運(yùn)用FMEA和FTA方法分析電器附件產(chǎn)品質(zhì)量安全影響因子

機(jī)械工業(yè)北京電工技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所 劉亞麗 郭麗平

一、前言

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，人民生活水平日益提高，電能成了人們?nèi)粘Ｉ睢⒐ぷ鞑豢扇鄙俚哪茉矗娔艿膽?yīng)用無(wú)處不在。電器附件產(chǎn)品，作為安全取電的連接器件，成為現(xiàn)代家庭生活、現(xiàn)代辦公自動(dòng)化必不可少的電器產(chǎn)品。最常用的電器附件產(chǎn)品包括插頭、插座、開(kāi)關(guān)、轉(zhuǎn)換器等。

電器附件產(chǎn)品量大面廣，是人們?nèi)粘Ｉ铑l繁接觸的消費(fèi)品，一旦產(chǎn)品出現(xiàn)質(zhì)量安全問(wèn)題，將引發(fā)火災(zāi)、觸電等傷害事件。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2006年國(guó)內(nèi)共發(fā)生火災(zāi)235941起，其中電氣火災(zāi)31380起，居各類(lèi)火災(zāi)原因的首位[1]。而電器附件產(chǎn)品中插頭插座的接觸不良、插頭插拔力不夠、絕緣材料的耐燃性等是造成火災(zāi)事故不可忽略的因素。因此，電器附件產(chǎn)品的質(zhì)量安全應(yīng)得到全社會(huì)的廣泛關(guān)注。

研究電器附件產(chǎn)品質(zhì)量安全是“十一五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題《消費(fèi)品質(zhì)量安全影響因子研究及標(biāo)準(zhǔn)研制》(任務(wù)編號(hào)：2006BAK04A23)的任務(wù)之一，主要研究電器附件產(chǎn)品質(zhì)量安全影響因子的提取、分類(lèi)、運(yùn)用、FMEA和FTA方法分析質(zhì)量安全影響因子，提出電器附件產(chǎn)品質(zhì)量安全影響因子的控制方法。

二、電器附件質(zhì)量安全影響因子

1、電器附件質(zhì)量安全影響因子的定義

電器附件質(zhì)量安全影響因子是指電器附件產(chǎn)品在生產(chǎn)、使用和廢棄過(guò)程中在預(yù)期使用和可合理預(yù)料到的誤用情況下，可能對(duì)人體安全、公眾安全和生態(tài)安全產(chǎn)生危害(或潛在危害)的固有因素。

2、電器附件質(zhì)量安全影響因子的分類(lèi)

按照質(zhì)量安全影響因子的特征，其包括物理因子、化學(xué)因子、生物因子三類(lèi)。物理因子是指由于產(chǎn)品物理屬性引發(fā)不安全行為的因素。化學(xué)因子是由于產(chǎn)品的化學(xué)屬性引發(fā)不安全行為的因素。生物因子是與生態(tài)環(huán)境和生物有關(guān)的不安全行為的因素。

電器附件產(chǎn)品質(zhì)量安全影響因子有些是通過(guò)影響電氣性能、機(jī)械性能、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)等物理方面產(chǎn)生不安全行為，有些是因外界使用條件如環(huán)境潮濕、高溫、外殼防護(hù)缺失等方面影響產(chǎn)生不安全行為。經(jīng)調(diào)查研究，目前電器附件產(chǎn)品質(zhì)量安全影響因子包括物理因子和化學(xué)因子，主要包括的質(zhì)量安全影響因子見(jiàn)表1。

三、運(yùn)用FMEA和FTA分析電器附件質(zhì)量安全影響因子

項(xiàng)目開(kāi)展過(guò)程中，對(duì)電器附件行業(yè)的制造商、科研、標(biāo)準(zhǔn)、檢測(cè)部門(mén)的專(zhuān)家進(jìn)行了《電器附件安全因子調(diào)查》。整理調(diào)查問(wèn)卷得出：電器附件質(zhì)量安全影響因子已識(shí)別出22個(gè)，分別為標(biāo)志、尺寸要求、絕緣電阻、電氣強(qiáng)度、分?jǐn)嗳萘俊⑷蹟囿w替代、接地措施、結(jié)構(gòu)要求、溫升和耐熱、爬電距離電氣間隙、機(jī)械強(qiáng)度、軟纜及連接、載流部件及連接、插頭插拔力、端子和端頭、外殼提供防護(hù)和潮濕、抗無(wú)線(xiàn)電干擾、耐燃、六種有害物質(zhì)、鹵素、耐老化、防銹[2]。這22個(gè)因子被物理類(lèi)因子和化學(xué)類(lèi)因子所涵蓋，本文運(yùn)用FMEA對(duì)22個(gè)因子進(jìn)行失效模式與影響分析。

通過(guò)已發(fā)生案例和預(yù)警召回案例整理、專(zhuān)家調(diào)查方法，發(fā)現(xiàn)電器附件產(chǎn)品發(fā)生的傷害事件主要為：觸電、火災(zāi)、電器損壞。本文運(yùn)用FTA分析了傷害事件與質(zhì)量安全影響因子之間的關(guān)系。結(jié)合FMEA和FTA分析結(jié)論，得出關(guān)鍵質(zhì)量安全影響因子，并提出控制質(zhì)量安全影響因子導(dǎo)致故障出現(xiàn)的方法。

(一) 運(yùn)用FMEA分析電器附件質(zhì)量安全影響因子

故障模式影響與分析(failure modes and effects analysis)，簡(jiǎn)稱(chēng)FMEA方法。FMEA是分析系統(tǒng)中每一產(chǎn)品所有可能產(chǎn)生的故障模式及其對(duì)系統(tǒng)造成的所有可能影響，并按每一個(gè)故障模式的嚴(yán)重程度、發(fā)生頻率度及檢測(cè)難易程度予以分類(lèi)的一種歸納分析方法。在電器附件產(chǎn)品質(zhì)量安全影響因子的分析過(guò)程中，分析的對(duì)象為質(zhì)量安全影響因子。

1．FMEA分析的流程

根據(jù)電器附件產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)，設(shè)計(jì)FMEA表格。FMEA表格包含因子基本信息表、典型傷害情景和因子過(guò)程控制表。因子基本信息涵蓋因子名稱(chēng)、所屬部件、故障模式、產(chǎn)生階段和傷害類(lèi)型；典型傷害情景主要是描述因子產(chǎn)生的傷害事件的過(guò)程；因子過(guò)程控制表是基于電器附件產(chǎn)品的特點(diǎn)，從產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)輸、使用和廢棄階段即全生命周期角度設(shè)計(jì)，通過(guò)此表能夠查得因子故障模式產(chǎn)生的階段、控制措施及控制效果。FMEA表格涵蓋因子的所有信息，填寫(xiě)FMEA表格是電器附件產(chǎn)品質(zhì)量安全影響因子分析流程中關(guān)鍵的步驟之一。電器附件產(chǎn)品安全影響因子的FMEA分析流程為：

第一步，確定FMEA分析的對(duì)象。根據(jù)電器附件產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)功能特點(diǎn)，確定分析對(duì)象為電器附件產(chǎn)品的質(zhì)量安全影響因子；第二步，搜集整理資料，得出質(zhì)量安全影響因子的相關(guān)信息。整理預(yù)警召回案例和已發(fā)生案例信息、對(duì)比國(guó)內(nèi)國(guó)際電器附件產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)、整理專(zhuān)家調(diào)查問(wèn)卷，得出安全影響因子的基本信息、典型傷害情景、故障模式、發(fā)生頻率和傷害難易程度等信息；第三步，填寫(xiě)FMEA表格，整理數(shù)據(jù)，分析得出關(guān)鍵質(zhì)量安全影響因子。將質(zhì)量安全影響因子的相關(guān)信息填入FMEA表格，整理分析后得出電器附件產(chǎn)品的關(guān)鍵質(zhì)量安全影響因子。

表1 電器附件產(chǎn)品的質(zhì)量安全影響因子

2．FMEA分析的作用

a) 得出質(zhì)量安全影響因子產(chǎn)生的傷害嚴(yán)重程度。FMEA分析的重點(diǎn)是影響安全、嚴(yán)酷度高和出現(xiàn)概率大的系統(tǒng)性故障[3]。對(duì)于電器附件產(chǎn)品質(zhì)量安全影響因子的分析過(guò)程中，嚴(yán)酷度分為輕微(Ⅰ)、一般(Ⅱ)、嚴(yán)重(Ⅲ)和非常嚴(yán)重(Ⅳ)四級(jí)。通過(guò)FMEA能夠得出安全影響因子產(chǎn)生的傷害事件的嚴(yán)重程度。嚴(yán)酷度是安全影響因子風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的關(guān)鍵基礎(chǔ)信息之一；b) 得出質(zhì)量安全影響因子導(dǎo)致故障模式產(chǎn)生的階段。通過(guò)FMEA能夠得出安全影響因子導(dǎo)致不安全事件出現(xiàn)于全生命周期的哪一階段，例如防觸電保護(hù)因子產(chǎn)生于設(shè)計(jì)階段和使用階段；c) 得出FMEA與產(chǎn)品性能設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)進(jìn)行的思想。FMEA要與電器附件產(chǎn)品性能設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)同步進(jìn)行，邊設(shè)計(jì)邊分析，不僅在編寫(xiě)FMEA報(bào)告時(shí)分析，在考慮產(chǎn)品性能設(shè)計(jì)時(shí)頭腦中要有一張F(tuán)MEA表格，改變?cè)O(shè)計(jì)或細(xì)化設(shè)計(jì)時(shí)每前進(jìn)一步都要考慮可能出現(xiàn)的安全影響因子故障模式，并設(shè)法避免或減少，把質(zhì)量安全影響因子導(dǎo)致的隱患消滅在設(shè)計(jì)階段早期。

3．FMEA分析的結(jié)論

利用FMEA分析電器附件產(chǎn)品的防觸電保護(hù)、耐熱性、標(biāo)志、尺寸要求、耐燃性、電氣強(qiáng)度、分?jǐn)嗳萘俊⒎冷P和插頭插拔力等22個(gè)質(zhì)量安全影響因子，分析得出結(jié)論為：a) 電器附件產(chǎn)品質(zhì)量安全影響因子容易導(dǎo)致火災(zāi)、觸電和電器損壞三類(lèi)傷害事件，其中火災(zāi)事件是最為容易引發(fā)的傷害事件；b) 故障模式發(fā)生的概率以防觸電保護(hù)、耐熱性、耐燃性、電氣強(qiáng)度、分?jǐn)嗳萘亢筒孱^插拔力六種質(zhì)量安全影響因子居高；c) 電器附件產(chǎn)品質(zhì)量安全影響因子嚴(yán)酷度級(jí)別為嚴(yán)重的有電氣強(qiáng)度、接地措施、外殼提供的防護(hù)、插頭插拔力。

(二) 運(yùn)用FTA分析電器附件質(zhì)量安全影響因子

故障樹(shù)分析法(fault tree analysis)，簡(jiǎn)稱(chēng)FTA方法。FTA方法是美國(guó)貝爾電報(bào)公司的電話(huà)實(shí)驗(yàn)室于1962年開(kāi)發(fā)的，它采用邏輯的方法，形象地進(jìn)行危險(xiǎn)的分析工作，特點(diǎn)是直觀、明了，思路清晰，邏輯性強(qiáng)，可以定性分析，也可以定量分析。它是安全系統(tǒng)工程的主要分析方法之一。本文利用FTA定性地分析電器附件產(chǎn)品質(zhì)量安全影響因子與其造成的傷害事件之間的聯(lián)系。

1．FTA分析流程

利用FTA分析電器附件產(chǎn)品質(zhì)量安全影響因子的流程為:

第一步，不安全事件的確定。通過(guò)已發(fā)生案例、預(yù)警召回案例和質(zhì)量抽查信息得出電器附件產(chǎn)品主要的不安全事件為火災(zāi)、觸電和電器損壞；第二步，不安全事件涉及的質(zhì)量安全影響因子的統(tǒng)計(jì)。通過(guò)整理已發(fā)生案例、預(yù)警召回案例和質(zhì)量抽查信息，歸納統(tǒng)計(jì)導(dǎo)致火災(zāi)、觸電和電器損壞事件的質(zhì)量安全影響因子；第三步，故障樹(shù)的繪制。將不安全事件作為頂事件，導(dǎo)致不安全事件發(fā)生的人的因素、物的因素和環(huán)境因素作為中間事件，質(zhì)量安全影響因子作為底事件，頂事件、中間事件和底事件之間用邏輯符號(hào)連接，邏輯符號(hào)可為“與”門(mén)和“或”門(mén)，利用故障樹(shù)分析軟件繪制故障樹(shù)。

2．FTA分析的作用

利用FTA定性地分析，可以直觀明了地得出傷害事件與質(zhì)量安全因子之間的關(guān)系，能夠找出導(dǎo)致傷害事件發(fā)生的因子與因子的組合；發(fā)現(xiàn)潛在的質(zhì)量安全影響因子；改進(jìn)電器附件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造；為電器附件產(chǎn)品的安裝、使用提供參考。

3．FTA分析的結(jié)論

利用FTA分析了觸電、火災(zāi)和電器損壞三類(lèi)傷害事件得出結(jié)論：

a) 導(dǎo)致傷害事件發(fā)生的間接事件。導(dǎo)致觸電事件發(fā)生的間接事件：消費(fèi)者錯(cuò)誤地使用電器附件產(chǎn)品，例如安裝時(shí)將火地線(xiàn)反接，這屬于人的因素；直接接觸和短路是造成觸電事件的另外兩個(gè)間接事件，這是電器附件產(chǎn)品性能低劣造成的，屬于物的因素。導(dǎo)致火災(zāi)事件發(fā)生的間接事件：高溫，即由于電器附件產(chǎn)品的導(dǎo)線(xiàn)問(wèn)題、端子問(wèn)題和虛接造成的產(chǎn)品高溫變形進(jìn)而引起的高溫，這是電器附件產(chǎn)品本身的質(zhì)量問(wèn)題，屬于物的因素。導(dǎo)致電器損壞事件發(fā)生的間接事件：發(fā)熱，可能是消費(fèi)者過(guò)負(fù)荷使用造成發(fā)熱，這是消費(fèi)者錯(cuò)誤使用電器附件產(chǎn)品，屬于人的因素。也可能是短路造成發(fā)熱，這是電器附件產(chǎn)品本身的質(zhì)量問(wèn)題，屬于物的因素。b)導(dǎo)致傷害事件發(fā)生的底事件。導(dǎo)致觸電事件發(fā)生的底事件：防觸電保護(hù)失效；管殼材料的機(jī)械強(qiáng)度過(guò)低、抗高低溫性能差導(dǎo)致的管殼破裂；絕緣材料的電阻率高、耐熱高溫性能、耐老化性差導(dǎo)致的高溫變形；電器附件產(chǎn)品的爬電距離小、電氣間隙小、電痕化指數(shù)低造成的直接短路。導(dǎo)致火災(zāi)事件發(fā)生的底事件：包含有絕緣材料的耐熱性差、耐阻燃性差、耐老化差、電氣強(qiáng)度過(guò)低、爬電距離小等。導(dǎo)致電器損壞事件發(fā)生的底事件：包含有電器附件產(chǎn)品的抗無(wú)線(xiàn)電干擾差引起的電器損壞和絕緣材料耐熱性、耐高溫性能差等。

(三) 運(yùn)用FMEA和FTA綜合分析得出關(guān)鍵質(zhì)量安全影響因子

運(yùn)用FMEA和FTA綜合分析，結(jié)合前期的調(diào)查分析得出電器附件質(zhì)量安全關(guān)鍵影響因子及排序?yàn)椋簻厣湍蜔帷⒎烙|電保護(hù)、耐燃性、電氣強(qiáng)度和分?jǐn)嗳萘课鍌€(gè)因子。

四、電器附件質(zhì)量安全影響因子的控制方法

電器附件質(zhì)量安全影響因子對(duì)電器附件產(chǎn)品質(zhì)量安全有很大的影響性，要從產(chǎn)品實(shí)際的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、使用和廢棄等階段全方面掌握質(zhì)量安全影響因子產(chǎn)生于產(chǎn)品全生命周期的哪一階段，識(shí)別造成質(zhì)量安全影響因子產(chǎn)生的原因，根據(jù)原因提出合理有效的控制方法。尤其要重點(diǎn)關(guān)注對(duì)電器附件質(zhì)量安全起重大影響作用的關(guān)鍵影響因子。根據(jù)溫升和耐熱、防觸電保護(hù)、耐燃性、電氣強(qiáng)度和分?jǐn)嗳萘课鍌€(gè)關(guān)鍵質(zhì)量影響因子產(chǎn)生的原因提出建議的控制方法：

1．溫升和耐熱關(guān)鍵影響因子

根據(jù)調(diào)查研究顯示，溫升和耐熱質(zhì)量安全因子產(chǎn)生于設(shè)計(jì)階段和使用階段。建議的控制方法是在設(shè)計(jì)階段，選擇的絕緣和護(hù)套材料應(yīng)滿(mǎn)足耐熱性要求，利用耐熱性試驗(yàn)檢驗(yàn)；在使用階段，正確選擇電器附件產(chǎn)品型號(hào)。

2．防觸電保護(hù)關(guān)鍵影響因子

根據(jù)調(diào)查研究顯示，防觸電保護(hù)因子產(chǎn)生于設(shè)計(jì)階段和使用階段。建議的控制方法是在設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)的防觸電保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)和尺寸應(yīng)合理；在使用階段，應(yīng)注意不宜在潮濕環(huán)境中使用。

3．耐燃性關(guān)鍵影響因子

根據(jù)調(diào)查研究顯示，耐燃性因子產(chǎn)生于設(shè)計(jì)階段和使用階段。建議的控制方法是在設(shè)計(jì)階段，選擇的絕緣和護(hù)套材料滿(mǎn)足耐燃性要求，利用灼熱絲試驗(yàn)檢驗(yàn)；在使用階段，不易長(zhǎng)期使用電器附件產(chǎn)品，超出使用期限，應(yīng)及時(shí)更換產(chǎn)品。

4．電氣強(qiáng)度關(guān)鍵影響因子

根據(jù)調(diào)查研究顯示，電氣強(qiáng)度因子產(chǎn)生于設(shè)計(jì)階段和生產(chǎn)階段。建議的控制方法是在設(shè)計(jì)階段，選擇的絕緣材料電氣強(qiáng)度、電氣間隙和爬電距離滿(mǎn)足性能要求，利用耐壓試驗(yàn)檢驗(yàn)；在使用階段，不宜長(zhǎng)期使用電器附件產(chǎn)品，當(dāng)電器附件產(chǎn)品出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，如絕緣破損、管殼破裂，應(yīng)及時(shí)更換電器附件產(chǎn)品。使用環(huán)境中不宜潮濕且不應(yīng)含有粉塵和微生物。

5．分?jǐn)嗳萘筷P(guān)鍵影響因子

根據(jù)調(diào)查研究顯示，分?jǐn)嗳萘恳蜃赢a(chǎn)生于設(shè)計(jì)階段。建議的控制方法是在設(shè)計(jì)階段，選擇的材料應(yīng)滿(mǎn)足性能要求，插銷(xiāo)與插套的尺寸配合應(yīng)合理，利用化學(xué)分析和分?jǐn)嗄芰υ囼?yàn)檢驗(yàn)。

五、結(jié)語(yǔ)

消費(fèi)品質(zhì)量安全問(wèn)題是關(guān)系到民生的大事情，作為消費(fèi)品的電器附件產(chǎn)品，是與人們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān)的量大面廣的產(chǎn)品，其質(zhì)量安全不容忽視。電器附件產(chǎn)品質(zhì)量安全影響因子產(chǎn)生于產(chǎn)品全生命周期的各個(gè)階段，如何控制質(zhì)量安全影響因子是提高產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素。一是加快電器附件產(chǎn)品質(zhì)量安全標(biāo)準(zhǔn)制定和修訂。針對(duì)電器附件產(chǎn)品質(zhì)量安全影響因子的產(chǎn)生原因，制定和修訂產(chǎn)品質(zhì)量安全標(biāo)準(zhǔn)；二是加大消費(fèi)者質(zhì)量安全意識(shí)的宣貫工作力度。電器附件產(chǎn)品產(chǎn)生質(zhì)量安全問(wèn)題，其原因有消費(fèi)者未按照產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)正確使用電器附件產(chǎn)品，或者是使用不當(dāng)。例如，在潮濕環(huán)境中使用插座、過(guò)負(fù)荷使用插座、周?chē)h(huán)境中存在可燃物等，因此加大消費(fèi)者質(zhì)量安全意識(shí)的宣貫工作力度也尤為重要。

運(yùn)用FMEA和FTA方法綜合分析電器附件產(chǎn)品質(zhì)量安全影響因子，針對(duì)不同質(zhì)量安全影響因子提出合理有效的控制方法，同時(shí)加大電器附件產(chǎn)品質(zhì)量安全的標(biāo)準(zhǔn)制定和修訂，對(duì)于提高電器附件產(chǎn)品的質(zhì)量安全是切實(shí)有效的方案。

[1] 錢(qián)峰.我國(guó)電器附件插頭插座類(lèi)產(chǎn)品安全性能現(xiàn)狀及標(biāo)準(zhǔn)探討.電器附件，2009：57-63.

[2] 羅懷平，高一盼，錢(qián)峰.電器附件質(zhì)量安全關(guān)鍵影響因子研究分析.日用電器，2010，(10)：38-41.

[3] 周育才.功能樹(shù)與FMEA的高效運(yùn)用.質(zhì)量論壇，2005，(1)：16-19.

注：本文為“十一五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃重大項(xiàng)目“消費(fèi)品質(zhì)量安全影響因子研究及標(biāo)準(zhǔn)研制”〔編號(hào)：2006BAK04A23〕課題研究論文。