EPLAN创新电气设计成就港机卓越
供稿：易盼软件（上海）有限公司
- 关键词：振华港机,CAE设计软件,EPLAN
- 摘要：上海振华港机从模仿到创新的一面旗帜，在行业内率先引入德国专业电气CAE设计软件——EPLAN，设计创造价值，振华港机的今天，是与ZPMC所拥有的强大电气设计队伍分不开的，同时更是与其领导者高瞻远瞩地采用世界级电气设计软件工具分不开的。
上海振华港机是全球化背景下中国港机制造业从制造到创造，从模仿到创新的一面旗帜。2003年开始，振华港机便逐渐抛开了传统的CAD进行电气系统设计的做法，在行业内率先引入德国专业电气CAE设计软件——EPLAN 21。至2008年年初，当很多同行还在摸索寻求专业设计软件之时，最新版的EPLAN P8又再次被引入振华港机的电控系统设计。纵观振华港机领袖群伦的卓越成就，可以认为——创新电气设计成就港机卓越
在全球化的大背景下，中国港机制造经历着机遇与挑战并存的景况。根据著名产业研究机构OneStone Consulting Group统计，2006年至2010年，遍布全球85个国家和地区的港口运营部门，将投资超过260个港口建设项目。在此期间，全球港口集装箱吞吐量也将保持每年平均9.4%的复合增长率。而另一方面，国际港机市场则充斥着日本三菱重工、三井，韩国三星、现代，德国克虏伯等港机巨头的身影，因为像丹麦马士基航运集团这样的全球大客户要求的是世界级的港机品牌，世界级的质量，世界级的设计，还有世界级的标准……。
在这一苛刻的全球港机制造业竞争中，占据世界市场70％的上海振华港机（ZPMC）是当之无愧的“中国制造脊梁”。作为世界知名起重机和大型钢结构制造商，目前已经连续9年位居全球市场占有率之首（数据来自英国权威杂志《World Cargo News》统计）。迄今为止，按订单统计，振华港机完成岸边集装箱起重机1000台，轮胎式集装箱龙门起重机1650台和众多非标大型港口机械。具有“ZPMC”品牌标记的产品遍布世界62个国家和港台地区的120余个码头。设计创造价值，振华港机的今天，是与ZPMC所拥有的强大电气设计队伍分不开的，同时更是与其领导者高瞻远瞩地采用世界级电气设计软件工具分不开的。
香港和记黄埔HIT桥吊
无论桥吊、浮吊、轮胎吊，还是海上重工机械，其电控系统的设计质量和效率问题一直是国内港机生产企业的“软肋”。即便是振华港机这样强大的设计团队，每年要按期高质量完成300台岸桥、600台场桥和25万吨钢结构的各种标准/非标电气设计任务仍然是巨大的挑战。提高电气设计效率，缩短设计周期，缩短交货时间，减少设计安装错误，并符合国际标准，可以说是振华港机乃至当前中国港机生产企业取得国际竞争优势的第一起跑线。
电控设计的新挑战，新选择
作为起重机械的大脑，电控系统的设计生产扮演着极其重要的角色。1997年，振华港机在电气设计道路上开始了一条艰苦的创新之路，自己设计、组装设备电控系统，逐渐改变了依赖于国外电控生产设计商的局面。从最初的CAD画图软件到具有一定电气设计功能的e-CAD软件，再到专业电气设计软件EPLAN 21和EPLAN P8，软件工具的变化是振华港机专业化电气设计需求不断提高带来的必然结果。
2002年，振华港机的一家马来西亚客户在招标时正式提出要采用专用电气设计软件来画桥吊原理图。“从那以后，我们不得不改变原有的CAD设计工具”，振华港机新产品开发办 系统设计部副总经理钱骏说道，“事实上采用新的设计工具之后我们发现错误率大大降低，效率得到相当大提高”。2003年，振华港机正式采用了德国EPLAN公司的EPLAN 21产品并用于新产品的设计研发。
马来西亚PTP港桥吊
在早期的电控系统设计中，系统原理图及其关联图纸都是采用AutoCAD完成，速度相比手工得到很大提高。然而，电控系统的设计、组装和生产是有别于传统机械产品设计的，专门针对后者的CAD软件具有一些典型的“硬伤”：高达几百页的图纸文件不易管理；同一元件在不同页中无法关联而造成遗漏或者标注错误，后续修改十分繁琐；电气线路连线和文本标注必须手工完成；元器件选型和柜体安装板生成需借助Excel或AutoCAD手动完成，易造成元件型号遗漏和尺寸错误等等。
事实上，传统CAD已经越来越难以满足振华港机电控设计目前面临的情况了。一方面，如今港口起重机电控系统规模越来越庞大，元器件越来越多，尤其是欧美等港机进口国家对此要求比较高。钱骏说：“出口到这些国家的设备，其配套电控设计比以前更为复杂，图纸越来越厚，以前可能100页以内，现在动辄要400～500张图纸。”另一方面，随着振华港机产品线逐渐向海上重工方向发展，电气自动化要求更高。一般来说，海上船舶机械涉及到的电机驱动比较多，I/O点数更多，至少要增加30％－40％图纸工作量。“而客户和施工监理要求图纸低错误率，一旦需修改返工量非常大。”为进一步满足客户并提升产品竞争力，2008年1月，振华港机决定进一步采用最新版的EPLAN P8系统，开始从提高设计效率迈入先进的设计管理和设计创新的阶段。
减少设计错误，提升效率
对于设计软件工具而言，无论是降低错误率还是减少返工修改量，其最终追求目标只有两个字——效率。振华港机系统设计一部主要负责桥吊、轮胎吊，浮吊、散货、海上重工等新产品的电控系统设计，其工作流程一般是：接到订单－拿到技术合同规格说明－设计原理图纸－生成材料单－选择元器件－完成柜体布置图，最终提供全套图纸给下游设备成套商完成采购装配和生产。
最初的设计将对下游的修改、元件采购、装配和生产都将产生巨大影响。对于已经在振华港机工作15年的钱骏及其带领的10多位设计工程师而言，以前一直感到最为苦恼的是，日益增多的各类图纸手工绘制和电气元件连线工作量，接触器线圈触点等各类元件的遗漏、重复和一致性冲突等问题，以及后续的大量修改问题。钱骏举例说：“譬如图纸修改是经常遇到的，要一张一张改很麻烦，改了原理图还要改材料单、端子表等，牵一发而动全身，项目一多就来不及，而且容易出错。”
针对这些设计的苦恼之处，EPLAN专业软件显示了其突出优势。从EPLAN 21到EPLAN P8，都秉承了一个重要设计思想：能自动完成的都尽量让软件来完成，包括自动连线，自动变更管理、宏变量技术等等。下图中，设计轮胎吊电控系统原理图时，所有的控制器、接触器、电机保护和驱动元件之间的连线都是软件自动完成，设备也都是自动编号，整个页面标准统一而且美观。在原理图完成之后，后续的设备清单，端子连接图等其余工程所需的图纸系统会自动生成。设计者所做的工作只是定义自动生成图纸的表格显示形式，例如，点击按钮要求生成按照IEC标准定义的端子连接图和设备清单，工程图纸就全部自动生成。这样，设计者可以将更多的精力投入到系统原理本身的设计创新上面去。
用P8设计轮胎吊的原理图
对于经常碰到的因元件遗漏或标注重复带来选型设计不相符合，并导致后续的逐页修改，EPLAN软件在设计时可以使得主设备与其分散元件自动产生交互参考。例如，上述系统的接触器线圈和触点，在线圈的下方可以自动显示触点映像，表示触点的位置和数量，避免了相同触点的重复使用。最新的EPLAN P8甚至能够帮助自动对超过230种可能的逻辑和设计错误进行检查。在后续出现问题进行图纸修改时，“我们只需要在原理图中进行修改，然后刷新表格即可更新其他图纸的相应数据，而无需手动修改，极大地节省了时间”，钱骏兴奋地表示。
标准转换满足全球需求
振华港机的业务已经遍布全球60多个国家，更是在近期首次进入了最难啃的日本市场——横滨码头。目前出口业务已经占到振华港机90％以上。面向如此庞大的国际市场，电气设计图纸符合多个地区的权威电气标准是非常重要的。钱骏说道，“例如丹麦马士基航运公司就提出设计必须符合IEC的标准，而日本客户往往要求符合JIC标准，德国等欧洲国家又是要求DIN标准（德国标准化研究所制定的工程设计标准）。”
EPLAN软件为满足这些主流标准之间的转换做了很多设计改进。除了中国GB标准与上述几种标准之间的互相转换，EPLAN P8还增加了JIC到DIN之间的自动转换，内置具有8个符号变量的IEC和DIN符号库，能够根据标准要求自动切换图纸上的电气符号与方位。这样的好处在于，实现软件系统的可重用性。在满足客户标准需求的同时，让类似的电控设备设计资料和经验可以在新项目上得到最大限度的重用，大大节省了原始设计开发的时间，缩短了设计周期。
在应用EPLAN之后，效率提高是最直接的，也是钱骏感受最深的：“比如设计一台全新桥吊，原先要用3个月左右，现在1个月就够了，另外花在修改上的时间大幅缩短，如果是在原有项目基础上修改，2个星期足够。”总体而言，粗略评估之后的结果是效率提升1倍，也就是说振华港机以前每人每年设计2～3个项目，现在能达到6个。
这些数字还仅仅是钱骏及其设计工程师们刚刚初步使用P8的结果之一。事实上，对于软件而言，效率是随着使用熟练程度的提高而成比例提升的。在EPLAN公司的不断培训、咨询帮助下，“振华港机的设计工程师们将在使用过程中进一步深入熟悉和掌握P8的各种功能，包括多用户协同设计、智能零部件选择与管理、灵活选择工程设计流程等等，未来的效益是值得期待的”，钱骏总结道。