运用FMEA和FTA方法分析电器附件产品质量安全影响因子

机械工业北京电工技术经济研究所 刘亚丽 郭丽平

一、前言

随着我国国民经济的持续发展，人民生活水平日益提高，电能成了人们日常生活、工作不可缺少的能源，电能的应用无处不在。电器附件产品，作为安全取电的连接器件，成为现代家庭生活、现代办公自动化必不可少的电器产品。最常用的电器附件产品包括插头、插座、开关、转换器等。

电器附件产品量大面广，是人们日常生活频繁接触的消费品，一旦产品出现质量安全问题，将引发火灾、触电等伤害事件。据统计，2006年国内共发生火灾235941起，其中电气火灾31380起，居各类火灾原因的首位[1]。而电器附件产品中插头插座的接触不良、插头插拔力不够、绝缘材料的耐燃性等是造成火灾事故不可忽略的因素。因此，电器附件产品的质量安全应得到全社会的广泛关注。

研究电器附件产品质量安全是“十一五”国家科技支撑计划课题《消费品质量安全影响因子研究及标准研制》(任务编号：2006BAK04A23)的任务之一，主要研究电器附件产品质量安全影响因子的提取、分类、运用、FMEA和FTA方法分析质量安全影响因子，提出电器附件产品质量安全影响因子的控制方法。

二、电器附件质量安全影响因子

1、电器附件质量安全影响因子的定义

电器附件质量安全影响因子是指电器附件产品在生产、使用和废弃过程中在预期使用和可合理预料到的误用情况下，可能对人体安全、公众安全和生态安全产生危害(或潜在危害)的固有因素。

2、电器附件质量安全影响因子的分类

按照质量安全影响因子的特征，其包括物理因子、化学因子、生物因子三类。物理因子是指由于产品物理属性引发不安全行为的因素。化学因子是由于产品的化学属性引发不安全行为的因素。生物因子是与生态环境和生物有关的不安全行为的因素。

电器附件产品质量安全影响因子有些是通过影响电气性能、机械性能、产品结构等物理方面产生不安全行为，有些是因外界使用条件如环境潮湿、高温、外壳防护缺失等方面影响产生不安全行为。经调查研究，目前电器附件产品质量安全影响因子包括物理因子和化学因子，主要包括的质量安全影响因子见表1。

三、运用FMEA和FTA分析电器附件质量安全影响因子

项目开展过程中，对电器附件行业的制造商、科研、标准、检测部门的专家进行了《电器附件安全因子调查》。整理调查问卷得出：电器附件质量安全影响因子已识别出22个，分别为标志、尺寸要求、绝缘电阻、电气强度、分断容量、熔断体替代、接地措施、结构要求、温升和耐热、爬电距离电气间隙、机械强度、软缆及连接、载流部件及连接、插头插拔力、端子和端头、外壳提供防护和潮湿、抗无线电干扰、耐燃、六种有害物质、卤素、耐老化、防锈[2]。这22个因子被物理类因子和化学类因子所涵盖，本文运用FMEA对22个因子进行失效模式与影响分析。

通过已发生案例和预警召回案例整理、专家调查方法，发现电器附件产品发生的伤害事件主要为：触电、火灾、电器损坏。本文运用FTA分析了伤害事件与质量安全影响因子之间的关系。结合FMEA和FTA分析结论，得出关键质量安全影响因子，并提出控制质量安全影响因子导致故障出现的方法。

(一) 运用FMEA分析电器附件质量安全影响因子

故障模式影响与分析(failure modes and effects analysis)，简称FMEA方法。FMEA是分析系统中每一产品所有可能产生的故障模式及其对系统造成的所有可能影响，并按每一个故障模式的严重程度、发生频率度及检测难易程度予以分类的一种归纳分析方法。在电器附件产品质量安全影响因子的分析过程中，分析的对象为质量安全影响因子。

1．FMEA分析的流程

根据电器附件产品的结构和功能特点，设计FMEA表格。FMEA表格包含因子基本信息表、典型伤害情景和因子过程控制表。因子基本信息涵盖因子名称、所属部件、故障模式、产生阶段和伤害类型；典型伤害情景主要是描述因子产生的伤害事件的过程；因子过程控制表是基于电器附件产品的特点，从产品的设计、生产、运输、使用和废弃阶段即全生命周期角度设计，通过此表能够查得因子故障模式产生的阶段、控制措施及控制效果。FMEA表格涵盖因子的所有信息，填写FMEA表格是电器附件产品质量安全影响因子分析流程中关键的步骤之一。电器附件产品安全影响因子的FMEA分析流程为：

第一步，确定FMEA分析的对象。根据电器附件产品的结构功能特点，确定分析对象为电器附件产品的质量安全影响因子；第二步，搜集整理资料，得出质量安全影响因子的相关信息。整理预警召回案例和已发生案例信息、对比国内国际电器附件产品标准法规、整理专家调查问卷，得出安全影响因子的基本信息、典型伤害情景、故障模式、发生频率和伤害难易程度等信息；第三步，填写FMEA表格，整理数据，分析得出关键质量安全影响因子。将质量安全影响因子的相关信息填入FMEA表格，整理分析后得出电器附件产品的关键质量安全影响因子。

表1 电器附件产品的质量安全影响因子

2．FMEA分析的作用

a) 得出质量安全影响因子产生的伤害严重程度。FMEA分析的重点是影响安全、严酷度高和出现概率大的系统性故障[3]。对于电器附件产品质量安全影响因子的分析过程中，严酷度分为轻微(Ⅰ)、一般(Ⅱ)、严重(Ⅲ)和非常严重(Ⅳ)四级。通过FMEA能够得出安全影响因子产生的伤害事件的严重程度。严酷度是安全影响因子风险评估的关键基础信息之一；b) 得出质量安全影响因子导致故障模式产生的阶段。通过FMEA能够得出安全影响因子导致不安全事件出现于全生命周期的哪一阶段，例如防触电保护因子产生于设计阶段和使用阶段；c) 得出FMEA与产品性能设计协调进行的思想。FMEA要与电器附件产品性能设计协调同步进行，边设计边分析，不仅在编写FMEA报告时分析，在考虑产品性能设计时头脑中要有一张FMEA表格，改变设计或细化设计时每前进一步都要考虑可能出现的安全影响因子故障模式，并设法避免或减少，把质量安全影响因子导致的隐患消灭在设计阶段早期。

3．FMEA分析的结论

利用FMEA分析电器附件产品的防触电保护、耐热性、标志、尺寸要求、耐燃性、电气强度、分断容量、防锈和插头插拔力等22个质量安全影响因子，分析得出结论为：a) 电器附件产品质量安全影响因子容易导致火灾、触电和电器损坏三类伤害事件，其中火灾事件是最为容易引发的伤害事件；b) 故障模式发生的概率以防触电保护、耐热性、耐燃性、电气强度、分断容量和插头插拔力六种质量安全影响因子居高；c) 电器附件产品质量安全影响因子严酷度级别为严重的有电气强度、接地措施、外壳提供的防护、插头插拔力。

(二) 运用FTA分析电器附件质量安全影响因子

故障树分析法(fault tree analysis)，简称FTA方法。FTA方法是美国贝尔电报公司的电话实验室于1962年开发的，它采用逻辑的方法，形象地进行危险的分析工作，特点是直观、明了，思路清晰，逻辑性强，可以定性分析，也可以定量分析。它是安全系统工程的主要分析方法之一。本文利用FTA定性地分析电器附件产品质量安全影响因子与其造成的伤害事件之间的联系。

1．FTA分析流程

利用FTA分析电器附件产品质量安全影响因子的流程为:

第一步，不安全事件的确定。通过已发生案例、预警召回案例和质量抽查信息得出电器附件产品主要的不安全事件为火灾、触电和电器损坏；第二步，不安全事件涉及的质量安全影响因子的统计。通过整理已发生案例、预警召回案例和质量抽查信息，归纳统计导致火灾、触电和电器损坏事件的质量安全影响因子；第三步，故障树的绘制。将不安全事件作为顶事件，导致不安全事件发生的人的因素、物的因素和环境因素作为中间事件，质量安全影响因子作为底事件，顶事件、中间事件和底事件之间用逻辑符号连接，逻辑符号可为“与”门和“或”门，利用故障树分析软件绘制故障树。

2．FTA分析的作用

利用FTA定性地分析，可以直观明了地得出伤害事件与质量安全因子之间的关系，能够找出导致伤害事件发生的因子与因子的组合；发现潜在的质量安全影响因子；改进电器附件产品的设计和制造；为电器附件产品的安装、使用提供参考。

3．FTA分析的结论

利用FTA分析了触电、火灾和电器损坏三类伤害事件得出结论：

a) 导致伤害事件发生的间接事件。导致触电事件发生的间接事件：消费者错误地使用电器附件产品，例如安装时将火地线反接，这属于人的因素；直接接触和短路是造成触电事件的另外两个间接事件，这是电器附件产品性能低劣造成的，属于物的因素。导致火灾事件发生的间接事件：高温，即由于电器附件产品的导线问题、端子问题和虚接造成的产品高温变形进而引起的高温，这是电器附件产品本身的质量问题，属于物的因素。导致电器损坏事件发生的间接事件：发热，可能是消费者过负荷使用造成发热，这是消费者错误使用电器附件产品，属于人的因素。也可能是短路造成发热，这是电器附件产品本身的质量问题，属于物的因素。b)导致伤害事件发生的底事件。导致触电事件发生的底事件：防触电保护失效；管壳材料的机械强度过低、抗高低温性能差导致的管壳破裂；绝缘材料的电阻率高、耐热高温性能、耐老化性差导致的高温变形；电器附件产品的爬电距离小、电气间隙小、电痕化指数低造成的直接短路。导致火灾事件发生的底事件：包含有绝缘材料的耐热性差、耐阻燃性差、耐老化差、电气强度过低、爬电距离小等。导致电器损坏事件发生的底事件：包含有电器附件产品的抗无线电干扰差引起的电器损坏和绝缘材料耐热性、耐高温性能差等。

(三) 运用FMEA和FTA综合分析得出关键质量安全影响因子

运用FMEA和FTA综合分析，结合前期的调查分析得出电器附件质量安全关键影响因子及排序为：温升和耐热、防触电保护、耐燃性、电气强度和分断容量五个因子。

四、电器附件质量安全影响因子的控制方法

电器附件质量安全影响因子对电器附件产品质量安全有很大的影响性，要从产品实际的设计、生产、使用和废弃等阶段全方面掌握质量安全影响因子产生于产品全生命周期的哪一阶段，识别造成质量安全影响因子产生的原因，根据原因提出合理有效的控制方法。尤其要重点关注对电器附件质量安全起重大影响作用的关键影响因子。根据温升和耐热、防触电保护、耐燃性、电气强度和分断容量五个关键质量影响因子产生的原因提出建议的控制方法：

1．温升和耐热关键影响因子

根据调查研究显示，温升和耐热质量安全因子产生于设计阶段和使用阶段。建议的控制方法是在设计阶段，选择的绝缘和护套材料应满足耐热性要求，利用耐热性试验检验；在使用阶段，正确选择电器附件产品型号。

2．防触电保护关键影响因子

根据调查研究显示，防触电保护因子产生于设计阶段和使用阶段。建议的控制方法是在设计阶段，设计的防触电保护装置的结构和尺寸应合理；在使用阶段，应注意不宜在潮湿环境中使用。

3．耐燃性关键影响因子

根据调查研究显示，耐燃性因子产生于设计阶段和使用阶段。建议的控制方法是在设计阶段，选择的绝缘和护套材料满足耐燃性要求，利用灼热丝试验检验；在使用阶段，不易长期使用电器附件产品，超出使用期限，应及时更换产品。

4．电气强度关键影响因子

根据调查研究显示，电气强度因子产生于设计阶段和生产阶段。建议的控制方法是在设计阶段，选择的绝缘材料电气强度、电气间隙和爬电距离满足性能要求，利用耐压试验检验；在使用阶段，不宜长期使用电器附件产品，当电器附件产品出现质量问题，如绝缘破损、管壳破裂，应及时更换电器附件产品。使用环境中不宜潮湿且不应含有粉尘和微生物。

5．分断容量关键影响因子

根据调查研究显示，分断容量因子产生于设计阶段。建议的控制方法是在设计阶段，选择的材料应满足性能要求，插销与插套的尺寸配合应合理，利用化学分析和分断能力试验检验。

五、结语

消费品质量安全问题是关系到民生的大事情，作为消费品的电器附件产品，是与人们日常生活息息相关的量大面广的产品，其质量安全不容忽视。电器附件产品质量安全影响因子产生于产品全生命周期的各个阶段，如何控制质量安全影响因子是提高产品质量的关键因素。一是加快电器附件产品质量安全标准制定和修订。针对电器附件产品质量安全影响因子的产生原因，制定和修订产品质量安全标准；二是加大消费者质量安全意识的宣贯工作力度。电器附件产品产生质量安全问题，其原因有消费者未按照产品说明书正确使用电器附件产品，或者是使用不当。例如，在潮湿环境中使用插座、过负荷使用插座、周围环境中存在可燃物等，因此加大消费者质量安全意识的宣贯工作力度也尤为重要。

运用FMEA和FTA方法综合分析电器附件产品质量安全影响因子，针对不同质量安全影响因子提出合理有效的控制方法，同时加大电器附件产品质量安全的标准制定和修订，对于提高电器附件产品的质量安全是切实有效的方案。

[1] 钱峰.我国电器附件插头插座类产品安全性能现状及标准探讨.电器附件，2009：57-63.

[2] 罗怀平，高一盼，钱峰.电器附件质量安全关键影响因子研究分析.日用电器，2010，(10)：38-41.

[3] 周育才.功能树与FMEA的高效运用.质量论坛，2005，(1)：16-19.

注：本文为“十一五”国家科技支撑计划重大项目“消费品质量安全影响因子研究及标准研制”〔编号：2006BAK04A23〕课题研究论文。