如何应用根本原因分析（二）

编者按

根本原因分析（RCA）是人们寻找观测结果根本原因的过程。在故障分析的背景下，RCA用于寻找经常发生或重大机器故障的根本原因。本文介绍了几种根本原因分析工具（如5why分析法、鱼骨图、失效模式与影响分析、故障树分析和帕累托图等），以及两个根本原因分析的案例。原文载于2021年5月的《质量文摘》（QualityDigest），作者布莱恩·克里斯蒂安森（Bryan Christiansen）是Limble CMMS公司的创始人和首席执行官。

根本原因分析（RCA）工具为如何进行根本问题调查提供了坚实基础。每种RCA工具都有自己的优点，不同行业和问题类型需要应用某些特定的工具。每个公司及其管理团队在进行RCA时可能都有一个需要遵守的规范，不同的公司会偏爱不同的技术工具。在某些情况下，一些公司会引入外部顾问来进行RCA。顾问一般也会使用一种首选的技术工具或技术工具组合。这些就是为什么很难为RCA创建一个人人都能遵循的通用模板的原因之一。

通常情况下，一个公司会有自己首选的RCA技术工具。如果这种技术工具不能给出需要的答案，才会探索其他方法。

5 why分析法

“5why”工具是为RCA而开发的，它像一个好奇的孩子一样，利用问“为什么（why）”来解决问题。当我们询问为什么会发生现有的问题时，我们可以追踪其原因。然后，我们就可以对自己刚刚确定的原因问为什么。

这个过程可以一直继续下去，直到没有必要再问“为什么”为止。到那时，我们应该已经找到了问题的根本原因。根据经验，询问并找到接下来5个“为什么”的答案应该足以揭示大多数问题的根本原因，这也是“5why分析法”名字的由来（例见图1）。

图1 旨在发现事件根本原因的问题流

鱼骨图

用于RCA的鱼骨图（又名石川图）方法，源于日本“质量圈”运动的倡导者石川馨在日本造船业中采用的质量控制技术。这种方法所生成的图形看起来像鱼骨，因此也被称为鱼骨图（见图2）。鱼骨图基于以下想法：有多重因素（包括被称为“5M”的5个主要因素）导致了我们正在调查的故障/事件/影响。

图2 鱼骨图

5M分别是：人员、机器、环境、方法、材料。

在鱼骨图中，问题或故障被写在图右端的“鱼头”部位。其原因沿着水平线表示。进一步的结果和它们各自的原因被写在代表每个5M的鱼骨上。这个过程可以一直进行下去，直到团队找到了根本原因为止。

鱼骨图可作为结构化头脑风暴会议的视觉辅助工具，同样的技术也用于产品设计、人体工程学设计和工艺改进等。

失效模式与影响分析

失效模式与影响分析（FMEA）是一种主动的RCA方法，可防止机器或系统的潜在故障。它是一种结合了可靠性工程、安全工程和质量控制工作的系统方法，试图通过分析过去的数据来预测未来的故障和缺陷。

一个多元化的跨职能团队对于实施FMEA至关重要。对分析的范围必须进行明确定义，并清楚传达给所有团队成员。跨职能团队应对每个子系统、设计和过程进行仔细审查，对每个系统的目的、需要和功能进行合理质疑，并对潜在的失效模式进行头脑风暴。跨职能团队还可以对过去类似的工艺和产品故障进行分析，从而对工艺进行完善。

进行FMEA时，需要评估每种识别出的故障模式可能导致的潜在影响和中断，并用于计算其风险优先级数（RPN，见图3）。如果故障模式的RPN高于公司所能接受的值，则必须通过更改一个或多个因素来解决该问题。

图3 风险优先级数（RPN）

故障树分析

故障树分析（FTA）是一种利用布尔逻辑找出故障原因的RCA方法。这种方法最初是由贝尔实验室开发的，用于评估美国空军的洲际弹道导弹（ICBM）发射控制系统。

故障树分析试图映射故障和机器的子系统之间的逻辑关系。我们正在分析的故障位于图表的顶部，信息通过表示输入和输出事件之间关系的各种“门”向下流动（见图4）。如果两个原因由一个逻辑或门（OR gate）组合导致结果发生，则将它们与逻辑或运算符组合在一起。例如，如果一台机器在运行或维护过程中发生故障，这是一个逻辑或关系。

图4 故障树

如果两个原因需要同时发生才能导致故障，则用逻辑与门（AND gate）表示。例如，如果机器只有在操作人员按错按钮和继电器无法激活时才发生故障，这是一个逻辑与关系，使用布尔与符号表示。

在故障树分析图中，可使用不同的符号表示不同类型的事件，如圆形用于基本事件、五边形用于外部事件、菱形用于未探明事件、椭圆用于条件事件、矩形用于中间事件等。

通过分析故障树，进行可能的改进和风险管理，这是对自动化机器和系统进行RCA的有效工具。

帕累托图

意大利经济学家维尔弗雷多·帕累托发现，他所能观察到的几乎所有频率分布都有一个共同的主题：在比率和它们所造成的影响之间存在着巨大的不对称性。根据经验，他指出，在任何系统中，80%的结果（或故障）是由20%的潜在原因造成的。

这个法则被称为帕累托法则（有人称之为“80-20法则”）。从人与人之间的财富分配到机器的故障等，这种因果之间的偏差都明显存在。

根据帕累托法则，在分析了故障及其可能的原因后，用柱状图和线图表示故障发生的频率和故障产生的原因（例见图5）。通过这种图，我们可以观察到原因和故障之间的偏差。通常，我们会发现一些小的因素是如何导致大多数故障的。然后，进一步分析导致最多故障的原因，并采取纠正措施以消除最常见的故障。

图5 帕累托图——衬衫缺陷

帕累托图是确定RCA优先级的极佳工具。根据帕累托法则，消除20%最常见的故障原因，可以使故障总数减少80%。根据机器的临界状态、特定部件的冲击故障或两者的结合，帕累托图将表明需要进一步调查和解决的最主要故障原因。

其他工具

RCA是开放式的、在各个行业中拥有许多广泛使用的工具。除了上面提到的工具，还有还有一些值得注意的RCA其他工具。

·因果图：鱼骨图是因果图的一个例子，还有许多类似的工具试图映射系统中原因和结果之间的关系。

·改善：另一种来自日本的工艺改进工具。它是一种持续的过程改进方法，RCA被嵌入改善的结构。

·障碍分析：这是一种RCA技术，通常用于安全事故分析。它的前提是：人员和潜在危险之间的屏障可以防止大多数安全事故。

·变化分析：当一个潜在事件由于单个因素的变化而发生时，变化分析常被当作RCA技术。

·散点图：散点图是一种绘制二维图表中两个数据之间关系的统计工具。它也可以作为RCA工具使用。

RCA示例1

注塑机在世界各地被广泛应用于制造各种形状的塑料制品。机器生产的塑料制品应符合相同规格，并在允许的公差范围内。假设有一种塑料制品的次品发生率很高，我们需要弄清楚它的根源。

首先，需要明确界定问题。这包括解释塑料制品的精确缺陷。通过观察输出，我们可以确定是否出现了注塑过程中可能发生的四个主要缺陷之一，如：溢料；充气和排气；零件变形；模具缺陷。

我们假设缺陷是零件变形。此时必须清楚地将问题记录下来，次品问题以百分比的形式体现。一旦完成该步骤，就必须收集所有可用的数据。维护日志可以从计算机维护管理系统（CMMS）中提取，可以查看注塑机制造商的手册等。

在这个过程中，应收集每一件次品的信息，测量零件与规范的偏差。当产品从模具中取出后，立即获取其热特征。料筒中熔融塑料的温度也要被测量。

我们知道，零件变形几乎总是由于温度问题引起的。但我们不能确定温度问题出现在哪个环节——是在加热的料筒中，还是在冷却的模具里。根据收集到的数据，我们可以确定这个问题。

让我们假设成品的热特征与预期的不同。这就断定问题出在冷却过程中。进一步研究发现，问题的根源在于冷却液管道的空间布置不当。最后，改变模具中冷却液管道的位置即可解决零件变形的问题。

RCA示例2

想象一下，对一台因过载而停止工作的机器进行调查时发现，保险丝熔断了。调查显示，这台机器过载是因为它的一个轴承没有得到充分润滑。进一步调查发现，自动润滑机有一个润滑泵没有充分泵送，从而导致缺乏润滑。对该润滑泵的调查表明，其有一个传动轴磨损了。对磨损原因的调查发现：没有适当的机制来防止金属碎屑进入润滑泵，这使得废料进入润滑泵并导致其损坏。

问题的根本原因是金属废料污染了润滑系统，解决这个问题应该可以防止一系列事件的再次发生。如果没有过滤器来防止金属废料进入系统，那么真正的根本原因可能是设计问题。或者，如果它的过滤器由于缺乏例行检查而被阻塞，那么真正的根本原因是维护问题。

与此相比，如果调查没有找到因果要素，那么整改措施可能是更换保险丝、轴承或润滑泵，这可能会让机器重新运行一段时间。但在根本原因得到解决之前，问题可能会再次出现。

RCA是一种复杂的方法，不应一时兴起仓促进行，这样团队可能会决定抄近路以节省时间并加快流程。如果你想要了解任何复杂事件的真相，匆忙的流程可能会对整个项目不利。如果你有充分的理由进行RCA，那么创建一个可以成功执行该过程的环境将符合你的最佳利益。