yè)的產(chǎn)品也由大批量生產(chǎn)時(shí)代進(jìn)入到大批量定制階段，產(chǎn)品的個(gè)性化進(jìn)一步提升。

    工業(yè)4.0時(shí)代的產(chǎn)品，產(chǎn)品的智能化肯定是通過(guò)更多的電氣和軟件實(shí)現(xiàn)的，在此過(guò)程會(huì)逐步降低機(jī)械部分的功能比重，大大提升嵌入式電氣、傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、軟件的因素。例如手機(jī)，我們就發(fā)現(xiàn)機(jī)械部分的成本和交付周期就大大低于電氣軟件，自動(dòng)駕駛汽車機(jī)械部分和傳統(tǒng)騎車結(jié)構(gòu)已經(jīng)簡(jiǎn)化了太多太多，但是電氣部分卻復(fù)雜不止一百倍。由于需要保持不同客戶的個(gè)性化需求，產(chǎn)品定制的過(guò)程中，也需要確保電氣和軟件的定制，管理的復(fù)雜性急劇增加。

    電氣4.0集成時(shí)代，電氣設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的生態(tài)環(huán)境，產(chǎn)品決策者，優(yōu)先考慮通過(guò)軟件和電氣實(shí)現(xiàn)必需的過(guò)程決策，最后才是必要的機(jī)械執(zhí)行部分，在設(shè)計(jì)階段就必須考慮后期的維護(hù)運(yùn)營(yíng)監(jiān)控和智能升級(jí)，綠色回收等生命周期因素。電氣設(shè)計(jì)融入了更多的智能因素和可配置因素，此時(shí)仿真已經(jīng)是最基本的需求，更多的開(kāi)始要求虛擬的設(shè)計(jì)和實(shí)際的物理設(shè)備之間的互動(dòng)，Digital twin作為一種新興的技術(shù)，改變了傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和交付的流程，形成了從產(chǎn)品設(shè)計(jì)→產(chǎn)品智能聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程維護(hù)→產(chǎn)品數(shù)據(jù)分析→提供服務(wù)→優(yōu)化設(shè)計(jì)，并且收集的大數(shù)據(jù)再反哺產(chǎn)品制造商，從而進(jìn)行新產(chǎn)品迭代的閉環(huán)生態(tài)圈。產(chǎn)品設(shè)計(jì)也不僅考慮產(chǎn)品，更需要考慮和生產(chǎn)環(huán)境的協(xié)同。不僅機(jī)械和電氣的邊界模糊，而且研發(fā)和工藝的邊界也開(kāi)始模糊。

    在此，我觀看過(guò)PTC公司演示的一輛智能聯(lián)接的SantaCruzV10山地自行車的亮相向觀眾展示了未來(lái)產(chǎn)品可能的存在形態(tài)，物理世界的自行車和數(shù)字世界的Digital Twin，二者交相呼應(yīng)，在一舉一動(dòng)中實(shí)時(shí)交互、協(xié)同。假如你是個(gè)野外騎行愛(ài)好者，你的運(yùn)動(dòng)軌跡和相關(guān)數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)被實(shí)時(shí)傳輸和記錄。也了解了背后的機(jī)電軟之間的協(xié)同，我感到驚訝。

    電氣4.0時(shí)代的很多技術(shù)還在探索中，目前還很少批量在生產(chǎn)環(huán)境中使用，但是如何提升機(jī)械CAD、電氣CAD，以及與嵌入式和軟件設(shè)計(jì)的協(xié)同，已經(jīng)是很多廠商思考的問(wèn)題，并且開(kāi)始布局。這樣其實(shí)盡一家之力已經(jīng)無(wú)法解決這個(gè)龐大的問(wèn)題，需要制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)放平臺(tái)，更多行業(yè)領(lǐng)頭企業(yè)參與推進(jìn)。

    回歸到電氣ECAD的功能，與3D CAD的集成要通過(guò)布局圖實(shí)現(xiàn)自動(dòng)的布局，連接的線纜也必須按照指定的路徑進(jìn)行自動(dòng)的布線，并自動(dòng)計(jì)算線槽的容積率，超出的話，能在允許范圍內(nèi)進(jìn)行最佳方案的優(yōu)化。線路中允許出現(xiàn)嵌入式的黑盒，或者PLC，可以通過(guò)編制程序?qū)﹄姎獾拈]合情況進(jìn)行驗(yàn)證確認(rèn)，然后進(jìn)一步，驅(qū)動(dòng)機(jī)械部分的仿真。目前NI公司已經(jīng)推出相關(guān)解決方案，讓我們看到不少曙光。

    在這一方面，管理平臺(tái)在很大程度走到了設(shè)計(jì)軟件的前列，目前的三大平臺(tái)都可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械、電氣/電器、軟件的管理(代碼)，包括基于機(jī)械、電氣、軟件的協(xié)同配置，個(gè)性化選配的實(shí)現(xiàn)，在接觸的企業(yè)和解決方案中，個(gè)人認(rèn)為PTC的Windchill實(shí)現(xiàn)的最優(yōu)秀，Windchill+Integrity可以比較完美的解決很大一部分問(wèn)題。目前還沒(méi)有實(shí)施過(guò)滿足此狀態(tài)的項(xiàng)目，但是，不遠(yuǎn)的將來(lái)，肯定會(huì)有的。

核心關(guān)注：拓步ERP系統(tǒng)平臺(tái)是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用，蘊(yùn)涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念，功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理，全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域，是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴品牌。

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本文標(biāo)題：企業(yè)電氣CAD集成PLM管理實(shí)現(xiàn)方案思考（上）

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