彩超機失效分析與研究

趙 楠

（河南理工大學，河南焦作 454000）

0 引言

在當前的醫療工作中，彩超機的應用十分廣泛，它可以對患者進行無痛無損傷的檢查，幫助醫生對病人進行診斷。如果彩超設備在工作中發生故障，將會對醫療工作造成很大影響。本文提出了一種基于可拓物元模型和層次分析法的FMEA（Failure Mode and Effects Analysis，失效模式與影響分析）模型，以克服傳統FMEA的局限性，提高尋找影響最大的失效模式的準確性，保障彩超設備的正常使用。

1 研究方法

基于可拓物元模型和層次分析法相結合的FMEA方法，用于失效模式的風險評估。在FMEA 方法中，采用可拓物元模型對失效模式進行優先排序，利用加權平均算子對單個清晰的風險評估值進行匯總，得到了多維組合評價值，并此基礎上建立了3 個風險因子對失效風險評估的復合物元模型，其中風險因子的權重可以由層次分析法得到。

1.1 評估失效模式和風險因子

FMEA 方法通過嚴重度（S）、頻度（O）、探測度（D）3 個風險因子的值來對失效模式評估，其中S 為失效影響的嚴重程度，O 為失效模式發生的概率，D 為失效未檢測到的概率。3 種風險因子均采用1～10 的數字量表進行評估[1]。評估工作中應精心選擇專家，以確保對失效模式的評分真實合理。

1.2 可拓物元模型

物元系統通常具有多個基本要素和多個特征指標。一個系統被認為是多個物質元素M=（M1，M2，…，Mm）和物質元素Mi=（i=1，2，…，m）有多個特征指標C=（C1，C2，…，Cn），第i 個評價對象對應于第j 個評價指標的量值為vij，可得到復合物元模型Rmn=（M，C，V）：

對于一個風險評估問題，假設存在m 個故障FMi（i=1，2，…，m），使用3 個風險因子Rj（j=O，S，D），要求l 位專家針對這3 個風險因子對這些故障進行評估，可以得到k 次專家風險評估的復合物元模型：

利用加權平均算子將各個專家的評分進行匯總，得到多維組合評價物元模型：

其中，wk為第k 個專家的權重。

規范化處理Rm3：

1.3 風險因子的權重

兩兩比較矩陣：

其中，Aij表示元素相對于第i 個元素的兩兩比較值，i，j=1，…，n。當i≠j 時，；當i=j 時，Aij=1。確定Aij使用是1～9 比率標度法。

通過提取兩兩比較矩陣的主特征向量，計算層次優先權向量：

其中，λmax是C 矩陣的最大特征值，w 是λmax的特征向量。

對兩兩比較矩陣C 進行一致性檢查，計算一致性指數C.I.：

同時，用一致性比率來度量一致性程度：

其中，R.I.為隨機一致性指標，如表1 所示。

表1 隨機一致性指數

若C.R.＜0.1，則比較矩陣C 兩兩的不一致程度可以接受，并且歸一化特征向量w 可以作為元素的權向量。否則，需要重新評估兩兩比較矩陣。

最終確定嚴重度（S）、探測度（D）、頻度（O）的權重，3 個風險因子的權重關系為：wS+wO+wD=1。

1.4 失效模式的關聯度與排序

在3 個風險因子的作用下，評估每個風險模式的值與標準值的接近程度。各失效模式與正負標準物元模型的關聯函數分別為[2]：

wij為第i種失效模式的第j 個風險因子的權重（j=S，O，D）。

在確定各失效模式的關聯度后，可以通過計算各失效模式的關聯函數值對各失效模式進行排序。

其中，0≤CCi≤1。CCi值越大，第i種失效模式的風險越高。

2 應用分析

彩超FMEA 涉及了6 種不同的系統失效，即操作控制面板失效、探頭失效、顯示失效、干擾失效、開機失效、死機失效。這6 個系統失效中的每一個又都考慮了不同的失效模式，可能會導致一些不希望的后果。研究每種失效模式對系統的影響，為減輕或降低風險而采取的措施，對于每一種失效模式，系統都要調查是否有安全隱患。26 種失效模式如表2 所示[3]。

表2 彩超的FMEA（局部）

采用層次分析法（AHP）求出了3 個危險因素S、O、D 的權重分別為0.379、0.345、0.276。通過可拓物元模型可以得到失效模式的緊密系數（表3）。

表3 失效模式的緊密系數

由表3 可以看出所有26 種失效模式的緊密系數和排序順序。排序最靠前的3 種依次是FM23、FM12和FM14，說明這些失效模式都是比較嚴重的故障，因此應引起彩超維護者的高度重視。由于FM2和FM10對風險因子的精確值和權重相同，因此兩種失效模式的排序相同。

針對上述3 種比較嚴重的失效提出管控方案，可以根據情況優選處理：

（1）開機失效。①使用科室確保每次設備是關機后再斷電；②維修科室定期檢查硬盤壞道，防止造成其他部件的失效，對于高齡設備應增加維護保養的次數。

（2）探頭失效。探頭是直接接觸患者皮膚，探頭失效可能會對患者的身體造成傷害。①使用科室要根據使用手冊做好每日結束后的清潔和維護工作，同時保證規范使用探頭；②對于使用時間較長的探頭要獨立記錄，單獨確定維修方案，并保證有備用探頭的預算。

（3）顯示失效。在使用時，注意防止設備磕碰。在維護保養時，規范插拔連接顯卡的相關線纜，防止接觸不良。

3 結束語

本文提出了一種基于可拓物元模型和層次分析法的FMEA 方法，利用層次分析法確定各風險因子的權重，建立考慮風險因子的可拓物元模型，從而確定失效危害度水平排序。將此方法應用于彩超設備，有效地減少了設備失效的情況，節約維修費用，提高設備開機率和使用壽命。