1. 前言
自从参与工作以来，参与了不少企业的研发管理信息化咨询和PLM实施的项目。学习机械的人都知道，机电不分家，因此，所有的机械企业或多或少都会遇到电气/电器设计，与机械协同研发的问题。参与实施过程中，针对企业的现状，我对采取的解决方案进行了总结，对未来机电协同设计远景进行了构想，希望能对企业的电气/电器研发信息化管理带来一些帮助。因为参与的项目偏向于电气部分，所以针对电器方面，若有不准确的地方，欢迎反馈补充。
2. 企业电气/电器集成管理模型和阶段
目前市场上常见的电气/电器软件如下：
●强电设计软件：国内的有天正电气与浩辰电气比较普及，但最大名鼎鼎的就是AutoCAD Electric，沾了不少AutoCAD的光彩，在行业应用中，Eplan Electric、EB属于老牌厂商，占领了大量传统市场。但面向电气和3D设计集成方面，走的步履维艰，后起之秀的elecworks已经形成超越之势。这部分软件众多，不再扩展介绍。
●弱点设计软件：Protel虽然是很多电气设计人员的第一款软件，但已经严重过时，目前比较通用的三剑客是AltiumDesigner、Cadende SPB、Mentor EE，当然还有一些比较小众的软件，在此忽略。但这一块遗憾的是，目前国内软件在这一块是空白。
●PDM/PLM管理平台：国际上三大品牌包括达索的ENOVIA、PTC公司的Windchill、西门子公司的Teamcenter基本都实现了对主流电气/电器CAD工具的集成，但是目前3C企业应用的最多的还是Windchill，应该是占绝对优势。国内虽然有不少的PDM/PLM平台，但是在集成方面，基本上能力还是比较弱的。
在经历的很多企业中，也参考了很多资料，以及对电气软件的了解和研究，企业电气研发信息化和软件集成机械产品数据管理的4个阶段，这种划分方式基本与工业信息化发展阶段相吻合，分别是：
2.1 电气1.0时代的研发集成管理
电气集成1.0时代，类似于工业1.0，基本都是手工绘制电子图纸，各种电气符号全部是需要时临时绘制，缺少管理。图纸绘制完成后，统计编辑明细清单，交付下游使用。此时大部分企业基本对这些数据缺少管理。即使需要管理构建BOM，也是清单样式。松散的设计和管理，根本谈不上对设计的验证、仿真和集成。大部分企业都是等设计完成之后，通过样机对元件进行布局，对线长进行放样，然后才能安排下线生产。
在这些年走过的企业中，这种情况目前还是数见不鲜，可见国内电气信息化水平还是有待提高的。但这方面，电器设计就稍微超前——因为PCB板的板层等，不是放样可解决的。
2.2 电气2.0时代的研发集成管理
在电气1.0时代，每一个电气原件都是孤立的对象，纯粹就是一个电气符号，这给大家协同使用时带来很多的不便，例如一个继电器，大家协同设计时，不同人员绘图时使用比例不一致，重用时就会出现问题，此外，继电器的几个常开和常闭，大家怎么协同使用，怎么确保合理应用，不超过也不浪费。
电气2.0时代，最突出的特点就是建立专门的电气元件库，有专门的线缆库信息库，可以通过专门的ECAD软件绘制原理图并生成专门的原件或者线缆清单，然后实现ECAD数据，以及集成清单数据的管理。大家在协同时候，也主要是通过共享使用统一的设计库确保绘图规范的一致，大部分专业的电气软件都是在这个阶段发展起来的。
在电气2.0时代的后期，随着数据库的技术发展，对电气设计协同带来的很大的便利，统一的设计库的数据记录信息也有单一的数据库变更为基于网络的数据库，这样就可以解决大家在使用同一继电器的冲突和浪费问题。这种设计方案的改进，大大降低了设计错误，减少了设计周期。
电气2.0时代，PDM/PLM管理首先要解决的是元件/线缆符号库的管理，同时由于电气原件需要选型，这部分直接决定了企业最终对电气原件的采购，这部分信息必须和企业的物料库保持一致，数据库的同步也是集成的重点工作。在此阶段，系统集成也主要是交付数据的集成。
目前很多企业，都处于这个阶段，这个阶段，机电团队基本上都是独立的，过程沟通也很少，基本上都是最终样机时去验证机械和电气之间的兼容性。
2.3 电气3.0时代的研发集成管理
电气集成3.0时代，已经开始要求设计工具和管理平台的集成与互动。随着电气设计的进一步复杂，样机制造时间和交付周期的进一步缩短，电气设计的3.0时代，也迎来了原理图与3D布局的互动，对电气设计结果进行布局，布线进行提前研究和验证，避免和机械部分进行干涉，有些企业也开始关注电气部分对整个机械部分的影响，进行仿真分析，例如电气产热对整个产品性能的影响，如何布局降温等。
电气3.0时代，要求电气软件必须和ECAD软件可协同互动，将电气团队和机械团队更加紧密的绑定在一起，团队开始更关注前期的策划和过程的协同——因为大部分产品更加小巧，电气工程师需要增加一个继电器，就必须提前和机械工程师沟通确保预留空间，电气工程师需增加一个有一定功耗的芯片，机械工程师就必须考虑电磁屏蔽，或者必须在机械结构上增加散热的设计，电气设计完成后，包括线长的信息也可以提前获得。此时，机械团队和电气团队的边界开始模糊。
在软件实现上，传统的大牌厂商的确遇到了瓶颈，因为实现这个步骤，不仅需要电气CAD功能能满足设计和验证要求，而且还要求有强大的3D CAD建模和分析功能。传统的ECAD厂商和机械CAD厂商的确在这点需求上产生了碰撞，开始向上游、下游兼容。但目前大部分还是结果的导出和导入交互，十分不便利。ECAD厂商在实现3D方面步履维艰，3D方面还是有很大的技术瓶颈。国际几大3D厂商也推出自己的ECAD解决方案，但是和专业应用方面差异太大，几乎没有市场。
这个阶段冒出了一个黑天鹅，来自法国的老牌CAE公司Trace Software推出了专业的elecworks软件，使用SQL Server作为统一信息管理平台，基于网络的协同一下子变得很方便了，基于开放3D SolidWorks平台的机电集成，大大降低了机电交互的门槛。同时借助SolidWorks深入到三线城市的销售网络，增长很快，在最近几年的项目实施中，遇到的比例也大大提高。
但是，集成也带来了数据的复杂性，因为管理平台不仅仅管理交付的清单文件形成BOM便于下游使用，而且要求管理好交付的2D原理图数据和3D布局数据——但不同的3D CAD对电气数据，尤其是线缆数据的处理各不相同，集成数据还不是很准确，需要二次处理，因此这一块，还需要ECAD厂商、3D CAD厂商和PLM厂商的协同努力。
现在有一部分企业已经开始在这个阶段进行尝试，尤其是快速消费产品。
2.4 电气4.0时代的研发集成管理
工业4.0时代，要求更多的智能产品，在智能工厂进行智能生产，然后通过智能物流系统进行配置或交付运营，对机电软一体化提出了更高的要求。工业4.0时代，企业的产品也由大批量生产时代进入到大批量定制阶段，产品的个性化进一步提升。
工业4.0时代的产品，产品的智能化肯定是通过更多的电气和软件实现的，在此过程会逐步降低机械部分的功能比重，大大提升嵌入式电气、传感器、物联网、软件的因素。例如手机，我们就发现机械部分的成本和交付周期就大大低于电气软件，自动驾驶汽车机械部分和传统骑车结构已经简化了太多太多，但是电气部分却复杂不止一百倍。由于需要保持不同客户的个性化需求，产品定制的过程中，也需要确保电气和软件的定制，管理的复杂性急剧增加。
电气4.0集成时代，电气设计是一个复杂的生态环境，产品决策者，优先考虑通过软件和电气实现必需的过程决策，最后才是必要的机械执行部分，在设计阶段就必须考虑后期的维护运营监控和智能升级，绿色回收等生命周期因素。电气设计融入了更多的智能因素和可配置因素，此时仿真已经是最基本的需求，更多的开始要求虚拟的设计和实际的物理设备之间的互动，Digital twin作为一种新兴的技术，改变了传统的产品设计和交付的流程，形成了从产品设计→产品智能联网监测和远程维护→产品数据分析→提供服务→优化设计，并且收集的大数据再反哺产品制造商，从而进行新产品迭代的闭环生态圈。产品设计也不仅考虑产品，更需要考虑和生产环境的协同。不仅机械和电气的边界模糊，而且研发和工艺的边界也开始模糊。
在此，我观看过PTC公司演示的一辆智能联接的SantaCruzV10山地自行车的亮相向观众展示了未来产品可能的存在形态，物理世界的自行车和数字世界的Digital Twin，二者交相呼应，在一举一动中实时交互、协同。假如你是个野外骑行爱好者，你的运动轨迹和相关数据可以实时被实时传输和记录。也了解了背后的机电软之间的协同，我感到惊讶。
电气4.0时代的很多技术还在探索中，目前还很少批量在生产环境中使用，但是如何提升机械CAD、电气CAD，以及与嵌入式和软件设计的协同，已经是很多厂商思考的问题，并且开始布局。这样其实尽一家之力已经无法解决这个庞大的问题，需要制定行业标准，开放平台，更多行业领头企业参与推进。
回归到电气ECAD的功能，与3D CAD的集成要通过布局图实现自动的布局，连接的线缆也必须按照指定的路径进行自动的布线，并自动计算线槽的容积率，超出的话，能在允许范围内进行最佳方案的优化。线路中允许出现嵌入式的黑盒，或者PLC，可以通过编制程序对电气的闭合情况进行验证确认，然后进一步，驱动机械部分的仿真。目前NI公司已经推出相关解决方案，让我们看到不少曙光。
在这一方面，管理平台在很大程度走到了设计软件的前列，目前的三大平台都可以实现机械、电气/电器、软件的管理(代码)，包括基于机械、电气、软件的协同配置，个性化选配的实现，在接触的企业和解决方案中，个人认为PTC的Windchill实现的最优秀，Windchill+Integrity可以比较完美的解决很大一部分问题。目前还没有实施过满足此状态的项目，但是，不远的将来，肯定会有的。
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