国内外电器可靠性技术发展现状及进展

        导读：国内外电器可靠性技术发展现状及进展。国外的电器公司与各种国际机构( 如 IEC、IEEE 等) 对可靠性工作都很重视，一些著名的电器公司都设有可靠性管理部门或设有专职的可靠性工程师。

        参考《中国电工电器行业市场分析及盈利空间评估报告（2014-2018）》

1 国外电器可靠性工作概况

        可靠性工作内容如图 1 所示，它包括可靠性设计、可靠性制造、可靠性试验与可靠性评价、失效信息的收集、失效分析、可靠性增长试验、可靠性管理。

1． 1 可靠性标准的制订

        国外的电器公司与各种国际机构( 如 IEC、IEEE 等) 对可靠性工作都很重视，一些著名的电器公司都设有可靠性管理部门或设有专职的可靠性工程师。有些电器产品已规定了可靠性指标，有些电器产品虽还未规定可靠性指标，但在公司内部已开展可靠性研究工作。产品可靠性的高低已成为国外各公司间竞争的重要手段。
         IEC 在 1965 年成立了技术委员会 TC56 ( 可靠性与维修性技术委员会) ，至今已发布了不少关于可靠性与维修性方面基础性或共性的标准:如 IEC 300《可靠性与维修性管理》，它为产品在制订可靠性与维修性时提供管理导则，还作为ISO 9000 系列标准的补充文件提供有关可靠性方面的内容; 还有 IEC 605《设备可靠性试验》与 IEC706《维修性导则》。IEC 605 是关于设备( 既可指电子设备，也可指电工设备或机械设备; 既可指元件，也可指装置) 可靠性试验方面一套较为完整的基础性标准，它规定了设备可靠性验证试验和可靠性测定试验的总原则、具体程序及试验方案。
         在电器产品可靠性标准的制订方面，IEC 255电气继电器标准中的 IEC 255-0-20《电气继电器的触点性能》及 IEC 255-19《机电式有或无继电器的质量评价》等标准都有可靠性的内容; IEC 近期发布的标准 IEC 60050-444“电工术语 基本继电器 ”的 444-07 节中也列入了 12 条关于可靠性方面的术语。
         美国于 1964 年发布了军用标准 MIL-Ｒ-39016《有可靠性指标的电磁继电器总规范》; 日本于1980 年发布了日本工业标准 JIS C 5440《可靠性要求的控制用小型继电器通则》; 前苏联于 1983 年发布的 гOCT 12434—1983《低压开关电器通用技术条件》中规定产品的可靠性要求和可靠性试验方法; 德国的 VDE 0660《低压开关电器规范》中规定：“产品机械寿命和电寿命的额定值是取占 90% 的接触器所能达到的极限通断次数”，这意味着用可靠寿命( 可靠度等于 0． 9) 的概念来考核接触器的机械寿命和电寿命。法国在工业用控制设备———接触器标准 NFC 63-100 中规定: “对成批生产的电器，特别是约定发热电流小于或等于 40 A 的电器，机械寿命是在有代表性的样机上以重复方式进行试验的，制造厂在统计了试验结果后给出产品的机械寿命值”，这实际上也是规定了用可靠性的概念来确定接触器的机械寿命。

1． 2 可靠性试验研究

        美国、日本在继电器的可靠性寿命试验中已普遍采用电子计算机进行控制，如日本安川公司在继电器的接触可靠性中采用了电子计算机进行控制的自动试验装置; 日本松下电器公司在继电器可靠性寿命试验中采用了小型计算机控制的全自动试验装置; 美国、日本等都在对电器产品加速寿命试验的模式、方法及数据分析方法进行研究。
         例如，日本以负载电压及负载电流为加速变量进行了开关的加速寿命试验，根据试验结果算出了不同负载电压和负载电流值时的加速系数。

1． 3 可靠性物理的研究

        国外是从 20 世纪 60 年代才开始研究可靠性物理的，美国空军 ＲOME 航空发展中心在 60 年代初首先开始对现场失效的元器件进行失效分析。J． Vaccro 首先提出用“失效物理学”这一概念来研究元器件的可靠性，1962 年起美国每年召开一次“失效物理”会议，从 1967 年起改称“可靠性物理”会议。所谓“可靠性物理学”就是专门研究产品失效机理的科学。它对产品怎样失效及为什么失效的具体物理、化学过程进行研究。可以看出，可靠性物理学的研究是提高产品可靠性的基础性措施。美国、日本等国家对可靠性物理的研究都很重视。

1． 4 可靠性学术会议

可靠性学术交流方面也很活跃，涉及到可靠性的国际学术会议主要有:
         ( 1) IEEE 霍姆电接触会议( 每年召开一次)
         ( 2) 国际电接触会议( 每两年召开一次)
         ( 3) 国际可靠性物理会议( 每年召开一次)
         ( 4) 国际可靠性与维修性会议( 每年召开一次)
         ( 5) 电工产品可靠性与电接触国际会议( 每两年半召开一次)

2 国内电器产品可靠性工作概况

        原机械工业部对电器产品的可靠性工作十分重视，早在 1980 年原机械工业部电工局委托河北工业大学举办了两期电器新技术学习班，可靠性技术是其中主要内容之一，1983 年 10 月成立了中国电工技术学会电工产品可靠性研究会，在该学会组织下开展了电工产品可靠性研究工作与学术交流活动，并多次举办电工产品可靠性学习班及电工行业领导干部可靠性研讨班，对我国电工行业的可靠性工作起了一定的促进作用。原机械工业部曾多次发文召开可靠性工作会议，部署在机电行业中开展“限期考核机电产品可靠性指标”的工作，从 1986 ～1991 年共发布了 7 批( 共 1189 种规格) 限期考核可靠性指标的机电产品清单，其中包括继电器、接触器、变压器、量度继电器、电动机、电力电子器件等，这对推动我国电工产品的可靠性工作有很大作用。
         1994 年，原机械工业部又召开机械工业可靠性工作会议，会上提出可靠性必须从产品设计抓起，并规定凡是列入部或省市机械厅局开发计划和重大技术装备攻关的项目，应加强可靠性设计和试验研究工作，要求在立项时提出可靠性设计目标和攻关内容，产品鉴定或项目验收时应对可靠性目标进行审核评定。会上还决定在机电产品中进一步开展可靠性认定工作。
在可靠性基础标准方面，我国已制订了下列国家标准:
         ( 1) GB 2689． 1—1981 《恒定应力寿命试验和加速寿命试验方法总则》;
         ( 2) GB 2689． 2—1981 《寿命试验和加速寿命试验的图估计法( 用于威布尔分布) 》;
         ( 3) GB 2689．3—1981《寿命试验和加速寿命试验的简单线性无偏估计法( 用于威布尔分布) 》;
         ( 4) GB 2689． 4—1981 《寿命试验和加速寿命试验的最好线性无偏估计法( 用于威布尔分布) 》;
         ( 5) GB 3187—1982 《可靠性基本名词术语及定义》;
         ( 6) GB 4888—1985 《故障树名词术语和符号》;
         ( 7) GB 5080． 1—1986《设备可靠性试验 总要求》;
         ( 8) GB 5080． 2—1986《设备可靠性试验 试验周期设计导则》;
         ( 9) GB 5080． 4—1985《设备可靠性试验 可靠性测定试验的点估计和区间估计方法( 指数分布) 》;
         ( 10) GB 5080． 5—1985 《设备可靠性试验成功率的验证试验方案》;
         ( 11) GB 5080． 6—1985 《设备可靠性试验恒定失效率假设的有效性检验》;
         ( 12) GB 5080． 7—1986 《设备可靠性试验恒定失效率假设下的失效率与平均无故障时间的验证试验方案》;
         ( 13) GB 6992—1986 《可靠性与维修性管理》;
         ( 14) GB 6993—1986《系统和设备研制生产中的可靠性程序》;
         ( 15) GB 7288． 1—1987 《设备可靠性试验推荐的试验条件 室内便携设备———粗模拟》
         ;( 16) GB 7288． 2—1987 《设备可靠性试验推荐的试验条件 固定使用在有气候防护场所设备———精模拟》;
         ( 17) GB 7289—1987 《可靠性、维修性与有效性预计报告编写指南》;
         ( 18) GB 7826—1987《系统可靠性分析技术失效模式和效应分析( FMEA) 程序》; ( 19) GB 7827—1987《可靠性预计程序》;
         ( 20) GB 7828—1987《可靠性设计评审》;
         ( 21) GB 7829—1987《故障树分析程序》。
         从 20 世纪 80 年代中期至今，我国电器可靠性研究与应用方面大致做了以下工作。

2． 1 电器可靠性研究方面

        在上海电器科学研究所( 集团) 有限公司、成都机床电器研究所、许昌继电器研究所及广州电器科学研究所等单位的组织下，从20 世纪80 年代中期开始，开展了电器可靠性研究工作。电磁式中间继电器、小容量交流接触器、低压断路器、洗衣机、电冰箱的可靠性研究被列为原机械工业部重点项目，以产学研相结合的方式开展了上述产品的可靠性研究，通过理论分析及大量试验数据统计分析了
         产品的失效机理，研制了一些可靠性试验装置，提出了这些产品的可靠性指标及考核方法。通过对这些产品的可靠性考核与早期失效机理的分析，对产品设计及制造工艺提出了改进措施，使这些产品的可靠性得到较大幅度的提高，取得了一定成效。

2． 2 电器可靠性标准的制订

        上海电器科学研究所( 集团) 有限公司与河北工业大学等单位负责制订了多个电器可靠性标准:
( 1) 制订了国家标准
         GB/T 15510 《控制用电磁继电器可靠性试验通则》。北京电工综合技术经济研究所和河北工业大学负责起草;
( 2) 制订了以下 5 个行业标准。
         ① 制订了《家用和类似用途的过电流保护断路器可靠性试验方法》行业标准( 河北工业大学和上海电器科学研究所( 集团) 有限公司负责起草) ; ② 制订了《家用和类似用途的剩余电流动作断路器的可靠性试验方法 》行业标准( 上海电器科学研究所( 集团) 有限公司和河北工业大学负责起草) ;③ 制订了《小容量交流接触器可靠性试验方法》行业标准( 上海电器科学研究所( 集团) 有限公司和河北工业大学负责起草) ;④ 制订了《塑壳断路器可靠性试验方法》行业标准( 上海电器科学研究所( 集团) 有限公司和河北工业大学负责起草) ;
         ⑤ 制订了《过载继电器可靠性试验方法》行业标准( 河北工业大学和上海电器科学研究所( 集团) 有限公司负责起草) 。以上 5 个行业标准于 2007 年由国家发改委批准发布。并于 2008 年升格为国家标准，被国家标委会批准发布。
         ( 1) GB/Z 22203—2008《家用及类似场所用过电流保护断路器的可靠性试验方法》;
         ( 2) GB/Z 22202—2008《家用和类似用途的剩余电流动作断路器可靠性试验方法》;
         ( 3) GB/Z 22200—2008《小容量交流接触器可靠性试验方法》;
         ( 4) GB/Z 22074—2008《塑料外壳式断路器可靠性试验方法》;
         ( 5) GB/Z 22204—2008《过载继电器可靠性试验方法》。

2． 3 可靠性试验技术研究与检测设备的研制

        河北工业大学建立了电器研究所检测中心，该检测中心于 2001 年 5 月通过了中国实验室合格评定委员会的认可，具有进行有关电器可靠性认证试验的资格，并研制了微机控制的继电器接触器可靠性试验装置( 如图 2 所示) 、小型断路器可靠性试验装置( 如图 3 所示) 、剩余电流动作保护器可靠性试验装置( 如图 4 所示) 、塑壳断路器可靠性试验装置以及过载继电器可靠性试验装置( 如图 5、图 6 所示) 。

2． 4 低压电器行业可靠性试验室的建立

        为了贯彻上述低压电器可靠性国家标准，河北工业大学为国家电器产品质量监督与检验中心建立了电器可靠性试验室，如图 7 所示。与乐清市人民政府在乐清市建立了乐清市河北工大电器可靠性实验室; 还为常熟开关制造有限公司等十多家电器企业建立了电器可靠性试验室。

2． 5 对电器可靠性设计进行了初步探索

        河北工业大学等单位在电器电磁系统与触头的可靠性设计方面已开展了一些研究，在 1988 年美国继电器年会与 1994 年第 17 届国际电接触会议上发表了其初步研究成果。河北工业大学与清华大学合作完成的科研项目“电工设备现代设计理论与试验研究”中对电器电磁系统的可靠性优化设计方法进一步作了研究。在国内首次出版专著《电器电磁系统可靠性优化理论与应用》，解决了以前在电器优化设计时未考虑可靠性的问题。

2． 6 对低压保护电器开展了可靠性研究

        保护电器是不频繁操作电器，试验数据少，评估难度大，IEEE 未能提出可靠性指标及评估方法，河北工业大学创造性地提出成功率作为保护电器主要可靠性指标与成功率验证试验方案。在国内首次出版专著《低压保护电器可靠性理论及其应用》，解决了上述难题。河北工业大学、上海电器科学研究所( 集团) 有限公司、常熟开关制造有限公司等单位完成的科研成果“低压保护电器关键技术的研究及其应用”获2008 年度国家科技进步二等奖。

2． 7 电器产品可靠性指标的发布工作

        原中国电力工业部可靠性管理中心于每年 5月召开一次电力系统主要设备( 其中包含变压器、高压断路器及继电保护设备等) 的可靠性指标发布会。
国家能源局与中国电力企业联合会于 2013年 6 月 5 日召开的 2013 年电力可靠性指标发布会上公布了近 5 年的发电机总装机容量，随着装机容量的逐年增加，所用的高低压电器设备的数量也不断增加，其可靠性也在不断增加。但与国外的可靠性水平相比，仍有一定差距。

2． 8 举办国际会议

        ( 1) 2004 年举办了 “第一届电工产品可靠性与电接触国际会议”。“第一届电工产品可靠性与电接触国际会议”于 2004 年 8 月 28 ～ 31 日在苏州常熟召开，会议由中国电工技术学会电工产品可靠性研究会举办。原机械工业部副部长、会议名誉主席沈烈初教授在会上作了重要讲话，东道主常熟开关制造有限公司唐春潮董事长在开幕式上作了发言。会议期间，国际电接触顾问委员会( 国际电接触领域权威学术组织) 主席 Ｒ．Timsit 博士等多位知名专家作了专题报告。会议期间还举办了电工新产品、新技术展览会，有十多家国内外的知名企业、研究单位展示了他们的研究成果，会后与会代表还到常熟开关制造有限公司、常熟富士电机有限公司及苏州高新技术产业开发区电器检测所进行了技术参观。该国际会议得到了国内外专家学者的普遍欢迎，并希望把“电工产品可靠性与电接触国际会议”办成一个定期举办的、高水平的国际学术会议。该会议 78篇论文全部被 ISTP 收录。IEEE TC1 对该国际会议进行了详细报道。
         ( 2) 2007 年举办了 “第二届电工产品可靠性与电接触国际会议”。“第二届电工产品可靠性与电接触国际会议”于 2007 年 3 月 28 日至 4月 1 日在厦门市召开，会议由中国电工技术学会电工产品可靠性研究会举办。原机械工业部副部长、本届国际会议名誉主席陆燕荪教授在会上作了重要讲话，东道主厦门宏发电声有限公司郭满金总经理作了发言。本届会议比上届会议取得了更大成功，得到了国内外代表的高度评价，会议94 篇论文全部被 ISTP 收录，其中 30 篇论文同时被 SCI 和 EI 收录。
         ( 3) “第三届电工产品可靠性与电接触国际会议 。”于 2009 年 10 月 28 日至 11 月 1 日在温州市召开。
         ( 4) “第四届电工产品可靠性与电接触国际会议 。”于 2012 年 5 月 14 ～ 18 日与第 26 届国际电接触会议联合在北京市召开，有 20 多个国家近300 名国内外代表( 其中国外代表 105 位) 参加。
         ( 5) “第五届电工产品可靠性与电接触国际会议 。”将于 2014 年 11 月 16 ～ 18 日于温州市香格里拉酒店举行。

3 近年 IEC 可靠性标准的新进展

        IEC 255《电气继电器》系列标准现已被 IEC61810《机电继电器》取代，IEC 在 2005 年发布了IEC 61810-2《机电继电器 可靠性》，并于 2011 年进行 了 修 订。IEC 还 在 2002 年 发 布 了 IEC60947-5-4《低压开关设备和控制设备 第 5-4 部分: 控制电路电器和开关元件 小容量触头的性能评定方法 特殊试验》，对不产生电弧的触头规定了其可靠性评价方法。
         IEC 60947-4-1《接触器和电动机起动器———机电式接触器和电动机起动器( 含电动机保护器) 》标准中列出了附录 K“确定功能安全性应用所用机电式接触器数据的步骤”，对产生电弧的触头规定了其可靠性评价方法。

4 我国电器产品可靠性工作的发展

        前景我国电器产品可靠性研究虽然在上述的几方面做了一些工作，取得了一些进展。但由于我国电器产品可靠性研究工作起步较晚，不少电器产品还未开展可靠性研究与考核工作，在新产品开发时尚未认真开展可靠性设计与可靠性制造，特别是我国电器行业的大多数企业对可靠性工作还重视不够，可靠性工作尚未认真开展。我国电器产品的可靠性水平还普遍低于发达国家产品的可靠性水平。
         近年来，国内外电器行业对可靠性越来越重视，我国 GB 14048． 4—2010 在其附录 K《确定功能安全性应用中所用机电式接触器数据的步骤》中也列出了有关接触器的可靠性内容。
         不仅要开发高性能的电器产品，而且要开发出高可靠性的电工产品，这将是我国电器产品的发展趋势。为了进一步开展电器产品的可靠性工作，以提高我国电器产品的可靠性水平，应进一步做好下列工作:

        ( 1) 对尚未制订可靠性指标的主要电器产品尽快制订可靠性指标。如果产品未订出可靠性指标，就无法对产品的可靠性进行考核，也无法定量地去提高产品的可靠性，所以规定产品的可靠性指标是可靠性工作的首要任务。因此，对于有条件并有代表性的电器产品应根据其工作特点尽快制订其可靠性指标。

        ( 2) 制订主要电器产品的失效判据及可靠性验证试验方法。失效判据的宽严程度对产品能否达到规定的可靠性指标密切相关，所以应根据产品实际工作情况及特点制订失效判据，并根据抽样理论制订出其可靠性验证试验方法。

        ( 3) 进一步研制各种主要电器产品的可靠性 试验装置。可靠性试验装置是进行可靠性验证试验的必备手段，所以应研制各种主要电器产品的可靠性试验装置。

        ( 4) 开展加速寿命试验的研究。不少电器产品的使用寿命较长，所以其可靠性验证试验的周期也较长。此外，在新产品设计时希望寿命试验时间尽可能短些，以加快新产品开发进度。因此，电器产品的加速寿命试验研究有很大的价值。

        ( 5) 开展电器产品的可靠性设计。可靠性设计是指事先考虑产品可靠性的一种设计方法，它是保证产品可靠性的一个重要环节。应该指出，规定产品的可靠性指标、失效判据及可靠性验证试验方法虽然很重要，但仅靠这些还不能保证产品的可靠性。产品的可靠性是设计出来的、制造出来的、管理出来的。因此，必须重视产品的可靠性设计工作。对于电器产品，可开展可靠性分配、可靠性预计、冗余设计、耐环境设计以及采用FTA、FMEA、FMECA 等可靠性分析方法; 对于电器产品中的电磁系统和机械构件可采用应力-强度干涉模型进行可靠性设计。

        ( 6) 开展电器产品失效分析工作。失效分析是指对失效产品进行分析，找出其失效模式和失效机理。针对失效分析中找出的问题，提出改进措施，以提高电器产品的可靠性。

        ( 7) 加强可靠性管理工作为了开展可靠性设计、可靠性生产、可靠性试验和失效分析工作，必须要有健全的可靠性管理组织; 为了收集现场使用中的失效产品或现场失效信息，也需要健全的可靠性管理组织; 为了把失效分析得到的信息反馈给设计部门、生产部门和试验部门，更需要健全的可靠性管理组织。因此，加强可靠性管理工作是十分必须和重要的。

5 结 语

        我国电器产品可靠性研究工作起步较晚，不少电器产品还未开展可靠性研究与考核工作，大多数企业对可靠性工作还重视不够。下一步工作是对主要电器产品尽快制订可靠性指标、开展电器产品的可靠性设计、加强可靠性管理工作等，以期望我国电器产品的可靠性水平会有大幅度提高，并在不长的时间内赶超工业先进国家的水平。