钣金件标准化工作的探讨

2021-12-25廖小文武汉光谷机电科技有限公司

钣金与制作 2021年12期

关键词：钣金机柜型钢

文／廖小文·武汉光谷机电科技有限公司

标准化是指对产品（或零件）的类型、性能、规格、质量、所用原材料、工艺装备和检验方法等规定统一标准，并使之贯彻实施，以获得较好的社会效益的过程。

标准化案例

现以我们身边的手机充电接口、台式计算机扩展槽接口以及型钢机柜的型钢案例进行说明。

手机充电接口的发展历史

我们很多人可能有印象，在2018年前买的手机，新旧手机的充电线大多不能互用，而在2018年后，国内品牌的手机充电线基本可以互用了，这为有多个手机的用户带来了方便，即只要带一根手机充电线，就可以对多个手机进行充电。

如图1所示，最早期手机充电器接口为圆形接口，类似八九十年代的收音机上电源口，由于是圆形接口，插入是没有方向的，不用担心插错方向，但是容易出现松动，接触不可靠。此外，这种接口只能用来充电，不能传输文件，如果要传输文件，还需单独增加一个数据接口。

图1 圆形接口

进入2000年，手机上先后开始采用Mini USB（图2）和Micro USB（图3）接口，这两种接口既可以充电，又可以与计算机的USB口连接，可以用来传输数据。这种接口体积小巧，防误插性能好，但是存在一个缺点：只能一个方向插入，不能双向插入。

图2 Mini USB

图3 Micro USB

大概在2015年，Type-C接口（图4）出现，该接口为对称接口，可以正反插，插入时不用对准方向。在2018年，Type-C接口开始在国内品牌手机上使用。

图4 Type-C接口

但是苹果公司是个例外，它没有使用Type-C接口，而是使用苹果公司自己的Lightning接口，如图5所示。

图5 Lightning接口

尽管如此，Type-C接口还是得到了手机行业内多数企业（安卓系手机）的认可和应用，这也符合标准化组织的初衷。

从上面可以看出，通过统一手机的充电接口标准，可以减少手机充电线的浪费，有利于实现循环经济；从经济学角度来讲，标准化有利于社会生产的分工，有利于提高社会生产率及整个社会的福利；从企业角度来讲，标准化便于企业的生产组织，从而提高企业的生产效率，降低产品的生产成本。

手机充电和数据接口的发展历史也反映了USB接口标准的发展历史，而USB接口标准是由USB实施者论坛（USB-IF）组织制定的。

计算机扩展卡接口发展历史及其钣金件面板

大多数人都接触过台式计算机，其后部一般留有3～7个扩展槽位，这些扩展槽位用于插入各种扩展卡（简称插卡），如图6所示。

图6 插卡

扩展槽是主板上用于固定插卡并将其连接到系统总线上的插槽，其用于加强电脑的某些功能。在1990年至2000年生产的台式计算机有各种插卡接口，如PCI、ISA、AGP、CNR、AMR、ACR等插卡接口。这些插卡接口都是基于当时的计算机核心芯片—32位CPU设计的，其中ISA、AGP、CNR、AMR、ACR等插槽接口在当今生产的PC机上基本不用了，因为目前PC机的CPU是64位，并且目前芯片的集成度也增加了很多，原来需要通过扩展插卡来实现的很多功能已经直接集成在计算机主板上，而且这些芯片在主板上占用的面积也很少。因此，这些插槽接口就基本淘汰不用了。尽管目前PCI插槽接口还在使用，但是现在的PCI插槽的物理接口也不是原来的PCI插槽物理接口，因为随着CPU的更新换代，PCI的接口标准也进行了升级，其传输速率由原来的133MB/s 增加到目前的10GB/s以上，因此PCI插槽长度增加了。

尽管台式计算机扩展槽进行了更新换代，但是扩展卡上的钣金面板的外形和接口尺寸一般是标准的，不同的是面板上的用户接口孔，如图7所示。

图7 扩展卡

从手机充电器接口和计算机扩展槽接口可以看出，标准是根据产品的需求来制定的，是不断发展和完善的，标准的制定是需要一个标准化的组织来主导和组织的。标准的制定便于产品的接口统一，便于专业分工协作，便于互换，也符合循环经济的理念。

机柜用型钢：C型钢、九折型钢和十六折型钢

在电力机柜行业，20世纪70年代我国从欧洲引进了C型钢（图8），C型钢用于搭建电力机柜的承重骨架，是我国电力机柜行业使用的最早一款型钢，成为了电力行业的一款通用型钢，目前C型钢还在使用。

图8 C型钢

20世纪90年代，德国威图公司的九折型钢机柜传入中国，由于九折型钢（图9）刚性好、拼装方便，且由专业化的型钢厂大量生产，其成本相对便宜，成为了一款机柜用的通用型钢，目前该型钢还在电力、控制和通信等行业应用。

21世纪初，威图公司开发了十六折型钢（图10）。十六折型钢刚性好、尺寸紧凑、拼装方便，已成为新一代机柜的通用型钢。

图9 九折型钢

图10 十六折型钢

从我国机柜型钢的发展历史来看，C型钢、九折型钢和十六折型钢之所以成为行业机柜的通用型钢，主要是其符合该型钢开发期的经济技术要求，具有较好的刚性，便于生产和组装。型钢的标准化便于企业分工、协作，因此，其成本也相对较低。

19英寸机柜和插框的标准化发展历史

19英寸机柜（图11）和19英寸插框（图12）最早的标准是IEC60297-1（1986年）、IEC60297-2（1982年）和IEC60297-3（1984年），其分别规定了19英寸面板和机架的尺寸、19英寸机柜和机架结构的间距、19英寸插箱和相关插入单元（拉手条、PCB板、插卡连接器与母板连接器间的相对位置等）的尺寸。由于标准统一了19英寸机柜和19英寸插框间的接口尺寸，使得19英寸插框可装入19英寸机柜内；同时，标准也规定了19英寸插框和插入单元的尺寸，因此，满足标准要求的19英寸插入单元可插入满足标准要求的19英寸插框。这样，IEC60297标准的制定，便于产品的互插、互换和专业化分工（出现专业做机柜、插框和插卡等厂家）。20世纪八九十年代国外有多个跨国企业开发了标准的19英寸插框和机柜，目前国内也有企业在专业生产19英寸插框和19英寸机柜。

图11 19英寸机柜

图12 19英寸插框产品

随着时代的发展，新产品开发过程中出现了新的需求，IEC60297原有的标准也需要进行更新，以满足新产品开发的需求。这样，IEC60297标准就增加了新的内容，同时由于标准内容的增加，原有标准构架也重新进行了调整，使标准更具有系统性。目前这些标准也基本转化成了国家标准。

钣金企业的特点及钣金件标准化的目的和意义

现以某钣金企业为例，作为具有1亿左右规模的钣金制造企业，其产品、市场和生产特点如下：

⑴品种多：其物料品种多达1万多种，部分物料形似而神不似，差别不大但不能通用；

⑵钣金件多品种、小批量：钣金件数量从几件到几十件的订单的数量占总订单的38%；有时一个定单还未完工，同一零件的另一个订单又来了；

⑶订单金额低：40%多的订单金额从数十元到数百元；

⑷部分外形相似的特征不能通用同一模具，而需要开发新模具。

从上面可以看出，该钣金企业属于典型的吃百家饭、穿百家衣的企业，其在中大型钣金企业中具有一定的普遍性。正因该企业以上特点，企业领导人很重视钣金产品的标准化工作，特别关注通用物料（如标准件、行业通用件、钣金通用件）、钣金零件特征方面的标准化工作，希望能够通过持续对钣金件进行标准化方面的工作，能进一步减少物料的品种和规格，以降低生产、模具和仓储管理等费用，提高生产效率，增加企业的利润。

如何开展钣金件标准化工作

钣金行业协会

钣金行业协会对零件标准化进行宣传，希望在钣金企业内部形成标准化工作的意识。之后，钣金协会组织细分领域的企业进行交流，当这些企业对细分钣金产品（含零部件）标准化达成共识时，即可制定钣金产品行业标准（团体标准），当行业标准（团体标准）符合升为国家标准的规则时，可升为国家标准。具体流程见图13。

图13 标准化流程

钣金行业协会与其他行业协会或标委会

首先，钣金行业协会组织细分领域（如通信、电力、医疗等）的钣金企业进行交流，找到钣金件标准化需求点。由于要在细分领域进行钣金件的标准化工作，因此一定要对该领域的产品和结构有较深入的理解，才可能找到钣金件标准化的需求和切入点。然后，钣金行业协会组织细分行业领域企业或细分领域的标委会和钣金企业进行交流，达成制定钣金件行业标准共识，联合制定钣金件行业标准，符合条件时再制定国家标准。

图14 制定标准的流程

在哪些行业可以做钣金件的标准化工作

钣金协会可以尝试从以下行业进行钣金件的标准化工作：通信领域、电力和工控领域、激光领域、服务器领域、生物医疗领域等。下面就以19英寸机柜上挂柱和网孔门为例进行探讨。

19英寸机柜上的挂柱（插框安装竖梁）

19英寸机柜在通信、电力、自动化控制等领域广泛应用，其遵循GB/T 19520.16-2015（IEC60297-3-100）标准。19英寸机柜外形尺寸、内部插框（机箱）的安装接口尺寸是标准的，很多企业推出了系列化的19英寸机柜。机柜一般由机柜骨架、前后门板、左右侧板、顶底盖板和插框安装竖梁等组成。19英寸机柜按机柜骨架结构形式可分为九折型钢柜、铝型材柜、纯钣金机柜等，按机柜骨架拼装方式可分为焊接柜和组装柜。

对于相同结构形式的机柜，从理论上来讲，其挂柱（插框安装竖梁）是比较容易做成标准件的。但是由于生产厂家（设计者）的不同，尽管其结构类似、尺寸相近，但是还没有做成标准件，其主要原因是标准GB/T 19520.16-2015只对外形和接口尺寸提出了要求，而对机柜内部的结构和零件详细尺寸没有提详细的要求，这样每个设计者设计时有很多发挥的空间，因此不能保证详细零件的结构形状和尺寸一致。如果通过协会组织行业头部企业和该行业头部钣金制造企业对19英寸机柜标准进行更详细的统一，并形成了行业标准，那么19英寸挂柱（插框安装竖梁）就成为标准件了，这样就会有专门的企业对其生产（比如用滚压方式生产），其生产成本就可以降低，材料利用率也可以提高。

网孔门

另外一个案例就是网孔门的标准化工作。网孔门主要用于通风散热，同时又具有电磁兼容性能方面的作用。由于厂家的不同，门上网孔的形状、大小、间距和冲孔区域必定五花八门，这样就需要开发不同的网孔模具，增加模具成本，降低制造响应速度。同样，我们也可以从产品使用和性能等方面来统一规划门板上的网孔，形成标准。如果门板上的网孔标准化了，就会有专业的工厂从事网孔门板毛坯的加工，其生产成本就可以进一步降低。