变频调速器的工业设计与创新

国内某些厂家开发了市场定位高端的高性能矢量控制变频器，可他们连基本的转矩控制和零伺服的功能都不作进去，严重影响了它在张力控制、卷绕、起重、电梯等高附加值领域的应用，自然产品的市场反响平淡，业绩平平。
森兰变频器公司经过广泛而细致的调查研究发现，大多数基本调速应用多采用简单开环控制，即可满足工程设计的要求，复杂的系统设计不但显得毫无用武之地，而且会耗费用户大量不必要的成本投资。基于这一思想，sb20系列变频器原理设计被充分简化，使其在充分满足基本调速应用的前提下，明显降低了购置和使用成本。与同类型产品繁琐的系统设定相比，sb20xi系列变频器的全部设定只需要40余个功能代码即可完成。用户仅需要变频器前面板上的几个按键，即可方便、快捷的完成系统调试和设定，这对于产品快速投入运行，迅速产生经济效益，具有重大的意义。

2.4 对产品设计师的要求

能够独当一面，具有优秀的表达能力和与人交往的技巧，良好的沟通能力，做一个真正的实践者。
设计师要与多个部门或团队中的人员，如市场调查员、模具和造型设计师、客户主管、设计主管、生产主管、测试人员等充分的沟通和交流，推动设计在各部门的接受和执行。产品设计不是个人能胜任的，需要集思广益，成员要有团队合作精神。如变频器设计师和市场人员交流可以更准确的了解用户的功能要求和关注点，和用服工程师交流可了解产品的维护和使用过程，发现一些可维护性、可操作性方面的问题。作为变频器设计师，你要经常到一些用户现场，观察产品在现场的安装和使用情况、帮助组他们解决工程应用问题，了解操作人员的操作习惯、调试过程，分析他们的使用心理、需求的合理性等。

2.5 遵从人机工程学原理，重视产品细部设计。

人机工程学为工业设计中人与物之间的关系提供科学依据，产品设计必须满足人的生理和心理要求，让人们使用产品时必须感到舒适和愉悦。
变频器人机工程学原理的几个重要方面:
(1) 人机界面，菜单操作模式，显示内容尽可能多，功能参数合理科学分组(如按类别、使用频繁度等);
(2) 应用功能的模块化设计，变频器功能多，对应的功能参数也容易互相混杂，这方面abb和西门子的一些努力值得借鉴;
(3) 用户手册:采用普通用户能理解的语言编写，避免大量专业词汇，图文并茂，列举各种应用实例(包括接线图、功能参数配置表、调试步骤等)以便用户直接参考和快速应用。
在变频器设计，需注意的要点如表2所示。

“神在设计细节之中”，产品整体形态设计完成后，对细部设计的推敲和优化就显得非常的关键。细部设计对传达情感有非常大的影响，细部设计优良的产品给人传达的是高质量感和高品位感，人性化的细部设计体现了产品和设计师对用户的体贴与关怀。对于变频器的操作面板，按键的大小和操作手感、位置排列、显示内容和亮度设置、间距以及与机箱面板的配合这些都需要足够的重视和反复调校。有的厂家设计的面板其按键小，间距也小，按键时经常同时按下了2~3个键。某公司设计的操作面板边沿设计不合理，握在手上的感觉一点也不舒适。某公司一个系列产品其按键与面板的其他部分间隔太小，阻挡了人手的正常操作。某变频器控制板上的用户跳线靠着插座，人手根本无法设置。……如此众多的缺陷与不足，怎不让人触目惊心。

2.6 对国内变频器企业如何开展工业设计的几点建议

(1) 增强企业领导人对工业设计重要性的认识，鼓励他们亲自实践。
(2) 引进工业设计专业的人才(就像tcl大批招聘工业设计专业的学生一样)，让他们充分参与甚至主持产品开发，或者将产品开发中大量与工业设计相关的设计内容交给专业的设计事务所。
(3) 对现有工程师进行工业设计知识、技能和素质培训。
(4) 将规范的工业设计流程和企业已有的产品的研发流程有机结合。

3 创造与革新

创造与革新是工业设计的最基本要素，也是目前国内变频器企业最缺和最迫切需要的素质。
(1) 基础和单一层次的创新，如有特色的模仿和小改进。早年日本产品从抄袭模仿欧美产品中找到了成功之道(不失为一种创新的典范)，韩国不少企业也经历过这一阶段。对于目前许多规模小、技术研发实力和设计能力弱的国内变频器企业也算是一个不错的选择。“创新就是率先模仿＋个性改造”，我希望他们能做到“率先”和模仿别人的优点，找出其中不适合国内环境和应用的地方，按设计师和企业的个性特点改造。这需要企业时刻关注目前市场产品特点和未来发展趋势，加强对竞争对手产品的分析、了解。更盼望他们能从中找到适合自己的成功之道。据了解，目前一些国际知名厂家刚推出不久的变频器如西门子的4系列、abb800、sew、vacon等外形已被国内多家变频器厂家以令人吃惊的速度毫不客气的模仿了，不过还是希望能他们再来点个性改造。
(2) 综合层次的创新。变频器控制理论方面的创新是非常困难和进展缓慢的，需要企业作巨大而长期的投入，国内还没有任何企业有abb研制acs600那样的实力和胆识，比较现实的是根据国情和对国内市场及行业的了解，有针对性的采取一些局部和特殊的创新(如在产品功能、营销模式、生产方式、服务等方面)。
在目前，各变频器厂家可利用自己对各种应用环境和行业的熟悉和了解，开发一些专用变频器(注塑机专用、卷绕控制、电梯门机等)。
森兰变频器公司提出的“两网合一”，“即时服务”，“中国变频技术专家”的品牌建设就是一些卓有成效的创新。
(3) 高层次的创新，如核心控制技术的创新，这里谈谈一个变频器行业还很少谈及的创新:生态设计理念。
生态设计的标准:a)材料选择;b)材料的效率;c)能源的利用率;d)可循环性;e)耐久度;f)易于维护和修理;g)产品的使用寿命。
变频器产品设计师应按上面的标准来衡量和检验自己的设计。设计的变频器应是简洁适用的，价格低，坚固耐用(长时间可靠工作)的。零件设计易于拆卸和安装，采用可互换性好的器件。结构设计不合理，体积大，重量重，导致大量原材料如铜、铁等的浪费，这方面日本的产品值得国内企业学习和借鉴。选择经典性的、持久性好、简洁的外观设计，最好通过改换少数的关键部件就可以方便的更换造型风格。变频器的工作寿命应按10年设计，据观察目前国产变频器能工作3年就不错了。易损件(或寿命短的部件，如变频器内部的电解电容、风机、模块等)易于现场更换，操作简单且工作量小。我曾经见过两家国内公司的产品，为了拆卸损坏的风机和模块，需要把整机大卸八块，整个过程还需要操作工有特别的技巧，即便如此，没有一两个小时仍然是无法完成的。看到过去，由于可靠性差，不到预定的设计年限就严重损害无法修复(修复费用与买台新机相差无几)，机部件锈迹斑斑，灰尘和异物到处堆积。
变频器尽量采用可回收利用的材料，如铝、铜等，同时厂家开展回收利用和以旧换新的业务。或者开展租赁业务，由生产企业给用户提供产品、保养和日常维护。森兰变频器公司在今年开展了一些租赁业务，意外的深受用户的欢迎，几个销售公司的销售业绩也大幅上升。开展这项业务是森兰变频器公司为用户、为社会、为环境考虑和奉献精神的体现。
通过技术创新减少原材料的消耗，如大功率变频器一般要用到220v的交流风扇，因此需要用到380-220的变压器，对于160kw的变频器，不少厂家产品的变压器功率达200w、甚至300w以上，森兰变频器公司采用了独特的技术只需用60w的变压器即满足了要求，可见节约了多少硅钢片和铜线。热设计是变频器系统的难点和重点，需要耗费大量的铝材，森兰变频器公司在如何提高散热器的效率上做了大量了的研究工作，通过采用专利的散热器，同等热耗散情况下，产品散热器的重量只有竞争对手的2/3以下，既降低了整机成本也节约了原材料。

4 结束语

工业设计和创新可以极大的提升国内变频器企业的产品形象和企业形象，提高产品品质和市场竞争力，改变国产变频器仅集中于低端市场打价格战、只限于国内市场(尚不能打开国际市场)窝里斗的被动局面，具有非常明显的作用和意义。作为立志长大并持续发展的国内变频器企业，必须尽快将工业设计和创新的观念和原理融入企业的产品设计、开发和管理实践中。

参考文献
[1]程能林. 工业设计概论[m]. 北京:机械工业出版社,1998.
[2] 闫 卫. 工业产品造型设计程序与实例[m]. 北京:机械工业出版社,2001.

作者简介
李树白 四川师范大学物理系1992年毕业，长期从事电力电子和工业自动化产品设计、开发和企业管理。1999～2002年加盟艾默生网络能源(原华为电气)有限公司，

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