王海濤 王景芹 趙靖英

河北工業(yè)大學(xué)省部共建電工裝備可靠性與智能化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 天津 300401

0 引言

“中國(guó)制造2025”為中國(guó)制造業(yè)未來(lái)10年設(shè)計(jì)頂層規(guī)劃和路線圖，通過(guò)努力實(shí)現(xiàn)中國(guó)制造向中國(guó)創(chuàng)造、中國(guó)速度向中國(guó)質(zhì)量、中國(guó)產(chǎn)品向中國(guó)品牌三大轉(zhuǎn)變。“中國(guó)制造2025”的基本方針：質(zhì)量為先、人才為本[1-2]。

在我國(guó)，低壓電器的應(yīng)用量大，發(fā)電設(shè)備產(chǎn)生的電能80%以上是通過(guò)低壓電器傳輸而消耗的。低壓電器需求量巨大，低壓電器廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)行業(yè)，以及千家萬(wàn)戶用電設(shè)備的控制與保護(hù)。低壓電器產(chǎn)品眾多，是電力系統(tǒng)的核心基礎(chǔ)零部件（元器件）。低壓電器產(chǎn)品的質(zhì)量對(duì)電力系統(tǒng)的發(fā)展、安全運(yùn)行起到至關(guān)重要的作用[3-4]。

低壓電器的應(yīng)用范圍主要包括三大領(lǐng)域[3-4]：電力系統(tǒng)、居民住宅、新能源汽車。在電力系統(tǒng)中，每新增1萬(wàn)千瓦發(fā)電容量，大約需要6～8萬(wàn)件低壓電器設(shè)備。以最保守的8年更新壽命周期測(cè)算，目前我國(guó)配電網(wǎng)中低壓電器存量產(chǎn)品的年均更新需求在13.33億件。行業(yè)數(shù)據(jù)顯示，電子電器在新能源汽車中的價(jià)值約占到整車成本的9%左右，即一臺(tái)20萬(wàn)元的新能源汽車，電子電器的價(jià)值約1.8萬(wàn)元。在低壓電器行業(yè)貫徹落實(shí)“中國(guó)制造2025”的基本方針之一“質(zhì)量為先”尤為重要。培養(yǎng)低壓電器可靠性方面的人才迫在眉睫。電器可靠性技術(shù)是電機(jī)與電器學(xué)科大三的核心專業(yè)課程，也是理論聯(lián)系實(shí)際的一道橋梁，在“中國(guó)制造2025”的背景下，電器可靠性技術(shù)課程的作用和意義凸顯。

1 電器可靠性技術(shù)課程介紹

河北工業(yè)大學(xué)在20世紀(jì)70年代就開(kāi)拓了國(guó)內(nèi)低壓電器可靠性研究領(lǐng)域，并首先開(kāi)設(shè)了電器可靠性技術(shù)課程。電器可靠性技術(shù)課程是河北工業(yè)大學(xué)國(guó)家“雙一流”建設(shè)學(xué)科的工程實(shí)踐很強(qiáng)的特色專業(yè)課程。該課程以國(guó)家需求和前沿技術(shù)為引導(dǎo)，以科研成果和橫縱項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)，開(kāi)展問(wèn)題導(dǎo)入—工程案例—科研反饋—?jiǎng)?chuàng)新思維式的特色教學(xué)模式，強(qiáng)調(diào)定量分析和工程實(shí)際相結(jié)合的教學(xué)模式[4-5]。

電器產(chǎn)品的質(zhì)量應(yīng)包括其技術(shù)性能指標(biāo)和可靠性指標(biāo)兩個(gè)方面，二者之間既有聯(lián)系又有區(qū)別。影響產(chǎn)品可靠性的因素很多，低壓電器產(chǎn)品可靠性工作基本內(nèi)容框圖如圖1所示。

圖1 可靠性工作基本內(nèi)容框圖

由圖1可以看出，可靠性工作包括：可靠性設(shè)計(jì)、可靠性制造、可靠性篩選、可靠性試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和失效分析等環(huán)節(jié)。各個(gè)環(huán)節(jié)之間是相互關(guān)聯(lián)，相互影響的。圍繞電器可靠性工作的基本內(nèi)容，電器可靠性技術(shù)課程開(kāi)設(shè)教學(xué)模塊在表1中列出。

表1 電器可靠性技術(shù)主要教學(xué)模塊

2 電器可靠性技術(shù)教學(xué)案例設(shè)計(jì)

以電器可靠性技術(shù)課程的第3章“電器產(chǎn)品的可靠性抽樣”模塊為例，介紹“中國(guó)制造2025”背景下的教學(xué)案例設(shè)計(jì)內(nèi)容。

2.1 教學(xué)案例設(shè)計(jì)目標(biāo)

2）貫徹“中國(guó)制造2025”指導(dǎo)思想，以提質(zhì)增效為中心。通過(guò)電器可靠性技術(shù)課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生具備低壓電器可靠性分析能力、解決低壓電器可靠性工程實(shí)際復(fù)雜問(wèn)題的綜合能力與創(chuàng)新能力；幫助學(xué)生形成工程實(shí)踐意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力；使學(xué)生了解“實(shí)際復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化”的科學(xué)研究思想。

3）貫徹“中國(guó)制造2025”的基本方針之一——“質(zhì)量為先”，堅(jiān)持把質(zhì)量作為建設(shè)制造強(qiáng)國(guó)的生命線，強(qiáng)化企業(yè)質(zhì)量主體責(zé)任，加強(qiáng)質(zhì)量技術(shù)攻關(guān)。建設(shè)質(zhì)量監(jiān)管體系、先進(jìn)質(zhì)量文化，走以質(zhì)取勝的發(fā)展道路。通過(guò)電器可靠性技術(shù)課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生成為具備安全可靠的科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新意識(shí)的電氣工程領(lǐng)域的專業(yè)精英。低壓電器產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性工程問(wèn)題與抽樣檢查方案緊密相關(guān)，通過(guò)低壓電器標(biāo)準(zhǔn)中抽樣檢查方案的實(shí)例分析，讓學(xué)生體會(huì)抽樣檢查理論及抽樣檢查方案的制訂對(duì)低壓電器產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)價(jià)與控制影響的工程理念。引導(dǎo)學(xué)生從質(zhì)量角度、可靠性角度、使用者角度、生產(chǎn)者角度思考工程問(wèn)題，提高解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力。培養(yǎng)學(xué)生的家國(guó)情懷、工匠精神和責(zé)任擔(dān)當(dāng)[10-12]。

2.2 教學(xué)案例構(gòu)思與課堂組織

2.2.1 問(wèn)題導(dǎo)入

以低壓電器標(biāo)準(zhǔn)中四種抽樣檢查方案為例，將學(xué)生分為四組，每組計(jì)算一種抽樣檢查方案的接收概率，并畫(huà)出接收概率與不合格品率關(guān)系曲線。通過(guò)對(duì)比四種抽樣檢查方案接收概率與不合格品率關(guān)系曲線，引導(dǎo)學(xué)生思考哪種抽樣檢查方案更好。激發(fā)學(xué)生的興趣并引導(dǎo)學(xué)生了解確定低壓電器產(chǎn)品抽樣檢查方案的重要性。

2.2.2 工程思維

建立學(xué)生“實(shí)際問(wèn)題歸納—實(shí)際問(wèn)題簡(jiǎn)化—提出解決思路—回歸實(shí)際問(wèn)題”的工程思維；教會(huì)學(xué)生在理論和實(shí)踐基礎(chǔ)上的簡(jiǎn)單化分析方法。引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)抽樣檢查可能犯的兩類錯(cuò)誤：把質(zhì)量較好的一批產(chǎn)品誤判為不合格；把質(zhì)量較差的一批產(chǎn)品誤判為合格。讓學(xué)生體驗(yàn)到抽樣檢查方案對(duì)生產(chǎn)者風(fēng)險(xiǎn)率和使用者風(fēng)險(xiǎn)率影響的博弈關(guān)系，從盡量減少兩類錯(cuò)誤出發(fā)，正確確定四個(gè)關(guān)鍵參數(shù)：p0，可接受的質(zhì)量水平；α，生產(chǎn)者風(fēng)險(xiǎn)率；p1，不合格品率容限；β，使用者風(fēng)險(xiǎn)率。

2.2.3 解決問(wèn)題的方法

通過(guò)講解根據(jù)四個(gè)參數(shù)或兩個(gè)參數(shù)確定抽樣檢查方案的意義，讓學(xué)生掌握四參數(shù)時(shí)查表確定抽樣檢查方案方法及兩參數(shù)時(shí)抽樣檢查方案的確定方法，認(rèn)識(shí)各確定方法得到的抽樣檢查方案的適用性。根據(jù)p0、α值來(lái)確定抽樣檢查方案的方法是否重視了生產(chǎn)者風(fēng)險(xiǎn)，而未考慮使用者風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)p1、β值來(lái)確定抽樣檢查方案的方法是否重視了使用者利益，而未考慮生產(chǎn)者風(fēng)險(xiǎn)。

（7）雙魚(yú)宮亥次，攝訾神君，宰衛(wèi)地并州分野。（《太上說(shuō)玄天大聖真武本傳神呪妙經(jīng)註》卷一，《中華道藏》30/534）

2.2.4 引入工程案例

引入我國(guó)“低壓電器質(zhì)量抽樣檢查方案”工程案例，我國(guó)低壓電器標(biāo)準(zhǔn)中抽樣檢查方案為二次計(jì)數(shù)抽樣檢查方案（2,4,0,2,1）。從質(zhì)量角度對(duì)我國(guó)低壓電器標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行抽樣檢查方案的抽檢特性分析可知，當(dāng)不合格品率達(dá)68%時(shí)，仍有10%的概率檢驗(yàn)為合格，對(duì)生產(chǎn)者有利。再引導(dǎo)學(xué)生從可靠性角度進(jìn)一步分析抽樣檢查方案的合理性，雖然試驗(yàn)通過(guò)了，但產(chǎn)品的可靠度是不高的。從質(zhì)量與可靠性兩個(gè)角度分析我國(guó)低壓電器抽樣檢查方案存在的不合理性，即不能保證產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性，對(duì)生產(chǎn)者過(guò)于有利，而給用戶帶來(lái)了困難。在強(qiáng)化本節(jié)課程知識(shí)點(diǎn)的同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會(huì)利用可靠性特征量估計(jì)的知識(shí)分析問(wèn)題。

2.2.5 工程案例回歸

針對(duì)我國(guó)“低壓電器質(zhì)量抽樣檢查方案”對(duì)生產(chǎn)者過(guò)于有利的現(xiàn)狀，啟發(fā)學(xué)生從質(zhì)量和可靠性兩個(gè)方面提出解決方案。從工程角度用數(shù)據(jù)說(shuō)話，明確各個(gè)抽樣檢查方案的優(yōu)缺點(diǎn)，并對(duì)所有抽樣檢查方案進(jìn)行優(yōu)選。我國(guó)低壓電器現(xiàn)有形式試驗(yàn)抽樣方案抽取的樣品數(shù)太少，應(yīng)適當(dāng)增加抽樣數(shù)量。改進(jìn)方案：（7,1），（10,2），（4,4,0,2,1）。

2.3 教學(xué)案例特色

2.3.1 真實(shí)性

突出理論教學(xué)與工程案例相結(jié)合的觀念，將工程案例引入課堂，讓學(xué)生直接參與解決工程中面臨的問(wèn)題，樹(shù)立并不斷培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)，激發(fā)學(xué)生的求知欲。

2.3.2 實(shí)踐性

在對(duì)問(wèn)題解決方案的剖析過(guò)程中，培養(yǎng)學(xué)生的可靠性理念，深入理解質(zhì)量和可靠性的關(guān)系，融入抽樣檢查方案的生產(chǎn)者與使用者博弈理念，促進(jìn)學(xué)生學(xué)以致用。

2.3.3 自主性

采用以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的啟發(fā)式、探究式教學(xué)方法，讓學(xué)生在不斷生疑—質(zhì)疑—釋疑的過(guò)程中啟發(fā)思維、發(fā)展智力。采用正向和逆向思維分析問(wèn)題，啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)新性地找到問(wèn)題解決的方式。

3 電器可靠性技術(shù)教學(xué)案例的實(shí)施

可靠性抽樣檢查模塊案例的實(shí)施過(guò)程分為3個(gè)部分：課前、課中和課后。課前主要是分析計(jì)算低壓電器標(biāo)準(zhǔn)中四種抽樣檢查方案，計(jì)算在各不合格頻率情況下的接收概率值，并繪制接收概率與不合格頻率之間的關(guān)系曲線圖；在“質(zhì)量為先”的基本方針下，嘗試分析低壓電器產(chǎn)品質(zhì)量與接收概率之間的關(guān)系。課中主要針對(duì)抽樣檢查方案的教學(xué)內(nèi)容，分析四種抽樣檢查方案的優(yōu)劣；明確抽檢特性曲線及四個(gè)參數(shù)意義——生產(chǎn)者與使用者利益的博弈；掌握抽樣檢查方案的確定方法；從質(zhì)量與可靠性兩個(gè)角度分析我國(guó)低壓電器抽樣檢查方案的合理性。課后主要針對(duì)我國(guó)低壓電器標(biāo)準(zhǔn)中抽樣檢查方案對(duì)生產(chǎn)者過(guò)于有利的現(xiàn)狀，提出抽樣檢查方案的改進(jìn)方法，并進(jìn)行分析驗(yàn)證。具體實(shí)施過(guò)程如表2所示。

表2 項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程

4 結(jié)束語(yǔ)

本文以電器可靠性技術(shù)抽樣檢查模塊為例，介紹了在“中國(guó)制造2025”背景下的案例設(shè)計(jì)和實(shí)施過(guò)程。引導(dǎo)學(xué)生從質(zhì)量角度、可靠性角度、使用者角度、生產(chǎn)者角度思考工程問(wèn)題，提高解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力。加深學(xué)生對(duì)“中國(guó)制造2025”的基本方針——質(zhì)量為先、人才為本的體會(huì)和理解。培養(yǎng)學(xué)生的家國(guó)情懷、工匠精神和責(zé)任擔(dān)當(dāng)。