故障模式與失效分析方法在核電廠設備質量管理中的應用

賀支青 楊光

摘要：本文介紹了故障模式與失效分析方法（FEMA）的具體工作流程及質量提升效果。以核電廠系統設備集成檢驗不良為例，使用FEMA方法，按照FEMA方法的具體工作流程，分析造成設備集成檢驗出現各類問題的可能性原因，通過風險度的計算，確定故障模式風險度（RPN）高于臨界值（C）的起因，并針對這些根本原因采取糾正和補救措施，從根本上改善核電廠系統設備集成檢驗中的問題。并通過分析一系列機柜集成過程的故障模式，為日后的分析工作打下良好的基礎，建立一個優選的分析系統。

關鍵詞：FEMA;質量管理;頭腦風暴;系統集成檢驗

中圖分類號：TP2? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? 文章編號：1009-3044（2019）02-0229-03

Application of Fault Mode and effects Analysis Method in Quality Management of Nuclear Power Plant Equipment

HE Zhi-qing， YANG Guang

（China Nuclear Control System Engineering Co LTD， Beijing 102400， China）

Abstract： This paper introduces the specific workflows and quality improvement effects of Fault Mode and effects Analysis Method（FEMA）. Taking the poor integrated inspection of nuclear power plant systems and equipment as an example， using the FEMA method， according to the specific work flow of the FEMA method， the possible causes of various types of problems in the integrated inspection of equipment are analyzed， and the calculation of risk degree is adopted. Determine the cause of fault mode risk（RPN） above the critical value（C） and take corrective and remedial measures against these root causes to fundamentally improve the problems in the integrated testing of nuclear power plant systems and equipment. By analyzing the fault mode of a series of machine cabinet integration process， it lays a good foundation for the future analysis work and establishes a preferred analysis system.

Key words： FEMA; Quality management; Brainstorm; System integration inspection

1 引言

近年來，核電行業迅猛發展，核電廠之間競爭激烈，而核電行業的競爭首要的是核電質量的競爭。從2001年開始，中國核電行業已經進入質量事件經驗總結和進一步提高核電行業質量管理水平的階段。在此階段，必須吸收國際和國內其他行業先進的質量管理經驗[1]，在核電行業進行經驗反饋，并采用合適的質量管理工具進行質量事件分析，建立質量分析數據庫和經驗反饋優選庫。

2 FEMA簡介

故障模式與失效分析方法（Fault Mode and effects Analysis，簡稱FEMA）在項目質量管理中具有前瞻性，此方法在質量事件發生前進行風險的分析和識別，通過風險度的計算，對風險進行評估，并對風險項進行改善和預防措施的制定，從而實現風險的事前控制[2]。

FEMA分析方法是采用頭腦風暴、魚骨圖和5Why等分析工具，列舉出所有的故障模式[4]，從風險的嚴重度（S），故障的發生頻度（O）和缺陷被檢出的可能性（D）方面入手，對故障進行分析，得出各故障的危險優先序數（RPN），最終確定項目質量管理的關鍵故障，并根據故障危險優先序數（RPN）的大小，確定改進和糾正措施實施的優先順序[5]。

3 FEMA在核電廠項目質量管理中的應用

目前核電廠各項目機柜組裝集成后檢驗出的各類問題數居高不下，每個機柜都有不可避免的各類問題出現，對下一工序的系統測試會造成不良影響，對于終端客戶更是不能容忍的事故。并且由于核電項目其特殊的安全性及可靠性要求，質量成本中的預防成本[6]會適當提升。為減少產品失效風險，改進產品質量，滿足客戶要求，使核電行業設備質量全面提升，一種系統、有效的質量分析工具被迫切需要。

采用FEMA對機柜集成檢驗進行質量管理包括以下幾個步驟：

1）組建核電項目設備集成質量FEMA分析團隊。團隊成員各部門的主管領導和質量分析人員及相關崗位技術人員，既有質量管理人員的統計分析和專業技術人員的技術支持，也有管理團隊的鼎力相助。

2）項目機柜集成質量問題分析。團隊成員針對問題采用頭腦風暴、魚骨圖和5Why等分析工具對質量問題進行分析，識別風險項，形成過程故障模式與影響分析表。

3）項目機柜集成質量問題糾正措施制定。針對故障模式風險度（RPN）高于臨界值（C）的原因，制定相應的糾正措施，將每一個糾正措施傳達給一線員工，要求其嚴格執行。

4）改善數據分析整理。糾正措施實施一定時間后，對基礎數據進行收集整理，并與改善前數據進行對比，確認改善效果。

FMEA的具體工作流程圖如下：

FEMA分析是通過計算危險優先序數（RPN），確定危險優先序數。危險優先序數（RPN）越大，說明產生卻顯得嚴重性更大，從而選擇危險優先序數（RPN）高于臨界值（C）的原因進行糾正措施的制定。危險優先序數（RPN）計算公式如下：

RPN=S×O×D

RPN-危險優先序數

S-嚴重度

O-故障的發生頻度

D-缺陷檢驗水平

4 應用FEMA案例分析

4.1 問題描述

核電項目機柜集成問題較多，甚者單個機柜集成問題高達200余條，每個機柜按照圖2的環節進行檢驗，單個機柜反復交檢、復查、出具檢驗報告、問題整改，涉及的部門、人員較多，造成不必要人工時的浪費，且產品進入下一工序的合格率較低。

4.2 不良分析

針對集成檢驗問題進行頭腦風暴、魚骨圖和5Why分析，列舉造成組裝集成問題的所有潛在故障。評估所有潛在故障的嚴重度（S）、發生頻度（O）和缺陷被檢出水平（D），完后依據公式（1）計算危險優先序數（RPN）。運用此方法對各項目機柜集成過程進行失效分析（分析過程見附件2），選取臨界值C=150，對危險優先序數（RPN）≧150故障進行糾正措施制定。

4.3 改善措施制定

分析結果顯示機柜集成問題中接線錯誤、標識錯誤及圖紙錯誤的RPN較高，分別為280、180和160，通過各部門配合，采取糾正措施：

（1）機柜集成前對圖紙進行核對確認;

（2）標識統一打印，專人負責，減少不同人員隨意打印造成的失誤;

（3）機柜集成后增加安裝部件自檢及互檢環節;

（4）機柜集成前物料系統統一分發保險絲，并單獨放置，做到一位一物;

（5）對組裝人員進行培訓，提升責任意識，增加績效考核;

嚴格執行一系列改善措施，改善后機柜集成問題中接線錯誤、標識錯誤及圖紙錯誤分別降低為200、150和100，效果較為顯著，如果能將所有建議措施實施，機柜集成檢驗合格率將大大提升。

4.4 改善效果驗證

效果一：通過優化改善措施的實施，減少人為因素導致的錯誤，經統計，在此方法推廣后平均每個機柜的集成問題數由原來的13.06個降低到7.0個，集成問題數降低了48.5%;

效果二：通過本分析方法的推廣實施，平均每個機柜的復檢循環次數由3次降低到1次，節省了大量的人工成本;

效果三：經過本方法的推廣及應用，集成問題對下一工序的系統測試影響率降低到0%。

4.5 取得的經濟效益

在質量至關重要的大環境下，系統有效的FEMA質量分析方法在各項目的機柜集成過程中廣泛使用，并對問題潛在的失效模式進行反復分析改進，進而從人、機、料、法、環等各因素進行分析，確定失效原因并提出改善，以提升各項目機柜集成合格率，并降低人工成本。

復檢循環次數N由3次降低到1次帶來的具體經濟效益計算如下：

（1）組裝交檢一臺機柜的平均時間為：5min;

（2）QC人員每次復檢一臺機柜的平均時間為：180min;

（3）QC人員每出具一份復檢報告的平均時間為：25min;

（4）組裝人員每次復檢后整改一臺機柜的平均時間為：240min;

（5）單人小時費用：10000元/21.75天/8h=58元/h

改善后每臺機柜可節省的人工小時數為：（5min+180min+25min+240min）*（3-1）次=900min，合計15h;

每月檢驗機柜數平均為50臺，一年內機柜復檢過程共節約的人工小時數為：15h*50臺/月*12月=9000h;

全年合計節約費用：9000h*58元/h=522000元

綜上所述，通過對機柜集成過程的FEMA，找到了影響集成問題的潛在故障模式及所有故障的原因，采用可以實施的改進措施，使RPN值都有所降低，使平均每個機柜的集成問題數由原來的13.06個降低到7.0個，集成問題數降低了48.5%;平均每個機柜的復檢循環次數由3次降低到1次，一年共節約人工時9000h，合計節約人工成本52.2萬元。

5 結束語

雖然FEMA質量管理方法所產生的經濟效益并不是十分明顯，但持續將此分析方法廣泛應用到公司所有項目產品中，不斷分析改善，不僅會獲得更多的經濟收益;還會訓練各項目組質量管理員用數據說話和運用各質量分析工具解決問題的能力;且通過質量改善，提高產品合格率，提升客戶滿意度，樹立公司良好形象，使公司更具競爭力等一系列隱形效益，對公司產品質量管理意義非凡。

參考文獻：

[1] 馬校正.我國民用核設施質量保證工作發展的過程、經驗、現狀和建議[J].核電，2005，46（3）：39-46.

[2] CARBONE T A，TIPPETT D D. Project Risk Management Using the Project Risk FEMA[J]. Engineeing Management Journal，2004;20-30.

[3] Canadas Nuclear Regulator. RG/GD-98—2012 Reliability Progerams for Nuclear Power Plannts[S]. Canada： Canadian nuclear safety commission （CNSC）， 2012.

[4] Office of nuclear regulatory research. Nureg/cr-6992—2009 instrumentation and controls in nuclear power plants： an emerging technoiogies update[s]. U.s.NRC： united states nuclear regulatory commission， 2009

[5] 凱文·福斯伯格，哈爾·穆茲，霍華德·科特曼.可視化項目管理[M].劉景梅，許江林，于軍，譯.北京：電子工業出版社，2002：100.

[6] 國家質量監督檢驗檢疫總局質量管理司.質量專業理論與實務（中級）.第一版中國人事出版社，2001：12，15，16.