“一個產品從無到有，從腦中的想法成為真實的存在，需要什么？如果這個產品要做到顛覆過去，又需要什么？《創(chuàng)新者的窘境》作者克萊頓.克里斯坦森曾說過：傳統(tǒng)的思想方式聚焦于過去，而正確的思維方式則應聚焦于未來。

作為廣泛應用于各類配電、用電場合，以電動機等各類電力負載為控制和保護對象的電動機控制與保護類產品，20世紀初便已存在，無論是從產品形態(tài)、內部構造，還是用戶的使用習慣來看，貌似都已形成了一種固定不變的模式，創(chuàng)新似乎也僅僅停留在對現有功能或性能升級的層面。

雖然能夠滿足大部分當下需求，但隨著時代的發(fā)展，以及各行各業(yè)的轉型升級，新的競爭格局、應用場景、行業(yè)標準等層出不窮，使得需求正在一點一點發(fā)生變化，并逐步加速。像很多事情一樣，在沒有準備的時候，一旦這種積累打破“臨界值”，局面往往會變得非常被動。

作為生產該類產品的“鼻祖”，施耐德電氣在這一領域造就了多項全球第一，包括第一臺接觸器、第一臺電動機起動器、第一臺一體式電動機起動器等的生產，其中，擁有超過100年歷史TeSys系列，無論是市場認可度還是占有率，均遙遙領先。但這些都沒有讓施耐德電氣放慢創(chuàng)新的腳步，并從很早就開始構思如何破除這類產品的“刻板印象”，可以說近日正式下線并交付的全新TeSys Giga電動機啟動與保護產品，正是對“定義未來”的研發(fā)思維的最佳詮釋。

10年與3年，凝聚全球與本地研發(fā)力量超越“不可能“

創(chuàng)新源于需求，是工業(yè)類產品研發(fā)的黃金準則之一。TeSys系列在全球數以億計的裝機量，讓施耐德電氣得以持續(xù)不斷地收集到來自全球各地用戶對產品使用的反饋與意見，這也為TeSys Giga新產品的需求調研創(chuàng)造了絕佳的條件。

TeSys Giga產品最初概念的提出可以追溯到10年前，當時調研的客戶群體集中在歐美和日本市場，經過大量的走訪，各個地區(qū)用戶提出的需求不盡相同，其中也包括了對不同標準的合規(guī)要求，比如美國和日本等國家客戶更多要遵循UL標準，而歐洲、亞洲其他國家的客戶則更多以IEC標準為指導，雖然兩種權威標準也在不斷趨同，但在一些細微之處還是有所區(qū)別，因而對于單一產品設計要同時符合兩個標準的最高等級來說，難度非常之大。

為了取得突破，施耐德電氣集結了法國、美國、中國研發(fā)團隊的力量，以加速產品的落地。其中，中國研發(fā)團隊于2018年5月，正式加入到TeSys Giga的開發(fā)之中，并肩負起整個系列中包括接觸器本體三個框架等級，共計10個電流等級產品，以及配合使用的電子式過載繼電器部分的設計開發(fā)工作，而3年的期限則讓這項沉甸甸的任務更加艱巨。

對于這一點，TeSys Giga系列接觸器及電子式過載繼電器研發(fā)組長田海峰及陳加敏也表示：“無論從產品架構，還是前期的一些實驗結果來看，這個系列的研發(fā)挑戰(zhàn)非常大，我們需要重新組建一支團隊，搭建一個新的平臺，做出完全不同的產品，其中的不確定性非常多。”

就是在這種沒有更多可供參考的經驗，人員和時間都相對緊張的情況下，中國研發(fā)設計團隊帶著用戶和施耐德電氣全體的期待，開啟了這一次看似不可能完成的創(chuàng)新之旅。

精益求精，將簡化設計“進行到底“

逆風而行，中國團隊著眼于國內市場，對國內超過100位客戶進行了走訪，收集到更多來自于本地用戶的聲音，同時結合歐美及亞洲客戶的需求匯總，發(fā)現很多需求都集中在以下方面——更小的尺寸、質量更好和適配性更好的線圈、更簡單的替換選型安裝、更少的庫存、更全面更精準的保護、更好的防塵性可靠性、更節(jié)能的表現等。

經過總結與分析，團隊將“簡化”作為這次產品開發(fā)的核心訴求，并提出要通過設計達到保證性能的目標。為此，精益求精不但成為了團隊中每個人的“執(zhí)念”，也從始至終貫穿于整個開發(fā)過程的每一個細節(jié)之中。

沿著這一思路，針對TeSys Giga系列兩大組成部分——接觸器本體和電子式過載繼電器，研發(fā)團隊分別交出了一份讓人滿意的“答卷”。

一、接觸器本體部分

接觸器本體部分的開發(fā)架構被設置為矩陣型的組織結構，主要包括驅動、機械、分斷三個單元，設計團隊也依此“兵分三路”，分別針對一個單元，全權負責不同框架等級的開發(fā)工作，以確保每個等級在不同單元設計的架構和原理保持一致。

• 驅動單元：加入“智能大腦、電子線圈“

在驅動單元的開發(fā)中，針對電路板和線圈兩部分的創(chuàng)新設計，可以說傾注了團隊的大量心血，因而也讓接觸器本體在自診斷、智能化和低功耗等多個方面具備極強的表現。

基于簡化的設計思路，設計團隊為TeSys Giga系列的電路板內嵌入了MCU，就像電腦的CPU一樣，這個智能化“大腦”的加入，讓產品獲得了獨有的“內置自診斷“功能。與傳統(tǒng)電路板利用電阻電容和芯片的組合進行簡單邏輯判斷不同，加入MCU后，TeSys Giga不但能夠將接收到的電流、電壓等離散的數據進行數字化，還能夠自行進行仿真計算，與正常、理想的曲線做對比，一旦發(fā)生偏離，就會發(fā)出報警信號，并告知相關人員故障的類型，全自動地完成故障預警與診斷兩項工作，極大簡化了運維人員對故障判斷和處理的時間與操作。不僅如此，這個智能化的大腦還可以進行升級和擴展，未來根據用戶需求的增多，通過寫入新的程序，來實現包括更高等級的通訊，乃至接入云端的功能。

針對線圈的設計部分，施耐德電氣將傳統(tǒng)線圈升級為寬電壓電子線圈，這種變化帶來了兩方面的好處，型號的減少和能耗的降低。首先，由于應用場景的電壓環(huán)境不同，接觸器也需要相應對線圈進行適配，這讓用戶在安裝、選型、調試等方面需要花費更長的時間和精力，同時過多的產品庫存也使不同客戶面對很大的成本壓力。TeSys Giga系列的寬電壓電子線圈設計一次性解決了這些問題，通過將原來1000多種型號選擇，大幅縮減至20多種，既省去了不必要的備品備件成本，也讓單個接觸器能夠適用于更寬的電壓范圍，不但方便安裝和生產，也讓設計和調試變得更加簡單。此外，電子線圈與MCU的結合，還能降低接觸器啟動時的功耗，同時也讓’待機‘狀態(tài)下的功耗能夠智能化的調節(jié)，從而減少不必要的耗能，實現更大程度的節(jié)能。

• 機械單元：“極限減寬“

從接觸器的結構來說，不同電流等級需要產品具有不同寬度，但是從工業(yè)化生產和實際應用來看，這種做法顯然過于復雜和繁瑣。接觸器本體機械設計的重點攻關課題就是要做到不同框架等級產品的體積保持一致，并盡可能地縮小寬度。

從小電流到大電流，施耐德電氣將這一系列按結構段分成三類，即185A到225A，265A到500A，以及630A到800A。經過反復的實驗，最終產品與同類其他產品相比，體積均實現了不同程度的縮小，以265A到500A這一結構段為例，寬度大幅縮小了40%之多。除此之外，這樣做的另一個目的，是為了保證接觸器與上級包括塑殼斷路器、空氣斷路器等保護元件在寬度、器間距等方面保持一致，不但能夠實現直銅排連接，簡化安裝，還讓用戶在布局整個系統(tǒng)時，免去了特殊擴展排的處理，變得更加容易和省時。

• 分斷單元：模塊化設計，讓一切復雜、風險“化為無形“

分斷單元作為接觸器內實現滅弧等保護作用的重要組成部分，對產品保持長久的正常運轉非常重要。而在這一部分的創(chuàng)新，也成就了TeSys Giga系列接觸器本體的最大亮點，即實現了分斷單元的模塊化。

傳統(tǒng)的分段單元是一體式的，需要手動安裝不同的組件，比如一個滅弧室里有六個靜觸頭、三個動觸頭，都需要以流水線方式一個一個插接，之后再用螺絲固定、安裝彈簧壓片等，而且用戶在后期維修的時候也需要同樣的操作，非常復雜而且耗時耗力。TeSys Giga系列分斷單元的模塊化設計則是將所有這些組件“打包“成一個整體，徹底顛覆了過去的情況，不但提高了產品生產的效率，后續(xù)產品的研發(fā)效率，還讓產品具有更好的密閉性，能夠將內部的電弧、大電流、小電流等控制在一個封閉空間內，并隔絕外界的粉塵等污染，從而更好地保證產品性能，抵御更惡劣的環(huán)境，延長產品壽命。另外一點，這種設計將讓客戶的維護性更換變得非常簡單，省掉了過去一系列復雜的操作和驗證，讓整個操作就像”子彈摁進彈夾“，即使是沒有受過專業(yè)培訓的人員，也能夠輕松、快速地完成。

二、電子式過載繼電器部分

在這一部分，產品開發(fā)除了要滿足標準、用戶和系統(tǒng)的需求，項目本身還提出了“更多的功能、更好的性能、更低的成本”的訴求，因而團隊從包括軟件、電子、機械等架構單元著手，最終在使用效果與投入成本這兩者間達到了“絕佳”的平衡。

• 軟件架構：“解耦、沿用、交互”

對于電子式過載繼電器來說，軟件架構在很大程度上決定著產品在發(fā)揮保護和控制功能方面的靈活性，這對于電機的持續(xù)安全可靠運行來說極為重要。在時間和成本限制下，團隊在三個方面進行優(yōu)化，從而達到了理想的效果。

首先，通過將不同功能進行模塊化和解耦，盡可能地弱化或切斷各功能模塊的關聯性和依賴性，從而保證在開發(fā)過程中如果遇到某一模塊需要修改或重寫代碼，其他模塊不會受到影響，也就是說只要確保每個獨立模塊的功能完善，就可以保證整體的質量；第二，在某些固有功能的開發(fā)上，團隊與美國研發(fā)中心進行了密切溝通，把一些已有代碼進行編輯或優(yōu)化，這樣不但節(jié)省了完全重新編程的時間，在功能可靠性方面也得到了更好的保障；第三，考慮到成本和新產品更小的體積，團隊將一些原本需要利用獨立MCU進行控制的功能進行了“嫁接”，通過引入TTA schedule模塊，發(fā)揮協調器作用，利用一個MCU根據實際情況，更智能地處理例如功能或非功能安全類似的二元對立情況，這樣不僅節(jié)省了元器件成本，同樣也節(jié)省了內部的通信成本。

• 電子架構：對傳統(tǒng)設計的徹底顛覆

繼電器內部的電子架構對于確保產品在各種苛刻環(huán)境下保持正常的工作非常重要，而傳統(tǒng)的架構設計一方面成本較高，另一方面也需要更大的空間，而且在保護類型的全面性和精度上也已經難以滿足越來越高的用戶需求。對此，研發(fā)團隊這一次則利用創(chuàng)新和簡化的設計，徹底實現了對傳統(tǒng)的顛覆。

為了能夠更好地支持這些額外的高精度保護功能，在電子架構方案設計方面，團隊摒棄了傳統(tǒng)的設計方式，研發(fā)了全新的電子架構平臺作為各個保護和控制功能的載體，從而更好地對馬達實現全方位的保護。與前代產品相比，一方面在熱過載保護的基礎上，增加了相不平衡保護及接地故障保護功能，讓對馬達的防護更加完善；另一方面，針對前代產品額定電流設置分辨率較低是客戶的一大痛點，同時檢測電流精度以及保護精度有所局限，難以滿足用戶如今精細化需求等問題，團隊不僅將過去10位旋鈕升級為64位旋鈕，同時通過高智能的圖像識別系統(tǒng)定位打印區(qū)域，并采用超高精度的激光設備打印電流設定值，從而極大地提高了設置精度，還創(chuàng)新設計“表計級”高精度測量電路方案，通過新一代高可靠性，高精度及高靈敏度算法，極大增強了產品測量和保護的精確度和靈敏度，進一步降低了故障風險。

與此同時，TeSys Giga系列的適用范圍涵蓋了很多大電流、高電壓場景，而最初產品的隔離保護一旦應用于超過500V的環(huán)境，穩(wěn)定性和安全性將無法高度保證，對此，在成本限制下，團隊摒棄了常規(guī)采用板級的設計，轉而重新設計出一個帶有絕緣功能的保護內殼，去彌補電器絕緣不夠的問題，同時將成本大幅壓縮，且不會對整體的體積造成影響；針對產品的生產測試以及未來潛在的維護升級的通信需求，團隊同樣放棄了側部通信電路以及接口的傳統(tǒng)設計思路，而是創(chuàng)新性地在板子上特定區(qū)域合理排布串行通信連接點，結合對標簽小蓋板窗口的創(chuàng)新，合理利用開孔區(qū)域配合測試針來實現通信，這樣不但不影響用戶的使用，且更加便捷、節(jié)省空間。

• 機械架構：以“直連“方式帶來更好的連接穩(wěn)定性

在機械架構部分，重點考量角度離不開便捷性和可靠性。從這一點出發(fā)，團隊設計出的創(chuàng)新架構能夠實現“一機兩用”，既支持全新的直連安裝方式，又支持彈性的分離式安裝，不但能夠與接觸器本體實現”完美“連接，也讓所有控制與保護功能得以更加穩(wěn)定的實現。

針對這一部分的研發(fā)，中國團隊與全球研發(fā)團隊進行了反復的交流與方案推敲，在一個多月時間里，經過多版方案的推翻，最終得到了讓所有人滿意的答案。為了保障繼電器能與上方的接觸器連接的更加牢靠，團隊設計了“公頭、母頭“的方式，即把繼電器頂端的灰色隔板適配器去掉以后殼體連接處由母頭切換為公頭，可以直接插入設置在接觸器底端的母頭，兩者連接就像”鑰匙插進鎖眼“，不但方便，兩者之間的縫隙也非常小，連接強度很高，比傳統(tǒng)產品的連接方式更加可靠和穩(wěn)定，而且能夠更好地抵御振動或沖擊。通過這樣的設計，不但能夠更好地保障產品性能，也進一步降低了大約20%的產品制造成本。

創(chuàng)新無止境 保障全方位

兩大組成部分核心環(huán)節(jié)的精心設計，還不是TeSys Giga創(chuàng)新的全部，為了在充分保障產品及電機等控制對象的安全可靠，并進一步簡化用戶從設計、安裝，到調試、運維等操作，提高效率，研發(fā)團隊還為TeSys Giga系列設計了更多創(chuàng)新、靈活的功能。

以往在接觸器更換或維修過程中，往往需要拆掉接觸器上下的銅排，客戶要花費一天，甚至更長的時間進行相關操作，不但效率低，而且也會影響到業(yè)務的正常運轉。針對這一情況，研發(fā)團隊為TeSys Giga系列提供了延伸接線端子的方案，利用這種冗余的設計，客戶在需要維護的時候，在不拆卸銅排和電纜的情況下，就能夠實現接觸器核心部分的更換，如果僅更換內部的分斷單元，可以將原來一小時的用時大幅縮短至5分鐘，極大提升了效率，有效減少了宕機時間。

除此之外，TeSys Giga系列全部產品均自帶二維碼標識，用戶可輕松查看產品出廠信息、配件型號、產品文檔、安裝調試視頻，搭配施耐德電氣千里眼運維專家還可幫助客戶更好的維護資產。

100T+數據及1000+臺樣機 “鋼鐵團隊“造就重磅產品

與很多產品的研發(fā)不同，TeSys Giga系列可以說是對傳統(tǒng)的一次“徹底顛覆“，因而整個產品的研發(fā)量級非常之大，施耐德電氣中國研發(fā)團隊也為此付出了極大的努力。

在這個項目中，共有超過100位研發(fā)人員參與其中，其中有超過五分之一是“愛迪生專家“，他們正是代表著施耐德電氣研發(fā)的最高水準。要知道，在中國目前一共僅有79位“愛迪生專家”，而施耐德電氣上海研發(fā)中心上千人的團隊，每年僅有不超過10位能獲此殊榮。

而這100余人的團隊所完成的項目體量也可謂極其龐大，而且時間非常緊迫。為了能夠更快、更早地收集到客戶對新產品的反饋，團隊自行設計并制造模具，利用軟模的方式生產零件，在第一批樣品面世后，團隊針對產品高壽命的需求，利用加速實驗的方法，對樣品進行百萬級的開合測試。而在用戶拿到產品并試用后，會反饋很多修改意見，在分析和調整后，團隊會重新進行制作、驗證等環(huán)節(jié)，而且這些操作是反復多次的。

正是這樣一群專業(yè)、敬業(yè)的研發(fā)人，傾其所有造就了顛覆過去、定義未來的TeSys Giga系列電動機控制與保護產品，并以一種前所未有的“極簡“方式，滿足各類型客戶復雜的需求。