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施耐德电气SPD管理经验分享
施耐德电气作为世界500强企业之一，在电气低压领域深耕多年，不断开拓进取，积极创新。作为全球能效管理专家为世界100多个国家提供整体解决方案，其中在能源与基础设施、工业过程控制、楼宇自动化和数据中心与网络等市场处于世界领先地位，在住宅应用领域也拥有强大的市场能力。
施耐德电气作为世界500强企业之一，在电气低压领域深耕多年，不断开拓进取，积极创新。作为全球能效管理专家为世界100多个国家提供整体解决方案，其中在能源与基础设施、工业过程控制、楼宇自动化和数据中心与网络等市场处于世界领先地位，在住宅应用领域也拥有强大的市场能力。自1987年在天津成立第一家合资厂以来，施耐德电气在中国共建立了53个办事处，30家工厂，8个物流中心，3个全球研发中心，1000多名研发工程师，700多家分销商以及遍布全国的销售网络。2004年，施耐德电气中国引入电涌保护器产品，开始了防雷产品在中国的推广征程。在强大团队的合力推动下，电涌保护器产品在十年间保持了非常高的增长率，在市场上建立了具有领先优势的品牌地位。近年来，为了适应国内外日益增长的市场需要，施耐德电涌保护器在逐步提高、不断更新的同时，更在上海建立了研发基地和生产基地，为全球提供电涌保护解决方案并供应品质卓越的电涌保护产品。本文就以施耐德第四代电涌保护器iPRU系列产品为例，分享施耐德电气作为国际企业在SPD产品的技术研发、工业化、质量控制和产品认证等方面的管理经验。
技术研发
SPD的设计是一项复杂的工作，一方面是因为SPD在建筑、通信、石化、铁路、新能源等主要行业中所遵循的标准体系和技术要求不尽相同，使得SPD的研发需要综合考虑不同应用环境下的特性；另一方面是因为作为一种大批量生产的工业品，SPD的研发需要考虑如何通过更合理的设计来提高产品的生产效率。施耐德电气iPRU系列SPD正是在这样的背景下应运而生的。
iPRU秉承了施耐德电气百年品牌设计经验，严格按照PMP (Project Management Process) 设计流程进行充分的功能分析，对比各家所长，精确定义产品结构，向客户提供性价比最优的解决方案。在提高SPD的性能提升方面，技术研发部门做出了许多努力，下面以ODT动作负载试验和热稳定性的改善为例来具体说明。
在ODT方面，由于焊点处容易存在洞隙，洞隙增大电阻的同时也降低了焊接的强度，使SPD在ODT中更容易脱扣。为了解决这个问题，我们提出了三种改进方法：1.消除焊点处的洞隙；2.采用回流焊来增强焊接强度；3.增加焊接面积。在工艺部门对前两点进行了改进后，技术部门针对第三点对产品也做出了相应的改进。
改进的方案是采用面积更大的摇臂以及更粗的辫线。在烘箱试验中，改进后的SPD能够做到150°C时不脱扣，187°C时脱扣，具有良好的耐热性能。在焊点强度试验中，改进后的SPD脱落所需要力的最大值、最小值以及平均值均有所增加，表明焊点强度得到了增强。在动作负荷试验中，改进后的SPD能够轻松承受冲击试验并且不受损。另外，改进后的SPD在尺寸和涂膜厚度的检测中也完全符合要求。这些试验结果表明，采用大面积摇臂和粗辫线的SPD在ODT中有着更为良好的性能，并且依旧满足其他试验要求。
在改善热稳定性方面，采用的方案是改变扭力弹簧、摇臂和接线片。主要目的是增大扭力弹簧的直径，其他零件的改变是为了适应扭力弹簧的改变。采用直径更大的扭力弹簧（自由角度）能够实现更大的弹簧弹力，使SPD能够及早脱扣，减小SPD外壳的温升，增强SPD的热稳定性。为了验证改进后的SPD有着更好的热稳定性，且改进之后SPD的其他性能不受影响，我们进行了一系列的试验：
1）尺寸测量试验，改进之后的SPD的尺寸要在误差允许范围内符合标准；
2）弹簧弹力测量，12mm位置处且角度为49.7的弹簧弹力在9.3N～11.3N之间；
3）耐热试验，按国标SPD在环境温度为80oC ±5K的加热箱中24h，SPD不脱扣；
4）热稳定试验，按国标，SPD通过一定大小的电流（如2 mA），之后逐级增加电流，一直加到最大值，SPD能够安全脱扣，且外壳温度不至于过高（不超过120K）；
5）动作负载试验，按国标， SPD在每次预处理的冲击后动作负载循环试验后能达到热稳定且不受损；
6）TOV特性试验，按国标，在施加Uc期间，SPD具有热稳定性，且试品冷却到接近环境温度后，检查是否能保持规定的的电压保护水平；
7）在低压系统故障引起的TOV下试验，按IEC标准，满足要求；
8）烘箱试验， SPD在120°C下48h不脱扣，在145°C下2h不脱扣，在187°C下2h安全脱扣。
试验结果表明，改善后的SPD拥有更加优良的热稳定性，能够为设备或系统提供更安全的保护，使用户放心使用。
工业化
工业化部门是负责生产工艺制定、生产质量控制、产能规划和生产线设计制造、验收的部门，为保障SPD产品质量，严格地把控生产工艺流程的每一步。在新产品iPRU的项目中工业化工程师重点解决了以下几个方面的问题 。
原材料方面，由于iPRU系列电涌保护器对元器件质量提出了更高的要求，施耐德电气通过与关键元器件材料供应商的通力合作，改造和优化了供应商的制造工艺，提升了元器件的工艺水平，保障了供货的高质量。同时，根据量产的工艺要求，设计符合装配作业的专用钎料，并与原料供应商一同试验，精选出符合该种钎焊工艺的专用钎剂。另外，在关键零件的设计基础上，增加了特殊表面处理工艺，使得关键零件的钎焊工序合格率提升至99%以上。
工装设计方面，历经多轮的工装设计试验及优化，最终确定并制造出符合量产质量效率目标的专用工装和夹具。还进行上百次的钎焊试验，用以优化适合批量生产的钎焊工艺参数。
生产线的设计上，我们采用了单元生产线，它的好处在于能够减少制品与成品库存、降低转产时间，使生产过程更加合理、高效。目前，很多企业已经运用了单元生产线，但成熟的运用都会结合自身产品、流程以及人员的特点，而不仅仅是形式上的“U型线”，施耐德电气的单元生产线也独具特色。
由于SPD产品较小，装配时间短，并且不同的产品也存在差异，这样就给生产线的平衡带来了困难，而施耐德电气采用员工自主调节的柔性生产机制，即员工人数少于工位（工序）数量，每人不是单独操作一道工序，也不是固定的几道工序，而是在工序之间设定最高在制品库存数量，如此只要工位在制品数量达到标准，员工就必须到别的工序作业（空的、在制品数量不够的），并用滑槽来控制在制品数量。单元生产线通过将加工与装配相连接并流水化，同时鼓励创新优化流程，调动员工参与的积极性，最大程度地消除了中间库存。
质量控制
施耐德电气在产品开发、运营过程中，始终坚持客户第一，质量优先的原则。在施耐德电气，客户满意是每个员工的首要任务，施耐德人始终坚持——对质量的最终检验是客户满意。
所以每一个施耐德的产品项目都严格符合PMP项目管理流程：
在产品的开发过程中，施耐德质量团队始终坚持贯彻RADAR流程（Required Activities of Design to Achieve Robustness）。
一、为确保开发出客户满意的产品，每个项目在立项之初，都会收集实际的客户声音——分析形成客户需求——整合转换成设计、开发的功能描述——逐级细分到架构设计——技术文档——定义功能单元属性——最终转换为可测量的参数。
在SPD产品开发初期，质量团队负责检查、核对、确保“客户声音”按照此流程进行分析转换，最终形成可测的量化参数。开发期间，质量团队定期将市场部、设计团队召集起来，一块检查SPD产品的“客户声音”、“客户需求”是否链接到“设计文档”、“量化参数”。在设计架构确定时，保证所有的“客户声音”、“客户需求”被“设计文档”、“量化参数”100%的覆盖。
二、在产品开发、验证过程中，严格贯彻施耐德内部验证流程：
a． 质量团队会协同市场、设计团队用AFMEA（应用失效模式分析）针对客户实际应用习惯将产品功能描述进行分级，定义出优先级/严重度、质量关键点，并对安全风险采用FTA（故障树分析）计算分析客户安全风险的概率，确保产品生命周期内客户安全“零风险”。同时协同测试验证团队参照相应的标准（IEC、GB）制订Validation plan（产品验证计划）覆盖所有已经确认的“客户需求”。
b． 质量团队协同设计用DFMEA（设计失效模式分析）对产品按功能逐个分析，对风险度“10”的安全分析项“零容忍”，确保设计阶段增加poka yoke（防呆设计）；对其他高风险分析项，制订相应的Verification plan（功能验证计划）及人员进行持续追踪。
c． 对DFMEA识别出的风险项，结合具体的参数要求，定义零件、组件尺寸严重度等级——对应出具体的尺寸控制要求，量化成可分析测量的PPM要求（严重度越高，Sigma水平要求越高，对应的ppm值越小）；随后进行完整的功能单元验证，质量团队依照制定的功能验证计划要求，验证结果和量化指标进行比对，达不到要求时继续改进，直到所有指标达到要求为止。
d． 功能单元验证完成后，质量团队负责将设计团队固定的每个零件、组件的设计尺寸、参数要求转化为CQCP（零、组件质量控制计划），根据零件、组件严重度等级制定供应商缺陷率PPM等质量指标（严重度越高，质量指标要求越高），之后对选定的供应商进行制程能力考核——文件体系和实际制程审核，所有制程都要求符合RoHS、REACH法规。
e． 同时质量团队负责将产品级的设计参数转换为PQCP（产品质量控制计划），结合PFMEA(制程失效模式分析)，在制程中各个质量点进行生产管控。确保采用小批次量产的样品按照产品验证计划进行测试试验，在测试通过的同时确保一定的裕量。
f． 最后，采用实际量产样品在国家级认证中心进行认证试验，试验通过后由认证中心生成完整的认证报告，备案后取得国家质量中心认证标志。质量团队确认所有内部验证、外部认证完成、齐全之后，才正式批准产品质量合格，允许上市。
认证
为了给用户提供放心的产品，施耐德的SPD产品通过了国内国际的一系列的认证。
在国内，施耐德SPD通过了产品型式试验（按GB 18802.1-2011标准），初次工厂检查和后续监督，获得了中国质量认证中心的CQC标志认证（CQC标志认证通过加施CQC标志的方式表明产品符合相关的质量、安全、性能、电磁兼容等认证要求）。此外，还有中华人民共和国工业和信息化部（MIIT）的认证，通过了上海市防雷测试中心的测试和监督。
在国外，我们的SPD产品通过了法国的NF认证、荷兰的KEMA认证、俄罗斯的GOST认证和奥地利的OVE认证，认证标准为IEC61643-1。NF认证发证前会进行产品测试以及工厂检查，事后对工厂保持监督；KEMA 是电安全的质量标志，荷兰电器法执行的是欧洲共同体关于低压电工产品的法令，要求所有在荷兰市场上销售的电工产品均应满足其规定的安全标准，KEMA 按照这些标准颁发认证标志，如果一件产品拿到了KEMA的标志，也就自动地达到欧洲法律的要求；GOST认证即俄罗斯国家标准认证，俄罗斯对于产品安全方面有其自己的要求，几乎所有的消费产品都需要进行强制认证，GOST认证相当于其他国家的ISO9000体系认证，是一种对俄罗斯制造商和出口到俄罗斯市场的出口商都非常重要的认证；OVE认证是奥地利的安全认证，申请时也必须提交相应的工厂检查报告。
通过认证的SPD产品拥有优良的性能，能够为设备或系统提供安全可靠的保护，为用户的安全使用提供坚实保障。
结束语
安全可靠的产品永远是企业的立足之本，施耐德电气作为一家在电气领域深耕多年的国际企业，将多年来在产品开发、运营过程中积累的经验与同行分享，愿同各位防雷企业一道承担起对社会的责任，将防雷事业做得更好、更强。
技术研发
SPD的设计是一项复杂的工作，一方面是因为SPD在建筑、通信、石化、铁路、新能源等主要行业中所遵循的标准体系和技术要求不尽相同，使得SPD的研发需要综合考虑不同应用环境下的特性；另一方面是因为作为一种大批量生产的工业品，SPD的研发需要考虑如何通过更合理的设计来提高产品的生产效率。施耐德电气iPRU系列SPD正是在这样的背景下应运而生的。
iPRU秉承了施耐德电气百年品牌设计经验，严格按照PMP (Project Management Process) 设计流程进行充分的功能分析，对比各家所长，精确定义产品结构，向客户提供性价比最优的解决方案。在提高SPD的性能提升方面，技术研发部门做出了许多努力，下面以ODT动作负载试验和热稳定性的改善为例来具体说明。
在ODT方面，由于焊点处容易存在洞隙，洞隙增大电阻的同时也降低了焊接的强度，使SPD在ODT中更容易脱扣。为了解决这个问题，我们提出了三种改进方法：1.消除焊点处的洞隙；2.采用回流焊来增强焊接强度；3.增加焊接面积。在工艺部门对前两点进行了改进后，技术部门针对第三点对产品也做出了相应的改进。
改进的方案是采用面积更大的摇臂以及更粗的辫线。在烘箱试验中，改进后的SPD能够做到150°C时不脱扣，187°C时脱扣，具有良好的耐热性能。在焊点强度试验中，改进后的SPD脱落所需要力的最大值、最小值以及平均值均有所增加，表明焊点强度得到了增强。在动作负荷试验中，改进后的SPD能够轻松承受冲击试验并且不受损。另外，改进后的SPD在尺寸和涂膜厚度的检测中也完全符合要求。这些试验结果表明，采用大面积摇臂和粗辫线的SPD在ODT中有着更为良好的性能，并且依旧满足其他试验要求。
在改善热稳定性方面，采用的方案是改变扭力弹簧、摇臂和接线片。主要目的是增大扭力弹簧的直径，其他零件的改变是为了适应扭力弹簧的改变。采用直径更大的扭力弹簧（自由角度）能够实现更大的弹簧弹力，使SPD能够及早脱扣，减小SPD外壳的温升，增强SPD的热稳定性。为了验证改进后的SPD有着更好的热稳定性，且改进之后SPD的其他性能不受影响，我们进行了一系列的试验：
1）尺寸测量试验，改进之后的SPD的尺寸要在误差允许范围内符合标准；
2）弹簧弹力测量，12mm位置处且角度为49.7的弹簧弹力在9.3N～11.3N之间；
3）耐热试验，按国标SPD在环境温度为80oC ±5K的加热箱中24h，SPD不脱扣；
4）热稳定试验，按国标，SPD通过一定大小的电流（如2 mA），之后逐级增加电流，一直加到最大值，SPD能够安全脱扣，且外壳温度不至于过高（不超过120K）；
5）动作负载试验，按国标， SPD在每次预处理的冲击后动作负载循环试验后能达到热稳定且不受损；
6）TOV特性试验，按国标，在施加Uc期间，SPD具有热稳定性，且试品冷却到接近环境温度后，检查是否能保持规定的的电压保护水平；
7）在低压系统故障引起的TOV下试验，按IEC标准，满足要求；
8）烘箱试验， SPD在120°C下48h不脱扣，在145°C下2h不脱扣，在187°C下2h安全脱扣。
试验结果表明，改善后的SPD拥有更加优良的热稳定性，能够为设备或系统提供更安全的保护，使用户放心使用。
工业化
工业化部门是负责生产工艺制定、生产质量控制、产能规划和生产线设计制造、验收的部门，为保障SPD产品质量，严格地把控生产工艺流程的每一步。在新产品iPRU的项目中工业化工程师重点解决了以下几个方面的问题 。
原材料方面，由于iPRU系列电涌保护器对元器件质量提出了更高的要求，施耐德电气通过与关键元器件材料供应商的通力合作，改造和优化了供应商的制造工艺，提升了元器件的工艺水平，保障了供货的高质量。同时，根据量产的工艺要求，设计符合装配作业的专用钎料，并与原料供应商一同试验，精选出符合该种钎焊工艺的专用钎剂。另外，在关键零件的设计基础上，增加了特殊表面处理工艺，使得关键零件的钎焊工序合格率提升至99%以上。
工装设计方面，历经多轮的工装设计试验及优化，最终确定并制造出符合量产质量效率目标的专用工装和夹具。还进行上百次的钎焊试验，用以优化适合批量生产的钎焊工艺参数。
生产线的设计上，我们采用了单元生产线，它的好处在于能够减少制品与成品库存、降低转产时间，使生产过程更加合理、高效。目前，很多企业已经运用了单元生产线，但成熟的运用都会结合自身产品、流程以及人员的特点，而不仅仅是形式上的“U型线”，施耐德电气的单元生产线也独具特色。
由于SPD产品较小，装配时间短，并且不同的产品也存在差异，这样就给生产线的平衡带来了困难，而施耐德电气采用员工自主调节的柔性生产机制，即员工人数少于工位（工序）数量，每人不是单独操作一道工序，也不是固定的几道工序，而是在工序之间设定最高在制品库存数量，如此只要工位在制品数量达到标准，员工就必须到别的工序作业（空的、在制品数量不够的），并用滑槽来控制在制品数量。单元生产线通过将加工与装配相连接并流水化，同时鼓励创新优化流程，调动员工参与的积极性，最大程度地消除了中间库存。
质量控制
施耐德电气在产品开发、运营过程中，始终坚持客户第一，质量优先的原则。在施耐德电气，客户满意是每个员工的首要任务，施耐德人始终坚持——对质量的最终检验是客户满意。
所以每一个施耐德的产品项目都严格符合PMP项目管理流程：
在产品的开发过程中，施耐德质量团队始终坚持贯彻RADAR流程（Required Activities of Design to Achieve Robustness）。
一、为确保开发出客户满意的产品，每个项目在立项之初，都会收集实际的客户声音——分析形成客户需求——整合转换成设计、开发的功能描述——逐级细分到架构设计——技术文档——定义功能单元属性——最终转换为可测量的参数。
在SPD产品开发初期，质量团队负责检查、核对、确保“客户声音”按照此流程进行分析转换，最终形成可测的量化参数。开发期间，质量团队定期将市场部、设计团队召集起来，一块检查SPD产品的“客户声音”、“客户需求”是否链接到“设计文档”、“量化参数”。在设计架构确定时，保证所有的“客户声音”、“客户需求”被“设计文档”、“量化参数”100%的覆盖。
二、在产品开发、验证过程中，严格贯彻施耐德内部验证流程：
a． 质量团队会协同市场、设计团队用AFMEA（应用失效模式分析）针对客户实际应用习惯将产品功能描述进行分级，定义出优先级/严重度、质量关键点，并对安全风险采用FTA（故障树分析）计算分析客户安全风险的概率，确保产品生命周期内客户安全“零风险”。同时协同测试验证团队参照相应的标准（IEC、GB）制订Validation plan（产品验证计划）覆盖所有已经确认的“客户需求”。
b． 质量团队协同设计用DFMEA（设计失效模式分析）对产品按功能逐个分析，对风险度“10”的安全分析项“零容忍”，确保设计阶段增加poka yoke（防呆设计）；对其他高风险分析项，制订相应的Verification plan（功能验证计划）及人员进行持续追踪。
c． 对DFMEA识别出的风险项，结合具体的参数要求，定义零件、组件尺寸严重度等级——对应出具体的尺寸控制要求，量化成可分析测量的PPM要求（严重度越高，Sigma水平要求越高，对应的ppm值越小）；随后进行完整的功能单元验证，质量团队依照制定的功能验证计划要求，验证结果和量化指标进行比对，达不到要求时继续改进，直到所有指标达到要求为止。
d． 功能单元验证完成后，质量团队负责将设计团队固定的每个零件、组件的设计尺寸、参数要求转化为CQCP（零、组件质量控制计划），根据零件、组件严重度等级制定供应商缺陷率PPM等质量指标（严重度越高，质量指标要求越高），之后对选定的供应商进行制程能力考核——文件体系和实际制程审核，所有制程都要求符合RoHS、REACH法规。
e． 同时质量团队负责将产品级的设计参数转换为PQCP（产品质量控制计划），结合PFMEA(制程失效模式分析)，在制程中各个质量点进行生产管控。确保采用小批次量产的样品按照产品验证计划进行测试试验，在测试通过的同时确保一定的裕量。
f． 最后，采用实际量产样品在国家级认证中心进行认证试验，试验通过后由认证中心生成完整的认证报告，备案后取得国家质量中心认证标志。质量团队确认所有内部验证、外部认证完成、齐全之后，才正式批准产品质量合格，允许上市。
认证
为了给用户提供放心的产品，施耐德的SPD产品通过了国内国际的一系列的认证。
在国内，施耐德SPD通过了产品型式试验（按GB 18802.1-2011标准），初次工厂检查和后续监督，获得了中国质量认证中心的CQC标志认证（CQC标志认证通过加施CQC标志的方式表明产品符合相关的质量、安全、性能、电磁兼容等认证要求）。此外，还有中华人民共和国工业和信息化部（MIIT）的认证，通过了上海市防雷测试中心的测试和监督。
在国外，我们的SPD产品通过了法国的NF认证、荷兰的KEMA认证、俄罗斯的GOST认证和奥地利的OVE认证，认证标准为IEC61643-1。NF认证发证前会进行产品测试以及工厂检查，事后对工厂保持监督；KEMA 是电安全的质量标志，荷兰电器法执行的是欧洲共同体关于低压电工产品的法令，要求所有在荷兰市场上销售的电工产品均应满足其规定的安全标准，KEMA 按照这些标准颁发认证标志，如果一件产品拿到了KEMA的标志，也就自动地达到欧洲法律的要求；GOST认证即俄罗斯国家标准认证，俄罗斯对于产品安全方面有其自己的要求，几乎所有的消费产品都需要进行强制认证，GOST认证相当于其他国家的ISO9000体系认证，是一种对俄罗斯制造商和出口到俄罗斯市场的出口商都非常重要的认证；OVE认证是奥地利的安全认证，申请时也必须提交相应的工厂检查报告。
通过认证的SPD产品拥有优良的性能，能够为设备或系统提供安全可靠的保护，为用户的安全使用提供坚实保障。
结束语
安全可靠的产品永远是企业的立足之本，施耐德电气作为一家在电气领域深耕多年的国际企业，将多年来在产品开发、运营过程中积累的经验与同行分享，愿同各位防雷企业一道承担起对社会的责任，将防雷事业做得更好、更强。
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