商品化關(guān)鍵特性的識(shí)別方法研究

胡振華 任 濤 趙 軍

（中廣核核電運(yùn)營(yíng)有限公司）

0 引言

作為清潔能源，核電受到越來(lái)越多的重視，尤其在碳中和、碳達(dá)峰的全球背景下，核電發(fā)展前景光明。與此同時(shí)，核安全作為核電發(fā)展的前提，也是最為關(guān)注的問(wèn)題。針對(duì)在核電站執(zhí)行核安全功能的物項(xiàng)而言，其可靠性直接影響到了核電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行，因此安全級(jí)物項(xiàng)的質(zhì)量控制尤為重要。此前，設(shè)備制造廠需根據(jù)核質(zhì)保大綱及法規(guī)的要求，建立有效的核質(zhì)保體系。但20世紀(jì)后半葉隨著核電大發(fā)展結(jié)束，核電訂單急劇減少，一些具備核監(jiān)管設(shè)備制造資質(zhì)的廠家，出于成本等方面考慮，不再維持核質(zhì)保大綱［1］。一旦安全級(jí)物項(xiàng)停產(chǎn)，即存在備件保障困難。

在此環(huán)境下，美國(guó)在1975年首次提出了商品級(jí)物項(xiàng)核級(jí)轉(zhuǎn)化（簡(jiǎn)稱“商品化”，英文簡(jiǎn)稱CGD），即采用商品級(jí)物項(xiàng)（不是按核質(zhì)量保證大綱為核設(shè)施專門設(shè)計(jì)和制造），通過(guò)技術(shù)分析和相關(guān)質(zhì)量控制措施，保證物項(xiàng)能夠執(zhí)行預(yù)期的安全功能，使其等效為按核質(zhì)保大綱生產(chǎn)制造的核級(jí)物項(xiàng)的過(guò)程［2］。

國(guó)內(nèi)核電站目前也廣泛存在因安全級(jí)物項(xiàng)停產(chǎn)淘汰，沒(méi)有安全級(jí)物項(xiàng)可供替換的問(wèn)題。為了解決核電站安全級(jí)物項(xiàng)的備件保障問(wèn)題，必須進(jìn)行商品化。作為商品化鑒定的前提，商品級(jí)物項(xiàng)選型要求的準(zhǔn)確性關(guān)系到商品化成功與否，甚至關(guān)乎核電站的安全。

1 商品化方法簡(jiǎn)述

商品化有兩個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)：技術(shù)準(zhǔn)備和核級(jí)應(yīng)用適用性評(píng)估［2］，商品化流程如圖1所示。

圖1 商品化主流程

（1）技術(shù)準(zhǔn)備

主要是基于核電站設(shè)計(jì)要求確保物項(xiàng)分級(jí)和采購(gòu)文件技術(shù)要求的正確性，關(guān)鍵點(diǎn)是確定物項(xiàng)關(guān)鍵特性，需要開(kāi)展安全分級(jí)、物項(xiàng)故障模式和影響分析等活動(dòng)。

（2）適用性評(píng)估

主要是驗(yàn)證商品級(jí)物項(xiàng)的關(guān)鍵特性，以確保物項(xiàng)滿足技術(shù)準(zhǔn)備過(guò)程中確定的質(zhì)量和采購(gòu)技術(shù)要求，能夠執(zhí)行預(yù)期的安全功能。通過(guò)適用性確認(rèn)，可認(rèn)為商品級(jí)物項(xiàng)等效于按HAF003安全級(jí)質(zhì)量保證體系進(jìn)行設(shè)計(jì)制造的安全級(jí)物項(xiàng)。

2 關(guān)鍵特性的概念及分類

根據(jù)商品化方法及流程，不論是技術(shù)準(zhǔn)備環(huán)節(jié)，還是適用性評(píng)估環(huán)節(jié)，都必須確定物項(xiàng)的關(guān)鍵特性。什么是物項(xiàng)的關(guān)鍵特性呢？相關(guān)概念說(shuō)明如下（見(jiàn)圖2）。

圖2 物項(xiàng)特性的典型關(guān)系

特性：是物項(xiàng)可識(shí)別和可測(cè)量的屬性／變量，包含識(shí)別屬性、設(shè)計(jì)特性等。

識(shí)別屬性：也叫標(biāo)識(shí)屬性，主要表征物項(xiàng)的編號(hào)、型號(hào)、圖號(hào)、銘牌等屬性。

設(shè)計(jì)特性：是指確定物項(xiàng)的構(gòu)造、安裝方式和功能、性能所必要的特性。

關(guān)鍵特性：是那些為物項(xiàng)執(zhí)行其預(yù)定的安全功能而提供合理保證所必需的特性，一旦超出了規(guī)定的性能要求，會(huì)直接影響到產(chǎn)品的性能和質(zhì)量，從而導(dǎo)致物項(xiàng)無(wú)法執(zhí)行安全功能，甚至直接影響核電站安全功能。

關(guān)鍵特性又包括物理特性、性能特性和研制過(guò)程特性。

物理特性：是針對(duì)物項(xiàng)本身的物理屬性，包括物項(xiàng)的形狀、結(jié)構(gòu)、尺寸、接口、材質(zhì)、重量等屬性。

性能特性：是在設(shè)計(jì)環(huán)境下，物項(xiàng)執(zhí)行預(yù)期的安全功能及應(yīng)滿足的性能相關(guān)描述。環(huán)境特性包含溫度、濕度；功能特性可以通過(guò)輸入和輸出變量函數(shù)表達(dá)式；性能特性則是一些量化指標(biāo)，電氣相關(guān)設(shè)備／物項(xiàng)的性能特性主要包含額定電壓、額定電流、額定功率、絕緣電阻、耐壓等級(jí)、泄漏電流、浪涌等級(jí)、動(dòng)作值、返回值、響應(yīng)時(shí)間、容量／負(fù)載、精度、可靠性等。

研制過(guò)程特性：是針對(duì)物項(xiàng)在設(shè)計(jì)、制造過(guò)程中必須的質(zhì)量保證和過(guò)程控制屬性。針對(duì)同一過(guò)程特性，即便不同批次的產(chǎn)品，其物理特性和性能特性必須是一致的［3，4］。

物項(xiàng)的特性，可以通過(guò)如下方式獲取。

1）根據(jù)產(chǎn)品詳細(xì)設(shè)計(jì)信息，如產(chǎn)品研發(fā)手冊(cè)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)說(shuō)明。

2）參考產(chǎn)品資料中性能指標(biāo)描述，如產(chǎn)品使用說(shuō)明書。

3）參考相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)／規(guī)范中對(duì)該類型物項(xiàng)的性能描述。

4）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)功能及失效模式分析，對(duì)物項(xiàng)現(xiàn)場(chǎng)功能實(shí)施造成影響的因素。

5）結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)、故障反饋。

6）考慮產(chǎn)品安裝方式、安裝尺寸、外形尺寸、接口類型及方式。

7）考慮現(xiàn)場(chǎng)安裝運(yùn)行環(huán)境，如溫度、濕度、海拔、EMC等。

8）根據(jù)物項(xiàng)識(shí)別屬性，如產(chǎn)品銘牌、標(biāo)牌的記錄信息。

3 關(guān)鍵特性識(shí)別方法

關(guān)鍵特性的控制是核電站商品級(jí)物項(xiàng)質(zhì)量管理的重要手段，直接關(guān)系到物項(xiàng)執(zhí)行安全功能的可靠性，從而影響核電站運(yùn)行的安全及穩(wěn)定，因此關(guān)鍵特性的識(shí)別準(zhǔn)確性至關(guān)重要。

如果在產(chǎn)品研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、裝配、驗(yàn)收中，如對(duì)物項(xiàng)的每個(gè)特性都進(jìn)行控制，需要過(guò)多的投入，執(zhí)行起來(lái)也很困難，其實(shí)也完全沒(méi)有必要。故需對(duì)產(chǎn)品的特性進(jìn)行分析和篩選，剔除對(duì)于產(chǎn)品質(zhì)量影響不顯著的特性，僅保留那些對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量具有重要影響的關(guān)鍵特性。

關(guān)鍵特性的識(shí)別通?？梢酝ㄟ^(guò)如下兩種方式進(jìn)行，一種是通過(guò)使用實(shí)際設(shè)計(jì)信息，一種是通過(guò)物項(xiàng)失效模式及對(duì)安全功能的影響分析（FMEA）進(jìn)行識(shí)別［5］。

3.1 通過(guò)使用實(shí)際設(shè)計(jì)信息進(jìn)行關(guān)鍵特性識(shí)別

主要針對(duì)可以從產(chǎn)品原始的設(shè)計(jì)文件或者所參照的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中提取該物項(xiàng)的技術(shù)／質(zhì)量要求，進(jìn)而從該物項(xiàng)的設(shè)計(jì)特性中確定該物項(xiàng)的關(guān)鍵特性，注意包含環(huán)境因素和抗震性能。確認(rèn)識(shí)別的關(guān)鍵特性并記錄，制定各特性允許的公差范圍，形成物項(xiàng)特性的驗(yàn)收準(zhǔn)則［6］。

以電壓繼電器為例，可從產(chǎn)品資料中提取相應(yīng)特性參數(shù)，進(jìn)一步進(jìn)行識(shí)別和分析，篩選出額定電壓、額定頻率、測(cè)量范圍、觸點(diǎn)材料、負(fù)載能力、接線能力、防護(hù)等級(jí)等性能特性，安裝方式、安裝尺寸、外形尺寸、重量、環(huán)境溫度、濕度等物理特性作為關(guān)鍵特性。

也可從其所執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行相應(yīng)特性的識(shí)別和提取，如電壓繼電器參照?qǐng)?zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)之一GB14598.127Y2013《量度繼電器和保護(hù)裝置 第127部分：過(guò)／欠電壓保護(hù)功能要求》，從中可以提取啟動(dòng)時(shí)間、動(dòng)作時(shí)間、返回時(shí)間、復(fù)歸系數(shù)／返回系數(shù)等重要參數(shù)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)功能分析，其影響電壓繼電器安全功能的執(zhí)行，故均列為關(guān)鍵性能。

3.2 FMEA方法進(jìn)行關(guān)鍵特性識(shí)別

針對(duì)無(wú)法獲取原始設(shè)計(jì)文件的物項(xiàng)，其關(guān)鍵特性的識(shí)別，還可以FMEA進(jìn)行評(píng)價(jià)，方法如下：

（1）安全功能分析

根據(jù)物項(xiàng)初始設(shè)計(jì)功能，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用，分析物項(xiàng)在系統(tǒng)或設(shè)備運(yùn)行中所執(zhí)行的安全功能，并據(jù)此確認(rèn)商品級(jí)物項(xiàng)的安全級(jí)別及適用范圍。

（2）物項(xiàng)失效分析

識(shí)別商品級(jí)物項(xiàng)存在的失效模式，分析失效后對(duì)核安全相關(guān)系統(tǒng)或核電站安全功能的影響。

（3）關(guān)鍵特性選擇

根據(jù)失效分析，識(shí)別哪些特性的變化可能引起物項(xiàng)失效，進(jìn)而影響核安全功能的執(zhí)行；這些特性可以確定為關(guān)鍵特性。

（4）記錄關(guān)鍵特性

復(fù)核所選的關(guān)鍵特性，剔除重復(fù)的、有包絡(luò)關(guān)系的，記錄物項(xiàng)選取的關(guān)鍵特性。

通過(guò)FMEA方式，就電壓繼電器進(jìn)行關(guān)鍵特性識(shí)別過(guò)程簡(jiǎn)化示例，如表1所示。

表1 通過(guò)FMEA進(jìn)行關(guān)鍵特性識(shí)別示例

3.3 綜合法

綜合法，即結(jié)合前述上述兩種方法，匯總?cè)筷P(guān)鍵特性，并根據(jù)物項(xiàng)在系統(tǒng)／設(shè)備中執(zhí)行的安全功能及失效影響分析，篩選并記錄最終的關(guān)鍵特性。

以電壓繼電器為例，綜合參考不同廠家的電壓繼電器產(chǎn)品資料、結(jié)合電廠SDM或EOMM文件、產(chǎn)品銘牌，并依據(jù)電壓繼電器適用的標(biāo)準(zhǔn)／規(guī)范，識(shí)別出電壓繼電器全部可能的關(guān)鍵特性。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)安全功能及失效影響分析，最終形成如表2所示的關(guān)鍵特性識(shí)別表。

表2 電壓繼電器關(guān)鍵特性匯總清單

（續(xù)）

（續(xù)）

4 結(jié)束語(yǔ)

因設(shè)備停產(chǎn)或者原始物項(xiàng)不滿足現(xiàn)場(chǎng)使用要求等原因，目前在運(yùn)核電面臨著核級(jí)備件保障的問(wèn)題。商品化可以有效解決核級(jí)備件的供應(yīng)問(wèn)題，確保核電站安全穩(wěn)定運(yùn)行，有必要大力推廣。但作為商品化的前提，必須對(duì)商品級(jí)物項(xiàng)的關(guān)鍵特性進(jìn)行準(zhǔn)確的識(shí)別和篩選，從而才能在此基礎(chǔ)上進(jìn)行后續(xù)的性能驗(yàn)證，確保商品級(jí)物項(xiàng)滿足現(xiàn)場(chǎng)的安全功能要求。本文提出的方法可以準(zhǔn)確、有效地指導(dǎo)商品化物項(xiàng)關(guān)鍵特性識(shí)別工作的有序開(kāi)展，對(duì)核電站安全級(jí)物項(xiàng)的備件保障有著重要的意義。