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引言 假設(shè)您在熟悉的商店購買一臺(tái)新DVD播放機(jī)需要372元人民幣，而到10公里之外的另一家商店購買則可節(jié)省2.48元。節(jié)省的這點(diǎn)錢會(huì)影響您的決定嗎？就我個(gè)人而言，不會(huì)。我仍然會(huì)在原來的商店購買，多花2.48元也很樂意，因?yàn)槲夜?jié)省了汽油和時(shí)間。 現(xiàn)在，假設(shè)您計(jì)劃購買6250萬臺(tái)相同的DVD播放機(jī)。這2.48元將能夠?yàn)槟?jié)省1.55億元的天文數(shù)字，將會(huì)怎樣改變您的決策？ 以上故事當(dāng)然是虛構(gòu)的，只是為了說明一個(gè)道理。但是，如果您把這個(gè)故事講給一家中國電表制造商的CEO聽，他或她會(huì)立即意識(shí)到其中的意義。“盡量壓低成本。”我們大多數(shù)人都聽到過這樣的話，而對于從事電力公司電表設(shè)計(jì)生產(chǎn)的中國蘇州銀河龍芯科技有限公司(Galaxy)而言，這正是他們面臨的挑戰(zhàn)。現(xiàn)在，該公司每只電表可節(jié)省2.48元，每年可為國家供電公司節(jié)省1.55億元。接下來我將詳細(xì)介紹其案例，這將關(guān)系到創(chuàng)新、集成，也許更重要的是協(xié)作。 電表成本領(lǐng)域的“中國效應(yīng)” 中國擁有14億人口，是世界上人口最多的國家，所以截至目前中國的電表市場是世界上最大的市場。中國有一家(準(zhǔn)唯一)3國有供電公司，即中國國家電網(wǎng)公司，可以說是世界上最大的國有供電公司。國家電網(wǎng)的年收入接近1.86萬億人民幣(3000億美金)，2013年在全球財(cái)富500強(qiáng)企業(yè)中排名第7。4據(jù)我們估計(jì)，中國本地市場在2013年的電表生產(chǎn)量為600至650萬只(圖1)，在未來仍將以10%的速度增長。 圖1. 中國國家電網(wǎng)的電表。每只電表的典型售價(jià)低于124元人民幣(20美元)。 我在中國出差期間，多次被告知有超過200家中國企業(yè)在從事電表業(yè)務(wù)。這是真的嗎？這一問題就留給讀者考證吧，但是我能夠輕松列出30多家為國家電網(wǎng)生產(chǎn)電表的主要企業(yè)。 在這種競爭環(huán)境下，中國的電表制造商每天努力拼搏，以提供性能更高以及成本優(yōu)化更好的產(chǎn)品。這種情況下，壓縮每一分錢都毫無疑問意味著“大單”。 解決方案與創(chuàng)新共舞 蘇州銀河龍芯科技有限公司并不是電表領(lǐng)域的新手，非常了解國家電網(wǎng)的需求及技術(shù)規(guī)范。 2009年，國家電網(wǎng)頒布了電表規(guī)范，從機(jī)械式電表轉(zhuǎn)向固態(tài)電表，并制定了適用于整個(gè)國家的標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)其它絕大多數(shù)電表制造商僅僅依賴于機(jī)械式電表技術(shù)時(shí)，銀河龍芯公司從2003年起就已經(jīng)在北京地區(qū)著手新型電表設(shè)計(jì)，所以這次看到了成功的機(jī)遇。銀河龍芯公司的當(dāng)務(wù)之急是學(xué)習(xí)關(guān)于微控制器的技術(shù)，學(xué)習(xí)如何部署以及如何編程。 2010年，銀河龍芯公司推出一種新型固態(tài)電子電表，并經(jīng)過了中國國家電力科學(xué)研究院(CEPRI)的認(rèn)證，后者是一家研究機(jī)構(gòu)，也是國家電網(wǎng)的下屬單位6。CEPRI是唯一能夠?yàn)閲W(wǎng)招標(biāo)進(jìn)行電表認(rèn)證的單位。得益于出色的技術(shù)和經(jīng)過認(rèn)證的電表，銀河龍芯公司開始向所有的中國電表制造企業(yè)推銷其參考設(shè)計(jì)，并快速取得了成功。 中國的電表技術(shù)規(guī)范要求電表將計(jì)量與數(shù)據(jù)處理部分相隔離，這一強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)意味著該國的絕大多數(shù)電表均采用類似的架構(gòu)(圖2)。 圖2. 中國傳統(tǒng)電表方框圖。 從典型的國家設(shè)計(jì)，我們返回到銀河龍芯公司的1.55億人民幣問題：如何壓縮設(shè)備的材料清單(BOM)并且仍然符合國家要求呢？我相信大多數(shù)讀者的第一答案均指向微控制器或AFE。不錯(cuò)。不過請相信我，考慮到該市場的規(guī)模，在這一層次上再壓縮價(jià)格已經(jīng)沒有多少余地。 銀河龍芯公司與Maxim Integrated的工程師進(jìn)行了深入討論，然后我們開始研究其現(xiàn)有的電表架構(gòu)。我們得出結(jié)論，壓縮電表成本的唯一途徑是徹底改變整個(gè)電表的架構(gòu)。是時(shí)候采用創(chuàng)新和集成方案了。 節(jié)約成本的電表設(shè)計(jì) 銀河龍芯公司現(xiàn)在有一種新的電表參考設(shè)計(jì)。我們進(jìn)行了多項(xiàng)調(diào)整，但最重要的變化是采用了Maxim的高性能ZON M3電表(MAX71315)片上系統(tǒng)(SoC)和MAX710714隔離傳感器(圖3)。 圖3. 銀河龍芯電表方框圖，采用ZON M3電表SoC。 得益于高集成度ZON M3 SoC，銀河龍芯的新設(shè)計(jì)非常新穎，節(jié)約成本。銀河龍芯公司的新方案不要求電流變壓器(CT)或昂貴的銅母線。由低成本脈沖變壓器提供隔離，在ZON M3和MAX71071 ADC及71M6601隔離傳感器之間形成雙向數(shù)字通信鏈路。相對于之前的BOM，新設(shè)計(jì)削減了的成本超過了2.48元(表1)。 表1. 新電表設(shè)計(jì)相對于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)節(jié)省的成本 *注意，這里所說的“隔離變壓器”元件包括71M6601傳感器和MAX71071雙通道24位Δ-Σ ADC，帶有集成放大器和差分輸入、精密電壓基準(zhǔn)、溫度傳感器，以及電源電壓發(fā)生器，由ZON M3提供的電源脈沖供電。這種隔離設(shè)計(jì)可以防止篡改，提高可靠性。 僅此而已？ 至此，我們討論了即使很小的BOM成本節(jié)省也能為電表帶來巨大節(jié)約。很好，但銀河龍芯公司在縮減成本的同時(shí)還必須符合CEPRI規(guī)定的技術(shù)規(guī)范。所以，在與銀河龍芯公司合作期間，Maxim針對中國市場對ZON M3 SoC進(jìn)行了優(yōu)化。由于ZON M3本身已經(jīng)是一個(gè)很靈活的平臺(tái)，所以很容易根據(jù)中國CEPRI的要求進(jìn)行定制。 電表定時(shí)。CEPRI要求室溫及額定工作電壓下的定時(shí)精度變化必須小于0.5s/天。因此，電表的實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)是另一重要事項(xiàng)。ZON M3表計(jì)SoC集成帶有溫度補(bǔ)償?shù)腞TC，在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)的精度符合CEPRI規(guī)范要求。利用SoC集成的RTC，該方案減小了體積，當(dāng)然也節(jié)省BOM成本。 集成安全。ZON通過連接至嵌入式安全訪問(ESAM)模塊，確保電表安全。該模塊通過ISO7816協(xié)議連接。智能卡行業(yè)對該協(xié)議非常熟悉，可配合特定的UART工作。ZON集成兩個(gè)專用UART。 可靠的數(shù)據(jù)采集。為符合這一要求，ZON集成了紅外(IR)編碼器和解碼器，避免了從電表獲得測量數(shù)據(jù)通常所需的附加IR接收器模塊。 開關(guān)可靠性。CEPRI強(qiáng)制要求在電表上安裝兩個(gè)開關(guān)傳感器。機(jī)械式開關(guān)存在可靠性問題，要求將電表的外殼鉆孔。ZON具有兩個(gè)觸摸傳感器，代替已被淘汰的老式開關(guān)傳感器，改善了用戶體驗(yàn)。 協(xié)作+集成=高性能+成本壓縮 銀河龍芯公司已經(jīng)完成了基于ZON M3的參考設(shè)計(jì)，將在2014年中期向中國的電表制造商推銷其設(shè)計(jì)。 該項(xiàng)目證明，對于像Maxim這樣的主要半導(dǎo)體公司，為理解市場以及優(yōu)化產(chǎn)品指標(biāo)，與當(dāng)?shù)毓就f(xié)作是至關(guān)重要的。我非常榮幸能夠參與創(chuàng)新并見證我們一起如何改變中國電表市場格局。畢竟，在人的一生中沒有多少機(jī)會(huì)能夠節(jié)省1.55億元人民幣。 |
