基于區(qū)間風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先數(shù)的血細(xì)胞分析儀故障分析

谷東偉，石佩茹，岳曉峰，姜振海（通信作者），黃煒祺

長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 （吉林長(zhǎng)春 130012）

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，醫(yī)療設(shè)備日益復(fù)雜化、精密化和自動(dòng)化，對(duì)設(shè)備的可靠性要求也越來(lái)越高。由于結(jié)構(gòu)千差萬(wàn)別，發(fā)生的故障模式各式各樣，因此必須對(duì)設(shè)備的早期故障模式進(jìn)行研究，并提出改進(jìn)措施。全自動(dòng)血細(xì)胞分析儀故障風(fēng)險(xiǎn)分析是通過(guò)對(duì)分析儀所有故障模式及其對(duì)系統(tǒng)造成的可能影響進(jìn)行分析，以確定各故障模式之間的相對(duì)危害度大小。文獻(xiàn)[1-2]提出了基于費(fèi)用的風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先數(shù)（risk priority number，RPN）分析，但描述不夠直觀；文獻(xiàn)[3-4]提出灰度并聯(lián)度分析法對(duì)RPN值進(jìn)行深入研究，但3個(gè)參數(shù)并沒(méi)有本質(zhì)上的改進(jìn)；文獻(xiàn)[5]提出了利用RPN分析進(jìn)行篩選研究，但計(jì)算得到的風(fēng)險(xiǎn)值與實(shí)際情況不符。本研究提出基于區(qū)間RPN的故障分析法。

1 全自動(dòng)血細(xì)胞分析儀的失效模式影響及危害度分析

失效模式影響及危害度分析（failure modes, effect and criticality analysis，F(xiàn)MECA）是一種通過(guò)分析所有可能的故障模式及其影響，將所有故障模式按影響嚴(yán)重程度、發(fā)生概率與故障危害程度進(jìn)行分類、排序的技術(shù)[6-8]。要進(jìn)行全自動(dòng)血細(xì)胞分析儀的FMECA，首先要明確各部件的具體功能，不同故障會(huì)對(duì)分析儀產(chǎn)生不同影響。因?yàn)槿詣?dòng)血細(xì)胞分析儀對(duì)安全性檢驗(yàn)及準(zhǔn)確性要求很高，可將故障分4個(gè)等級(jí)[9]，見(jiàn)表1。現(xiàn)對(duì)某型號(hào)全自動(dòng)血細(xì)胞分析儀進(jìn)行跟蹤調(diào)查，獲得322個(gè)故障數(shù)據(jù)，根據(jù)故障數(shù)據(jù)將分析儀的故障部位分為5個(gè)單元，即探針單元、采樣器單元、白細(xì)胞測(cè)試單元、紅細(xì)胞測(cè)試單元、HGB測(cè)試單元；主要故障模式有13種，即X軸導(dǎo)軌生銹（F1）、皮帶輪（F2）、X軸第五傳感器（F3）、X軸第二傳感器（F4）、同步輪（F5）、急診倉(cāng)軸承（F6）、限位銷（F7）、限位光耦（F8）、注樣針生銹（F9）、注樣針堵塞（F10）、白細(xì)胞電壓超范圍（F11）、寶石孔（F12）、HGB本底電壓超范圍（F13）。血細(xì)胞分析儀各部件故障模式及影響分析見(jiàn)表2。

表1 故障等級(jí)

表2 全自動(dòng)血細(xì)胞分析儀的FMECA

由表2可知，全自動(dòng)血細(xì)胞分析儀故障復(fù)雜，很難對(duì)各個(gè)故障之間的關(guān)聯(lián)性給予評(píng)價(jià)，我們通過(guò)引入三參數(shù)區(qū)間對(duì)RPN風(fēng)險(xiǎn)因子進(jìn)行分析。

2 傳統(tǒng)RPN計(jì)算方法

傳統(tǒng)的RPN[10]計(jì)算方法是區(qū)域?qū)＜腋鶕?jù)評(píng)分準(zhǔn)則，確定故障模式發(fā)生度（O）、嚴(yán)酷度（S）和被檢測(cè)度（D），然后計(jì)算出RPN：

根據(jù)RPN來(lái)確定各個(gè)故障模式的風(fēng)險(xiǎn)排序。

針對(duì)RPN的不足，本研究提出基于區(qū)間RPN的故障分析法，其流程如圖1。

圖1 區(qū)間RPN分析流程

利用此方法對(duì)233臺(tái)某型號(hào)血細(xì)胞分析儀的各種故障模式進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析，證明了其有效性。

3 基于區(qū)間數(shù)原理的RPN分析

本研究利用三參數(shù)區(qū)間數(shù)[6]的評(píng)估方式，對(duì)血細(xì)胞分析儀的各個(gè)單元進(jìn)行故障風(fēng)險(xiǎn)分析，建立風(fēng)險(xiǎn)因子評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[11]，如表3。

表3 風(fēng)險(xiǎn)因子評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

定義1[11]：設(shè)[a, b]為閉區(qū)間區(qū)間數(shù)（兩參數(shù)區(qū)間數(shù)），并且

式中滿足 p(0)=0、p(1)=1、 x＞y 時(shí)，p(x)＞p(y) ，f為連續(xù)區(qū)間數(shù)的有序加權(quán)平均算子，簡(jiǎn)稱C-OWA算子。p是基本的單位區(qū)間單調(diào)函數(shù)（basic unit-interval monotonic，BUM）。

定義2[12-13]：三參數(shù)區(qū)間數(shù)是用三個(gè)參數(shù)表示的區(qū)間數(shù)，記作γ=[a,b,c]，其中a,b,c∈R，a≤b≤c 。a、c分別記為區(qū)間數(shù)的上限和下限； b表示區(qū)間數(shù)的重心，即區(qū)間內(nèi)最可能取的值。

專家小組以血細(xì)胞分析儀X軸導(dǎo)軌（F1）為例進(jìn)行故障風(fēng)險(xiǎn)分析。根據(jù)表3中風(fēng)險(xiǎn)因子的故障部位和評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，采用三參數(shù)區(qū)間數(shù)來(lái)進(jìn)行X軸導(dǎo)軌的RPN分析。見(jiàn)表4。

表4 X軸導(dǎo)軌RPN評(píng)分值

利用三參數(shù)區(qū)間數(shù)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)因子的權(quán)重進(jìn)行打分，見(jiàn)表5。

表5 RPN權(quán)重的評(píng)分結(jié)果

定 義3[12，14-16]： 設(shè) 三 參 數(shù) 區(qū) 間 數(shù) [a, b, c]， 先 利 用C-OWA算子分別將區(qū)間數(shù)據(jù)[a, b]和[b, c]進(jìn)行集成，然后對(duì)集成后的數(shù)據(jù)求解算術(shù)平均值，可得到:

式中p1和p2是BUM函數(shù)，稱f為三參數(shù)區(qū)間數(shù)有序加權(quán)平均算子，簡(jiǎn)稱CP-OWA算子。

定理2：對(duì)于任意的BUM函數(shù)p1和p2，均有

定義4[12，14-16]：設(shè) [ai, bi, ci]（i=1, 2, …, n）是一組三參數(shù)區(qū)間數(shù)，若

所以12(=1,2,,;=1,2,,)由CP-OWA算子確定：

表6 X軸導(dǎo)軌風(fēng)險(xiǎn)因子值

由表6求出血細(xì)胞分析儀X軸導(dǎo)軌（F1）的風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先數(shù)值為：

同理可得各個(gè)故障部位RPN值如圖2。

圖2 各個(gè)故障部位RPN值

因此，血細(xì)胞分析儀各個(gè)故障部位風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)排序如下：

在故障模式及影響分析基礎(chǔ)上，由圖2可得出血細(xì)胞分析儀薄弱環(huán)節(jié)：電極生銹導(dǎo)致白細(xì)胞電壓超范圍（F11）、注樣針生銹導(dǎo)致白細(xì)胞不分類（F9）、X軸導(dǎo)軌生銹（F1）3個(gè)失效模式RPN值較大，即危害度較大。針對(duì)危害度較大的失效模式而言，在使用全自動(dòng)血細(xì)胞分析儀時(shí)應(yīng)盡可能在適應(yīng)的溫度、濕度環(huán)境下使用分析儀，并及時(shí)對(duì)機(jī)器做好保養(yǎng)工作。

4 結(jié)論

在總結(jié)傳統(tǒng)RPN方法不足的基礎(chǔ)上，本研究提出基于區(qū)間RPN的故障分析法，應(yīng)用此方法對(duì)某型號(hào)血細(xì)胞分析儀故障模式進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先數(shù)排序，找到了薄弱環(huán)節(jié)，為提高血細(xì)胞分析儀可靠性提供指導(dǎo)意見(jiàn)。基于區(qū)間RPN的故障分析法解決了傳統(tǒng)RPN方法中不連續(xù)性、相同RPN值對(duì)應(yīng)不同故障模式的情況，使得到的RPN值更加準(zhǔn)確、客觀，并通過(guò)實(shí)例計(jì)算表明了該方法的可行性。