邱 治 國

廣東省特種設(shè)備檢測研究院，廣東 廣州 510655

客運(yùn)架空索道子系統(tǒng)重要部件失效模式與定性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法的探討*

邱 治 國

廣東省特種設(shè)備檢測研究院，廣東 廣州 510655

通過對(duì)單線循環(huán)固定抱索器、單線循環(huán)脫掛抱索器和雙線往復(fù)式客運(yùn)架空索道進(jìn)行研究，將客運(yùn)架空索道系統(tǒng)劃分為14個(gè)子系統(tǒng).在對(duì)14個(gè)子系統(tǒng)重要部件的失效模式和失效原因分析后，歸納出客運(yùn)架空索道的失效模式有139種，失效原因由608項(xiàng).在此基礎(chǔ)上提出了客運(yùn)架空索道定性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)流程，建立了索道子系統(tǒng)重要部件失效可能性和失效后果程度的風(fēng)險(xiǎn)矩陣，以及對(duì)客運(yùn)架空索道子系統(tǒng)重要部件的定性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法.

客運(yùn)架空索道；失效模式；子系統(tǒng)；重要部件；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

客運(yùn)索道在我國作為特種設(shè)備的一種，由政府對(duì)其進(jìn)行安全監(jiān)管.根據(jù)《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》(國務(wù)院549號(hào)令)的規(guī)定，客運(yùn)索道是指由動(dòng)力驅(qū)動(dòng)、利用柔性繩索牽引箱體等運(yùn)載工具運(yùn)送人員的機(jī)電設(shè)備，包括客運(yùn)架空索道、客運(yùn)纜車、客運(yùn)拖牽索道等.截至2016年11月，我國已建、在用的客運(yùn)架空索道有985條.近年來，隨著我國老舊索道數(shù)量的不斷增加，老舊索道的安全狀況已經(jīng)成為影響我國客運(yùn)索道安全發(fā)展的重要因素.客運(yùn)索道安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法的建立，不僅可提高客運(yùn)索道行業(yè)的運(yùn)營安全和經(jīng)營管理水平，還可提高我國客運(yùn)索道產(chǎn)業(yè)發(fā)展的總體水平.目前，我國客運(yùn)索道的法定檢驗(yàn)主要是檢驗(yàn)設(shè)備是否符合檢驗(yàn)規(guī)則和安全標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)要求，但不能對(duì)客運(yùn)索道系統(tǒng)和設(shè)備的潛在風(fēng)險(xiǎn)做出準(zhǔn)確的評(píng)估，不能對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)展進(jìn)行有效的分析[1]及對(duì)客運(yùn)架空索道系統(tǒng)和子系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的評(píng)定.因此，提出適合我國國情的客運(yùn)架空索道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，準(zhǔn)確了解客運(yùn)架空索道設(shè)備的安全狀況和風(fēng)險(xiǎn)程度，可為客運(yùn)架空索道的科學(xué)監(jiān)管打下基礎(chǔ).

1 客運(yùn)架空索道子系統(tǒng)重要部件的失效模式

1.1 客運(yùn)架空索道子系統(tǒng)的分類

根據(jù)客運(yùn)架空索道系統(tǒng)的特點(diǎn)及設(shè)備相關(guān)性，以單線循環(huán)固定抱索器、單線循環(huán)脫掛抱索器和往復(fù)式客運(yùn)架空索道為研究對(duì)象，將客運(yùn)架空索道系統(tǒng)劃分為14個(gè)子系統(tǒng)：(1)線路設(shè)施；(2)鋼絲繩；(3)運(yùn)載工具；(4)抱索器；(5)托壓索輪組(鞍座)；(6)動(dòng)力系統(tǒng)(驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、制動(dòng)器、減速機(jī)、聯(lián)軸器、驅(qū)動(dòng)輪、迂回輪)；(7)張緊裝置；(8)液壓系統(tǒng)；(9)站房鋼結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)及標(biāo)識(shí)；(10)脫掛抱索器加減速器與推車機(jī)構(gòu)；(11)通訊系統(tǒng)；(12)電氣設(shè)備(動(dòng)力、拖動(dòng)、控制)；(13)安全保護(hù)裝置(機(jī)械、電氣)；(14)救護(hù)裝置.

1.2 客運(yùn)架空索道子系統(tǒng)重要部件的失效模式及失效原因

在分析各種客運(yùn)架空索道事故及故障的基礎(chǔ)上，歸納出客運(yùn)架空索道失效模式有139種，失效原因有608項(xiàng).表1和表2分別列出客運(yùn)架空索道線路設(shè)施和運(yùn)載工具兩個(gè)子系統(tǒng)重要部件的失效模式及失效原因.

表1 線路設(shè)施的失效模式與原因分析

表2 運(yùn)載工具的失效模式與原因分析

2 客運(yùn)架空索道子系統(tǒng)重要部件定性風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估方法

美國安全工程師學(xué)會(huì)(ASSE)將風(fēng)險(xiǎn)定義為潛在危險(xiǎn)發(fā)生事故的概率和事故發(fā)生后可能造成的后果及其嚴(yán)重程度.風(fēng)險(xiǎn)是事件發(fā)生的概率和與事件相關(guān)聯(lián)的后果(通常是不利的)的函數(shù)，風(fēng)險(xiǎn)可以用式(1)表示[1]：

風(fēng)險(xiǎn)=可能性×后果 .

(1)

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的關(guān)鍵是風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是對(duì)事件發(fā)生危險(xiǎn)的概率及后果程度進(jìn)行評(píng)估和計(jì)算，以確定風(fēng)險(xiǎn)的程度，從而提出預(yù)防風(fēng)險(xiǎn)的措施和降低風(fēng)險(xiǎn)的要求.風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性及可靠性主要取決于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的過程.根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)的定義，定性分析方法的主要步驟有：A．失效可能性系數(shù)的確定；B．失效后果系數(shù)的確定；C．失效等級(jí)的確定；D．風(fēng)險(xiǎn)類別矩陣的確定.

定性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法能夠比較快捷和準(zhǔn)確地將大量索道失效模式和失效原因組合項(xiàng)目中的低風(fēng)險(xiǎn)和高風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目區(qū)分出來，既能夠判斷子系統(tǒng)重要部件的風(fēng)險(xiǎn)，還能夠減少定量分析的工作量.本文采用FMEA分析與定性風(fēng)險(xiǎn)分析相結(jié)合的方法，對(duì)客運(yùn)架空索道子系統(tǒng)重要部件的失效模式進(jìn)行定性風(fēng)險(xiǎn)分析.

FMEA法指故障模式和影響分析(Failure Mode, Effect Analysis)，是一種自下而上的故障分析方法，即以分析零件故障產(chǎn)生的后果為基礎(chǔ)來分析部件的故障，由部件故障進(jìn)一步分析整個(gè)系統(tǒng)的故障[2]；是生產(chǎn)過程中進(jìn)行事前預(yù)防的分析手段，是評(píng)審及可靠性分析的重要工具.

客運(yùn)架空索道的定性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是針對(duì)確定的評(píng)價(jià)對(duì)象，在收集相關(guān)數(shù)據(jù)信息的基礎(chǔ)上，對(duì)其子系統(tǒng)及關(guān)鍵部件進(jìn)行失效模式與原因分析、失效概率和后果嚴(yán)重程度評(píng)估、風(fēng)險(xiǎn)類別確定，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)定等.定性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的流程如圖1所示.

圖1 定性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)流程圖Fig.1 Qualitative risk assessment flow chart

2.1 客運(yùn)架空索道定性失效可能性評(píng)估

故障模式，即故障的表現(xiàn)形式，一般是對(duì)產(chǎn)品所發(fā)生的、能被觀察或測量到的故障現(xiàn)象的規(guī)范描述[3-5].對(duì)于特種設(shè)備，識(shí)別其故障模式應(yīng)以系統(tǒng)層級(jí)和故障現(xiàn)象為基礎(chǔ)進(jìn)行深入分析，找出該現(xiàn)象的具體原因，進(jìn)而分析故障的影響程度.故障現(xiàn)象有可能是子系統(tǒng)整體，也有可能是子系統(tǒng)某一部件，如液壓系統(tǒng)失效，或者是油泵、電機(jī)等某一部件失效，或者閥門故障、儲(chǔ)能器泄漏等.在分析故障模式及原因時(shí)，應(yīng)將曾發(fā)生的故障和事故的數(shù)據(jù)信息，作為失效可能性評(píng)估的依據(jù)和基礎(chǔ).

對(duì)于故障發(fā)生可能性的定性評(píng)估可通過“高”、“中高”、“中”、“中低”、“低”5個(gè)等級(jí)來描述客運(yùn)架空索道的失效可能性.對(duì)每一個(gè)失效模式及失效原因，失效發(fā)生的可能性由以下方式表示：A—頻繁、B—很可能、C—偶爾、D—極少或不太可能、E—幾乎不可能.

定性評(píng)估方法是基于專家的豐富經(jīng)驗(yàn)，通過一定的分析方法對(duì)所評(píng)估的系統(tǒng)、子系統(tǒng)、管理、環(huán)境等進(jìn)行分析評(píng)估，進(jìn)而作為失效概率和失效后果的分析基礎(chǔ)[1]，最后以定性的形式給出，如“高”、“中”、“低”.這種評(píng)估方法的優(yōu)點(diǎn)是在數(shù)據(jù)無法獲取或不全的情況下，評(píng)價(jià)專家也能對(duì)設(shè)備做出準(zhǔn)確的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估.所以，評(píng)價(jià)專家的經(jīng)驗(yàn)及其專業(yè)知識(shí)對(duì)定性分析結(jié)果的準(zhǔn)確性非常重要.

評(píng)估失效發(fā)生可能性時(shí)，應(yīng)從索道的設(shè)計(jì)、運(yùn)行、檢測記錄、操作歷史等方面對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，對(duì)客運(yùn)架空索道子系統(tǒng)重要部件是否有全部的操作運(yùn)行歷史和完整的檢測記錄，是否發(fā)現(xiàn)缺陷，設(shè)計(jì)資料是否齊全，安全管理制度是否建立并落實(shí)到位等因素也要考慮，同時(shí)還要考慮與危險(xiǎn)相關(guān)的客運(yùn)架空索道部件或子系統(tǒng)可靠性、事故、故障記錄和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)(事故或故障發(fā)生的頻次)，以及應(yīng)考慮客運(yùn)架空索道系統(tǒng)的操作人員和使用客運(yùn)架空索道的乘客暴露于某種危險(xiǎn)情節(jié)中的頻次和時(shí)間等因素.失效概率評(píng)估應(yīng)以現(xiàn)場檢驗(yàn)和測試的結(jié)果、安全管理制度的建立和執(zhí)行檢查情況為主要依據(jù)，參照現(xiàn)有法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合專家經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷.在定性失效可能性的評(píng)估中，不僅要參照上述評(píng)價(jià)依據(jù)，也要根據(jù)以下方面的信息： 1)對(duì)設(shè)備相關(guān)資料調(diào)研和查閱的情況；2)索道管理的基本制度、安全機(jī)構(gòu)與崗位責(zé)任制、人員資格、安全制度及工作記錄等.最后通過風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)會(huì)議充分討論來確定索道風(fēng)險(xiǎn)可能性等級(jí).

2.2 客運(yùn)架空索道定性失效后果評(píng)估

定性失效概率和失效后果嚴(yán)重程度評(píng)價(jià)是風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的核心內(nèi)容和關(guān)鍵步驟.通過對(duì)定性失效概率及失效后果的評(píng)價(jià)，建立其評(píng)價(jià)準(zhǔn)則.在所建立的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則的基礎(chǔ)上，根據(jù)所收集的數(shù)據(jù)和現(xiàn)場檢測結(jié)果，對(duì)根據(jù)FMEA表格所確定的客運(yùn)索道的一級(jí)子系統(tǒng)故障模式的具體原因進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析，確定每種故障原因發(fā)生的概率等級(jí)和后果等級(jí).再依據(jù)風(fēng)險(xiǎn)矩陣確定每種故障原因的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí).

索道各子系統(tǒng)重要部件的失效對(duì)乘客的人生安全、使用單位經(jīng)濟(jì)損失的影響是不同的.對(duì)于那些涉及人身安全，易引發(fā)嚴(yán)重后果的子系統(tǒng)重要部件應(yīng)進(jìn)行重點(diǎn)、全面的檢測，而那些失效后果不是特別嚴(yán)重的，檢測程度可相對(duì)降低.客運(yùn)架空索道一旦發(fā)生事故常常會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的后果，失效后果評(píng)估應(yīng)從人員傷亡后果、社會(huì)影響和經(jīng)濟(jì)損失等方面考慮.定性失效后果分析可對(duì)各系統(tǒng)或重要部件進(jìn)行單獨(dú)估算.在定性評(píng)價(jià)方法中，后果程度等級(jí)可以分為“很高”、“高”、“中”、“低”、“很低”5個(gè)等級(jí)或者使用“高”、“中”、“低”3個(gè)等級(jí).在評(píng)估失效后果的嚴(yán)重程度時(shí)還應(yīng)考慮以下因素：(1)索道的子系統(tǒng)或結(jié)構(gòu)失效后，對(duì)索道影響不大，可以繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)或者能在很短的時(shí)間內(nèi)修復(fù)后就可繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)；還是會(huì)對(duì)索道產(chǎn)生較大影響，造成索道長時(shí)間停運(yùn)或索道嚴(yán)重?fù)p壞，需大修才能將設(shè)備修復(fù)；或者會(huì)對(duì)索道產(chǎn)生嚴(yán)重影響，導(dǎo)致索道停運(yùn).(2)是否會(huì)威脅到人員生命安全，對(duì)乘客是否會(huì)造成傷害，甚至死亡等.(3)事故導(dǎo)致停運(yùn)后造成的經(jīng)濟(jì)損失，包括企業(yè)收益、設(shè)備維修費(fèi)用及周圍損壞帶來的經(jīng)濟(jì)損失等方面.

2.3 客運(yùn)架空索道子系統(tǒng)重要部件風(fēng)險(xiǎn)評(píng)定

根據(jù)定性失效可能性評(píng)估和失效后果評(píng)估可得到子系統(tǒng)失效模式下具體失效原因的可能性等級(jí)(1～5)以及失效后果嚴(yán)重程度等級(jí)(1～5)，再利用矩陣法確定風(fēng)險(xiǎn)類別.

根據(jù)失效可能性和失效后果的定義，建立了索道子系統(tǒng)重要部件失效可能性和失效后果程度的5×5風(fēng)險(xiǎn)矩陣，如圖2所示.定性評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)可概括為低風(fēng)險(xiǎn)、中風(fēng)險(xiǎn)、中高風(fēng)險(xiǎn)和高風(fēng)險(xiǎn)四種類別.根據(jù)圖2所示的風(fēng)險(xiǎn)矩陣，當(dāng)子系統(tǒng)被評(píng)估為中低風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，需進(jìn)行簡單的風(fēng)險(xiǎn)管理，把風(fēng)險(xiǎn)降至最低；當(dāng)子系統(tǒng)被評(píng)估為中高風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，需進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)管理，把風(fēng)險(xiǎn)降低后進(jìn)行再次評(píng)估；當(dāng)子系統(tǒng)被評(píng)估為高風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，說明存在較大的安全隱患，需進(jìn)行定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估.

圖2 定性風(fēng)險(xiǎn)分析矩陣Fig.2 Qualitative risk analysis matrix

3 結(jié) 論

針對(duì)目前我國客運(yùn)架空索道缺乏從風(fēng)險(xiǎn)的角度分析原因的現(xiàn)狀，對(duì)客運(yùn)架空索道子系統(tǒng)重要部件的失效模式和失效原因進(jìn)行了分析，提出客運(yùn)架空索道失效模式有139種，失效原因有608項(xiàng).建立了索道子系統(tǒng)重要部件失效可能性和失效后果程度的風(fēng)險(xiǎn)矩陣，同時(shí)，提出了客運(yùn)架空索道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的流程以及對(duì)客運(yùn)架空索道子系統(tǒng)重要部件的定性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法.

[1] 錢劍雄.客運(yùn)索道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法研究[D].北京：北京化工大學(xué)， 2014.

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Research on failure mode of passenger aerial ropeway subsystems and critical components and qualitative risk assessment method

QIU Zhiguo

GuangdongSpecialEquipmentInspectionInstitute，Guangdong510655，China

According to the research of single-line fixed-holding clipper,single-line recirculation off-hooker and double-track reciprocating,the passenger aerial ropeway can be divided into 14 subsystems.By means of analyzing the failure modes and reasons of critical components of 14 subsystems,139 failure modes of passenger aerial ropeway are summarized,and 608 items are invalid.On this basis,the qualitative risk assessment process of passenger aerial ropeway is put forward. The risk matrix of failure probability and failure consequence of the critical parts of the cable subsystem is established.The qualitative risk assessment method of the important parts of the passenger aerial ropeway subsystem is established.

passenger aerial ropeway；failure mode；subsystem；critical component；risk assessment

2017-05-05

國家“十二五”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2011BAK06B05)

邱治國(1978-)，男，廣東普寧人，工程師，本科，主要從事機(jī)電類特種設(shè)備安全和相關(guān)科研工作.

1673-9981(2017)02-0118-05

TH235

A