“一个产品从无到有，从脑中的想法成为真实的存在，需要什么？如果这个产品要做到颠覆过去，又需要什么？《创新者的窘境》作者克莱顿.克里斯坦森曾说过：传统的思想方式聚焦于过去，而正确的思维方式则应聚焦于未来。
作为广泛应用于各类配电、用电场合，以电动机等各类电力负载为控制和保护对象的电动机控制与保护类产品，20世纪初便已存在，无论是从产品形态、内部构造，还是用户的使用习惯来看，貌似都已形成了一种固定不变的模式，创新似乎也仅仅停留在对现有功能或性能升级的层面。
虽然能够满足大部分当下需求，但随着时代的发展，以及各行各业的转型升级，新的竞争格局、应用场景、行业标准等层出不穷，使得需求正在一点一点发生变化，并逐步加速。像很多事情一样，在没有准备的时候，一旦这种积累打破“临界值”，局面往往会变得非常被动。
作为生产该类产品的“鼻祖”，施耐德电气在这一领域造就了多项全球第一，包括第一台接触器、第一台电动机起动器、第一台一体式电动机起动器等的生产，其中，拥有超过100年历史TeSys系列，无论是市场认可度还是占有率，均遥遥领先。但这些都没有让施耐德电气放慢创新的脚步，并从很早就开始构思如何破除这类产品的“刻板印象”，可以说近日正式下线并交付的全新TeSys Giga电动机启动与保护产品，正是对“定义未来”的研发思维的最佳诠释。
10年与3年，凝聚全球与本地研发力量超越“不可能“
创新源于需求，是工业类产品研发的黄金准则之一。TeSys系列在全球数以亿计的装机量，让施耐德电气得以持续不断地收集到来自全球各地用户对产品使用的反馈与意见，这也为TeSys Giga新产品的需求调研创造了绝佳的条件。
TeSys Giga产品最初概念的提出可以追溯到10年前，当时调研的客户群体集中在欧美和日本市场，经过大量的走访，各个地区用户提出的需求不尽相同，其中也包括了对不同标准的合规要求，比如美国和日本等国家客户更多要遵循UL标准，而欧洲、亚洲其他国家的客户则更多以IEC标准为指导，虽然两种权威标准也在不断趋同，但在一些细微之处还是有所区别，因而对于单一产品设计要同时符合两个标准的最高等级来说，难度非常之大。
为了取得突破，施耐德电气集结了法国、美国、中国研发团队的力量，以加速产品的落地。其中，中国研发团队于2018年5月，正式加入到TeSys Giga的开发之中，并肩负起整个系列中包括接触器本体三个框架等级，共计10个电流等级产品，以及配合使用的电子式过载继电器部分的设计开发工作，而3年的期限则让这项沉甸甸的任务更加艰巨。
对于这一点，TeSys Giga系列接触器及电子式过载继电器研发组长田海峰及陈加敏也表示：“无论从产品架构，还是前期的一些实验结果来看，这个系列的研发挑战非常大，我们需要重新组建一支团队，搭建一个新的平台，做出完全不同的产品，其中的不确定性非常多。”
就是在这种没有更多可供参考的经验，人员和时间都相对紧张的情况下，中国研发设计团队带着用户和施耐德电气全体的期待，开启了这一次看似不可能完成的创新之旅。
精益求精，将简化设计“进行到底“
逆风而行，中国团队着眼于国内市场，对国内超过100位客户进行了走访，收集到更多来自于本地用户的声音，同时结合欧美及亚洲客户的需求汇总，发现很多需求都集中在以下方面——更小的尺寸、质量更好和适配性更好的线圈、更简单的替换选型安装、更少的库存、更全面更精准的保护、更好的防尘性可靠性、更节能的表现等。
经过总结与分析，团队将“简化”作为这次产品开发的核心诉求，并提出要通过设计达到保证性能的目标。为此，精益求精不但成为了团队中每个人的“执念”，也从始至终贯穿于整个开发过程的每一个细节之中。
沿着这一思路，针对TeSys Giga系列两大组成部分——接触器本体和电子式过载继电器，研发团队分别交出了一份让人满意的“答卷”。
一、接触器本体部分
接触器本体部分的开发架构被设置为矩阵型的组织结构，主要包括驱动、机械、分断三个单元，设计团队也依此“兵分三路”，分别针对一个单元，全权负责不同框架等级的开发工作，以确保每个等级在不同单元设计的架构和原理保持一致。
驱动单元：加入“智能大脑、电子线圈“
在驱动单元的开发中，针对电路板和线圈两部分的创新设计，可以说倾注了团队的大量心血，因而也让接触器本体在自诊断、智能化和低功耗等多个方面具备极强的表现。
基于简化的设计思路，设计团队为TeSys Giga系列的电路板内嵌入了MCU，就像电脑的CPU一样，这个智能化“大脑”的加入，让产品获得了独有的“内置自诊断“功能。与传统电路板利用电阻电容和芯片的组合进行简单逻辑判断不同，加入MCU后，TeSys Giga不但能够将接收到的电流、电压等离散的数据进行数字化，还能够自行进行仿真计算，与正常、理想的曲线做对比，一旦发生偏离，就会发出报警信号，并告知相关人员故障的类型，全自动地完成故障预警与诊断两项工作，极大简化了运维人员对故障判断和处理的时间与操作。不仅如此，这个智能化的大脑还可以进行升级和扩展，未来根据用户需求的增多，通过写入新的程序，来实现包括更高等级的通讯，乃至接入云端的功能。
针对线圈的设计部分，施耐德电气将传统线圈升级为宽电压电子线圈，这种变化带来了两方面的好处，型号的减少和能耗的降低。首先，由于应用场景的电压环境不同，接触器也需要相应对线圈进行适配，这让用户在安装、选型、调试等方面需要花费更长的时间和精力，同时过多的产品库存也使不同客户面对很大的成本压力。TeSys Giga系列的宽电压电子线圈设计一次性解决了这些问题，通过将原来1000多种型号选择，大幅缩减至20多种，既省去了不必要的备品备件成本，也让单个接触器能够适用于更宽的电压范围，不但方便安装和生产，也让设计和调试变得更加简单。此外，电子线圈与MCU的结合，还能降低接触器启动时的功耗，同时也让’待机‘状态下的功耗能够智能化的调节，从而减少不必要的耗能，实现更大程度的节能。
机械单元：“极限减宽“
从接触器的结构来说，不同电流等级需要产品具有不同宽度，但是从工业化生产和实际应用来看，这种做法显然过于复杂和繁琐。接触器本体机械设计的重点攻关课题就是要做到不同框架等级产品的体积保持一致，并尽可能地缩小宽度。
从小电流到大电流，施耐德电气将这一系列按结构段分成三类，即185A到225A，265A到500A，以及630A到800A。经过反复的实验，最终产品与同类其他产品相比，体积均实现了不同程度的缩小，以265A到500A这一结构段为例，宽度大幅缩小了40%之多。除此之外，这样做的另一个目的，是为了保证接触器与上级包括塑壳断路器、空气断路器等保护元件在宽度、器间距等方面保持一致，不但能够实现直铜排连接，简化安装，还让用户在布局整个系统时，免去了特殊扩展排的处理，变得更加容易和省时。
分断单元：模块化设计，让一切复杂、风险“化为无形“
分断单元作为接触器内实现灭弧等保护作用的重要组成部分，对产品保持长久的正常运转非常重要。而在这一部分的创新，也成就了TeSys Giga系列接触器本体的最大亮点，即实现了分断单元的模块化。
传统的分段单元是一体式的，需要手动安装不同的组件，比如一个灭弧室里有六个静触头、三个动触头，都需要以流水线方式一个一个插接，之后再用螺丝固定、安装弹簧压片等，而且用户在后期维修的时候也需要同样的操作，非常复杂而且耗时耗力。TeSys Giga系列分断单元的模块化设计则是将所有这些组件“打包“成一个整体，彻底颠覆了过去的情况，不但提高了产品生产的效率，后续产品的研发效率，还让产品具有更好的密闭性，能够将内部的电弧、大电流、小电流等控制在一个封闭空间内，并隔绝外界的粉尘等污染，从而更好地保证产品性能，抵御更恶劣的环境，延长产品寿命。另外一点，这种设计将让客户的维护性更换变得非常简单，省掉了过去一系列复杂的操作和验证，让整个操作就像”子弹摁进弹夹“，即使是没有受过专业培训的人员，也能够轻松、快速地完成。
二、电子式过载继电器部分
在这一部分，产品开发除了要满足标准、用户和系统的需求，项目本身还提出了“更多的功能、更好的性能、更低的成本”的诉求，因而团队从包括软件、电子、机械等架构单元着手，最终在使用效果与投入成本这两者间达到了“绝佳”的平衡。
软件架构：“解耦、沿用、交互”
对于电子式过载继电器来说，软件架构在很大程度上决定着产品在发挥保护和控制功能方面的灵活性，这对于电机的持续安全可靠运行来说极为重要。在时间和成本限制下，团队在三个方面进行优化，从而达到了理想的效果。
首先，通过将不同功能进行模块化和解耦，尽可能地弱化或切断各功能模块的关联性和依赖性，从而保证在开发过程中如果遇到某一模块需要修改或重写代码，其他模块不会受到影响，也就是说只要确保每个独立模块的功能完善，就可以保证整体的质量；第二，在某些固有功能的开发上，团队与美国研发中心进行了密切沟通，把一些已有代码进行编辑或优化，这样不但节省了完全重新编程的时间，在功能可靠性方面也得到了更好的保障；第三，考虑到成本和新产品更小的体积，团队将一些原本需要利用独立MCU进行控制的功能进行了“嫁接”，通过引入TTA schedule模块，发挥协调器作用，利用一个MCU根据实际情况，更智能地处理例如功能或非功能安全类似的二元对立情况，这样不仅节省了元器件成本，同样也节省了内部的通信成本。
电子架构：对传统设计的彻底颠覆
继电器内部的电子架构对于确保产品在各种苛刻环境下保持正常的工作非常重要，而传统的架构设计一方面成本较高，另一方面也需要更大的空间，而且在保护类型的全面性和精度上也已经难以满足越来越高的用户需求。对此，研发团队这一次则利用创新和简化的设计，彻底实现了对传统的颠覆。
为了能够更好地支持这些额外的高精度保护功能，在电子架构方案设计方面，团队摒弃了传统的设计方式，研发了全新的电子架构平台作为各个保护和控制功能的载体，从而更好地对马达实现全方位的保护。与前代产品相比，一方面在热过载保护的基础上，增加了相不平衡保护及接地故障保护功能，让对马达的防护更加完善；另一方面，针对前代产品额定电流设置分辨率较低是客户的一大痛点，同时检测电流精度以及保护精度有所局限，难以满足用户如今精细化需求等问题，团队不仅将过去10位旋钮升级为64位旋钮，同时通过高智能的图像识别系统定位打印区域，并采用超高精度的激光设备打印电流设定值，从而极大地提高了设置精度，还创新设计“表计级”高精度测量电路方案，通过新一代高可靠性，高精度及高灵敏度算法，极大增强了产品测量和保护的精确度和灵敏度，进一步降低了故障风险。
与此同时，TeSys Giga系列的适用范围涵盖了很多大电流、高电压场景，而最初产品的隔离保护一旦应用于超过500V的环境，稳定性和安全性将无法高度保证，对此，在成本限制下，团队摒弃了常规采用板级的设计，转而重新设计出一个带有绝缘功能的保护内壳，去弥补电器绝缘不够的问题，同时将成本大幅压缩，且不会对整体的体积造成影响；针对产品的生产测试以及未来潜在的维护升级的通信需求，团队同样放弃了侧部通信电路以及接口的传统设计思路，而是创新性地在板子上特定区域合理排布串行通信连接点，结合对标签小盖板窗口的创新，合理利用开孔区域配合测试针来实现通信，这样不但不影响用户的使用，且更加便捷、节省空间。
机械架构：以“直连“方式带来更好的连接稳定性
在机械架构部分，重点考量角度离不开便捷性和可靠性。从这一点出发，团队设计出的创新架构能够实现“一机两用”，既支持全新的直连安装方式，又支持弹性的分离式安装，不但能够与接触器本体实现”完美“连接，也让所有控制与保护功能得以更加稳定的实现。
针对这一部分的研发，中国团队与全球研发团队进行了反复的交流与方案推敲，在一个多月时间里，经过多版方案的推翻，最终得到了让所有人满意的答案。为了保障继电器能与上方的接触器连接的更加牢靠，团队设计了“公头、母头“的方式，即把继电器顶端的灰色隔板适配器去掉以后壳体连接处由母头切换为公头，可以直接插入设置在接触器底端的母头，两者连接就像”钥匙插进锁眼“，不但方便，两者之间的缝隙也非常小，连接强度很高，比传统产品的连接方式更加可靠和稳定，而且能够更好地抵御振动或冲击。通过这样的设计，不但能够更好地保障产品性能，也进一步降低了大约20%的产品制造成本。
创新无止境 保障全方位
两大组成部分核心环节的精心设计，还不是TeSys Giga创新的全部，为了在充分保障产品及电机等控制对象的安全可靠，并进一步简化用户从设计、安装，到调试、运维等操作，提高效率，研发团队还为TeSys Giga系列设计了更多创新、灵活的功能。
以往在接触器更换或维修过程中，往往需要拆掉接触器上下的铜排，客户要花费一天，甚至更长的时间进行相关操作，不但效率低，而且也会影响到业务的正常运转。针对这一情况，研发团队为TeSys Giga系列提供了延伸接线端子的方案，利用这种冗余的设计，客户在需要维护的时候，在不拆卸铜排和电缆的情况下，就能够实现接触器核心部分的更换，如果仅更换内部的分断单元，可以将原来一小时的用时大幅缩短至5分钟，极大提升了效率，有效减少了宕机时间。
除此之外，TeSys Giga系列全部产品均自带二维码标识，用户可轻松查看产品出厂信息、配件型号、产品文档、安装调试视频，搭配施耐德电气千里眼运维专家还可帮助客户更好的维护资产。
100T+数据及1000+台样机 “钢铁团队“造就重磅产品
与很多产品的研发不同，TeSys Giga系列可以说是对传统的一次“彻底颠覆“，因而整个产品的研发量级非常之大，施耐德电气中国研发团队也为此付出了极大的努力。
在这个项目中，共有超过100位研发人员参与其中，其中有超过五分之一是“爱迪生专家“，他们正是代表着施耐德电气研发的最高水准。要知道，在中国目前一共仅有79位“爱迪生专家”，而施耐德电气上海研发中心上千人的团队，每年仅有不超过10位能获此殊荣。
而这100余人的团队所完成的项目体量也可谓极其庞大，而且时间非常紧迫。为了能够更快、更早地收集到客户对新产品的反馈，团队自行设计并制造模具，利用软模的方式生产零件，在第一批样品面世后，团队针对产品高寿命的需求，利用加速实验的方法，对样品进行百万级的开合测试。而在用户拿到产品并试用后，会反馈很多修改意见，在分析和调整后，团队会重新进行制作、验证等环节，而且这些操作是反复多次的。
正是这样一群专业、敬业的研发人，倾其所有造就了颠覆过去、定义未来的TeSys Giga系列电动机控制与保护产品，并以一种前所未有的“极简“方式，满足各类型客户复杂的需求。
