EN Новости приводной техники
и промышленной автоматизации
Всероссийский инженерный портал

Инжиниринг в электротехнике

Основные понятия и нормативные документы

Инженерная деятельность, направленная на разработку, производство, сбыт и использование электротехнической продукции, получила сегодня название инжиниринг, которое объединило составляющие инженерной деятельности с элементами маркетинга. В области электротехнической продукции эта связь сегодня проявляется практически на всех этапах создания и использования изделий электротехники.

Главная концепция разработки и производства продукции формулируется сегодня предельно просто – производить то, что будет продано. Сложность реализации этой концепции состоит в быстром совершенствовании технического уровня продукции и высокой международной конкуренции в области электротехники.

Электротехническая продукция выделяется изо всех видов машиностроительной продукции рядом особенностей, основные из них:

-продукция всегда основывается на последних достижениях фундаментальной и отраслевой науки; обладает высокой наукоемкостью

-быстроразвивающаяся продукция; для нее характерны частая смена поколений, быстрое моральное устаревание

-является энергетической основой практически всех видов производств и технологий

-является одной из главных материальных составляющих автоматизации производства

-выполняет локомотивную роль в развитии машиностроения (можно привести много примеров: станки с ЧПУ, электромобили, робототехника и др.)

-опасная в использовании продукция: поражение электрическим током, пожароопасность, требует специального внимания

-требует специальной квалификации персонала на всех стадиях жизненного цикла

-все виды электротехнических установок на всех этапах их жизненного цикла должны обеспечиваться необходимой технической документацией.

Причинами ускорения научно-технического прогресса в электротехнике являются:

-общее ускорение научно-технического прогресса в мировой цивилизации; тотальная электрофикация и тотальная автоматизация, связанная с тенденциями четвертой индустриальной революции

-прорыв в развитии электротехники, обусловленный, в первую очередь, достижениями силовой электротехники и микроэлектроники

-развитие систем интеллектуального управления и мониторинга

-открытость мирового рынка электротехники, острейшая конкуренция.

Понимая под инжинирингом техническое обеспечение (сопровождение) производства и сбыта продукции, рассмотрим, в чем состоят его задачи на различных стадиях жизненного цикла продукции.

При разработке продукции:

-знать требования потребителя

-знать возможности конкурентов

-знать состояние и перспективы развития науки и техники, чтобы инициировать разработки новых видов продукции

-давать опережающие предложения по разработке новой продукции

-постоянно заботиться о модернизации уже выпускаемой продукции.

На стадии производства продукции:

-обеспечивать стабильность качества продукции

-снижать затраты (издержки) на производство

-проводить комплекс испытаний продукции.

При выходе продукции на рынок:

-проводить сертификацию продукции

-проводить оценку качества продукции в сопоставлении с качеством аналогичных изделий.

На стадии эксплуатации продукции:

-проводить обучение обслуживающего персонала

-осуществлять сервис и техобслуживание

-организовывать ремонт изделий и поставку запасных частей

-оказывать помощь в утилизации продукции.

Инжиниринг, как вид деятельности специалиста, неизбежно включает в себя сегодня элементы маркетинга, цель которых - связать потребителя и изготовителя продукции, помочь им найти и удовлетворить друг друга. Другая сфера инжиниринга – это преодоление противоречия между консерватизмом, инерционностью производства и динамизмом потребностей, революционными тенденциями в науке и технике.

Инженерный маркетинг включает в себя:

-аналитическое изучение рынка

-прогнозирование спроса на продукцию, в том числе перспектив его изменения

-активное воздействие на спрос: стимулирование, содействие и регулирование спроса

-формирование интереса к новой продукции, пропаганда нового технического направления

-обоснование приоритета качества продукции перед ценой

-создание и расширение своего рынка.

Каждое изделие (продукция) проходит шесть стадий жизненного цикла:

  1. исследование и разработка
  2. подготовка производства
  3. производство
  4. реализация продукции
  5. эксплуатация
  6. утилизация.

Обратим внимание, что при создании изделия все большее внимание и затраты уделяются проведению исследований. Вошло в практику проведение трех видов исследований:

  1. Аналитические исследования о состоянии и перспективах развития данной области науки и техники.
  2. Компьютерное и физическое моделирование на основе математического описания будущего изделия или системы. Такие имитационные модели получают все большее использование в связи с усложнением техники. Они базируются на виртуальных средах Mathlab-Simulink и других аналогичных математических моделях.
  3. Маркетинговые исследования состояния рынка: кто и сколько продукции аналогичного назначения производит, каковы технические и ценовые характеристики этой продукции, анализ перспективной потребности.

Каждое изделие (продукция, техническая система) представляет собой не только конструкторско-технологический объект, но и является товаром, и как товар проходит свои стадии жизненного цикла. Жизненный цикл товара имеет шесть фаз:

Обратим здесь внимание на то, что в первые две с половиной фазы жизненного цикла товара приходится вкладывать средства на его продвижение на рынок (прибыль отрицательна), и лишь затем товар начинает приносить доход. Однако электротехническая продукция быстро устаревает и требует смены поколений рыночного товара. Поэтому, не дожидаясь фазы спада продаж товара уже в фазе зрелости, следует думать о смене продукции или об ее коренной модернизации.

Причины частой смены поколений продукции в электротехнике следующие:

-конкуренция

-ускоренное развитие науки, ведущее к быстрому развитию технического уровня продукции

-появление новых технологических возможностей (микроэлектронные технологии, печатные многослойные платы, силовая электроника, вакуумная техника и другие)

-государственное регулирование, забота об экологии (электрический транспорт и др.)

-повышение уровня жизни (бытовая электротехника).

Наукоемкость электротехнической продукции определяется следующим:

  1. Основана на достижениях фундаментальной науки.
  2. Ее создание требует не только разработки, но и проведения исследований.
  3. Ее использование требует специальных знаний.
  4. Необходимо владение компьютерной и микропроцессорной техникой.
  5. Кроме продукции разрабатываются интеллектуальные товары: патенты, промышленные образцы, ноу-хау, дизайн, программное обеспечение; требуется защита интеллектуальной собственности.

Важнейшим и затратным этапом в создании электротехнической продукции является ее проектирование. Основными стадиями проектирования является разработка следующих технических документов:

1.Техническое задание (ТЗ) или технические требования.

Эти технические документы являются обязательными при разработке любого изделия или технической системы. Обычно эти задания разрабатываются и подписываются заказчиком продукции, однако всегда целесообразно участие представителей исполнителя в составлении технического задания.

2.Техническое предложение

Этот документ разрабатывается исполнителем (обычно за свой счет) и представляется заказчику при создании новых или сложных электротехнических систем для уточнения и детализации технических характеристик и комплектности разрабатываемого изделия. В последнее время технические предложения разрабатываются все чаще, что показывает их эффективность.

3.Эскизный проект

Не является обязательным проектом и выполняется при проектировании сложных многоэлементных систем, когда нужно выбрать лучший вариант технического решения.

4.Технический проект

Основной этап проектирования для сложных электротехнических систем. В объем проекта входит выполнение всех расчетов, принципиальных схем, основные конструкторские решения, технико-экономическое обоснование и др.

Компьютерное моделирование

В настоящее время широко используется имитационное компьютерное моделирование на основе стандартных математических моделей, прежде всего для отработки систем автоматического управления и систем движения электромеханических комплексов.

5.Конструкторская документация

Эта документация, ее часто называют «рабочий проект», предназначена для конструкторского обеспечения производства электротехнических изделий. В нее входят монтажные схемы, разводки печатных плат, деталировка конструкции и др.

6.Программные продукты

Многие современные электротехнические комплексы имеют цифровое управление, осуществляемое промышленными компьютерами или программируемыми контроллерами. В этих случаях поставка продукции должна сопровождаться необходимыми программными продуктами.

7.Технологическая документация

Это технологическое сопровождение относится к тем технологическим процессам и оборудованию, которое используется на данном предприятии.

8.Технические условия (ТУ)

Основной документ, сопровождающий поставки продукции. Отражает те же технические требования, что и ТЗ, но они носят характер предоставляемых гарантий на их соблюдение. Для массовых изделий ТУ предприятий заменяется ГОСТом  или отраслевыми стандартами и Техническими регламентами.

9.Эксплуатационная документация

В состав эксплуатационных документов, поставляемых совместно с изделиями, обычно входят: техническое описание и инструкции по монтажу и эксплуатации.

Следует иметь в виду, что в настоящее время многие конструкторские документы и чертежи выполняются типовыми компьютерными программами, такими как AUTOCad, Microsoft Visio, Electric S, T-Flex, Компас и другими.

Рассмотрим теперь более подробно технические требования, которые закладываются в технические задания на разработки и технические условия на поставку продукции.

Технические требования включают в себя:

Показатели назначения, характеризующие предназначение данного изделия или системы.

Для электродвигателей такими показателями являются: мощность, напряжение, номинальная скорость вращения и др.

Для преобразователей частоты в качестве показателей назначения выступают: частота на выходе преобразователя, напряжение на входе и выходе, диапазон изменения этих параметров и т.д.

Все электрооборудование по своей конструкции и техническим характеристикам должно соответствовать условиям окружающей среды, при которых оно будет эксплуатироваться. Исходя из этого, электротехнические изделия различают по их климатическому исполнению и месту эксплуатации. Эти исполнения отражаются специальной маркировкой изделия.

 

Как пример, приведем обозначения УХЛ4, которое показывает, что данное изделие предназначено для использования в условиях умеренного климата в отапливаемых помещениях при температуре от -5о до +40о, однако может транспортироваться и храниться в условиях холодного климата при температуре до -60о.

Влажность окружающей среды является важным параметром, характеризующим условия работы электрооборудования. Влажность оценивается относительным процентным содержанием влаги в одном м3 воздуха, отнесенным к максимально возможному содержанию влаги при данной температуре. За условия нормальной влажности принимают 80% при 20оС или 40% при 35оС.

Высота установки электрооборудования над уровнем моря отказывает влияние на его работу, т.к. с повышением высоты ухудшается интенсивность воздушного охлаждения, уменьшается диэлектрическая прочность изоляции и ухудшаются условия коммутации.

Коэффициент необходимого снижения напряжения и мощности в зависимости от высоты примерно равен 1 км – 1,0; 3 км – 0,8; 8 км – 0,45.

Важной характеристикой конструкции электрооборудования является степень защиты его оболочек. Она оценивается показателем IP (Industrial protection) и определяется двумя цифрами. Первая цифра указывает на величину отверстий (щели) в оболочке; вторая – на степень защиты от проникновения влаги.

Маркировка степени защиты по IP :

Для примера укажем, что закрытому исполнению электрооборудования принято считать IP44, что соответствует отверстиям, не превышающим 1,0 мм, и наличие защиты от брызг воды со всех сторон.

К важной характеристике электрооборудования, которую нужно учитывать при его разработке и которые обычно отражаются в техническом задании на разработку и в технических условиях на поставку оборудования, является его надежность. Надежность характеризуется рядом показателей, основными из которых являются:

  • срок службы; в большинстве случаев сегодня срок службы определяется не столько физическим износом оборудования, сколько моральным – устаревание
  • гарантийный срок безотказной работы
  • интенсивность отказов
  • среднее время безотказной работы
  • вероятность безотказной работы
  • время восстановления после отказа.

Электротехнические установки по воздействию на них окружающей среды различаются на:

  • работающие в нормальной среде
  • работающие в пожароопасных помещениях и средах
  • работающие во взрывоопасных средах.
  • в специальных средах (химически агрессивных, радиоактивных и пр.).

На входе в пожароопасное помещение или зоны ставится знак П:

Все электрооборудование, устанавливаемое в пожароопасных помещениях должно быть в закрытом исполнении, т.е. иметь оболочку со степенью защиты не ниже IP44.

Особый класс электрооборудования составляет электрооборудование во взрывозащищенном исполнении. Это оборудование изготавливается по специальным Правилам и имеет маркировку, показанную выше.

При создании и использовании электротехнических установок и изделий нужно пользоваться и соблюдать правила, нормы и требования многочисленных нормативных документов международного, государственного и отраслевого характера.

Необходимость следовать установленным правилам для продукции электротехники связана прежде всего с двумя обстоятельствами:

-электротехника опасна для жизни и здоровья человека

-электротехническая продукция определяет эффективность использования электрической энергии – основного энергетического ресурса в промышленности и жизнеобеспечении.

Рассмотрим основные действующие нормативные документы, касающиеся разработки, производства и использования электротехнической продукции (см. слайд 7).

Первое – это ГОСТы (государственные стандарты), некоторые из которых продолжают быть актуальными со времени их создания Госстандартом СССР. В настоящее время они заменяются национальными стандартами РФ и обозначаются как ГОСТ Р.

В России национальные стандарты имеют добровольное применение, но к обязательным для исполнения относятся требования к качеству продукции, ее безопасности, совместимости и взаимозаменяемости.

Начиная с 2011 г., технические требования к продукции и услугам устанавливаются техническими регламентами. Объектами технического регулирования здесь выступают машины и оборудование. Технические регламенты выполняют межгосударственное регулирование качества продукции и их требования должны соблюдать все производители продукции в странах Евразийского экономического союза (Россия, Казахстан, Белоруссия и др.). Технические регламенты утверждает специальный комитет Евразес.

Основные системы национальных стандартов России:

К основным нормативно-техническим документам, действующим в нашей стране, относятся:

  • Правила пользования электрической энергией

Эти правила регламентируют порядок присоединения электроустановок потребителей к электрическим сетям,  разграничение балансовой принадлежности оборудования и эксплуатационной ответственности между потребителем и энергосистемой, определяют величину присоединенной мощности, тарифы оплаты за электроэнергию, а также ответственность сторон. Это важнейший технический и юридический документ, определяющий условия отпуска электроэнергии потребителю.

  • Правила устройства электроустановок (ПЭУ)

В этих правилах сформулированы требования к электрооборудованию, обеспечивающие его безопасную и безаварийную эксплуатацию, а также требования к условиям эксплуатации, проведению ремонтов и технического обслуживания.

  • Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок

Электроустановки по условиям безопасности разделяются на электроустановки до 1000 В и на установки выше 1000 В. Обслуживать электрооборудование должен персонал, прошедший проверку знаний в объеме, обязательном для данной работы и имеющий квалификационную группу по технике безопасности, предусмотренную Правилами безопасности.

Безопасность обслуживающего персонала и других лиц обеспечивается в электроустановках:

-применением изоляции соответствующего класса

-соблюдением необходимых расстояний до открытых токоведущих частей

-ограждением токоведущих частей

-применением  блокировок, обеспечивающих отключение питания при попытках доступа к токоведущим частям

-заземлением или занулением корпусов электрических аппаратов и машин.

Порядок и конструкция электрооборудования, используемого в пожароопасных и взрывоопасных помещениях, определяется специальными Правилами.

Международная стандартизация электротехнической продукции.

Российские предприятия покупают и используют разнообразные виды электротехнического оборудования. Некоторые виды, прежде всего электрические машины, пользуются активным спросом за рубежом. Все это делает необходимым гармонизацию национальных стандартов с международными, которая подразумевает приведение в соответствие показателей назначения, безопасности, установленных размеров и других характеристик, устанавливаемых стандартами.

Руководство деятельностью по стандартизации в электротехнике осуществляет Международная организация по стандартизации ISO (ИСО) и ее Программный комитет. В США разработкой документов по стандартизации занимается Институт по электротехнике и радиотехнике (IEEE). В Европе работы по стандартизации возглавляет Международная электротехническая комиссия (МЭК), в состав которой входят и представители России. МЭК разрабатывает и утверждает рекомендации МЭК, которые носят обязательный характер. В странах Европейского союза создан также Европейский комитет по стандартизации в электротехнике (Сенелек), осуществляющий гармонизацию национальных стандартов отдельных стран.

Сертификация электротехнической продукции.

Сертификация – это экспертиза качества продукции.

Вся электротехническая продукция и средства автоматизации относятся к объектам, подлежащим обязательной сертификации. Сертификация определяется как форма подтверждения специально уполномоченными органами соответствия характеристик объектов требованиям технических регламентов. Сертификации подлежит все электротехническое оборудование, произведенное в России или поступающее из-за рубежа.

Документ, удостоверяющий соответствие изделия требованиям, является сертификатом соответствия, который выдается, как правило, органам по сертификации на основе испытаний, проводимых аккредитованной испытательной лабораторией.

Сертификация бывает обязательной и добровольной. Основная задача обязательной сертификации – убедиться в безопасности проверяемого изделия и подтвердить основные показатели назначения.

Добровольная сертификация проводится по желанию изготовителя с целью официального подтверждения конкурентных характеристик изделия на основе проведения всесторонних испытаний в сертификационной лаборатории.

Кроме разработки электрооборудования и его технического сопровождения в течение всего жизненного цикла инжиниринг включает в себя разработку и оформление документов по защите интеллектуальной собственности. К таким документам относятся:

  • патенты
  • свидетельство на полезную модель
  • промышленный образец
  • регистрация программного продукта.

Указанные документы регистрируют - после соответствующей проверки в уполномоченных органах - авторское право на заявленное техническое решение.

Патент выдается на изобретение, обладающее новизной, наличием изобретательского уровня, промышленной применимостью.

Под изобретательским уровнем понимается повышение известного технического уровня аналогов и нестандартность решения технической задачи. Новизна решения должна быть мировой. Срок действия выданных патентов – двадцать лет.

Свидетельство на полезную модель выдается на изобретения, обладающие новизной, но не обладающие изобретательским уровнем, или в том случае, когда этот уровень трудно доказать. Обычно такие полезные модели охватывают конструктивные решения технической задачи. Срок действия свидетельства – пять лет.

Свидетельства на промышленный образец защищают художественно-конструкторское решение или дизайн объекта, т.е. его внешний вид.

Оригинальные, вновь разработанные программные продукты могут проходить регистрацию в соответствующих органах защиты интеллектуальной собственности. Такая регистрация устанавливает авторство программной компьютерной разработки.

 

Георгий Борисович Онищенко, профессор, доктор технических наук,

действительный член Академии электротехнических наук РФ

Теги

Комментарии
Пока еще нет ни одного комментария. Ваш может быть первым!
Добавить комментарий