产品开发技术路线优化指南

在产品定位与总体目标明确以后，要全面、详尽地分析本项目的主要技术难点、主要技术关键并制定相应的技术路线和实施方案。采用的技术路线正确与否对产品设计和试制耗费的人力、财力、物力以及最终成功与否影响极大。

1.设计方法的选用

当新产品立项以后，首先应确定产品的设计方法，选用设计方法时首先应考虑新产品的定位和总体目标。

（1）选用创新设计的条件与因素

1）企业的主导产品或重大新产品对企业的发展具有重大影响，对企业市场竞争力将产生重大的影响。应考虑两个方面原因，其一，目前国内外优秀企业新一代产品都有专利群保护，简单仿制是不可能的；其二，企业的主导产品与行业同类产品相比较必须有差异化，有自己的亮点，唯有创新设计才能实现这一目标。

2）企业应具有创新设计的条件和相应的手段，特别是要有一支掌握具有数字化设计和仿真技术的团队。相应的手段主要是指仿真软件以及低压电器仿真分析专项软件的开发与积累。另外，还要具备用于低压电器研发用的试验设备及相关技术。

在必要时也可借助专业科研机构和高等院校的力量。但是，作为低压电器优秀企业必须逐步具有低压电器现代设计和测试技术的研发中心。

3）有足够的资金投入和足够的研发时间。所谓创新设计主要是指产品的总体结构、主要部件有重大创新。如果对某一个产品进行局部创新则不在此范围内。对产品局部创新与改进完全可以借助外部的力量。

（2）自行设计与局部创新是目前大部分低压电器制造商可以采用的设计方法。这一设计方法的总体思路是在全面分析国内外同类产品的基础上，制订适合自己企业发展需要的新产品总体结构方案。一般可采用两种技术路线。一种是以某一个企业产品总体结构为基础，制订本产品差异化结构方案，产品性能及结构等应有一定亮点；另一种是根据其他公司众多产品不同特点，充分吸收这些产品结构的可取之处，通过分析研究进行综合并成为本公司产品结构方案。一般来说第二条路线难度较大。我国第二代、第三代产品开发有采用第一条技术路线的，也有采用第二条技术路线的。如DZ20系列塑壳断路器就采用第二条技术路线，但是DZ20的成果不甚理想，主要表现在体积较大、分断能力不高且飞弧距离大，不适应在抽屉柜内使用。造成这一主要原因是当时的统一设计要照顾全行业生产，所以产品结构设计和产品工艺性只能迁就当时大部分制造厂的制造工艺水平。DW45系列智能化断路器采用的是第一条技术路线，产品设计、试制、推广就比较成功。它是我国低压电器推广应用最成功的系列产品。为我国低压电器行业发展，特别是优秀企业的发展作出了重要贡献。

企业采用该设计方法时的要求较创新设计可以低一些。主要是拥有一支熟悉低压电器产品标准、基本设计方法并具有一定设计经验的技术团队。

（3）仿制设计和引进技术。对于设计力量相对薄弱的企业，如果开发主导产品，一般可以采用仿制设计和引进技术。如果开发市场急需和短平快产品，可以吸取其他公司同类产品的成功经验和相关方案，但应避开专利以免造成侵权。

2.分析梳理技术难点与关键技术

在明确产品定位、总体目标以及设计方法后，先制定产品的总体结构方案，然后重点分析、梳理项目技术难点与技术关键。根据产品总体目标的要求，能否准确抓住项目技术难点和技术关键，并提出可行的解决方案以及正确的实施路线是新产品设计试制能否顺利开展的关键。分析项目技术难点与技术关键一般可采用以下思路与方法。

（1）根据产品的总体目标与要求，确定在产品结构上需要哪些改进，提高或新的突破，同时充分评估这些改变在产品设计，制造工艺、材料选用等方面可能遇到的一些主要困难。

（2）在产品结构上的改变与创新是否涉及新技术的应用，这些新技术理论上是否成熟，与产品标准是否矛盾，还需要通过哪些实践来证明。

（3）产品性能上的提高、功能上的扩展是通过新技术和新结构的应用，还是现有产品的局部改进，这些创新与改进会涉及哪些技术问题。

下面以第四代塑壳断路器VM60为例，说明如何梳理相关技术问题。VM60定位是新一代高端产品，其产品技术水平国内领先、国际先进，争取部分国际领先。鉴于这一定位，对VM60系列产品总体目标及主要技术性能提出了如下总体目标要求。

1）以较少的壳架等级满足用户需要，便于生产管理，降低制造成本。

2）在产品性能上与第三代产品相比有明显的提升，与当代国际同类产品的先进水平相当，为此提出产品短路分断能力为I_CU=I_CS=150kA。

3）产品的使用寿命在国家标准、IEC基础上有大幅度提高，满足高端市场的需要，有较强的市场竞争力。

4）为了更好地满足配电系统全选择性的保护要求，新一代塑壳断路器应具有一定的限流选择性保护功能。

5）产品的进一步小型化，要求VM60-160壳架外形尺寸等于或小于第三代100A壳架等级产品。VM60-320壳架外形尺寸等于或小于第三代200A（或225A）壳架等级产品。VM60-630壳架外形尺寸等于或小于第三代400A壳架产品。(www.xing528.com)

6）产品部件、附件模块化水平较第三代产品相比有明显的提高。

7）产品的可靠性水平有量化要求，较现有产品有明显的提高。

8）主要材料的选用应符合环保的要求。

9）产品智能化功能较第三代产品有明显的扩展，能满足智能电网用户端智能配电系统的要求。

产品总体目标初步明确后，应逐项分析每一要求，如与国内现有产品相比差距在什么地方，满足这些要求可以采取的技术措施与途径是什么，根据目前的设计水平与制造水平预计其技术难点在什么地方等。下面按上述9条要求分析其技术难点及解决途径。

第一条要求，以较少的壳架等级满足系统电流跨度的需要。目前，塑壳断路器壳架等级最小为63A，最大为1250A（除DZ20最大壳架为2000A外），其壳架电流等级最多为63A、100A（或125A）、200A（或225A）、400A、630A、800A、1250A。其中800A可以与630A合并或与1250A合并成一个壳架。这样系列壳架等级为6个。那么新一代塑壳断路器应该设几个壳架等级较为合理，作为新一代高端塑壳断路器，由于定位为高端产品、高端市场，产品设计时包括制造工艺、材料选用、外观设计等首先考虑的是满足产品的先进性、可靠性；其次再考虑制造成本。所以VM60系列无论从产品结构的复杂性、制造工艺要求及选用材料等方面，其制造成本肯定是比现有产品高。但是，从市场竞争力的角度考虑，可以通过小型化节材尽可能地减少成本增加的幅度。另外，由于目前我国第三代塑壳断路器的综合技术水平已达到相当高的水平，满足了绝大部分配电系统的一般需求。作为新一代高端产品，其推广应用需要有一个相当长的过程，从减少新产品试制费用、缩短新产品试制周期，特别是新产品投产后，便于生产管理，减少管理费用，减少模具费用等方面提出以较少的壳架电流满足全系列电流跨度的要求。经分析确定四个壳架等级为160A、320A、630A、1250A。实现这一目标会带来什么技术问题。首先是160A壳架外形尺寸与现有63A壳架外形尺寸要尽可能接近，不能有太大差别。同时提出320A壳架外形尺寸与现有200A相当，630A壳架外形尺寸与现有400A相当的要求。但是，产品小型化（缩小30%～60%）的同时还需要其他电性能有进一步的提高，技术难度是很大的，必须在产品结构设计上有重大突破才有可能实现这一要求。产品进一步小型化既是产品高性能的要求，也是减少壳架等级的先决条件。

第二条要求，新一代MCCB，I_CU=I_CS=120～150kA较第三代产品提高50%～100%。根据以往经验，现有塑壳断路器结构的技术水平要达到这一分断能力几乎是不可能的。以法国施耐德公司、德国ABB公司为代表的新一代NS系列和T系列采用双断点触头系统以及基本封闭的灭弧室开创了塑壳断路器全新的设计理念。但是，双断点触头灭弧系统在我国某些企业曾经做过探索，有很多关键技术需要去攻克，而且有很多专利像一道难以突破的障碍拦在我们面前。所以，分断能力特别是I_CS大幅度提高是一个最主要的关键技术。

第三条要求，大幅度提高械电气寿命（平均提高一倍以上），必定会对操作机构设计、零部件材料选用、制造工艺、触头参数合理选择以及分合闸速度等提出更高的要求，这也是一个重要的关键技术。

第四条要求，限流选择性保护，这是一个全新的概念。以往塑壳断路器为提高其分断能力，一般为限流型。实现限流的基本原理与方法是当发生短路时，电流从工作电流上升至预期断路器电流有一个过程。塑壳断路器触头设计成当短路电流达到一定值时，触头在电动斥力作用下自动斥开。由于电弧电压的出现，限制了短路电流的上升。所以，对限流断路器来说，脱扣器设置短延时是没有意义的。也就是说，一般限流断路器是不能实现选择性保护。要实现上、下级塑壳断路器选择性不是一件容易的事。如果能实现这一目标，对配电系统低压断路器匹配选择将带来极大方便，使低压配电系统配置更合理、更经济。当然，实现这一要求的技术难度也是很大的。

第六条要求，模块化设计水平的提高，不仅是设计水平的提高，它必定会对制造工艺带来更高的要求，也可能会引起制造成本的增加。但是，它便于产品多种功能的组合，并显著改善产品的使用与维护性能，给用户使用带来极大的方便。所以对新一代低压电器来说，部件、附件模块化水平的提高是低压电器技术水平的重要标志之一，也是必须实现的目标。但是对设计人员来说既要提高模块化结构水平，同时也要尽可能地减少结构复杂性以及制造成本的提高，这是新一代产品必须突破的技术关键。

第七条要求，提高低压电器产品可靠性是每一个低压电器工作者长期追求的目标，提高低压电器可靠性涉及多个环节，包括设计、制造、检测、使用等，提高低压电器可靠性设计水平是提高低压电器可靠性的重要环节。可靠性设计，不仅仅是产品结构设计上如何提高产品性能可靠性，还要考虑产品结构对制造工艺、可靠性的影响等。更主要的是通过产品可靠性设计，如何使产品可靠性提高有一个量化的考核办法。这还涉及产品可靠性特征量的选择和可靠性指标的确定，可靠性试验方法以及可靠性测试装置等，这是新一代低压电器综合性能的体现。

第八条要求，主要材料的选用应符合环保要求是新一代低压电器的基本要求。但是主要零件选用的材料既要环保，还要保证其性能不是一件容易的事情。它涉及很多材料基础研究，对我们低压电器设计人员来说，主要是应用研究。这一领域目前很多还是空白，需要我们去深入研究。

第九条要求，智能化功能扩展，主要技术问题是如何全面满足智能电网用户端智能配电系统的要求。就目前掌握的技术分析，最主要的是两个技术关键。其一，故障预警技术，就是在故障“苗子”出现，还未形成故障时，智能电器能发出预警，以便设备管理人员及时采取措施，避免故障发生，确保电网运行安全；其二，是电器使用寿命指示技术，便于设备管理人员及时安排电器设备更换（或维护），防止电器设备自身故障影响电网运行安全。

3.制定正确可行的技术路线

对项目技术难点与关键技术进行分析梳理后，应思考并提出可行的解决方案以及相应的技术路线，这是新产品设计、试制能否顺利开展的关键，也是体现项目负责人和课题组技术团队的能力和水平的重要标志。

（1）本项目技术难点在以往同类产品开发中是否碰到过，有什么差异，深入了解、分析同一类技术问题，曾经采用过的办法，有哪些经验和教训，切忌重走别人曾经走过并被实践证明不可行的方法与路线，除非技术上、工艺上、材料上有新的突破。

（2）解决技术难点是从技术、原理上突破还是从结构上改进与创新，如前述的超导磁体保护用直流快速真空开关能否分断大电感问题，主要是从换流技术上突破。VM60第四代塑壳断路器超高分断能力，高机电气寿命主要是从触头灭弧系统与机构结构上创新解决。而产品结构上的创新是通过仿真设计来实现的。

（3）解决技术关键可采用的技术方案应尽可能的多一些。如果有多个技术方案，应分析各方案的优劣势并对各个方案理论分析结果进行排序，最终选择综合优势相对明显的方案进行样机试制。

（4）如果某一关键技术主要涉及某一个部件的性能，那么先对部件实施方案进行加工与验证。然后进行整体样机试制，以避免不必要的反复。

（5）当形成多个技术方案时，样机验证如何处理。如果项目任务紧迫，项目经费相对宽裕，可采用多个方案同时验证（即并联）。如果项目计划时间不紧，项目经费相对较紧时，可对多个方案按选定的程序串联进行。一般情况下，采用各个方案串、并联结合的技术路线较为高效。