基于FMEA的工程項目質(zhì)量風(fēng)險評估

孫 堯

（中石化上海工程有限公司，上海 200120）

百年大計，質(zhì)量為本。石化工程建設(shè)項目質(zhì)量優(yōu)劣關(guān)系到國家和群眾生命財產(chǎn)安全，影響社會安定和國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展，需要項目各參建單位高度重視、嚴(yán)格監(jiān)管。同時在國家推進(jìn)以科技進(jìn)步帶動化工產(chǎn)業(yè)向長鏈條、高端化方向發(fā)展的背景下，石油化工裝置大修改造項目增加，新建項目有“上游規(guī)模化、下游精細(xì)化”的趨勢，在新形式下石化工程建設(shè)項目必然面對諸多“新工藝”“新設(shè)備”“新方法”，以及已有項目的全面升級改造，致使面向建設(shè)工程項目實施過程的質(zhì)量風(fēng)險分析管理手段顯得尤為重要。

1 質(zhì)量風(fēng)險分析現(xiàn)狀

對于建設(shè)工程項目而言，由于其本身系統(tǒng)的復(fù)雜性，質(zhì)量控制影響因素較多，已經(jīng)有人在不斷嘗試使用各類方法進(jìn)行質(zhì)量風(fēng)險分析。李建平等[1-2]嘗試采用模糊故障樹、模糊綜合評價方法對工程質(zhì)量風(fēng)險進(jìn)行綜合分析；劉建寧[3]采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方式建立質(zhì)量風(fēng)險評價模型；鄭世穎[4]結(jié)合層次分析法、問卷調(diào)查法、模糊綜合評價法、綜合評分法，探討了建筑工程項目施工質(zhì)量風(fēng)險評價方法；馬驥等[5]基于RQR鏈理論，以制造過程質(zhì)量為目標(biāo)，提出了面向可靠性的制造質(zhì)量風(fēng)險方法。

在以上方法中，或受限于調(diào)查問卷的設(shè)計，不能對結(jié)論形成有效的積累和推廣；或雖能對故障發(fā)生概率進(jìn)行模糊量化，但不能在過程中影響質(zhì)量風(fēng)險決策，不能幫助項目組有效研判抗風(fēng)險策略。

同時對于FMEA方法的應(yīng)用，之前有張杰[6-7]等人嘗試從化工裝置改造和工藝流程改進(jìn)方面；李天博等[8]、李志宏等[9]從供應(yīng)商和裝備制造過程角度；呂邵峰等[10]從儀表控制系統(tǒng)角度；王澄燕[11]在施工過程控制等方面都不同程度地探討了如何采用FMEA方法解決化工行業(yè)中存在的一些具體問題，但如何使用FMEA方法在工程建設(shè)過程中進(jìn)行質(zhì)量風(fēng)險評估尚未被討論和推廣應(yīng)用。

2 使用FMEA方法評估質(zhì)量風(fēng)險

FMEA是一種通過對失效模式進(jìn)行識別，并評估失效模式下后果的理論和方法。通過對失效模式的識別及評估分析，可有效確定失效風(fēng)險的影響及對策。其主要評價指標(biāo)為風(fēng)險序數(shù)RPN（Risk Priority Number），其評估公式為：

風(fēng)險序數(shù)RPN=嚴(yán)重程度(S)×失效概率(O)×可探測度(D)

采用MFEA進(jìn)行評估質(zhì)量風(fēng)險的基本步驟為：①確定和分解對象的系統(tǒng)；②列舉故障模式；③對嚴(yán)重程度、失效概率、可探測度進(jìn)行分析；④計算風(fēng)險序數(shù)RPN；⑤確定降低風(fēng)險所需要的對策。

由于化工裝置受影響因素多，需要在執(zhí)行過程中組建一只由多個專業(yè)參與的FMEA分析團(tuán)隊。分析過程中首先將整個裝置進(jìn)行系統(tǒng)分解，確定各系統(tǒng)所包含的主要工藝設(shè)備、管道系統(tǒng)、儀表控制系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等范圍，然后對每個系統(tǒng)各個運(yùn)行階段（工程建設(shè)階段、生產(chǎn)運(yùn)行階段、檢維修階段）可能會產(chǎn)生的失效模式進(jìn)行分析。失效的結(jié)果包括但不限于最終產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定或異常、產(chǎn)生環(huán)境污染問題、可能造成火災(zāi)爆炸風(fēng)險，導(dǎo)致人員傷亡以及設(shè)備報廢、財產(chǎn)損失等情況。

FMEA團(tuán)隊進(jìn)行具體評估后確定各失效模式的風(fēng)險等級，并形成FMEA評估報告，并在適當(dāng)?shù)臅r機(jī)進(jìn)行FMEA的跟蹤和再評估，最終幫助項目執(zhí)行團(tuán)隊關(guān)注重點區(qū)域和重點問題，及時采取必要的手段，對現(xiàn)有過程進(jìn)行重點關(guān)注和合理決策，以降低工程質(zhì)量風(fēng)險。

3 工程實例

以UNIPOL聚丙烯工藝為例，將UNIPOL聚丙烯工藝系統(tǒng)分解為原料精制、第一反應(yīng)單元、第二反應(yīng)單元、樹脂脫氣、擠壓造粒、摻混包裝、尾氣回收等過程。UNIPOL聚丙烯工藝流程簡圖見圖1。

圖1 UNIPOL聚丙烯工藝流程簡圖

以其中反應(yīng)單元為例，通過分析發(fā)現(xiàn)其較為關(guān)鍵的設(shè)備主要有反應(yīng)器、循環(huán)氣壓縮機(jī)，較為關(guān)鍵的相關(guān)系統(tǒng)主要有原料輸送與計量、水冷系統(tǒng)、中間傳輸系統(tǒng)、反應(yīng)終止系統(tǒng)等。根據(jù)現(xiàn)有工程案例、事故報告、知識經(jīng)驗積累等資料，收集相關(guān)信息，并從人員因素、原料因素、機(jī)械因素、控制系統(tǒng)因素等方面，通過魚骨圖整理反應(yīng)單元失效情況（圖2）。

圖2 反應(yīng)單元失效情況魚骨圖

FMEA團(tuán)隊對具體問題進(jìn)行分析，列舉可能產(chǎn)生的失效模式，分析產(chǎn)生后果的嚴(yán)重程度，根據(jù)現(xiàn)有資料和工程案例評估現(xiàn)有團(tuán)隊人員是否已有足夠經(jīng)驗或已有能夠參照的裝置，可以分析是否能夠有效避免失效模式的發(fā)生。同時根據(jù)相關(guān)案例和已有控制思路，判斷是否能夠有效探查出失效模式是否發(fā)生。

對于嚴(yán)重程度、失效概率和可探測度的劃分可以參考表1~表3。

表1 嚴(yán)重程度（S）等級劃分

表2 失效概率（O）等級劃分

表3 可探測度（D）等級劃分

依據(jù)工程經(jīng)驗和案例，結(jié)合表1~表3對于嚴(yán)重程度（S）、失效概率（O）以及可探測程度（D）的指標(biāo)等級劃分，作為對應(yīng)關(guān)系量化指標(biāo)，結(jié)合并構(gòu)建RPN值和風(fēng)險之間的對應(yīng)關(guān)系（表4）及質(zhì)量風(fēng)險矩陣（表5）。

表4 RPN值與風(fēng)險等級對應(yīng)關(guān)系

表5 FMEA質(zhì)量風(fēng)險矩陣

需要注意的是，對于嚴(yán)重程度、失效概率及可探測度的評價和劃分，以及RPN和質(zhì)量風(fēng)險的對應(yīng)關(guān)系，可以根據(jù)系統(tǒng)的復(fù)雜程度、失效影響程度及所組建的FMEA團(tuán)隊的經(jīng)驗、習(xí)慣、采用模型的不同及所在公司相關(guān)要求的不同而采用不盡相同的標(biāo)準(zhǔn)。

結(jié)合反應(yīng)器單元失效模式（圖2）及風(fēng)險矩陣表（表5）內(nèi)容，通過對反應(yīng)單元失效模式及影響進(jìn)行分析后可以匯總得到反應(yīng)單元失效模式及影響分析表（表6）。

表6 反應(yīng)單元失效模式及影響分析表

根據(jù)初步篩查，可以將記錄下的13條故障和失效情況轉(zhuǎn)化為8條高風(fēng)險，5條中風(fēng)險及1條低風(fēng)險，同時項目組可以根據(jù)風(fēng)險分析制定相應(yīng)的執(zhí)行策略和風(fēng)險消除辦法。項目組根據(jù)充分考慮所提示的質(zhì)量風(fēng)險進(jìn)行對應(yīng)措施的實施，必要時進(jìn)行評審或外部評議。

項目執(zhí)行過程中在適當(dāng)?shù)臅r機(jī)可以對已完成的FMEA評估及執(zhí)行策略進(jìn)行再評估（表7），既可以更周全地考慮設(shè)計方案，也可以作為PDCA循環(huán)的一部分，推動工程公司知識管理和持續(xù)改進(jìn)。

表7 反應(yīng)單元質(zhì)量控制措施及再評估表

4 結(jié)論與意義

以典型UNIPOL聚丙烯工藝流程中反應(yīng)單元為例，探索如何采用FMEA方法進(jìn)行質(zhì)量風(fēng)險評估，進(jìn)而促進(jìn)項目從實現(xiàn)裝置功能的角度出發(fā)，總結(jié)提煉可能出現(xiàn)的故障模式，以期提出有效的解決措施和預(yù)防手段，降低質(zhì)量風(fēng)險。同時需注意，在執(zhí)行過程中應(yīng)保障相關(guān)資源的投入，例如保障相關(guān)人員的配備、執(zhí)行時機(jī)、FMEA的動態(tài)管理、報告的落實和跟蹤以及后期的知識總結(jié)，才可以使FMEA起到最大的作用。目前在工程項目采用FMEA方法進(jìn)行質(zhì)量風(fēng)險分析尚屬于探索階段，如能合理使用FMEA方法，能有助于在裝置可靠性、安全性以及功能性方面，對未來新工藝的開發(fā)應(yīng)用、設(shè)備選型、控制方案確定以及裝置優(yōu)化改造等提供決策支撐。