基于FMEA法的預(yù)評(píng)估失效模式分析及改進(jìn)方法

胡定，于瀟，鄭永泉，施佩宏

（欽州市氣象局， 廣西 欽州535000）

0 引 言

FMEA是失效模式和效應(yīng)分析 （Failure Mode and Effect Analysis）的簡(jiǎn)稱，是用來(lái)識(shí)別組件或系統(tǒng)未能達(dá)到設(shè)計(jì)意圖的方法。FMEA在創(chuàng)建的初期被應(yīng)用于航天和軍事領(lǐng)域，目前世界上許多汽車(chē)生產(chǎn)商和電子制造服務(wù)商都已經(jīng)采用FMEA法進(jìn)行設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過(guò)程的管理和監(jiān)控。FMEA法可用于識(shí)別：系統(tǒng)各部分所有潛在的失效模式、這些失效對(duì)系統(tǒng)的影響、失效原因、如何避免失效或減弱失效對(duì)系統(tǒng)的影響。

1 FMEA法的使用方法

FMEA的步驟包括：將評(píng)估系統(tǒng)分成組件或步驟、各部分出現(xiàn)明顯失效的方式、造成這些失效模式的具體機(jī)制、失效可能產(chǎn)生的影響、組件失效對(duì)最終結(jié)果的影響程度、組件失效情況如何證實(shí)。

傳統(tǒng)的失效模式和效應(yīng)分析（FMEA）進(jìn)行定量計(jì)算所需要的三個(gè)要素為：“發(fā)生失效產(chǎn)生的后果——嚴(yán)重度 （S）”，“失效發(fā)生的頻率程度——發(fā)生度 （O）”，“發(fā)現(xiàn)失效的可能性大小——探測(cè)度（D）”。危險(xiǎn)性等級(jí)——風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先指數(shù)（RPN）＝嚴(yán)重度（S）×發(fā)生度（O）×探測(cè)度（D）［1－3］。其中 S、O、D 各項(xiàng)評(píng)分為1～5分，PRN數(shù)值在 1～125分，PRN數(shù)值越大表示此因素對(duì)失效的影響越大，需要對(duì)其導(dǎo)致失效模式的因素采取優(yōu)先改進(jìn)措施。

2 預(yù)評(píng)估失效的原因分析

雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估在風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、分析、風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)過(guò)程中，人為的因素起到非常重要的作用，評(píng)估人員一旦對(duì)參數(shù)的賦值發(fā)生偏差，將造成評(píng)估結(jié)果的嚴(yán)重失實(shí)，因此，評(píng)估人員應(yīng)使用合適的手段努力克服偏離預(yù)期的人為及組織因素。預(yù)評(píng)估階段可能出現(xiàn)的偏離預(yù)期的原因包括：評(píng)估資料的不準(zhǔn)確性、參數(shù)偏差對(duì)結(jié)果的影響、防雷措施的維護(hù)不利［4－7］。

內(nèi)部LPS系統(tǒng)的各級(jí)電涌保護(hù)器（SPD）的詳細(xì)參數(shù)決定了防雷系統(tǒng)是否采用了能量匹配的電涌保護(hù)器（SPD），與雷評(píng)參數(shù) PC、PU、PV、PW、PZ 密切相關(guān)。對(duì)于設(shè)計(jì)階段的項(xiàng)目沒(méi)有詳盡參數(shù)的防雷裝置，評(píng)估人員難以獲得準(zhǔn)確的參數(shù)，極易對(duì)評(píng)估結(jié)果造成偏差。另一方面，由于參數(shù)相鄰參考值之間相差很大，比如參數(shù)PA在給出的4個(gè)參考值中，相鄰參考值之間相差10倍，評(píng)估人員一旦因?yàn)橹饔^原因錯(cuò)選將對(duì)結(jié)果RA造成10倍甚至更大的影響。設(shè)計(jì)方所采用的防雷設(shè)計(jì)方案的維護(hù)難度以及防雷設(shè)施維護(hù)人員的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)也會(huì)影響到防雷設(shè)施的使用壽命，例如采用建筑物的鋼筋或構(gòu)架作為引下線時(shí)，維護(hù)難度比明敷的引下線低得多，維護(hù)難度越高意味著在項(xiàng)目評(píng)估完成之后若干年防雷設(shè)施失效的概率越高，在若干年后防雷設(shè)施的實(shí)際工作效率與預(yù)評(píng)估時(shí)的差別也就越大。一旦上述偏離雷評(píng)預(yù)期的情況發(fā)生，雷評(píng)結(jié)果就可能失效。

3 實(shí)例分析

3．1 對(duì)FMEA方法的改進(jìn)

鑒于雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估預(yù)評(píng)估的特點(diǎn)，本文將FMEA法的定量計(jì)算三要素重新定義為：參數(shù)的可靠性（D）、嚴(yán)重性（S）、防雷設(shè)施的維護(hù)難度（M）。RPN＝D×S×M即：優(yōu)先風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)＝參數(shù)的可靠性×嚴(yán)重性×維護(hù)難度。由于評(píng)估的結(jié)果是由各個(gè)參數(shù)經(jīng)計(jì)算得到的，所以將雷評(píng)系統(tǒng)的各個(gè)參數(shù)定義為FMEA方法的“組件”。

參數(shù)的可靠性（D）分為3個(gè)等級(jí)：可靠、可靠性一般、不可靠，分別賦值為：2分、5分、10分。影響參數(shù)可靠性的因素有：雷評(píng)資料的完整度、評(píng)估人員對(duì)參數(shù)選取的熟練程度。在預(yù)評(píng)估階段，如果資料的完整度越高，并且評(píng)估人員對(duì)參數(shù)選取、評(píng)估過(guò)程的理解越深刻，則參數(shù)的可靠性就越高，反之亦然。

嚴(yán)重性（S）即為參數(shù)偏差對(duì)結(jié)果的影響程度，意為評(píng)估人員對(duì)參數(shù)的賦值與相鄰參考值之間的比值，本方法取相鄰賦值之間倍數(shù)的最大值，例如在GB／T21714－2 中對(duì)參數(shù) ra、ru 的推薦值為：10－2、10－3、10－4、10－5，若評(píng)估人員給 ra 賦值為 10－3，由于其與相鄰的參考值相差10倍，所以可取S＝10。

防雷設(shè)施的維護(hù)難度（M）分為3個(gè)等級(jí)，分別為：方便維護(hù)、不易維護(hù)、較難維護(hù)。分別賦值為：2分、5分、10分。維護(hù)難度參數(shù)應(yīng)同時(shí)借鑒防雷裝置設(shè)計(jì)方案、施工工藝方法、維護(hù)人員專(zhuān)業(yè)水平知識(shí)以及發(fā)現(xiàn)防雷裝置失效的難易程度。參數(shù)D、S、M、RPN的分級(jí)及取值見(jiàn)表1。

3．2 實(shí)例基本情況及分析

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以一棟新建建筑物為例，此建筑物處在城區(qū)內(nèi)，最高33．0m，北側(cè)20米外有一棟50米高的建筑物，周?chē)ㄖ锞陀诖u(píng)估建筑物。電源進(jìn)線處配電箱內(nèi)安裝I級(jí)實(shí)驗(yàn)的電涌保護(hù)器，但只給出型號(hào)未給出具體參數(shù)。一、二層是倉(cāng)庫(kù)、商鋪，存放一定量的可燃性建材。

分析：位置因子cd取0．5，由于北側(cè)有更高的建筑物，所以cd可取更低的數(shù)值。cd值的維護(hù)難度意為如果周?chē)ㄖ锏母叨劝l(fā)生變化 （有新建或拆遷），隨之而來(lái)cd值發(fā)生變化，評(píng)估人員發(fā)現(xiàn)這種變化的難易程度。Pc暫取1，由于設(shè)計(jì)方未給出詳細(xì)的參數(shù)，導(dǎo)致資料不完整，無(wú)法判斷前后級(jí)電涌保護(hù)器能量是否配合，從而加大了電涌保護(hù)器的維護(hù)難度，一旦錯(cuò)選和相鄰參數(shù)將有30倍的差距。rf暫取0．01，由于在預(yù)評(píng)估階段只確認(rèn)存放一定量的可燃建材，資料尚不完整，而且建筑物內(nèi)存放物的性質(zhì)若發(fā)生改變，評(píng)估人員很難察覺(jué)。FMEA分析表見(jiàn)表2，這里只選取了3個(gè)參數(shù)（組件）作為實(shí)例分析。

Pc、rf為本例中風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先指數(shù)最高的2個(gè)組件，應(yīng)采用的措施為：（1）、采用驗(yàn)收階段評(píng)估可有效降低資料不完整性帶來(lái)的評(píng)估結(jié)果失效，如表2所示：組件Pc的可靠性（D）可由原來(lái)的5（可靠性一般）變?yōu)?（可靠）。（2）、采用經(jīng)過(guò)事先編寫(xiě)的SPD安全檢查表、AHP法和專(zhuān)家打分法可使評(píng)估人員更準(zhǔn)確的做出判斷，不易錯(cuò)判或漏判，評(píng)估人員可使用上述方法將組件Pc的取值進(jìn)一步豐富、細(xì)化，不必拘泥于GB/T21714．2標(biāo)準(zhǔn)中推薦的5個(gè)參考值，降低相鄰參考值之間數(shù)值差距，從而減少評(píng)估人員因?yàn)橹饔^原因錯(cuò)選對(duì)結(jié)果造成的影響。（3）、采用運(yùn)行階段評(píng)估可及時(shí)發(fā)現(xiàn)防雷措施失效，如表2所示：組件Pc的維護(hù)難度（M）可由原來(lái)的5（不易維護(hù)）變?yōu)?（容易維護(hù)）。本實(shí)例措施預(yù)計(jì)的結(jié)果可使組件Pc的RPN由原來(lái)的750下降為120以內(nèi)。

表2 潛在的失效模式及效應(yīng)分析表

4 結(jié) 論

FMEA法的特點(diǎn)在于事先預(yù)防，對(duì)可能出現(xiàn)的偏離預(yù)期的情況進(jìn)行設(shè)防，先期進(jìn)行FMEA分析，對(duì)系統(tǒng)組件進(jìn)行改進(jìn)，以較小的成本和風(fēng)險(xiǎn)減少失效帶來(lái)的隱患。在預(yù)評(píng)估系統(tǒng)中使用FMEA法可識(shí)別潛在的失效模式，分析其原因及對(duì)策可降低評(píng)估失效帶來(lái)的影響，對(duì)驗(yàn)收階段評(píng)估和運(yùn)行階段評(píng)估有重要的指導(dǎo)意義。

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