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电气设备为什么要标准化？如何实现电气标准化？

来源: | 作者:安亚信科技 | 发布时间: 2024-04-22 | 487 次浏览 | 🔊 点击朗读正文 ❚❚ ▶ | 分享到:
程序标准化，图纸标准化，设备标准化…… 标准化究竟是什么？应该怎么定义它？它又能给工厂使用者和制造商带来什么样的好处呢？白皮书简单的阐述了机械电气设备标准化的一些要点及释义

1、电气设备标准化

这究竟是什么意思？
"标准化 "是规划者、制造商和运营商在谈到技术标准或指令时使用的一个术语。但是，运营商自己的标准与普遍有效的标准或指令有何区别？标准和指令可以适用于全国甚至跨国。它们创建了一个技术框架，相关贸易各方可以在此框架内开展业务。由于它们具有普遍有效的特点，因此特意留出了解释空间，制造商在实施机器时可以加以利用
这正是操作规范的作用所在。它详细说明了标准中允许根据用户需求进行解释的项目。这样就形成了机器电气设备的技术实施标准，它比一般有效的文件更清楚地说明了操作人员的要求。

为什么要标准化？

在采购工厂设备时，工厂运营商依靠标准、指南和法律要求来保护其人员和工厂设备。
通过机器电气设备的标准化降低总体成本



2、获得符合标准的机器电气设备的方法

无论操作人员是只规定了机器电气设备的一般标准和指令，还是在符合其特定需求的操作规范中详细说明了这些标准和指令，结果都必须是机器符合标准并满足图 1 中列出的安全目标。此外，还必须遵循 CE 标志所要求的步骤。
这两种方法都要求操作者考虑到某些基本因素。下文将详细介绍这些考虑因素
图 1：选择适合当前运行条件的部件，结合正规仪器，有助于机器电气设备达到总体安全目标。
运营商在招标购买符合标准并因此安全的机器时有两种选择。他们可以只规定一般有效的标准，也可以在这些标准的框架内，根据自己的需要制定技术规范。

2.1 方案 1：
完全通过国家/国际标准确定机器电气设备的规格
如果经营者选择在安装机器电气设备时只指定应遵守的标准和指令，则经营者必须确保通过其规格书足够精确地定义所需的技术框架。在这方面，与外国供应商的全球合作可能会带来特殊的挑战。
例如，许多欧洲以外的制造商并不熟悉欧盟的产品安全管理制度和合格要求。如果运营商只是在招标书中注明 "符合 CE 标准"，一些供应商可能并不清楚其中的含义。
操作人员还必须检查机器的计划使用地点是否有不同于总体国际规范的当地标准。在这种情况下，必须确保相关制造商不仅熟悉当地要求，而且能够获得这些要求。例如，当地指令可能并不总是有合适的语言版本。
总之，操作人员在选择和描述机器时应遵守的标准和指令时，必须准确和具体。只有在此基础上，制造商才能设计出符合操作员期望的机器电气设备。

2.2 方案 2：
通过操作规范更精确地指定机器的电气设备
操作人员在选择制定技术规范以规范机器的电气工程和电气设备时，必须广泛考虑三个问题：
• 什么是标准化？
• 如何实现标准化？
• 标准化适用于哪些运行场所？

2.2.1 什么可以通过技术规范实现标准化？
机器的生命周期可以作为制定规范的指南。规范可包括与规划、工程和建设以及调试、运行和维护相关的要求。还可以包括与未来扩展或改造活动相关的细节(参见图 2）。
图 2：机器的生命周期阶段。操作员规范影响整个生命周期。特别是通过操作者发布的机器电气设备标准，可以降低运营成本。

标准中仅有宽泛表述的参数尤其适合纳入操作员规范。电磁兼容（EMC）措施的实施就是一个例子，它是适用标准中的一项要求，有很大的解释空间。除其他外，运营商还可以要求对部件进行屏蔽（如总线电缆或变频驱动器的电机电缆）。此外，还可以规定电气设备是否适用于住宅或工业环境的 EMC 要求。
实用建议：使用技术规范将标准中的广泛参数具体化    
具体来说，技术规范可以包括与以下内容相关的要求：
• 软件支持的工程工具：制造商使用的工具。需要提供的数据和文件格式。通过指定这些项目， 可为未来的改造项目等奠定基础。操作人员以后可以使用现有的设计数据并在此基础上开展工作。
• 发布可使用的产品和系统清单：限制可使用的产品和系统，减少工厂使用的多样性。这有利于维护、修理和储存。
• 文件的内容、格式和范围 统一的文件可减少新员工的培训费用，并确保文件既符合法律规定又方便用户使用。
• 运行条件和环境条件：规定这些条件可避免因过度设计而造成不必要的高成本，并确保机器在实际条件下的长期运行和安全。
• 安全概念：类型和实施    

2.2.2 如何进行规范？
操作员规范的内容在详细程度上可能有所不同。但是，必须始终保证符合相关标准、指令、法定要求和最低安全要求。在这方面，运营商可以利用外部检测机构来检查技术规格是否符合标准和指令等。
实用建议：将技术规范的制定和检查工作外包出去    
由于长期缺乏专业人员，可能需要将某些活动外包给第三方，例如创建技术规范和检查机器的电气设备，以有效执行标准。这可以节省资源，尤其是在那些希望专注于自身实际核心竞争力的部门。
服务提供商、顾问和独立测试机构为运营商制定技术规范提供支持。合作伙伴应具备以下条件
• 深入了解标准和指令及其在现实世界中的实施情况
• 特定行业的专业知识（经客户证明）
• 了解合适的产品和应用解决方案
• 对国际市场的深入了解
还需注意的是，运营商规范是 "活 "文件，应根据不断变化的框架条件进行修订和调整。因此，与服务提供商和顾问的合作也应作为一种长期伙伴关系来规划。    

3、 技术规格
操作员视角
如第 2.2.1 节所述， 操作员规范会影响机器的所有生命周期阶段。可以在不影响人员和设备安全或符合标准和指令的前提下，更有效地对机器进行招标、规划和实施。在对机器的总生命周期成本（TLC）进行检查后，就能清楚地看到其主要优势。
在购买机器时，运营商通常将资本支出（CAPEX）视为决定性标准。然而，与机器整个生命周期中的运营支出（OPEX）相比，这些支出在总成本中所占的比例通常要小得多（参见图 3）。操作员规范恰恰可以对这些运营支出产生积极影响。
图 3：机器生命周期总成本 (TLC) 的细分
其原因是操作员的规范减少了设备的差异。有两个例子可以说明这对运营支出的影响：
• 减少计划外停机时间：统一的部件、文件和操作理念等意味着可以更快地进行维修。停机时间因此得以缩短。如果考虑到计划外停机可能造成的巨大损失，那么潜在的节省规模就显而易见了。例如，在汽车行业，一分钟的生产中断就会给公司造成数万美元的损失（Advanced Technology Services, Inc.）
• 降低备件储存成本：限制部件种类可减少运营商必须库存的备件类型数量。根据优化潜力，备件存储成本可降低 30%至 50%。
下文将详细介绍操作员规范对机器电气设备各个生命周期阶段的影响（参见图 2）。

3.1 规划和采购
运营商可以将技术规范作为制作招标书的基础。利用标准化规范的框架，编制精确的投标邀请书，进而可以便于比较不同的投标。根据经营者的规格进行招标，有助于透明的竞争，并简化在每种情况下选择最佳投标的程序。无论供应商和分包商是谁，技术规格都能确保达到最低质量要求，例如通过以下方式：
• 说明要使用的软件工具
• 每个制造商都必须遵守的明确规定的设计规则
• 工厂验收测试 (FAT¹ ) （如适用
• 允许/规定组件的发布清单
• 在规划和采购过程中操作人员规格的潜在风险
¹在工厂验收测试（FAT）中，成品通常在制造商处接受验收测试，以确定其是否符合投标书中提出的所有要求。这类工厂验收测试通常由客户和供应商或其代表共同进行。在出厂验收测试中发现的任何缺陷都必须由制造商进行补救（补充性能）。
有了技术规范，运营商就只能从有限的几家制造商那里购买元件，而且未来的扩展也要依赖这些制造商。此外，运营商的规格可能包括超出特定应用所需水平的规格（如电磁兼容措施或短路强度）。这就导致资本支出高于为特定应用量身定制的解决方案。不过，正如第 3 节所述，由于运营支出最终会降低，因此操作员规范对机器的总生命周期成本仍有积极影响。
实用建议：允许替代和创新    
在制定机器电气设备的技术规范时，应确保其结构不会过于僵化，而是具有适当的灵活性。考虑因素应包括以下几点：
• 确定首选供应商和替代制造商：为了避免在未来的扩建中过于依赖个别制造商，运营商应在其规格中纳入替代供应商。
• 定义发布列表：指定已发布的组件和系统
• 允许创新：操作员规范不应阻碍创新。如果由于技术规范中的要求而无法实施创新概念，则应采取以下措施运营商应愿意与制造商紧密合作，以找到使实施成为可能的方法。这种情况下的协商机会应直接纳入规范中。    

3.2 运行
高系统可用性和资源效率
有了技术规范，操作员就能在运行阶段优化机器的性能。能源成本、空间需求和材料使用减少，系统生产率提高。除其他外，操作人员的技术规范可通过以下方式长期提高工厂的生产率和效率：
• 降低停机成本
• 能源监测
• 状态监测和预测性维护
• 减少空间需求
• 减少材料使用
实用建议：通过操作员规范确保系统可用性和资源效率
下文举例说明了运营商通过技术规范提高系统可用性和优化资源使用的措施。全面考察将超出本白皮书的范围。
• 降低停机成本
• 控制柜冷却规格可确保组件在最佳温度范围内运行。这样可以防止在极限温度下运行，从而缩短使用寿命。
• 电磁兼容（EMC）措施的实施要求系统地降低了短路和电磁兼容干扰（抗干扰性和发射）的风险，这些干扰可能会损坏机器。
• 能源监测
• 运营商可规定将测量仪器集成到总线和/或网络结构中进行数据管理。
• 通过规定所使用的硬件必须与特定的能源管理软件兼容，以及必须使用某些接口和通信协议， 可以确保整个工厂的兼容性和集成能力。
• 通过记录能源流动和消耗情况， 可以优化负荷周期，从而避免出现消耗高峰，避免能源网超负荷运行。
• 状态监测和预测性维护
• 能源监控系统为预测性维护提供了一个起点，因为它可以更好地规划维护周期。例如，电机的功率需求增加可能是需要维护的信号。
• 此外，操作员还可以指定将现代组件与状态监测功能集成在一起。
• 这样就可以提前计划好停机维修时间， 以便在无生产的日子或班次中进行维修。
• 减少空间需求
• 例如，操作员可以指定一个节省空间的进料系统，而不是传统的接线方式。
• 不同制造商生产的产品尺寸各异。指定一家首选供应商提供节省空间的模块化系统，可减少电气设备的空间需求。
• 减少材料使用
• 可规定使用兼具多种技术功能的产品（例如，可同时获取能源监控数据的断路器）。    
更高效的服务和维护流程
在工厂内的所有机器中使用统一的电气设备可以有效地对维修人员进行资格认证和培训。此外，操作人员还可以要求使用维护人员已经熟悉的特定技术、制造商和产品。服务和维护人员可从完整统一的文档中获益，这些文档可通过结构化的产品资料库进行检索。技术规范也为此奠定了基础：运营商可以要求提供所有技术文件，包括次级供应商的组件和装配文件。如第 3 节所述，还可进一步节省备件存储费用。
实用建议：明确服务和维护的文档要求    
为确保高效、安全的服务和维护，操作员规范应要求完整的文档，包括以下项目：
• 安全说明
• 安装
• 功能和操作
• 维护
• 处理、运输和储存
• 组件的拆卸和处理/处置
• 次级供应商提供的组件的调整说明和功能描述
服务和维护期间操作员规范的潜在风险
机器电气设备的维护工作要求维护人员高度谨慎和集中精力。统一的机器概念和较高的安全标准可能会将这项工作变成更常规的任务。例如，如果公司的电工习惯于在所有带电部件都已隔离的控制面板上工作， 那么电工仍然必须保持警惕。因此，为了避免事故，熟练的电工和其他维护人员必须不断接受培训，以遵守相关的安全要求。

3.3 改造
由于机器的原始资本支出较高，而当前市场价值尚存，因此运营商在机器使用寿命结束时对其进行改造以实现现代化可能会有利可图。然后，可以继续使用或转售。运营商可以在技术规格中明确规定空间、进料功率和冷却能力方面的储备。在规划和制造机器时，这些预留空间就已整合在一起，使未来的扩展和改造变得更加容易。
通常情况下，从最初的调试到现代化需要 15 到 20 年的时间。包括所有技术文件在内的完整文档可确保未参与最初规划的工程师在此之后仍能执行改造措施。
标准允许制造商自行保留热量计算等专业知识。技术规范允许运营商要求以特定文件格式提供此类数据。这样，运营商就可以在扩建过程中以原始计算结果为基础。
实用建议：在确定文件要求时考虑到改装问题
以下文件可减少改装所需的工作量和成本，应在规范中予以要求：
• 安全理念和措施
• 如果原部件不再可用，则提供推荐备件文件
• 有关可用储备（电力供应、空间等）的信息
• 详细文件，如热量计算，可作为未来改造的规划基础。    


4 、技术规格

制造商观点
不精确的招标往往导致制造商和运营商之间需要更多的协调。规划者和运营商可以避免这一问题，方法是使用定义更窄的运营商规范作为招标的基础，而不是使用宽泛的标准和指令。规划过程会产生更精确的招标书，从而提高制造商方面的工作效率。

下文将详细介绍机器电气设备的操作规范如何影响增值流程的各个生命周期阶段（图 4）。

图 4：机械电气设备制造商的价值链

4.1 投标阶段
操作人员可在技术规格书中更准确地确定他们对机器电气设备的期望和所需的交付范围（参见第 3 节）。制造商可以清楚地了解对他们的服务要求，从而确定出价。此外，操作规范还规定了供应链上的责任。这种透明度避免了分歧和可能的额外开支。
实用建议：确定供应链上的角色、责任和接口
通过在技术规范中加入明确的定义，所有相关方都能了解谁负责什么。确定由哪些方面（如机器制造商、次级供应商）负责风险分析和评估、符合性评估以及附加文件的准备等活动。    

4.2 规划和电气工程
在机器电气设备的规划和电气工程中，技术规范中的明确要求可减少选择产品和系统所需的工作量。制造商可以精确了解系统运行的环境条件（如温度、湿度、污染程度等）。制造商可以从操作规范中的发布列表中选择合适的组件。
此外，当工程设计按照操作人员的规范进行时，还可在工作成果和规划文件的可重用性方面获益：
• 减少文档编制工作：
根据定义的操作员规范编写的文档始终具有相同的布局和结构。因此，在后续项目或改造中，只需调整内容，就能轻松修改和重复使用现有机器的文档。
• 将符合市场要求、经过验证的先进标准转让给其他合适的项目：
在执行只需按照标准实施的订单时，制造商仍可使用符合操作员规范的程序，以降低成本。因此，一次性支出，如在生产过程中实施特定的软件或新的工作流程，在特定项目之后也能得到回报。
如果制造商已经建立了操作规范所要求的工作流程和工艺，他们就可以借此机会将这一程序普遍应用到生产中，只在客户需要时才进行调整。这样，制造商就可以在所有项目中建立统一的质量标准，展示其专业技能并提高其声誉。

4.3 交付和验收
操作员规范通过各种机制提高验收流程的效率：
• 避免工期延误和额外开支：
根据相同的操作员规格实施电气设备的机器，由于设计不同，很少需要重复验收测试。
• 减少投诉，从而减少索赔：
操作员规范包括对制造商必须提供的确切服务的明确要求。这简化了要求与交付产品之间的比较。
• 简化第三方（如测试实验室）的验收：
如果技术规范已经过测试实验室的评估，那么在验收测试期间，根据该规范制造的电气设备就不太可能出现缺陷。

操作员规范对制造商的潜在风险
操作员规范可能要求制造商调整既定的工艺和工作流程。例如，如果制造商必须使用以前未使用过的软件进行热量计算，或使用以前没有经验的组件，则可能会产生额外的费用。如果制造商希望使用几种不同的操作员规格，就必须准备更多的产品和软件工具。这将增加成本，降低利润率。小规模制造商可能没有足够的资源来承担额外的管理费用。不过，对于通常使用各种供应商的机器电气设备制造商来说，这个问题要小于那些通常作为全方位服务供应商的制造商（如自动化和驱动部门）。允许使用不同供应商部件的放行清单为制造商在操作规范范围内提供了一定的灵活性。

5、 结论
机器电气设备的操作规范可在整个产品生命周期中带来潜在效益。即使在招标和规划、电气工程和电气设备制造的早期阶段，操作人员、规划人员和制造商也能从减少支出中获益。在运行过程中，甚至几十年后需要进行改造时，还能获得更多好处。因此，在计算运营商规范的效益时，应采用全生命周期成本分析法，不仅要考虑资本支出（CAPEX），还要考虑运营支出（OPEX）。

本白皮书只能粗略地介绍使用电气设备操作规范对工厂进行标准化所能带来的全部益处。实际的标准化潜力和标准化的适当程度取决于操作人员的具体情况。必须根据具体情况权衡操作员规范中的固定要求可能带来的潜在风险和益处。