FMEA 在環境實驗室安全管理的應用與實踐

靳 明，邊 剛，閏明濤，楊瑜濤

（1. 河北大學 化學國家級實驗教學示范中心，河北 保定 071002；2. 河北大學 化學與環境科學學院，河北 保定 071002）

高校實驗室是高等教育中實驗教學和科學研究的重要場所，承擔著人才培養、成果產出和文化傳承的重要任務。隨著 “十三五” 規劃提出建設世界一流大學和一流學科，以及國家和地方政府各項政策推進實施，各高校實驗室在硬件和軟件方面得到了顯著發展，實驗項目和實驗儀器設備越來越多[1-5]。在實驗室快速發展的同時，實驗室相關管理工作也更加復雜，面臨的挑戰也越發嚴峻。實驗室涉及實驗人員、儀器設備、實驗藥品、實驗耗材、危險化學品、消防安全、三廢排放、標準作業等諸多方面的管理[6-9]。

我校環境工程實驗室依托國家級化學實驗中心，承擔著環境專業本科生的全部實驗教學和部分研究生的科研工作。目前，實驗室管理面臨兩大難題：其一是如何加強大中型儀器設備管理、提高儀器設備的使用率和效益、充分發揮儀器資源的教學科研作用；其二是如何科學、合理、安全地處置實驗廢棄物。FMEA（failure mode and effect analysis，失效模式與后果分析）是一種集系統性和前瞻性的分析工具，通常用來分析潛在風險和安全隱患，特點是預防問題的發生。作為一種實用的風險管理工具，FMEA 理論在產品設計、生產管理、品質控制等領域得到廣泛運用[10-11]，但在實驗室管理方面鮮有報道。本文根據我校環境工程實驗室近3 年運用FMEA 理論在大中型儀器和實驗廢棄物管理方面的探索和實踐，證實FMEA 在分析管理中的常見問題、消除盲點弊端及提高實驗室管理水平等方面有防患未然的作用，其效果比較明顯，值得借鑒。

1 FMEA 簡介

1.1 FMEA 發展和風險評估指標

FMEA 理論起源于1950 年的美國格魯曼飛機公司，主要用于檢測并消除產品因設計不當、功能特性、人為失誤、制造過程等因不確定性所導致的意外或事故發生。FMEA 的失效分析分為兩步，即分析失效的潛在影響及辨識失效的潛在原因。確定潛在影響過程也由兩部分組成，即失效后果分析和后果嚴重性分析。在識別失效模式的潛在原因時，需對不同的原因分別進行獨立分析[12]。FMEA 工作流程如圖1 所示。

圖1 FMEA 工作流程

FMEA 理論在實際應用時涉及4 個重要參數，分別是嚴重度（severity，S）、發生率（occurrence，O）、探測度（detection，D）及風險優先數（risk priority number，RPN）。嚴重度（S）是發生問題時對系列結果要求造成的最終影響；發生率（O）是發生在危險環境中的概率；探測度（D）是問題發生的可能性。根據實際管理情況劃分評估等級，并確定相應的分數值，將上述三者相乘得出風險優先數（RPN），RPN=S*O*D。RPN 值越高，說明風險指數越高，越應該被列為優先改善和預防的對象[10-11]。本文涉及的關于FMEA 中三個特征參數具體等級劃分標準如表1 所示。

表1 嚴重度（S）、發生率（O）和探測度（D）等級劃分標準

1.2 FMEA 實施步驟

在使用FMEA 分析問題時，首先由相關教學人員、實驗室管理人員和實驗技術人員共同組成解決相關問題FMEA 團隊。整個團隊成員需要明確團隊的最終目標、當前面對的任務、討論解決的問題以及與該問題直接或間接涉及的相關內容，這個過程就是識別潛在失效模式。按照特定項目組建特定團隊，不同項目其團隊成員不同。如關于環境實驗室廢棄物管理，它屬于環境實驗室安全管理眾多項目中的一個小項目，而環境實驗室安全管理涉及消防安全、高溫高壓儀器設備、實驗人員安全、易制毒易制爆化學品、有毒化學品、易燃易爆液體存放、易腐蝕化學品及三廢處理等多項管理內容，每個小項目只能由分管相關工作的實驗技術人員、實驗教師和管理人員承擔。根據工作流程，分析找出潛在失效模式。通過危害分析，提出管控措施，并加以實施。根據表1 中關于FMEA 三個特征參數具體等級劃分標準，計算出風險優先數值（RPN=S*O*D），針對潛在隱患和風險，制定改進措施，實踐應用并反饋評價其效果。通過分析失效模式帶來的風險及危害程度，查找產生的根本原因，制訂新方案，進而消除或降低風險。

2 FMEA 理論用于儀器管理實踐分析

環境工程實驗室有許多實驗儀器設備，包括氣相色譜儀、紫外可見分光光度計、生物轉盤實驗裝置、離子交換軟化及除鹽實驗裝置、有害氣體吸附實驗裝置、靜電除塵實驗裝置、臭氧氧化實驗裝置、廢水SBR處理實驗裝置、爆氣充氧裝置、總有機碳測定儀、pH計、大氣采樣器等。為分析解決儀器使用時出現的諸多問題，在實驗室儀器管理中引入FMEA 理論。下面以總有機碳測定儀（TOC）和pH 計在使用過程中的危險源識別、風險評價和控制為例，團隊成員在熟練掌握總有機碳測定儀的操作、維護等方面技能的基礎上，識別潛在失效模式危險源，其中包括除鹵劑、干燥劑、磷酸、排廢閥過濾芯、燃燒管內坩堝及殘留物、儀器使用記錄本、氧氣瓶壓力、軟件界面狀態壓力等。此外，找出pH 計潛在失效模式危險源是電極和測試面板。通過分析失效潛在原因及其潛在失效影響，團隊成員根據實際經驗對FMEA 分析表中的嚴重度（S）、發生率（O）及探測度（D）評分，計算RPN 值，最后制定出改進措施，達到逐步改善，穩定提高的目標。環境工程實驗室儀器管理FMEA 分析評價如表2 所示。

表2 環境工程實驗室儀器管理FMEA 分析評價

3 FMEA 理論用于實驗廢棄物管理實踐分析

環境實驗室廢棄物危險源主要包括有毒氣體在不安全地點釋放、化學反應產生的廢氣在實驗室內直接排放、易揮發的有毒廢液未分類處理直接收集到廢液桶、有機廢液和無機廢液不分類直接倒入廢液桶等，實驗中的過濾柱、濾紙、手套、稱量紙、塑料移液槍頭、EB 膠等直接丟進垃圾筐，過期或不用的試劑藥品不進行分類直接裝入垃圾筐或箱子中報廢等。通過分析危險源及其潛在失效影響，團隊成員根據實際經驗采用FMEA 分析表中的嚴重度（S）、發生率（O）及探測度（D）進行評分，計算RPN 值，最后制定出改進措施，達到逐步改善、穩定提高的目標。環境實驗室廢棄物處理風險FMEA 分析評價如表3 所示。

表3 環境實驗室廢棄物處理風險FMEA 分析評價

4 結語

實驗室引入FMEA 這一科學分析工具，管理大中型儀器和廢棄物，經過三年的實踐證實，預防性是成功實施FMEA 的最重要因素之一。為達到最佳效果，提前進行FMEA 綜合分析，根據評價報告有針對性地對風險指數較高的項目進行監控與管理，可以有效減少或消除安全隱患。針對實施FMEA 的5 臺大型儀器和29 臺中型儀器裝置分析統計，其維修費逐年遞減。隨著預防措施不斷改進完善，維修費用同三年前相比下降了將近6 萬元，下降比例達到82.4%。中型儀器裝置中24 臺更是連續兩年無故障，儀器故障率下降明顯。實驗室廢棄物管理引入FMEA 后，三廢處理更合理，實驗室安全管理工作水平整體提升，為實驗教學和科研工作提供了保障。