基于FMEA的工程项目质量风险评估

孙 尧

（中石化上海工程有限公司，上海 200120）

百年大计，质量为本。石化工程建设项目质量优劣关系到国家和群众生命财产安全，影响社会安定和国家经济发展，需要项目各参建单位高度重视、严格监管。同时在国家推进以科技进步带动化工产业向长链条、高端化方向发展的背景下，石油化工装置大修改造项目增加，新建项目有“上游规模化、下游精细化”的趋势，在新形式下石化工程建设项目必然面对诸多“新工艺”“新设备”“新方法”，以及已有项目的全面升级改造，致使面向建设工程项目实施过程的质量风险分析管理手段显得尤为重要。

1 质量风险分析现状

对于建设工程项目而言，由于其本身系统的复杂性，质量控制影响因素较多，已经有人在不断尝试使用各类方法进行质量风险分析。李建平等[1-2]尝试采用模糊故障树、模糊综合评价方法对工程质量风险进行综合分析；刘建宁[3]采用BP神经网络方式建立质量风险评价模型；郑世颖[4]结合层次分析法、问卷调查法、模糊综合评价法、综合评分法，探讨了建筑工程项目施工质量风险评价方法；马骥等[5]基于RQR链理论，以制造过程质量为目标，提出了面向可靠性的制造质量风险方法。

在以上方法中，或受限于调查问卷的设计，不能对结论形成有效的积累和推广；或虽能对故障发生概率进行模糊量化，但不能在过程中影响质量风险决策，不能帮助项目组有效研判抗风险策略。

同时对于FMEA方法的应用，之前有张杰[6-7]等人尝试从化工装置改造和工艺流程改进方面；李天博等[8]、李志宏等[9]从供应商和装备制造过程角度；吕邵峰等[10]从仪表控制系统角度；王澄燕[11]在施工过程控制等方面都不同程度地探讨了如何采用FMEA方法解决化工行业中存在的一些具体问题，但如何使用FMEA方法在工程建设过程中进行质量风险评估尚未被讨论和推广应用。

2 使用FMEA方法评估质量风险

FMEA是一种通过对失效模式进行识别，并评估失效模式下后果的理论和方法。通过对失效模式的识别及评估分析，可有效确定失效风险的影响及对策。其主要评价指标为风险序数RPN（Risk Priority Number），其评估公式为：

风险序数RPN=严重程度(S)×失效概率(O)×可探测度(D)

采用MFEA进行评估质量风险的基本步骤为：①确定和分解对象的系统；②列举故障模式；③对严重程度、失效概率、可探测度进行分析；④计算风险序数RPN；⑤确定降低风险所需要的对策。

由于化工装置受影响因素多，需要在执行过程中组建一只由多个专业参与的FMEA分析团队。分析过程中首先将整个装置进行系统分解，确定各系统所包含的主要工艺设备、管道系统、仪表控制系统、操作系统、监控系统等范围，然后对每个系统各个运行阶段（工程建设阶段、生产运行阶段、检维修阶段）可能会产生的失效模式进行分析。失效的结果包括但不限于最终产品质量不稳定或异常、产生环境污染问题、可能造成火灾爆炸风险，导致人员伤亡以及设备报废、财产损失等情况。

FMEA团队进行具体评估后确定各失效模式的风险等级，并形成FMEA评估报告，并在适当的时机进行FMEA的跟踪和再评估，最终帮助项目执行团队关注重点区域和重点问题，及时采取必要的手段，对现有过程进行重点关注和合理决策，以降低工程质量风险。

3 工程实例

以UNIPOL聚丙烯工艺为例，将UNIPOL聚丙烯工艺系统分解为原料精制、第一反应单元、第二反应单元、树脂脱气、挤压造粒、掺混包装、尾气回收等过程。UNIPOL聚丙烯工艺流程简图见图1。

图1 UNIPOL聚丙烯工艺流程简图

以其中反应单元为例，通过分析发现其较为关键的设备主要有反应器、循环气压缩机，较为关键的相关系统主要有原料输送与计量、水冷系统、中间传输系统、反应终止系统等。根据现有工程案例、事故报告、知识经验积累等资料，收集相关信息，并从人员因素、原料因素、机械因素、控制系统因素等方面，通过鱼骨图整理反应单元失效情况（图2）。

图2 反应单元失效情况鱼骨图

FMEA团队对具体问题进行分析，列举可能产生的失效模式，分析产生后果的严重程度，根据现有资料和工程案例评估现有团队人员是否已有足够经验或已有能够参照的装置，可以分析是否能够有效避免失效模式的发生。同时根据相关案例和已有控制思路，判断是否能够有效探查出失效模式是否发生。

对于严重程度、失效概率和可探测度的划分可以参考表1~表3。

表1 严重程度（S）等级划分

表2 失效概率（O）等级划分

表3 可探测度（D）等级划分

依据工程经验和案例，结合表1~表3对于严重程度（S）、失效概率（O）以及可探测程度（D）的指标等级划分，作为对应关系量化指标，结合并构建RPN值和风险之间的对应关系（表4）及质量风险矩阵（表5）。

表4 RPN值与风险等级对应关系

表5 FMEA质量风险矩阵

需要注意的是，对于严重程度、失效概率及可探测度的评价和划分，以及RPN和质量风险的对应关系，可以根据系统的复杂程度、失效影响程度及所组建的FMEA团队的经验、习惯、采用模型的不同及所在公司相关要求的不同而采用不尽相同的标准。

结合反应器单元失效模式（图2）及风险矩阵表（表5）内容，通过对反应单元失效模式及影响进行分析后可以汇总得到反应单元失效模式及影响分析表（表6）。

表6 反应单元失效模式及影响分析表

根据初步筛查，可以将记录下的13条故障和失效情况转化为8条高风险，5条中风险及1条低风险，同时项目组可以根据风险分析制定相应的执行策略和风险消除办法。项目组根据充分考虑所提示的质量风险进行对应措施的实施，必要时进行评审或外部评议。

项目执行过程中在适当的时机可以对已完成的FMEA评估及执行策略进行再评估（表7），既可以更周全地考虑设计方案，也可以作为PDCA循环的一部分，推动工程公司知识管理和持续改进。

表7 反应单元质量控制措施及再评估表

4 结论与意义

以典型UNIPOL聚丙烯工艺流程中反应单元为例，探索如何采用FMEA方法进行质量风险评估，进而促进项目从实现装置功能的角度出发，总结提炼可能出现的故障模式，以期提出有效的解决措施和预防手段，降低质量风险。同时需注意，在执行过程中应保障相关资源的投入，例如保障相关人员的配备、执行时机、FMEA的动态管理、报告的落实和跟踪以及后期的知识总结，才可以使FMEA起到最大的作用。目前在工程项目采用FMEA方法进行质量风险分析尚属于探索阶段，如能合理使用FMEA方法，能有助于在装置可靠性、安全性以及功能性方面，对未来新工艺的开发应用、设备选型、控制方案确定以及装置优化改造等提供决策支撑。