如何應用根本原因分析（二）

編者按

根本原因分析（RCA）是人們尋找觀測結果根本原因的過程。在故障分析的背景下，RCA用于尋找經常發生或重大機器故障的根本原因。本文介紹了幾種根本原因分析工具（如5why分析法、魚骨圖、失效模式與影響分析、故障樹分析和帕累托圖等），以及兩個根本原因分析的案例。原文載于2021年5月的《質量文摘》（QualityDigest），作者布萊恩·克里斯蒂安森（Bryan Christiansen）是Limble CMMS公司的創始人和首席執行官。

根本原因分析（RCA）工具為如何進行根本問題調查提供了堅實基礎。每種RCA工具都有自己的優點，不同行業和問題類型需要應用某些特定的工具。每個公司及其管理團隊在進行RCA時可能都有一個需要遵守的規范，不同的公司會偏愛不同的技術工具。在某些情況下，一些公司會引入外部顧問來進行RCA。顧問一般也會使用一種首選的技術工具或技術工具組合。這些就是為什么很難為RCA創建一個人人都能遵循的通用模板的原因之一。

通常情況下，一個公司會有自己首選的RCA技術工具。如果這種技術工具不能給出需要的答案，才會探索其他方法。

5 why分析法

“5why”工具是為RCA而開發的，它像一個好奇的孩子一樣，利用問“為什么（why）”來解決問題。當我們詢問為什么會發生現有的問題時，我們可以追蹤其原因。然后，我們就可以對自己剛剛確定的原因問為什么。

這個過程可以一直繼續下去，直到沒有必要再問“為什么”為止。到那時，我們應該已經找到了問題的根本原因。根據經驗，詢問并找到接下來5個“為什么”的答案應該足以揭示大多數問題的根本原因，這也是“5why分析法”名字的由來（例見圖1）。

圖1 旨在發現事件根本原因的問題流

魚骨圖

用于RCA的魚骨圖（又名石川圖）方法，源于日本“質量圈”運動的倡導者石川馨在日本造船業中采用的質量控制技術。這種方法所生成的圖形看起來像魚骨，因此也被稱為魚骨圖（見圖2）。魚骨圖基于以下想法：有多重因素（包括被稱為“5M”的5個主要因素）導致了我們正在調查的故障/事件/影響。

圖2 魚骨圖

5M分別是：人員、機器、環境、方法、材料。

在魚骨圖中，問題或故障被寫在圖右端的“魚頭”部位。其原因沿著水平線表示。進一步的結果和它們各自的原因被寫在代表每個5M的魚骨上。這個過程可以一直進行下去，直到團隊找到了根本原因為止。

魚骨圖可作為結構化頭腦風暴會議的視覺輔助工具，同樣的技術也用于產品設計、人體工程學設計和工藝改進等。

失效模式與影響分析

失效模式與影響分析（FMEA）是一種主動的RCA方法，可防止機器或系統的潛在故障。它是一種結合了可靠性工程、安全工程和質量控制工作的系統方法，試圖通過分析過去的數據來預測未來的故障和缺陷。

一個多元化的跨職能團隊對于實施FMEA至關重要。對分析的范圍必須進行明確定義，并清楚傳達給所有團隊成員。跨職能團隊應對每個子系統、設計和過程進行仔細審查，對每個系統的目的、需要和功能進行合理質疑，并對潛在的失效模式進行頭腦風暴。跨職能團隊還可以對過去類似的工藝和產品故障進行分析，從而對工藝進行完善。

進行FMEA時，需要評估每種識別出的故障模式可能導致的潛在影響和中斷，并用于計算其風險優先級數（RPN，見圖3）。如果故障模式的RPN高于公司所能接受的值，則必須通過更改一個或多個因素來解決該問題。

圖3 風險優先級數（RPN）

故障樹分析

故障樹分析（FTA）是一種利用布爾邏輯找出故障原因的RCA方法。這種方法最初是由貝爾實驗室開發的，用于評估美國空軍的洲際彈道導彈（ICBM）發射控制系統。

故障樹分析試圖映射故障和機器的子系統之間的邏輯關系。我們正在分析的故障位于圖表的頂部，信息通過表示輸入和輸出事件之間關系的各種“門”向下流動（見圖4）。如果兩個原因由一個邏輯或門（OR gate）組合導致結果發生，則將它們與邏輯或運算符組合在一起。例如，如果一臺機器在運行或維護過程中發生故障，這是一個邏輯或關系。

圖4 故障樹

如果兩個原因需要同時發生才能導致故障，則用邏輯與門（AND gate）表示。例如，如果機器只有在操作人員按錯按鈕和繼電器無法激活時才發生故障，這是一個邏輯與關系，使用布爾與符號表示。

在故障樹分析圖中，可使用不同的符號表示不同類型的事件，如圓形用于基本事件、五邊形用于外部事件、菱形用于未探明事件、橢圓用于條件事件、矩形用于中間事件等。

通過分析故障樹，進行可能的改進和風險管理，這是對自動化機器和系統進行RCA的有效工具。

帕累托圖

意大利經濟學家維爾弗雷多·帕累托發現，他所能觀察到的幾乎所有頻率分布都有一個共同的主題：在比率和它們所造成的影響之間存在著巨大的不對稱性。根據經驗，他指出，在任何系統中，80%的結果（或故障）是由20%的潛在原因造成的。

這個法則被稱為帕累托法則（有人稱之為“80-20法則”）。從人與人之間的財富分配到機器的故障等，這種因果之間的偏差都明顯存在。

根據帕累托法則，在分析了故障及其可能的原因后，用柱狀圖和線圖表示故障發生的頻率和故障產生的原因（例見圖5）。通過這種圖，我們可以觀察到原因和故障之間的偏差。通常，我們會發現一些小的因素是如何導致大多數故障的。然后，進一步分析導致最多故障的原因，并采取糾正措施以消除最常見的故障。

圖5 帕累托圖——襯衫缺陷

帕累托圖是確定RCA優先級的極佳工具。根據帕累托法則，消除20%最常見的故障原因，可以使故障總數減少80%。根據機器的臨界狀態、特定部件的沖擊故障或兩者的結合，帕累托圖將表明需要進一步調查和解決的最主要故障原因。

其他工具

RCA是開放式的、在各個行業中擁有許多廣泛使用的工具。除了上面提到的工具，還有還有一些值得注意的RCA其他工具。

·因果圖：魚骨圖是因果圖的一個例子，還有許多類似的工具試圖映射系統中原因和結果之間的關系。

·改善：另一種來自日本的工藝改進工具。它是一種持續的過程改進方法，RCA被嵌入改善的結構。

·障礙分析：這是一種RCA技術，通常用于安全事故分析。它的前提是：人員和潛在危險之間的屏障可以防止大多數安全事故。

·變化分析：當一個潛在事件由于單個因素的變化而發生時，變化分析常被當作RCA技術。

·散點圖：散點圖是一種繪制二維圖表中兩個數據之間關系的統計工具。它也可以作為RCA工具使用。

RCA示例1

注塑機在世界各地被廣泛應用于制造各種形狀的塑料制品。機器生產的塑料制品應符合相同規格，并在允許的公差范圍內。假設有一種塑料制品的次品發生率很高，我們需要弄清楚它的根源。

首先，需要明確界定問題。這包括解釋塑料制品的精確缺陷。通過觀察輸出，我們可以確定是否出現了注塑過程中可能發生的四個主要缺陷之一，如：溢料；充氣和排氣；零件變形；模具缺陷。

我們假設缺陷是零件變形。此時必須清楚地將問題記錄下來，次品問題以百分比的形式體現。一旦完成該步驟，就必須收集所有可用的數據。維護日志可以從計算機維護管理系統（CMMS）中提取，可以查看注塑機制造商的手冊等。

在這個過程中，應收集每一件次品的信息，測量零件與規范的偏差。當產品從模具中取出后，立即獲取其熱特征。料筒中熔融塑料的溫度也要被測量。

我們知道，零件變形幾乎總是由于溫度問題引起的。但我們不能確定溫度問題出現在哪個環節——是在加熱的料筒中，還是在冷卻的模具里。根據收集到的數據，我們可以確定這個問題。

讓我們假設成品的熱特征與預期的不同。這就斷定問題出在冷卻過程中。進一步研究發現，問題的根源在于冷卻液管道的空間布置不當。最后，改變模具中冷卻液管道的位置即可解決零件變形的問題。

RCA示例2

想象一下，對一臺因過載而停止工作的機器進行調查時發現，保險絲熔斷了。調查顯示，這臺機器過載是因為它的一個軸承沒有得到充分潤滑。進一步調查發現，自動潤滑機有一個潤滑泵沒有充分泵送，從而導致缺乏潤滑。對該潤滑泵的調查表明，其有一個傳動軸磨損了。對磨損原因的調查發現：沒有適當的機制來防止金屬碎屑進入潤滑泵，這使得廢料進入潤滑泵并導致其損壞。

問題的根本原因是金屬廢料污染了潤滑系統，解決這個問題應該可以防止一系列事件的再次發生。如果沒有過濾器來防止金屬廢料進入系統，那么真正的根本原因可能是設計問題。或者，如果它的過濾器由于缺乏例行檢查而被阻塞，那么真正的根本原因是維護問題。

與此相比，如果調查沒有找到因果要素，那么整改措施可能是更換保險絲、軸承或潤滑泵，這可能會讓機器重新運行一段時間。但在根本原因得到解決之前，問題可能會再次出現。

RCA是一種復雜的方法，不應一時興起倉促進行，這樣團隊可能會決定抄近路以節省時間并加快流程。如果你想要了解任何復雜事件的真相，匆忙的流程可能會對整個項目不利。如果你有充分的理由進行RCA，那么創建一個可以成功執行該過程的環境將符合你的最佳利益。