原机械部副部长沈烈初:常熟开关新创的世界领先CW6及CM6断路器诞生的启示

发布时间: 2020-07-20 09:23:12   来源:电能革新  作者:沈烈初

 

十年磨一剑 常熟开关 脱胎换骨

——CW6及CM6断路器诞生的启示

原国家机械工业部副部长沈烈初听取完新一代6系列万能式断路器、塑壳断路器介绍后,欣然题词

01- 故 事 的 开 始-

  大约在1998年,我当时担任中国电工技术学会理事长,开始了学习考察常熟开关有限公司之行,在这二十多年中,我几乎每年(其中中断过一二次)都要到常开学习考察,形成了一种“走访老友”的关系。每次去,课题都不一样,调查中央政策落实情况、企业面临的困难、群众有哪些诉求等,特别是了解企业的新变化、新经验。我一般都安排在三月十五日之后的年度第一次出访,今年因疫情原因,一直拖延到6月3日才成行。我事前告诉王春华董事长,这次我想重点了解两个课题,一是学习了解CW6系列智能型万能式断路器及CM6系列塑壳断路器新产品研发成功的经验及教训,二是继续学习了解正在推进全数字化工厂建设中遇到的问题,因为离散式装备工业推进数字化、信息化的困难,远远大于流程式及电子工业。我回来以后,又翻开了由中国工业报社杨青、严曼青、王瑞三人合著,在2014年12月出版的“常开记忆”——常熟开关制造有限公司建厂四十周年纪念报告,特别重读了应时任中国工业报社总编杨青同志之邀,为该书做的“序言”,题目是:改革开放大潮中的共产党员唐春潮同志的价值观——《常开记忆,常熟开关制造有限公司建厂四十周年纪念报告》的读后感与思考,心情有些诚惶诚恐,浮想联翩。


2014年12月6日《常开记忆》首发式暨国企改革实践的总结与探讨座谈会

  近几年来,每次都是受现任董事长、总经理王春华之邀去常开学习考察,但仍有机会与唐春潮同志交流。这次相遇,他的头发早已花白,仍身体很健康,话语中时时流露出对常开的关心,这种感情是割不舍的。

  “常开”的接力棒,早已传递到以王春华同志为首的第二代领导集体。第一代以唐春潮同志为首的领导集体,领导“常开”全体员工艰苦奋斗的创业精神,铸就了常开的“奋进基因”。第二代领导集体团结全体员工,不仅继承了这种基因,而且有了新发展。这种“基因”变异,使常开越变越强,抗风险能力与可持续发展能力越来越高,才有全新一代的CW6及CM6系列产品的诞生。企业是以其高质量(含性能与服务)、高性价比的产品,为用户与社会创造更大的价值,谁在市场经济中掌控定价权,谁就执行业的牛耳。因此,一个企业领导者的品德,决定了企业产品的品质,也决定了企业的品牌及定价权,从而获得巨大的社会效益及良好的经济效益,实现国家、社会、用户、企业、股东、职工等多方共赢。笔者以前专门阐述过常开的这个命题,此文不再重述。


2011年4月1日沈烈初视察常开

02- CW6、CM6研 发 简 况 -

  我去常开学习考察,有一个惯例,第一天晚上会与常开主要领导会面,没有固定题目,无话不谈,无拘无束地交流,大致都围绕一年来企业变化、遇到的困难、取得的具体成果、经营的业绩等。在交流中,我捕捉到一些我原先不知道,但我认为很重要的情况,我就补充到事前准备的调查提纲中去。这次会面,自然而然主题是围绕疫情对企业生产及经营活动的影响,企业如何解决疫情带来的困难和缩小影响?其次是围绕CW6及CM6新一代产品的试制情况,这是我最关心的题目。近几年来,我每次去常开,都请开发新产品的主管设计人员、工艺人员、试验人员给我讲解,并通过到现场学习,使我这个“老机械人”逐渐了解一些皮毛,凭我六十多年从事机械工业经历的经验教训,捕捉我最关心的亮点与痛点。从新材料、基础技术研究,仿真设计优化、可靠性等,特别是核心技术、即操作机构、触头与灭弧室为重点的机械本体,及微型处理器(双MCU)、总线、大数据、传感器、遥控遥调遥测遥讯、在役产品健康检查、功能安全及信息安全等先进、实用的电子信息通讯技术的应用,还有为了用户使用及生产制造精益化,特别考察软硬件及机械结构的模块化、标准化、通用化设计,通过压缩零部件的种类,实现生产便捷、提质增效、降低成本,提高资金利用率。

  据王春华董事长介绍:CW6系列万能式断路器与CM6系列塑壳断路器,于2020年1月10日,江苏省工业和信息化厅在常熟组织召开了常熟开关制造有限公司(原常熟开关厂)研制的“CW6-2000、4000、5000智能型万能式断路器”及“CM6-160、250,CM6Z-160、250塑壳断路器新”产品鉴定会,最终结论是:双双被鉴定为“该系列产品总体技术处于国际领先水平”。

  “国际领先水平”,这是多么耀眼的一句评语,它具千钧之力!这是唐春潮同志自1991年起主持“常开”,又在2010年底交棒给王春华同志,两代“掌门人”带领全厂同仁近30年奋斗的结果。他们领导全厂职工,把握改革开放的历史机遇,从学着走、跟着走、并肩走到超越走,其中披荆斩棘的艰苦历程,值得大家点赞与喝彩。三十而立,耀眼成果,这是向建党100周年和中华民族完成“小康”目标献上的一份厚礼。我一直处于兴奋状态中,想弄清CW6与CM6 系列产品的真实水平,但理智告诉我,我不是这方面的专家,很多知识是似而非,于是我想学习一下。第二日,由董事长、总经理王春华同志和常务副总经理、总工程师管瑞良同志,及有关的主管设计、工作人员等,他们用实物及PPT资料给我上课,我感兴趣的发明专利,由管瑞良副总经理亲自给我讲解。作为“小学生”的我有时很好奇,有时提出一些冷门问题,有时也有激烈争论。

CW6系列万能式断路器

  由于我对断路器了解不是很深,无法恰当的评论,只能从鉴定报告中摘录要点如下:

  “系列产品创新应用现代设计为仿真技术工业互联技术、人工智能技术、数字化技术等,全新设计高可靠、长寿命、小体积操作机构,CW6-2000机械寿命达到25000次,CW6-4000机械寿命达到15000次,CW6-5000机械寿命达到12500次;首创设计具有智能互联、高精度测量、智能运维、23项健康状态管理、多功能保护等功能的智能控制器,实现高精度测量与保护一体化,智能负荷调控内置化,实现CW6-2000短耐达75KA,运行分断达85KA/AC440V;CW6-4000短耐达100KA,运行分断达125KA/AC440V;CW6-5000短耐达125KA,运行分断达135KA/AC440V;采用超窄型设计技术,CW6-2000/3P,CW6-5000/3P实现抽屉座宽度尺寸国际最小;附件采用模块化、数字化、自适应技术、实现智能互联,采用免接线设计,实现快捷安装维护”。

  “系列产品具有完全自主知识产权,至今共申请专利91件,其中发明专利19件,实用新型专利72件,已获授权发明专利5件,实用新型专利69件”。

  “系列产品已经通过上海电器设备检测有限公司检验合格,通过3C验证……”。

CM6系列塑壳断路器

  对CM6-160、250,CM6Z-160、250塑壳断路器新产品样品鉴定摘要:

  “系列产品创新应用现代设计与仿真技术,具有高性能、多功能、附件运用可辨识、安全可靠、使用方便等特点。首创气流场压力分布测试与计算新技术,延长型多重强增磁引弧与电吹复合技术,实现小型化、高分断、可倒进线。CM6-160和CM6Z-160宽度仅为90mm,CM6-250和CM6Z-250高度仅为82mm,分断能力高达100KA;CM6-250B高度仅为70mm,分断能力高达70KA;突破了新型单跳扣双锁扣技术,确保机械寿命高达25000次,且机构系列通用,智能型与热磁式脱扣器可调范围宽0.7-1In,智能型脱扣器种类多、保护全,采用数字化技术,实现智能互联,并采用互感器仿真优化技术和新型电子技术,测量精度高,CM6Z-160尺寸国际最小”。

  “系列产品具备自主知识产权,至今共申请专利38件,其中发明专利4件,实用新型专利16件,已获授权发明专利3件,实用新型专利16件”。

  “系列产品经上海电器设备检测有限公司检验合格,通过3C认证……”。

03- 重 要 启 示 -

  (一)安全性与可靠性必须放在电工装备产品最优先地位。

  自从十八世纪,电的发现与电动机、发电机、变压器、电线电缆等电工装备的发明,动力实现远程传输,开启了工业2.0时代。在发电、输电、配电、用电领域中,电工装备迅速发展,对人类的物质文明与精神文明提高起到了巨大推动作用,它代表了生产力飞跃的发展。同时,发电、输电、配电、用电过程中的漏电、触电等引起的事故和灾害频发,血的教训非常深刻,大家一致认为安全性与可靠性是电工及电力装备产品首要考虑的问题,在用电侧,低压断路器等量大面广的电工装备与人接触,互动场景较多,因此显得更加重要。这是人与自然斗争中得到的重要知识与启示,不仅是工业2.0、3.0,即将到来的4.0及以后更高等级的时代,安全可靠将一直是电工装备追求的目标。

  “电”可分为“强电”与“弱电”,“强电”是作功之用,“弱电”是指信息的采集、传输、存储、处理及应用,从模拟量到数字量,出现了集成电路、超级计算机、大数据、云计算、AI等。前者代替人的部分体力劳动,后者代替人的部分脑力劳动,思维的记忆、存储、推理,从智能到智慧等,人从改造世界过程中也改造人类自己。

  (二)继承与创新是机械装备,包括断路器产品更新迭代发展的必然选择。

  常开的塑壳断路器从CM1、CM2、CM3、CM5到现在新产品CM6,万能式断路器从CW1、CW2、CW3、到新产品CW6,明显看到这一个规律,继承是在用户多年使用实践中获得的经验成果,实践是评价产品质量的唯一标准,在使用过程不断完善,不断积累宝贵的知识与“know how”;创新则是针对用户使用实践中产生的现实需求与潜在需求,及长期在实验室作试验研究的结果,很多时候是渐进式的迭代更新,颠覆式的创新对装备工业来说是少见的,除非基础理论或基础技术有重要的发现与发明。世界上断路器著名品牌ABB、schncides、西门子等跨国公司都是如此,值得学习的是他们超前进行基础理论、基础技术研究。

CW/CM系列产品研发历程

  如CW6与CM6中的机械结构仍是断路器的核心技术与核心功能。

  一是操作机构,其原理仍然是机械原理中经典的连杆机构、凸轮、弹簧(储能)、电磁铁(动力),通过经过多年试验,巧妙地迭代改进,是不断继承与创新的结果,这里没有捷径与“弯道超车”的说法,聪明的人只是少走一些弯路。

  二是触头与灭弧室,这必须用现代的试验手段,研究分断时电弧的产生、运动、熄灭的过程,要尽量缩短灭弧时间,减少高温对触头的烧伤。常开在灭弧技术上花了很长时间,做了很多基础理论、基础技术的研究,包括几千度的温度场、电压及电流运动规律、迅速灭弧机理、优化灭弧室的设计结构。触头又是一个关键零件,其核心技术是材料及结构形态,常开采用了以钨合金为骨架,采用银、镍、石墨的熔渗法,在真空中熔渗入钨合金,一定程度上减少烧损,就保证了触头的寿命,及接触、断开的可靠性。

  因此,产品的小型化、轻量化的设计,就取决于这几个核心功能零部件的小型化、轻量化与可靠性,可大大节约生产用时与材料,这个案例再一次提醒人们学习经典机械原理与机械零件设计的重要性。我是1951进清华机械系学习,第二学年就学机械原理,当时由美国回来的郑教授授课,无非是机械连杆、凸轮、齿轮、轴承……等等。我在1962年访问日本时,得到日本齿轮权威专家仙波正庄的指教,至今记忆犹新。我们国家连一个像样的齿轮专家都没有(也可能我孤陋寡闻),因此连齿轮机床、加工工艺、加工刀具、齿形结构等都不太懂。去年我在南京第二机床厂学习考察时得知,日本汽车厂要求我们齿轮加工机床加工出的齿轮,啮合两面渐开线齿形不同,在两个齿轮啮合时,两个不同渐开线齿行啮合。据说日本ATM变速箱的啮合结构都是如此,我为此问了好多专家,是降噪、增加接触面、还是为了润滑延长寿命?至今没有人答复我。就凭这一点,我国的齿轮设计、制造工艺、齿轮机床与齿轮刀具什么时候赶上日本呢?我回忆起1980年前后,济南机床与MAZAK合作生产普通车床,要求齿轮传动时,不仅噪音分贝数要达到标准,而且要“悦耳”,时任洛阳一厂的朱锡金厂长经过长时间攻关后做到了。

  我们学校的教师、学生,企业的领导及工程院的专家学者,谁能解决这个经典的齿轮问题?想起这些我很揪心,但只能长叹而已!

  (三)生产过程中的自动化装备,必须考虑迭代新产品量产时的兼容性。

  装备类产品与IT产品不同之处:装备类生产企业往往是重资产型,特别是大批、大量生产企业,生产的工艺装备重组性、柔性化比较困难。而IT产品,大多是不同的PCB板,加工可用SMT工艺,或少量的人工插装工序,加工机壳大都外协,都是钣金件活,因此,生产过程能通过调整,快速适应IT产品的迭代换型。这仅是两类产品相对比较,不可能绝对比较,因为行业差异很大。

  特别是CM6,量产后批量大,由于机构设计继承较多,并提前进行试验和研究,因此在设计CM5系列自动化生产流水线时,就已经考虑了CM6生产的兼容性,把部装、总装自动装配设备稍加调整即可实现CM6的量产,大大缩短了投产时间,及节约成本。而CW6批量小、机构复杂,只能另建自动装配生产线,与CW3同时生产。

  同时,由于大力采用模块化、通用化、标准化零部件设计,大大压缩产品零件种类(包括外购及自制件),这对减少库存、减少上游供应商数量、增加自制零件的批量、降本增效、保证质量、加速资金流转都有重要意义,也便于采用数字化、信息化技术进行全要素优化的生产管理。常开经过三十年的数字化、信息化的建设与使用,信息化水平高,在装配车间就有数十个工序采用视觉识别,并可反馈。

  (四)先进的电子信息通讯技术,赋能CW6,CM6系列新产品,大大提高其遥控、遥调、遥测、遥讯及可视化性能,为泛在电网、智能电网建设做出新贡献。

  从上世纪七十年代初发明集成电路,并按摩尔定律迅速发展,加上电子计算机、通讯技术的应用,通过有线和无线方式进行通讯,已从1G发展到4G,且得到普遍应用,今年是5G产业化应用元年。这些新科技的应用大大改变了人们生活、生产方式,从而促进了上层建筑、文化及精神领域天翻地覆的变迁。在1985年,笔者在“新技术革命与机械工业发展战略”一文中,基于控制论、系统论观点的基础上,提出了“机(械)电(子)仪(传感器)一体化”概念,并提出三个结合:即装备与工艺结合、硬件与软件结合、技术与管理结合。

  新一代CW6、CM6系列断路器是典型的“机电仪”高度融合的新产品,可说是一款全数字化产品。从设计采用数字化三维仿真优化参数,将来生产计划、工艺、质量控制等,采用全生产要素数字化优化,及CPS系统和数字双孪生技术,打通生产过程的互联互通,解决离散型制造数字化这一个“硬核”技术,这也许要经过多年努力才能见效,因为它比流程工业及IT工业采用数字孪生技术要困难得多,希望“常开”又是一个先行者。

  由于常开三十年来努力推行企业生产全过程数字化、信息化管理,全体企业员工都是参与者、受益者。现在,几乎全体员工的工作都离不开计算机及信息化手段,他们在生产实践中创造的“Know How”技术,把它纳入到计算管理系统中去,即“Know How”软件化。如我在模具车间、冲压车间看到断路器的钣金零件,有折弯工序级进模,由于板材材料、厚度、大小不同,具体系数就不同,这些有规律的经验数据就可软件化,纳入CAD开发软件中。离散型制造中的“Know How”软件化是一个重要发展方向,可以把多方面的“Know How”在企业传承下去,而不至于人走而失传,这对我们装备工业十分重要,不知我的观点对否?

  我记得机械工业老领导,中科院院士沈鸿老前辈一再教导,机械装备一定要把质量放在第一位,“好造、好用、好修”,因为这些装备对用户来说是一辈子的大事。他又提出要采用新技术,但一定要采用先进实用技术,对机械装备工业来说,先进不实用,宁可暂时不用,否则害人害己。我曾工作过13年的沈阳第三机床厂,在上世纪八十年代大搞数控机床,据称当时生产机床的数控化率是全行业最高,受到市、省、部的表扬,厂长也洋洋得意,但到1988年就破产了,因为数控系统质量不过关,维修服务跟不上,在用户一片骂声中倒下。这个教训太深刻了!这种教训并不是个别的,新技术一定要用,怎么用?要做试验,先小批量产品给用户试用、点评,经过多轮的PDCA循环改进,到用户满意后才能量产。我这次在“常开”调查时,与常开同仁们讨论,尽快生产一小批新产品给用户试用,不断改进,得到用户认可后量产。在这些新产品中,数字化、信息化及软硬件新技术用的很多,大大提高了产品性能,我不详述了,有样本及宣传资料可查阅。

  另外,请读者注意,我最感兴趣的是数字化、信息化及智能化装置,都采用模块化设计,如CW6有六种模块:电源模块,I/ O 模块,WIFI模块,通讯模块(能实行指定的协议如CAN、Profibus……等,可以实行“四遥”)、合闸模块,智能电能控制模块(基于高精度测量,根据需用功率设置,控制负荷接入或卸载,优化电能使用)。

  这些模块可以“标配”,也可以“选配”,物尽其用,否则是一种浪费。

  在演示时,看到管瑞良副总经理拿手机扫描二维码,即可显示菜单,根据菜单,可观看实时的运行的数据,多方便啊!

  这些启示仅是一个“外行”笔者的看法,也可能犯一些低级错误,请常开的领导、专家、员工指正,祝“常开”再创辉煌,永不止步!

  (本文经常熟开关制造有限公司董事长、总经理王春华同志和常务副总经理、总工程师管瑞良同志斧正,在此表示衷心感谢。)

  关于沈烈初

  沈烈初,江苏常州人。1953年加入中国共产党。1955年毕业于清华大学机械系。1960年获民主德国德累斯顿高等工业学校工学博士学位。回国后,历任第一机械工业部机床研究所研究室副主任,沈阳第三机床厂副总工程师、副厂长,第一机械工业部机床部机床局副处长、科技司副司长,机械工业部副部长。

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