ABB SACE Emax 2 系列：新型渡轮用低压断路器实现高效配电板构建
CETOL 6σ 容差分析在提升渡轮配电系统中的应用
Emax 2 低压空气断路器系列的公差分析
客户
IMESA（总部位于意大利安科纳附近的杰西）是一家自1972年以来在机电建筑领域运营的公司。
IMESA 是低压和中压配电盘，中压，监控系统和交钥匙电气系统的内部和外部安装的 SF6 绝缘隔离开关的欧洲领先制造商之一。
挑战
IMESA在最先进的柴油电动渡轮的背景下，面临着创建开关柜柱的挑战-为主要配电和电动机供电：
- 对下游断路器（Tmax T4）完全有选择性
- 在 600V AC 时提供 50 kA 的服务短路分断能力
- 具有水平总线分配系统
- 实现与抽出式断路器兼容的最紧凑的解决方案。
这些要求源于对极其紧凑的开关设备的需求，这是海洋环境可能引起的典型要求。
ABB解决方案
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这些要求确实具有挑战性。第一个和第二个要求显然要求使用 B 类断路器，而第三个和第四个要求则适合于模制外壳断路器（可以水平安装，尺寸紧凑）。低压断路器领域，除 ABB Emax E1.2 以外，没有其他产品可以完全满足上述要求。
ABB Emax 1.2 是 Emax 2 系列 ACB 中尺寸最紧凑的一款创新产品，能够在 440V AC 时达到 66 kA 的电流（在 690V AC 时达到 50 kA 的电流），并能承受 50 kA 的电流达一秒钟。
由于这些独特的功能，IMESA 能够通过在一根色谱柱中安装五个 Emax E1.2 来实现高效的配电盘。为该项目选择的E1.2配备了新的Ekip Touch脱扣器（LSI版本）。
工作方法概述
Emax 2 是由数百个组装在一起的单个零件组成的复杂产品，需要满足多个测量要求。这些要求涉及可组装性，产品质量和安全性，并且所有要求均涉及几何量（即，两个平行平面之间的距离及其相对方向）。
测量要求取决于单个零件相对于其他零件的定位和定向：这些信息由相邻零件之间的接触条件以及属于每个单个零件的特征之间的几何关系提供。复杂的三维矢量链基于先前信息到数值模型的转换。输出度量（要求）的定义关闭了公差链。
如果所有零件都是完美的（名义形状），则可以唯一确定链条，并且可以使用任何 CAD 工具进行求解。实际上，接触条件和几何特征都不是理想的，因为由于制造过程中固有的缺陷，真实的几何实体相对于标称值表现出一定的分散性。结果，装配输出不再是唯一可确定的，并且输出也变得分散。
设计人员通过为组件分配适当的尺寸和几何公差来控制和限制测量要求的可变性（试图将其保持在可接受的极限之间）：这些公差应反映零件的生产工艺，组装（组装顺序）和尺寸的测量方式（质量控制）。
公差如何影响功能性测量结果的分散性的调查是通过统计方法进行的。
模型开发和目标
EnginSoft 进行分析的目的是验证 Emax 2 项目。验证意味着检查产品要求是否在可接受范围内。这样的需求是由于这样的事实，即，即使在制造构成组件的所有零件时都遵循设计者分配的公差，组装产品中公差的传播并不能保证符合这些要求。
其中，针对此产品确定了三个特别相关的要求：
- 对单个零件组装在一起的能力（组装性）的要求，
- 对产品质量的要求
- 对安全性的要求。
该程序需要将以上要求转换为 CAD 模型中的几何实体，定义其可接受范围或阈值，并评估设计所定义的其变异性（即与标称值相关的公差）。
在分析之后对功能性度量的可变性进行量化。统计分析提供了定量信息，可针对这些信息采取最适当的纠正措施，并且对成本的影响较小，从而提高了设计的可靠性。由 Sigmetrix 开发的专用软件 CETOL 6σ 处理模型的整个构建过程，其分辨率，结果可视化，其解释和适当的纠正措施。由于 CETOL 6σ 已完全嵌入最流行的 CAD 软件中，因此它会按照设计环境中保留的标准化逻辑路径自动执行整个过程。
可以实现以下几个实际优势：减少重新设计周期，减少废品的数量并进行预测，减少返工，减少原型/采样数量，将尺寸控制集中在对产品需求有重大影响的措施上，并缩短“上市时间”。
获得结果并采取明智的纠正措施
可组装性要求
分析的目的是预见可移动部件相对于固定部件的安装过程中的潜在问题。评估此要求的依据是两个配合零件的整体尺寸及其差异。
使用设计规范获得的结果突出表明，在可移动部件的支撑件和导向件之间获得负间隙的可能性很小（图2，每100个中大约有3个产品）：这会导致可能的干扰，从而在组装阶段出现不合格的情况。
灵敏度分析是一个功能强大的工具，它可以识别尺寸链中对最终统计分布的平均值和宽度（标准偏差）影响最大的尺寸和公差。发现对功能测量影响最大的变量是与导板厚度相关的公差。它们直接影响代表配合间隙的统计分布的宽度。
模型中千分之二的公差减少使得不合规的情况消失了。
产品质量要求
分析的目的是定量评估固定在一起的塑料盒与活动部件框架之间的间隙。在断路器的使用寿命期间，可能会遇到压力状况，即流经断路器的高短路电流，当这种情况发生时，各相相对于彼此以及相对于主结构的位置对于性能至关重要。我们必须确保完美匹配，以最大程度地提高结果并降低风险。
使用设计规范获得的结果相对于理想的操作条件突出了输出统计分布的较大宽度，即，间隙的平均值为零，并且平均值附近的分布为零宽度。
现在，要实现的目标是：将分布的平均值向更低的值移动并减小其宽度。如前所述，公差分析允许识别对最终需求影响最大的变量：灵敏度分析的结果提供了所有有针对性的必要信息。属于每个盒子宽度的公差对间隙值在标称值附近的离散度有很大影响，因此决定采取这些措施。这项研究通过减少两个公差（在模型中成千上万个公差）以及标称值的变化，提高了设计的鲁棒性。
安全要求
分析的目的是在抽出可移动部件期间检测百叶窗锁定的可能风险。必须始终确保百叶窗的关闭，以避免维护工程师与开关带电部件之间的接触。使用设计规范获得的结果表明，潜在的违规数量约为 5％。对于这些部件，百叶窗的外壁与滑动导轨接触，从而引起摩擦并随后发生锁定。灵敏度分析已将与两个孔的放置相关的公差确定为对平均值附近间隙分布的影响最大的变量。当产品和零件仅在图纸上时，先前的信息可用于采取适当的纠正措施，避免在原型制作阶段发现它们，并避免与生产，质量控制和返工相关的成本。在模型中成千上万的公差中仅减少了两个，从而避免了对所研究需求的不符合。
结论
与EnginSoft合作进行的活动使ABB能够满足所研究产品的所有设计要求。通过分析尺寸链中公差的传播，可以确定对功能测量有重大影响的尺寸和公差，从而有针对性地采取行动解决潜在的不合格现象，避免了他们的治疗概论。由此带来的好处是多重的，可达到目标：减少重新设计的周期，节省废品和返工，减少原型数量，缩短“上市时间”。
Giulio Tribulato – ABB SACE
Enrico Boesso – EnginSoft
CETOL6σ和公差分析
EnginSoft 是由 Sigmetrix LLC 开发的领先的精确约束技术软件 CETOL 6σ 的欧洲分销商。CETOL 6σ 是一种公差分析和优化软件工具，可提供解决上述问题并自信地发布制造设计所需的宝贵见识。在设计投入生产之前，您将能够评估它们的可制造性。
CETOL 6σ 使设计者和工程师可以通过使用 CAD 几何形状的数学描述来解决多维问题。这种独特的方法使您能够利用易于使用的建模，分析和报告组件接收即时的分析反馈。在指导用户完成公差分析和优化过程的同时，还会告知他们丢失或错误的数据。
与简单的一维叠加分析或蒙特卡洛模拟不同，CETOL 6σ 追求采用先进精确约束技术的统计方法，该技术在直观的图形用户界面中显示。这种方法提高了识别零件灵敏度和对总变化有最大贡献的组件的能力。发现关键质量的装配特性从未如此简单。
