《高壓開關(guān)可靠性管理驗證和評價指南》征求意見稿

T/GMIQMAXXX-20230.1總則產(chǎn)品可靠性是產(chǎn)品質(zhì)量的一個重要組成部分，是指產(chǎn)品在規(guī)定條件下、規(guī)定時間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力，也就是產(chǎn)品出廠時各項功能和性能符合制造驗收規(guī)范要求的合格水平在規(guī)定條件下所能保持的時間。本文件主要闡述在產(chǎn)品故障模式基礎(chǔ)上，如何在產(chǎn)品出廠交付客戶后對高壓開關(guān)產(chǎn)品可靠性進行驗證和評價，主要包括產(chǎn)品可靠性相關(guān)因素、可靠性故障模式、可靠性要求、可靠性驗證、可靠性評價要求等內(nèi)容。0.2質(zhì)量與可靠性關(guān)系為了更直觀地理解質(zhì)量和可靠性的關(guān)系，按照產(chǎn)品生命周期的不同階段分析產(chǎn)品的質(zhì)量及管理，即把產(chǎn)品生命周期分成三個階段：產(chǎn)品研發(fā)階段、量產(chǎn)的生產(chǎn)制造階段和使用至報廢階段，其主要關(guān)系圖如圖1所示：圖1質(zhì)量與可靠性關(guān)系圖把產(chǎn)品生命周期作為橫坐標(biāo)，用時間表示，以產(chǎn)品的合格水平作為縱坐標(biāo)，于是可以得到t＝0、t>0和t＜0的質(zhì)量。在傳統(tǒng)質(zhì)量管理中：t＝0的質(zhì)量一般都用合格品率進行度量，合格率越高，說明內(nèi)部質(zhì)量損失越小。因此，質(zhì)量管理關(guān)注的焦點是降低不合格品率，而如何降低不合格品率，質(zhì)量管理的重點是提高制造過程的一致性和穩(wěn)定性。t＜0的質(zhì)量體現(xiàn)在按照設(shè)計與開發(fā)時確認的或產(chǎn)品研制時的設(shè)計定型，以及對所確定的制造與驗收規(guī)范經(jīng)的嚴格質(zhì)量管理，對產(chǎn)品制造階段的質(zhì)量管理體現(xiàn)在出廠前進行嚴格檢驗，質(zhì)量檢驗的結(jié)果，即合格率。質(zhì)量管理的重點應(yīng)進行圍繞保持生產(chǎn)過程的一致性和穩(wěn)定性。t＞0的質(zhì)量體現(xiàn)在產(chǎn)品在用戶使用過程中其合格水平的保持能力，本質(zhì)上就是可靠性，即合格產(chǎn)品在規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力，通俗的說，就是產(chǎn)品在用戶使用過程中無故障或保持正常工作不發(fā)生故障的時間，或故障發(fā)生的可能性。因此，可靠性關(guān)注的是產(chǎn)品合格水平隨時間的保持能力。0.3浴盆曲線T/GMIQMAXXX-2023實踐證明大多數(shù)設(shè)備的故障是時間的函數(shù)，典型故障曲線稱之為浴盆曲線(Bathtubcurve失效曲線)，曲線的形狀呈兩頭高，中間低，具有明顯的階段性，可劃分為三個階段：早期故障期、偶然故障期、耗損故障期。浴盆曲線是指設(shè)備從投入到報廢為止的整個生命周期內(nèi)，其可靠性的變化呈現(xiàn)一定的規(guī)律。如果取設(shè)備的失效作為產(chǎn)品的可靠性特征值，它是以使用時間為橫坐標(biāo)，以失效率為縱坐標(biāo)的一條曲線。因該曲線兩頭高，中間低，有些像浴盆，所以稱為“浴盆曲線”。失效率隨使用時間變化分為三個階段：早期失效期、偶然失效期和耗損失效期。浴盆曲線如圖2所示。圖2浴盆曲線圖第一階段是早期失效期(InfantMortality)：早期故障期對于機械產(chǎn)品又叫磨合期。在此期間，開始的故障率很高，但隨時間的推移，故障率迅速下降。此期間發(fā)生的故障主要是設(shè)計、制造上的缺陷所致，或使用不當(dāng)所造成的。表明設(shè)備在開始使用時失效率很高，但隨著設(shè)備工作時間的增加失效率迅速降低，這一階段失效的原因大多是由于設(shè)計、原材料和制造過程中的缺陷造成的。第二階段是偶然失效期，也稱隨機失效期(RandomFailures)：這一階段的特點是失效率較低，且較穩(wěn)定，往往可近似看作常數(shù)，設(shè)備可靠性指標(biāo)所描述的就是這個時期，這一時期是設(shè)備的良好使用階段，偶然失效主要原因是質(zhì)量缺陷、材料弱點、環(huán)境和使用不當(dāng)?shù)纫蛩匾稹Ｔ诖似陂g，故障發(fā)生是隨機的，其故障率最低，而且穩(wěn)定，這是設(shè)備的正常工作期或最佳狀態(tài)期。在此間發(fā)生的故障多因為設(shè)計、使用不當(dāng)及維修不力產(chǎn)生的。第三階段是耗損失效期(Wearout)：該階段的失效率隨時間的延長由于設(shè)備零部件的磨損、疲勞、老化、腐蝕等而急速增加，磨損嚴重，有效壽命結(jié)束。因此如果在耗損故障期開始時進行大修，可經(jīng)濟而有效地降低故障率。T/GMIQMAxxx-2023高壓開關(guān)可靠性管理驗證和評價指南本文件規(guī)定了高壓開關(guān)產(chǎn)品在使用過程中，產(chǎn)品可靠性驗證和評價的具體要求。本文件適用于從事高壓開關(guān)產(chǎn)品的制造及相關(guān)產(chǎn)品研發(fā)制造各類組織的產(chǎn)品可靠性驗證和評價。2規(guī)范性引用文件本文件沒有規(guī)范性引用文件。3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1可靠性管理dependabilitymanagement與可靠性相關(guān)的指導(dǎo)和控制組織的協(xié)同活動。3.2可靠性試驗reliabilitytest可靠性試驗是為了解、評價、分析和提高產(chǎn)品可靠性而進行的各種試驗的總稱。注：GJB450A中規(guī)定了六種可靠性試驗，環(huán)境應(yīng)力篩選、可靠性研制試驗3.3早期故障階段earlyFailurePeriod產(chǎn)品投入使用的初期，產(chǎn)品的故障率較高，且存在迅速下降的特征。這一階段的故障主要是設(shè)計和制造的缺陷造成，包括設(shè)計不當(dāng)、材料缺陷、加工缺陷、安裝調(diào)整不當(dāng)?shù)取?.4偶然故障階段randomfailureperiod產(chǎn)品投入使用一段時間后，早期故障被剔除，產(chǎn)品的故障率可降到一個較低的水平，且基本處于平穩(wěn)狀態(tài)，可以近似認為故障率是常數(shù)。這一階段產(chǎn)品的故障主要是偶然因素引起的，是產(chǎn)品的主要工作期間。注：這一階段時間越長，證明產(chǎn)品的可靠性越高?？梢酝ㄟ^提高設(shè)計3.5耗損故障階段wearfailureperiod產(chǎn)品投入使用一段時間后，進入產(chǎn)品的耗損故障期，其特點是產(chǎn)品的故障率迅速上升，很快出現(xiàn)大批量的故障或報廢。這一階段的故障主要是由老化、疲勞、磨損、腐蝕等耗損性因素引起的。注：采取定時維修、更換等預(yù)防性維修措施，可以降低產(chǎn)品的故障率，以減少由于3.6可靠性評價reliabilityevaluation對現(xiàn)有系統(tǒng)或系統(tǒng)組成部分的可靠性所達到的水平進行分析和確認的過程。3.7環(huán)境因素environmentalfactors2T/GMIQMAXXX-2023環(huán)境因素是指產(chǎn)品在其生命期預(yù)計可能遇到的各種環(huán)境的作用下，能對其所有的預(yù)定功能與性能造成影響的外部因素。低氣壓、太陽輻射、酸霧、砂塵等；誘發(fā)環(huán)境是指任何人為活動、平臺其他設(shè)備或設(shè)備自身產(chǎn)生的局部環(huán)境，4可靠性相關(guān)因素在產(chǎn)品可靠性驗證和評價過程中，通過識別與產(chǎn)品可靠性相關(guān)的因素，并對其相應(yīng)進行的界定，以明確可靠性驗證和評價的范圍，可靠性相關(guān)因素包括：a)環(huán)境因素；b)工藝因素；c)運行工況。4.2環(huán)境因素高壓開關(guān)產(chǎn)品的環(huán)境因素主要包括自然環(huán)境和誘發(fā)環(huán)境，其中自然環(huán)境包括溫度、溫差、濕度、海拔、污穢等級和風(fēng)沙等，誘發(fā)環(huán)境包括加速度、振動、噪聲、沖擊等。開展可靠性環(huán)境因素識別分析過程中，需對以下工作進行明確：a)明確環(huán)境因素的范圍；b)明確某類產(chǎn)品或故障的具體環(huán)境因素。4.3工藝因素在產(chǎn)品制造和裝配過程，相關(guān)的工藝要求和執(zhí)行對產(chǎn)品可靠性性能有重要影響，因此在產(chǎn)品工藝管控過程中需要加強識別和管控，常見工藝因素包括焊接工藝、真空澆筑工藝、鍍銀工藝、表面處理工藝等，影響產(chǎn)品可靠性性能的工藝一般為特殊過程相關(guān)工藝。工藝因素的確定，一般考慮產(chǎn)品在運行過程隨著產(chǎn)品性能降低、零部件老化以及客戶要求等方面，主要為不能通過產(chǎn)品檢驗或出廠試驗驗證其滿足可靠性要求，只有通過產(chǎn)品運行過程技術(shù)狀態(tài)曲線和產(chǎn)品故障發(fā)生數(shù)量或者頻率反映產(chǎn)品可靠性性能，因此需要進行相應(yīng)工藝因素識別、工藝參數(shù)驗證以及工藝確認和評價等活動。4.4運行工況條件高壓開關(guān)實際運行工況按照產(chǎn)品運行條件可以分為以下幾類：a)正常負荷運行；b)超負荷運行；c)低負荷運行。5可靠性故障模式通過收集高壓開關(guān)產(chǎn)品在實際運行過程中的故障模式，建立產(chǎn)品故障模式庫。與可靠性性能指標(biāo)對比，并通過故障模式庫數(shù)據(jù)分析，找出影響產(chǎn)品可靠性相關(guān)的故障模式，從而針對性進行監(jiān)視測量和驗證評價。6可靠性要求高壓開關(guān)可靠性要求一般包括性能要求和可靠性使用要求，具體如下：a)可靠性性能要求，主要是反映對產(chǎn)品性能要求的技術(shù)參數(shù)，如年漏氣率、機械壽命等，可靠性性能要求主要用于可靠性驗證工作；b)可靠性使用要求，主要是反映對產(chǎn)品使用需求的參數(shù)，如故障率、平均故障間隔時間、使用壽命等，可靠性使用要求主要用于可靠性評價工作。3T/GMIQMAxxx-20237出廠檢驗7.1總則產(chǎn)品在出廠時，按照技術(shù)要求和試驗規(guī)范，開展相應(yīng)的符合性檢測、功能性試驗和預(yù)防早起故障的試驗，以發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品存在問題以及驗證產(chǎn)品合格。7.2符合性檢測符合性檢測是指滿足目視和尺寸測量方式，以驗證產(chǎn)品組成符合技術(shù)要求。包括外觀檢查、尺寸檢查和產(chǎn)品一致性檢查等內(nèi)容。7.3功能性試驗功能性試驗是指按照試驗規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，通過開展相應(yīng)的性能試驗，以驗證產(chǎn)品功能符合要求。包括二次連鎖試驗、耐壓試驗、氣密性檢查和雷電沖擊試驗等內(nèi)容。7.4預(yù)防早期故障的試驗預(yù)防早起故障試驗是指通過產(chǎn)品的試驗過程短期磨合或者不影響產(chǎn)品性能的負載試驗，以消除產(chǎn)品存在可靠性隱患或者發(fā)現(xiàn)存在的問題，包括200動作試驗、插拔試驗等。7.5產(chǎn)品放行產(chǎn)品的放行過程包括符合性檢測、功能性試驗、預(yù)防早起故障的試驗以及客戶驗收交付，根據(jù)產(chǎn)品的可靠性特性要求以及可靠性時間特性，以上檢驗放行，并不能全部或完全證明其可靠性性能滿足要求，應(yīng)在產(chǎn)品放行后在使用或運行過程中持續(xù)監(jiān)視和測量可靠性特性運行技術(shù)狀態(tài)以驗證和評價可靠性性能是否滿足要求。8可靠性驗證8.1總則可靠性驗證是產(chǎn)品在交付用戶之后，根據(jù)產(chǎn)品實際工作環(huán)境中運行情況，以及可靠性性能要求，按照驗證方案，對整個產(chǎn)品或產(chǎn)品某項要求進行驗證，可靠性驗證應(yīng)明確：a)驗證范圍：包括產(chǎn)品類型、可靠性因素等；b)驗證周期；c)驗證方案，包括產(chǎn)品驗證項目、數(shù)量、驗證方法、驗證準(zhǔn)則等內(nèi)容。8.2可靠性驗證范圍的確定可靠性驗證的產(chǎn)品范圍，必須符合第4章規(guī)定的正常環(huán)境因素下，以及開展第7章所有出廠前的檢驗項目后的產(chǎn)品。8.3可靠性驗證周期的確定高壓開關(guān)整體性能和某一性能的驗證周期為產(chǎn)品交付運行后3年為周期。8.4可靠性驗證方案首先需制定組合電器可靠性驗證方案，方案中需包含：a)明確驗證的項目，項目可以包括整機的驗證、分系統(tǒng)驗證和單個性能指標(biāo)的驗證；b)明確驗證數(shù)量，首先從定型產(chǎn)品和批生產(chǎn)檢驗合格交付的產(chǎn)品中隨機抽取，驗證樣品數(shù)量至少應(yīng)有2臺，優(yōu)選為6、10、12、16、20臺；c)明確驗證周期，驗證周期的選擇執(zhí)行8.3條款；d)明確驗證的可靠性性能要求，其確定參照出廠交付時的出廠試驗規(guī)范；e)明確驗證方法，在驗證周期內(nèi)選用合適的驗證方法，制定驗證標(biāo)準(zhǔn)，通過人工收集、傳感器自動采集或者數(shù)字孿生技術(shù)等方式收集產(chǎn)品可靠性性能具體參數(shù)，繪制產(chǎn)品可靠性性能參數(shù)曲線。4T/GMIQMAXXX-2023f)明確驗證判定準(zhǔn)則，在驗證結(jié)束后，對樣品按照驗證技術(shù)參數(shù)和性能指標(biāo)進行檢查，與驗證標(biāo)準(zhǔn)對比，從而判定驗證是否合格。9可靠性評價9.1概述可靠性是組合電器產(chǎn)品重要的質(zhì)量特性之一，對其可靠性評價是可靠性管理工作的主要內(nèi)容，其意義在于保證可靠性滿足客戶預(yù)期要求，在生產(chǎn)運行過程中可靠性評價的目的是根據(jù)收集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)化故障率浴盆曲線，以此評價產(chǎn)品規(guī)定的可靠性要求是否得到滿足。9.2可靠性評價的方式組合電器交付運行過程中可靠性評價可以對整個產(chǎn)品總成的評價，也可以對產(chǎn)品的某一項性能指標(biāo)可靠性進行評價（如產(chǎn)品的氣密性、機械特性等組合電器的評價采用定量方式評價，評價的方式包括故障率評價法。9.3故障率評價法根據(jù)組合電器現(xiàn)場運行數(shù)據(jù)，統(tǒng)計計算在運行組合電器的故障率λ（t），以此繪制產(chǎn)品故障率曲線，即浴盆曲線。在此設(shè)定故障率目標(biāo)，作為可靠性評價的指標(biāo)，評價內(nèi)容如下：a)以早期故障期為可靠性評價周期，即投運后三年時間；b)以早期故障期的初始故障率、早期故障期時長和早期故障期與偶然故障期節(jié)點時的故障率（即偶然故障期的故障率）三個指標(biāo)為對象，根據(jù)實際制定目標(biāo)值評價產(chǎn)品或產(chǎn)品某項性能可靠性。三個指標(biāo)表現(xiàn)為，早期故障期時長越短，早期故障期和偶然故障期的故障率越低越好。c)制定產(chǎn)品和產(chǎn)品某項性能的三個指標(biāo)，根據(jù)高壓開關(guān)產(chǎn)品實際運行情況故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計，若指標(biāo)符合預(yù)期，則評價產(chǎn)品可靠性滿足要求。9.4評價后活動開展可靠性評價后，若可靠性使用要求滿足評價標(biāo)準(zhǔn)，則證明產(chǎn)品滿足可靠性要求，若可靠性使用要求不滿足評價標(biāo)準(zhǔn)，則證明產(chǎn)品不滿足可靠性要求，需要根據(jù)故障模式開展分析進行設(shè)計、工藝改進。T