六西格瑪在危險化學品設備本質安全的應用研究

趙志強

唐山港集團股份有限公司 河北唐山 063611

隨著科技進步與發展，危險化學品領域自動化、信息化水平迅速提升，設備本質安全已成為將火災、爆炸要素相隔離、防止或降低“可燃物”、“點火源”、“爆炸性混合氣體”發生可能性的重要基礎。據近些年危化品事故分析，設備本質安全性能缺陷已成為引起事故發生的重要原因，提升設備本質安全水平已成為遏制和減少危化品事故發生的重要手段。本文基于設備LCM及TPM理論，探索研究六西格瑪方法的實際應用，以設備所服務的生產過程為中心，以使用者及安全需求視角界定重點改進流程，以標準、規范、技術要求、風險節點定義流程績效，基于數據決策、系統方法解決、改進設備管理實施中的關鍵品質點，消除管理過程缺陷和無價值的設備管理作業，提升設備本質安全水平。

1 基于設備LCM周期五大維度，定義CTQ及Y（Define）

1.1 設備 LCM周期五大維度

設備LCM周期管理可劃分為五大維度：基于PDCA的管理維度、基于7M1E的資源維度、基于壽命周期成本分析（LCC）的經濟維度、基于由表及里從大到小的空間維度以及從需求、規劃到更新、報廢的時間維度。

1.2 VOC-CTQ-Y

（1）VOC（Voice of Customer）分析。采用如卡諾需求分析法、調查表法、缺陷庫排列圖法等對危化品設備本質安全相關五大維度的VOC進行調查、分析、評價，確定CTQ。在分析中，關注以下方面：①設備管理戰略目標，如設備有效度、效率、安全性、所在場所的爆炸危險性等。②設備的不良現狀，如設備故障率、設計缺陷率、規范改進下的安全等級水平等。③行業或企業歷史典型設備缺陷或事故根源，如防爆型式選擇與配置、整體型設備配件有效度、爆炸危險環境點檢技術等。④設備管理關鍵流程，如設備適用性、安全性評估、能效可靠度分析、維修策略等。在VOC分析前，可先進行親和分析，類比匯總，以減少無價值和重復性工作。

（2）CTQ（Critical To Quality）確定。基于五大維度，使用排列圖或QFD等工具進行CQT篩選，可結合卡諾矩陣分析法，重點對影響設備本質安全的基本型VOC標識，以防止排列圖運用中因基礎數據積累不足造成關鍵CTQ遺漏。

（3）Y的定義。根據確定的CTQ類別與性質，定義Y，如針對“爆炸性危險環境電氣設備防爆性能不足”VOC，確定的CTQ有“防爆型式選擇不當”、“隔爆電氣設備隔爆能力降低”等，則可定義Y1為“隔爆電氣設備隔爆性能”，Y2為“防爆型式選擇不當”。之后，利用排列圖等工具，統計Y1、Y2，如統計同類場所同類隔爆電氣設備影響隔爆性能的缺陷，發現“防爆緊固件松動、斷絲、缺失”為主要不良，則定義Y11為“防爆緊固件松動、斷絲、缺失”。

定義Y時，應充分考慮危化品設備的危險特性及所處環境危險性質，借鑒并考慮行業對設備的管理要求，定義應符合法律法規、標準規范及行業特性。同時，應基于基礎數據，初步分析Y的描述適宜性、重要度，必要時，確定Y的重要度及優先級。

描述Y的不良現象時，盡量定量描述，只能定性描述的，應輔以實例圖等方式以供后續設計及研究。

確定Y的基準與目標時，應充分考慮不同時期管理重點、設備安全特性，如對溫度有要求的設備在不同度季節的基準與目標應單獨考慮等。

2 基于流程能力與FMEA分析，設計Y的測量系統（Measure）

2.1 設備本質安全流程能力分析

（1）設備本質安全流程能力與設備故障曲線的關系[1]。

圖1 設備本質安全流程能力與故障曲線關系

設備自然壽命決定于有形磨損，通過正確使用、合理維護、定期保養、科學維修可延長自然壽命；技術壽命決定于無形磨損，產品質量和精度要求越高，科技進步越快，技術壽命越短；經濟壽命決定于設備年折舊和年維持費用等因素。

根據故障特點，設備本質安全流程特點主要表現為：

（1）前期管理充分考慮維護預防和無維護設計，在設備投資規劃期在設計可靠性、維修性、經濟運行及安全方面達到最高水平，減少從設計到穩定運行的時間和費用。

（2）后期管理充分考慮維修策略設計，采取風險矩陣方式評價設備故障風險，基于設備在大修期或壽命期發生故障的可能性、維修對生產、安全、環境、成本的影響程度列矩陣分析，取最大風險評價值，以判定高、中、低風險。

不同管理時期，不同設備按照重要度及優先級策劃實施計劃后，應基于設備運行基礎數據的分析，尋求穩定水平及變異（缺陷、故障）項目及類別，通過MSA測量系統對變異項目測量分析，并使用C&E因果矩陣對潛在因素分析、篩選。

2.2 設備本質安全FMEA分析

（1）梳理LMC周期管理流程，如關鍵設備采購安裝、TPM、更新改造、風險評估等。

（2）列出流程關鍵輸入，如采購的關鍵輸入有供貨能力及水平分析、設備安全及適用性評估等。

（3）列出潛在失效模式，如自主保全基準不準確、點檢維護保養周期設計不合理等。

（4）評估潛在失效模式影響，針對不同維度確定影響度，如對生產效率、安全環境、職業健康的影響等，并經矩陣分析后取值。

（5）評估失效影響嚴重度，可結合設備環境及任務確定失效模式影響后果嚴重度的衡量標準（SEV），也可針對不同維度分別確定，矩陣分析后取值。

（6）找出失效的潛在原因，充分考慮7M1E因素，即Man（工作人員、相關方）、Machine（設備附屬安全裝置、配件、上下游設備）、Material（設備制品材料、作業危化品物料性質）、Method（操作規程、技術要求、維修工具）、Management（管理理念、機制、制度）、Measure（設備CTQ測量方法、標準）、Market（服務現場爆炸環境分析）、Environment（設備運行環境）。

（7）評估原因發生頻度，結合歷史數據及現狀要求確定發生頻度的衡量標準（OCC）。

（8）記錄當前預防失效原因的控制方法，包括已采取、計劃采取的方法，充分考慮技術、管理、培訓、防護、應急流程等。

（9）評估失效或原因的可檢出度，先確定可檢出度的衡量標準（DET），包括設備在線監測技術、設備工藝參數集控平臺等。

（10）計算風險系數RPN，RPN=SEV*OCC*DET，據風險系數確定重要變量。

基于CTQ的FMEA分析，篩選造成Y缺陷的關鍵潛在因子，并基于5W3H思維分析法進行后續分析改善，即明確改進原因（Why）、內容目標（What）、責任人員（Who）、措施執行時間、標準、監督節點（When）、實施時機、場所（Where）、措施效率指標（How）、效果水平、預期程度、成本（How much）、實施效果、顧客感受預測（How do you feel）。

2.3 Y測量系統設計

基于設備本質安全流程能力及FMEA分析，建立、完善設備管理平臺，設計Y的測量系統，對重要變量記錄、統計、分析、診斷，充分考慮：

（1）Y的再確定：對同一設備不同操作者進行級別穩定性再確定，確保Y的再現性，對同一設備運行情況進行級別穩定性再確定，確保Y的重復性。

（2）設備統計信息：包括設備靜態與動態信息。靜態信息包括設備名稱、規格、運行參數等；動態信息包括運行臺時、狀態信息、診斷報警、故障類型及描述等。

（3）設備診斷分析：包括故障率分析、維保指標分析、經濟價值分析、故障分析等。

3 基于數據事實的關鍵因子分析（Analyze）

通過Y的測量系統，獲取影響CTQ的基礎數據，對每個CTQ進行Y-X變量分析，形成Y能力分析圖表或回歸曲線，識別Y的波動來源，篩選波動潛在根源，并設計潛在根源測量系統，從而發現關鍵因子及其與Y的關系，明確關鍵因子的控制能力。

（1）明確設備測量數據的收集計劃

（2）對關鍵因子進行分析，采用如卡方檢驗、方差檢驗、統計過程控制（SPC）、測量系統分析（MSA）、Cp/Cpk控制分析等方法。

（3）根據分析結果，制定詳細改進計劃，方法同第二階段。

4 基于Triz創新思維法，促進CTQ優化改進（Improve）

4.1 CTQ優化改進

通過試驗設計或統計檢驗等工具，統計六西格瑪改善前后CTQ的改進效果，列明改善相關內容，并對改善情匯總、分析。

4.2 Triz創新思維九宮格法應用

應用Triz創新思維法繪制CTQ改善九宮格，對本設備、相關其他工藝流程設備、附屬裝置配件的當前、歷史、未來運行狀態系統思考，以改進影響CTQ的關鍵因子。

5 基于TPM，實現設備本質安全SOP標準化（Control）

5.1 基于TPM的設備本質安全控制計劃

運用TPM核心思想，充分發揮自主保全七步法、支援自主保全訓練、全面生產設備管理（TPEM）、全面規劃化生產維護（TnPM）、SOON預防維修體系等理念及方法，將六西格瑪改進活動中形成的優化或完善措施與之有效整合實施。

如，六西格瑪思維下的自主保全7步法：S0關注CTQ的5S基礎；S1基于測量分析與診斷技術的初期清掃；S2 基于關鍵因子分析的污染源及對策；S3-5基于CTQ優化完善的點檢基準；S6-7基于SOP標準化的自主管理。

5.2 設備本質安全SOP標準化

通過一定時期動態控制，積累并形成設備本質安全SOP（Standard Operating Procedure）。

（1）基于LCM，制定關鍵節點標準化流程

（2）基于CTQ常見缺陷因子，建立移動端二維碼點檢標準

（3）基于CTQ關鍵缺陷因子，建立設備快修標準指南

圖2 隔爆緊固件SOP快修手冊示例