客運架空索道子系統(tǒng)重要部件失效模式與定性風險評估方法的探討*

邱 治 國

廣東省特種設(shè)備檢測研究院，廣東 廣州 510655

客運架空索道子系統(tǒng)重要部件失效模式與定性風險評估方法的探討*

邱 治 國

廣東省特種設(shè)備檢測研究院，廣東 廣州 510655

通過對單線循環(huán)固定抱索器、單線循環(huán)脫掛抱索器和雙線往復式客運架空索道進行研究，將客運架空索道系統(tǒng)劃分為14個子系統(tǒng).在對14個子系統(tǒng)重要部件的失效模式和失效原因分析后，歸納出客運架空索道的失效模式有139種，失效原因由608項.在此基礎(chǔ)上提出了客運架空索道定性風險評價流程，建立了索道子系統(tǒng)重要部件失效可能性和失效后果程度的風險矩陣，以及對客運架空索道子系統(tǒng)重要部件的定性風險評估方法.

客運架空索道；失效模式；子系統(tǒng)；重要部件；風險評估

客運索道在我國作為特種設(shè)備的一種，由政府對其進行安全監(jiān)管.根據(jù)《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》(國務(wù)院549號令)的規(guī)定，客運索道是指由動力驅(qū)動、利用柔性繩索牽引箱體等運載工具運送人員的機電設(shè)備，包括客運架空索道、客運纜車、客運拖牽索道等.截至2016年11月，我國已建、在用的客運架空索道有985條.近年來，隨著我國老舊索道數(shù)量的不斷增加，老舊索道的安全狀況已經(jīng)成為影響我國客運索道安全發(fā)展的重要因素.客運索道安全風險評估方法的建立，不僅可提高客運索道行業(yè)的運營安全和經(jīng)營管理水平，還可提高我國客運索道產(chǎn)業(yè)發(fā)展的總體水平.目前，我國客運索道的法定檢驗主要是檢驗設(shè)備是否符合檢驗規(guī)則和安全標準的有關(guān)要求，但不能對客運索道系統(tǒng)和設(shè)備的潛在風險做出準確的評估，不能對風險的發(fā)展進行有效的分析[1]及對客運架空索道系統(tǒng)和子系統(tǒng)進行風險等級的評定.因此，提出適合我國國情的客運架空索道風險評價方法，準確了解客運架空索道設(shè)備的安全狀況和風險程度，可為客運架空索道的科學監(jiān)管打下基礎(chǔ).

1 客運架空索道子系統(tǒng)重要部件的失效模式

1.1 客運架空索道子系統(tǒng)的分類

根據(jù)客運架空索道系統(tǒng)的特點及設(shè)備相關(guān)性，以單線循環(huán)固定抱索器、單線循環(huán)脫掛抱索器和往復式客運架空索道為研究對象，將客運架空索道系統(tǒng)劃分為14個子系統(tǒng)：(1)線路設(shè)施；(2)鋼絲繩；(3)運載工具；(4)抱索器；(5)托壓索輪組(鞍座)；(6)動力系統(tǒng)(驅(qū)動電動機、制動器、減速機、聯(lián)軸器、驅(qū)動輪、迂回輪)；(7)張緊裝置；(8)液壓系統(tǒng)；(9)站房鋼結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)及標識；(10)脫掛抱索器加減速器與推車機構(gòu)；(11)通訊系統(tǒng)；(12)電氣設(shè)備(動力、拖動、控制)；(13)安全保護裝置(機械、電氣)；(14)救護裝置.

1.2 客運架空索道子系統(tǒng)重要部件的失效模式及失效原因

在分析各種客運架空索道事故及故障的基礎(chǔ)上，歸納出客運架空索道失效模式有139種，失效原因有608項.表1和表2分別列出客運架空索道線路設(shè)施和運載工具兩個子系統(tǒng)重要部件的失效模式及失效原因.

表1 線路設(shè)施的失效模式與原因分析

表2 運載工具的失效模式與原因分析

2 客運架空索道子系統(tǒng)重要部件定性風險的評估方法

美國安全工程師學會(ASSE)將風險定義為潛在危險發(fā)生事故的概率和事故發(fā)生后可能造成的后果及其嚴重程度.風險是事件發(fā)生的概率和與事件相關(guān)聯(lián)的后果(通常是不利的)的函數(shù)，風險可以用式(1)表示[1]：

風險=可能性×后果 .

(1)

風險評價的關(guān)鍵是風險評估，風險評估是對事件發(fā)生危險的概率及后果程度進行評估和計算，以確定風險的程度，從而提出預防風險的措施和降低風險的要求.風險評價結(jié)果的準確性及可靠性主要取決于風險評估的過程.根據(jù)風險的定義，定性分析方法的主要步驟有：A．失效可能性系數(shù)的確定；B．失效后果系數(shù)的確定；C．失效等級的確定；D．風險類別矩陣的確定.

定性風險評估方法能夠比較快捷和準確地將大量索道失效模式和失效原因組合項目中的低風險和高風險項目區(qū)分出來，既能夠判斷子系統(tǒng)重要部件的風險，還能夠減少定量分析的工作量.本文采用FMEA分析與定性風險分析相結(jié)合的方法，對客運架空索道子系統(tǒng)重要部件的失效模式進行定性風險分析.

FMEA法指故障模式和影響分析(Failure Mode, Effect Analysis)，是一種自下而上的故障分析方法，即以分析零件故障產(chǎn)生的后果為基礎(chǔ)來分析部件的故障，由部件故障進一步分析整個系統(tǒng)的故障[2]；是生產(chǎn)過程中進行事前預防的分析手段，是評審及可靠性分析的重要工具.

客運架空索道的定性風險評價是針對確定的評價對象，在收集相關(guān)數(shù)據(jù)信息的基礎(chǔ)上，對其子系統(tǒng)及關(guān)鍵部件進行失效模式與原因分析、失效概率和后果嚴重程度評估、風險類別確定，風險等級評定等.定性風險評價的流程如圖1所示.

圖1 定性風險評價流程圖Fig.1 Qualitative risk assessment flow chart

2.1 客運架空索道定性失效可能性評估

故障模式，即故障的表現(xiàn)形式，一般是對產(chǎn)品所發(fā)生的、能被觀察或測量到的故障現(xiàn)象的規(guī)范描述[3-5].對于特種設(shè)備，識別其故障模式應(yīng)以系統(tǒng)層級和故障現(xiàn)象為基礎(chǔ)進行深入分析，找出該現(xiàn)象的具體原因，進而分析故障的影響程度.故障現(xiàn)象有可能是子系統(tǒng)整體，也有可能是子系統(tǒng)某一部件，如液壓系統(tǒng)失效，或者是油泵、電機等某一部件失效，或者閥門故障、儲能器泄漏等.在分析故障模式及原因時，應(yīng)將曾發(fā)生的故障和事故的數(shù)據(jù)信息，作為失效可能性評估的依據(jù)和基礎(chǔ).

對于故障發(fā)生可能性的定性評估可通過“高”、“中高”、“中”、“中低”、“低”5個等級來描述客運架空索道的失效可能性.對每一個失效模式及失效原因，失效發(fā)生的可能性由以下方式表示：A—頻繁、B—很可能、C—偶爾、D—極少或不太可能、E—幾乎不可能.

定性評估方法是基于專家的豐富經(jīng)驗，通過一定的分析方法對所評估的系統(tǒng)、子系統(tǒng)、管理、環(huán)境等進行分析評估，進而作為失效概率和失效后果的分析基礎(chǔ)[1]，最后以定性的形式給出，如“高”、“中”、“低”.這種評估方法的優(yōu)點是在數(shù)據(jù)無法獲取或不全的情況下，評價專家也能對設(shè)備做出準確的風險評估.所以，評價專家的經(jīng)驗及其專業(yè)知識對定性分析結(jié)果的準確性非常重要.

評估失效發(fā)生可能性時，應(yīng)從索道的設(shè)計、運行、檢測記錄、操作歷史等方面對設(shè)備狀態(tài)進行評估，對客運架空索道子系統(tǒng)重要部件是否有全部的操作運行歷史和完整的檢測記錄，是否發(fā)現(xiàn)缺陷，設(shè)計資料是否齊全，安全管理制度是否建立并落實到位等因素也要考慮，同時還要考慮與危險相關(guān)的客運架空索道部件或子系統(tǒng)可靠性、事故、故障記錄和統(tǒng)計數(shù)據(jù)(事故或故障發(fā)生的頻次)，以及應(yīng)考慮客運架空索道系統(tǒng)的操作人員和使用客運架空索道的乘客暴露于某種危險情節(jié)中的頻次和時間等因素.失效概率評估應(yīng)以現(xiàn)場檢驗和測試的結(jié)果、安全管理制度的建立和執(zhí)行檢查情況為主要依據(jù)，參照現(xiàn)有法規(guī)和標準，結(jié)合專家經(jīng)驗進行判斷.在定性失效可能性的評估中，不僅要參照上述評價依據(jù)，也要根據(jù)以下方面的信息： 1)對設(shè)備相關(guān)資料調(diào)研和查閱的情況；2)索道管理的基本制度、安全機構(gòu)與崗位責任制、人員資格、安全制度及工作記錄等.最后通過風險評價會議充分討論來確定索道風險可能性等級.

2.2 客運架空索道定性失效后果評估

定性失效概率和失效后果嚴重程度評價是風險評價的核心內(nèi)容和關(guān)鍵步驟.通過對定性失效概率及失效后果的評價，建立其評價準則.在所建立的評價準則的基礎(chǔ)上，根據(jù)所收集的數(shù)據(jù)和現(xiàn)場檢測結(jié)果，對根據(jù)FMEA表格所確定的客運索道的一級子系統(tǒng)故障模式的具體原因進行風險分析，確定每種故障原因發(fā)生的概率等級和后果等級.再依據(jù)風險矩陣確定每種故障原因的風險等級.

索道各子系統(tǒng)重要部件的失效對乘客的人生安全、使用單位經(jīng)濟損失的影響是不同的.對于那些涉及人身安全，易引發(fā)嚴重后果的子系統(tǒng)重要部件應(yīng)進行重點、全面的檢測，而那些失效后果不是特別嚴重的，檢測程度可相對降低.客運架空索道一旦發(fā)生事故常常會產(chǎn)生嚴重的后果，失效后果評估應(yīng)從人員傷亡后果、社會影響和經(jīng)濟損失等方面考慮.定性失效后果分析可對各系統(tǒng)或重要部件進行單獨估算.在定性評價方法中，后果程度等級可以分為“很高”、“高”、“中”、“低”、“很低”5個等級或者使用“高”、“中”、“低”3個等級.在評估失效后果的嚴重程度時還應(yīng)考慮以下因素：(1)索道的子系統(tǒng)或結(jié)構(gòu)失效后，對索道影響不大，可以繼續(xù)運轉(zhuǎn)或者能在很短的時間內(nèi)修復后就可繼續(xù)運轉(zhuǎn)；還是會對索道產(chǎn)生較大影響，造成索道長時間停運或索道嚴重損壞，需大修才能將設(shè)備修復；或者會對索道產(chǎn)生嚴重影響，導致索道停運.(2)是否會威脅到人員生命安全，對乘客是否會造成傷害，甚至死亡等.(3)事故導致停運后造成的經(jīng)濟損失，包括企業(yè)收益、設(shè)備維修費用及周圍損壞帶來的經(jīng)濟損失等方面.

2.3 客運架空索道子系統(tǒng)重要部件風險評定

根據(jù)定性失效可能性評估和失效后果評估可得到子系統(tǒng)失效模式下具體失效原因的可能性等級(1～5)以及失效后果嚴重程度等級(1～5)，再利用矩陣法確定風險類別.

根據(jù)失效可能性和失效后果的定義，建立了索道子系統(tǒng)重要部件失效可能性和失效后果程度的5×5風險矩陣，如圖2所示.定性評估風險可概括為低風險、中風險、中高風險和高風險四種類別.根據(jù)圖2所示的風險矩陣，當子系統(tǒng)被評估為中低風險時，需進行簡單的風險管理，把風險降至最低；當子系統(tǒng)被評估為中高風險時，需進行風險管理，把風險降低后進行再次評估；當子系統(tǒng)被評估為高風險時，說明存在較大的安全隱患，需進行定量風險評估.

圖2 定性風險分析矩陣Fig.2 Qualitative risk analysis matrix

3 結(jié) 論

針對目前我國客運架空索道缺乏從風險的角度分析原因的現(xiàn)狀，對客運架空索道子系統(tǒng)重要部件的失效模式和失效原因進行了分析，提出客運架空索道失效模式有139種，失效原因有608項.建立了索道子系統(tǒng)重要部件失效可能性和失效后果程度的風險矩陣，同時，提出了客運架空索道風險評價的流程以及對客運架空索道子系統(tǒng)重要部件的定性風險評估方法.

[1] 錢劍雄.客運索道風險評價方法研究[D].北京：北京化工大學， 2014.

[2] SINGH M，LATHKAR G S，BASU S K.Failure prevention of hydraulic system based on oil contamination[J]. Journal of The Institution of Engineers (India): Series C，2012，93 (3): 269-274.

[3] 何厚全.RCM在住宅維修中的應(yīng)用研究[D].南京：東南大學，2005.

[4] 馬士賓.以可靠性為中心的瀝青路面維修關(guān)鍵技術(shù)研究[D].西安：長安大學，2008.

[5] 郭磊，王艷輝，祝凌曦.動車組轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)故障模式及影響分析[J].鐵道機車車輛，2013，33(6)：97-100

Research on failure mode of passenger aerial ropeway subsystems and critical components and qualitative risk assessment method

QIU Zhiguo

GuangdongSpecialEquipmentInspectionInstitute，Guangdong510655，China

According to the research of single-line fixed-holding clipper,single-line recirculation off-hooker and double-track reciprocating,the passenger aerial ropeway can be divided into 14 subsystems.By means of analyzing the failure modes and reasons of critical components of 14 subsystems,139 failure modes of passenger aerial ropeway are summarized,and 608 items are invalid.On this basis,the qualitative risk assessment process of passenger aerial ropeway is put forward. The risk matrix of failure probability and failure consequence of the critical parts of the cable subsystem is established.The qualitative risk assessment method of the important parts of the passenger aerial ropeway subsystem is established.

passenger aerial ropeway；failure mode；subsystem；critical component；risk assessment

2017-05-05

國家“十二五”科技支撐計劃項目(2011BAK06B05)

邱治國(1978-)，男，廣東普寧人，工程師，本科，主要從事機電類特種設(shè)備安全和相關(guān)科研工作.

1673-9981(2017)02-0118-05

TH235

A