1、FMECA 技术在预制 PC 箱梁施工质量风险控制中的应用研究 王芮文 欧定福 曹妍 江苏省交通技师学院道路与桥梁工程系 摘 要： 随着预应力混凝土连续箱梁结构形式在桥梁工程中的广泛应用, 其施工质量通病不断显现。为消除或减少质量通病, 识别质量隐患, 采用 FMECA 技术对预应力混凝土箱梁施工流程中的各环节进行失效模式和影响分析, 经过流程梳理、失效模式确定、失效原因分析、故障模式对预制箱梁质量、安全等方面的影响和后果判断, 绘制 FMECA 表格, 并对全部失效模式进行危害性分析, 得到风险优先数。依据风险优先数对影响工程质量的重大失效模式进行流程梳理和改进。通过对风险优先数的后评估,
2、说明 FMECA 方法可用于预应力混凝土箱梁工程质量预控。关键词： 混凝土; 预应力; 箱梁; 六西格玛管理; FMECA; 风险控制; 作者简介：王芮文, 高级工程师, 高级讲师, E-mail:收稿日期：2017-01-22FMECA Technology Application Research on Quality Risk Control During a Bridge Precast Box Girder ConstructionWANG Ruiwen OU Dingfu CAO Yan Highway and Bridge Engineering Department of Ji
3、angsu Jiaotong College; Abstract： As the prestressed continuous box girder structure is being used more and more in highway construction, the construction quality defects become more and more normal. In order to reduce or clear up all these quality problems, FMECA technology is used in this paper in
4、 each step of the whole construction process to do the failure mode and to analyze its effect. After process analysis, failure mode confirmation, the cause factors analysis for failure, fault mode effect on quality, safety etc. of the precast box girder, and the result verdict, the table about FMECA
5、 is drawed and the critical analysis for all the fault modes are analyzed, then got the risk priority number. Basing on this risk priority number, we rearranged and refined the process of the fault mode which affected the construction quality most. The post-evaluation of the risk priority number pro
6、ves that FMECA is the ideal tool for construction quality pre-control.Keyword： concrete; prestressing; box girder; six sigma management; failure mode effects and criticality analysis (FMECA) ; risk control; Received： 2017-01-220 引言FMECA (failure mode effects and criticality analysis, 故障模式影响及危害性分析) 技
7、术是 20 世纪 50 年代美国格鲁曼公司开发的一种风险控制方法1, 它是工程技术人员自工程开工前, 通过严密分析、罗列及评估工程系统内潜在的失效模式和可能造成的后果, 使施工生产各阶段、流程能够随时得到质量改善, 通过流程的持续评估、分析和改进, 使得工程、产品的质量、性能趋于最佳。FMECA 包括故障模式及影响分析 (FMEA) 和危害性分析 (CA) 。目前, FMECA 技术已经成为六西格玛管理所使用的基本工具之一。FMECA 技术通过事前对工程实施过程中可靠性、安全性、质量等所受的影响分析, 确定可能导致重大故障或损失的部位、工序, 并通过致命度和风险评估, 将故障的重要度加以量化,
8、 从而指明改善的优先顺序, 使工程质量得以改善。这是一种事前控制方法, 其精髓在于“第 1 次就把事情做正确”2。某高速公路特大桥上部结构是预应力混凝土连续箱梁, 采用先简支后连续的施工工艺, 该桥共有预制箱梁 1 530 片。桥梁承建单位在以往类似工程施工中, 各种质量问题频发, 不仅增大了质量管理成本, 还对桥梁整体质量埋下隐患。为提升质量管理水平, 消除质量隐患, 施工单位在预制箱梁开工前应用 FMECA分析技术对箱梁的失效模式和潜在风险进行分析。1 FMECA 的实施程序FMECA 分析技术把失效模式及影响和后果危害程度分析进行了综合考量, 采用风险优先数评判风险高低3。FMECA 分
9、析的一般步骤为: (1) 成立 FMECA 技术小组, 负责整个项目技术改进工作; (2) 确认分析对象的系统, 包括影响分析对象产生故障的各种条件, 如产品的标准、环境条件、人为条件, 系统对可靠性的要求等; (3) 制作系统流程图、可靠性方框图或者控制图, 使分析对象各过程工序清晰明了, 便于分析; (4) 以 FMECA 表格的形式列举故障模式及故障的相关资料, 找出所有可能出现的风险事件; (5) 进行影响结果分析, 找出产生影响或风险的原因, 便于今后采取纠正措施; (6) 评估严重度、频数、不易探测度分值; (7) 进行致命度或风险度评估, 判断风险一旦出现所造成的危害程度; (8
10、) 设计对策及补偿措施, 以减少风险影响, 并把控制措施形成文件 (操作手册) , 以便今后生产控制。2 预制箱梁预制安装故障模式影响和危害度分析2.1 箱梁预制、安装的施工工序流程预制箱梁在实际施工中由于施工环节控制原因会导致很多质量通病, 可称为失效模式, 为了科学系统地定义这些失效模式并分析其原因, 首先应该绘制箱梁预制安装的工序流程:底模安装钢筋骨架制作和钢筋绑扎波纹管安设侧模、端模和内模安装混凝土浇筑混凝土养护模板拆除负弯矩筋张拉纵横向湿接缝施工支座安设架设及临时支撑出坑、存梁张拉、压浆、封锚清理孔道、穿预应力筋。2.2 预应力混凝土箱梁施工故障模式及影响分析这里所说的故障模式是指预
11、制箱梁在上述施工过程中可能发生的对箱梁施工质量产生的不良影响。进行 CA 分析前, 工程技术人员要找出箱梁预制和安装施工整个流程中潜在的质量风险或隐患, 并分析导致失效的可能原因和影响。FMECA 技术小组采用头脑风暴法, 对施工流程进行逐一分析, 判断流程中的各个操作和工序, 找出这些工序中不良操作可能导致的失效或故障, 绘制 FMECA, 如表 1、表 2 所示。2.3 危害度分析 (CA) 表 1表 3 列出了预应力混凝土箱梁施工各流程中可能会发生的各种风险 (失效模式) , 并分析了这些失效模式产生的原因和对工程整体的影响情况。下一步需要确定其危害程度, 即进行 CA 分析。CA 分析
12、的目的是按照每一故障模式的严重度、可测量 (探测、预防) 程度以及该故障模式可能发生的概率所产生的综合影响对整个流程进行等级分类, 以便全面评价其影响。危害性分析方法主要有风险优先数法和危害性矩阵法。危害性矩阵法主要用于航空航天等军工领域, 是通过绘制危害性矩阵来判断失效模式危害性的一种直观方法。本例采用风险优先数法进行 CA 分析。风险优先数法通过计算风险优先数 (RPN) 来判断失效模式的危害程度, 采取措施降低 RPN 值, 从而达到改善质量的目的, RPN 值越大, 风险危害程度越大。RPN 的计算公式:式中:S 为严重度, 表示施工过程中出现风险或故障的严重程度, 其取值标准如表 4
13、 所示;O 为故障发生的频度, 表示施工过程中出现风险或故障的频度, 其取值标准如表 4 所示;D 为不易探测度, 施工过程中一旦出现风险或故障, 将他识别或检测为困难程度, 其取值标准如表 4 所示。在确定不易探测度值级时, 目测能检查的风险一般选择高一点的值级, 因为在检测时, 人为因素影响较大, 不易识别。CA 分析的关键在于 S, O, D 的数据准确性和可靠性, FMECA 工作小组根据以往工程施工质量控制情况、本施工队伍的施工水平和表 4 中的取值标准, 采用头脑风暴法, 以 5 名专家打分的平均值作为各故障模式 S, O, D 的最终分值, 以确保打分的科学性、准确性和可靠性。专
14、家打分的分值如表 2 所示。为了能够统一表达评价故障模式的危害程度, FMECA 工作小组根据多年经验, 把故障模式危害程度 (用风险优先数 RPN 表示) 分成 4 个等级 (风险优先数的取值范围严格于国家标准) , 如表 3 所示。本例中各失效模式的 RPN 用产生该失效模式各种原因的 RPN 平均值来表示。经计算, RPN 1=103.5, RPN2=61.3, RPN3=126, RPN4=65.6, RPN5=28, RPN6=75, RPN7=92.5, RPN8=84.5, RPN9=76.5。下标 19 这 9 个数字代表表 1 中失效模式对应的编号。将计算结果的 RPN 排序
15、, 有 RPN3RPN1RPN7RPN8RPN9RPN6RPN4RPN2RPN5。这个排序即故障模式一旦发生时, 对质量、安全、工程的危害程度大小的排序。其中, 故障模式 1 和故障模式 3 的 RPN 都100, 说明这 2 项失效模式危害度最大, 而故障模式 7 和 8 也是不容忽视的质量隐患。表 1 箱梁预制安装故障模式影响及危害性分析 (1) (FMEA 表) Table 1 The effects and critical analysis of Box girder precast installation failure mode (1) (FMEA table) 下载原表 3
16、预防和改进方案通过对预制箱梁各流程的分析得到风险优先数, 根据表 3 中给定的改进措施要求, 对故障模式 4, 2, 6, 5 做常规观测和检查, 而对于故障模式 3, 1, 7, 8, 9, 6, 由于 RPN 均70, 风险严重等级为级, 属于较为严重的风险, 必须制定方案, 采取预防及纠正措施。3.1 制定风险预控表FMECA 技术小组用风险预控表来明确流程中重点控制的操作。该表清晰明了地给出预制箱梁各流程中潜在失效控制方法, 相关操作人员及技术人员可以根据此表进行任务安排和监督检查, 如表 5 所示。表 2 箱梁预制安装故障模式影响及危害性分析 (2) (CA 表) Table 2 T
17、he effects and critical analysis of Box girder precast installation failure mode (2) (CA table) 下载原表 3.2 绘制 SIPOC 图SIPOC 是一种流程管理模型, 也称宏观流程图, 即 supplier (供应者) 、input (输入) 、process (流程) 、output (输出) 和 customer (顾客) 。将 SIPOC的思想进一步延伸到项目流程处理内部4, 是对流程深度管理和流程再造的强有力支持。特别是核心流程的 SIPOC 分析5, 更有利于对流程质量的控制。目前, 这一
18、管理模型不仅应用于流程的分析和设计, 也用于风险评估和改进6-9。它作为识别预制箱梁施工流程中关键风险 (RPN70 的失效模式) 的方法, 用来识别故障模式所涉及的各方参与者和关键流程。下面以失效模式 3 为例绘制SIPOC, 如图 1 所示。参与箱梁预制安装施工的工作人员通过解读 SIPOC 图, 明确材料、过程以及输出要求, 对自己的责任和分工有充分了解, 对风险控制效果起到加强作用。3.3 后评估FMECA 是一种质量事前控制的有效防范方法, 本工程中, 通过制定流程、风险控制表和 SIPOC 图, 各项事前控制措施得以执行, 在预制箱梁施工全过程中严格按照预设方案实施, 采取积极有效
19、的措施降低故障模式发生的频数, 增加失效模式的可探测度, 通过降低故障模式发生的频数和增大失效的可探测程度, RPN 显著降低。为了评价控制效果, 预制箱梁全部施工结束后, FMECA 工作小组对重点监控的 6 项故障模式 S, O, D 进行打分, 并计算风险系数, 如表 6 所示。从表 6 中可以看出, 实施改进措施后, 风险系数显著降低, 改善效果较以往最大提高了 83.1%, 重点监控的 6 项失效模式的最终 RPN 均30, 工程质量风险较低, 严重度降低到级, 日常管理中, 只需常规控制。表 3 故障模式严重等级划分标准 Table 3 Failure mode severity
20、level identify standard 下载原表 表 4 严重度、频度和不易探测度取值标准 Table 4 Standard value for severity, frequency and no-easy detective level 下载原表 表 5 预制箱梁风险预控 Table 5 Risk pre-control of precast box girder 下载原表 表 6 重点监控的故障模式改进前后效果比较 Table 6 Comparison of key monitoring failure mode before and after improvement 下载原表
21、 图 1 失效模式 3 的 SIPOC Fig.1 SIPOC of failure mode 3 下载原图4 结语通过对预制箱梁施工全过程分析, 明确了过程失效模式及对工程、安全、质量的影响程度, 并对失效模式的风险优先数进行计算, 继而对流程进行梳理, 制定相关操作手册。施工过程严格按照操作手册进行, 通过有效控制, 风险系数显著降低, 改善效果明显。这一分析技术在桥梁施工过程中的应用, 证明了FMECA 技术的有效性, 对工程质量的提升、科学管理的实现和管理工具的推广应用都起到了积极的作用。参考文献1王绍印.故障模式和影响分析 (FMEA) M.广州:中山大学出版社, 2003. 2关大
22、进, 杨琪.服务质量 FMEA 差距模型及应用M.北京:中国标准出版社, 2009. 3唐晓芬.六西格玛核心教程黑带读本M.北京:中国标准出版社, 2006. 4李蔚, 蔡淑琴.建设项目集成的 SIPOC 模式及其组织支持J.科研管理, 2006 (1) :138-139. 5王占钦.SIPOC 运用于核心流程梳理J.经营管理者, 2015 (1) :104-104. 6谭芳.SIPOC 模型在企业风险管理中的应用J.财会通讯, 2009 (3) :44-45. 7李亚巍, 王琛, 余群舟.武汉江底高承压水联络通道施工风险控制J.施工技术, 2016, 45 (7) :118-122. 8闫文周, 刘振超.基于本体的 EPC 总承包项目风险控制研究J.施工技术, 2016, 45 (6) :118-121. 9刘志坚, 吴仍辉, 薛刚, 等.核心筒井筒二次水平结构液压自爬升模板体系施工技术J.施工技术, 2016, 45 (2) :98-100.
