靳 明，邊 剛，閏明濤，楊瑜濤

（1. 河北大學(xué) 化學(xué)國家級實驗教學(xué)示范中心，河北 保定 071002；2. 河北大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，河北 保定 071002）

高校實驗室是高等教育中實驗教學(xué)和科學(xué)研究的重要場所，承擔(dān)著人才培養(yǎng)、成果產(chǎn)出和文化傳承的重要任務(wù)。隨著 “十三五” 規(guī)劃提出建設(shè)世界一流大學(xué)和一流學(xué)科，以及國家和地方政府各項政策推進(jìn)實施，各高校實驗室在硬件和軟件方面得到了顯著發(fā)展，實驗項目和實驗儀器設(shè)備越來越多[1-5]。在實驗室快速發(fā)展的同時，實驗室相關(guān)管理工作也更加復(fù)雜，面臨的挑戰(zhàn)也越發(fā)嚴(yán)峻。實驗室涉及實驗人員、儀器設(shè)備、實驗藥品、實驗耗材、危險化學(xué)品、消防安全、三廢排放、標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)等諸多方面的管理[6-9]。

我校環(huán)境工程實驗室依托國家級化學(xué)實驗中心，承擔(dān)著環(huán)境專業(yè)本科生的全部實驗教學(xué)和部分研究生的科研工作。目前，實驗室管理面臨兩大難題：其一是如何加強(qiáng)大中型儀器設(shè)備管理、提高儀器設(shè)備的使用率和效益、充分發(fā)揮儀器資源的教學(xué)科研作用；其二是如何科學(xué)、合理、安全地處置實驗廢棄物。FMEA（failure mode and effect analysis，失效模式與后果分析）是一種集系統(tǒng)性和前瞻性的分析工具，通常用來分析潛在風(fēng)險和安全隱患，特點(diǎn)是預(yù)防問題的發(fā)生。作為一種實用的風(fēng)險管理工具，F(xiàn)MEA 理論在產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)管理、品質(zhì)控制等領(lǐng)域得到廣泛運(yùn)用[10-11]，但在實驗室管理方面鮮有報道。本文根據(jù)我校環(huán)境工程實驗室近3 年運(yùn)用FMEA 理論在大中型儀器和實驗廢棄物管理方面的探索和實踐，證實FMEA 在分析管理中的常見問題、消除盲點(diǎn)弊端及提高實驗室管理水平等方面有防患未然的作用，其效果比較明顯，值得借鑒。

1 FMEA 簡介

1.1 FMEA 發(fā)展和風(fēng)險評估指標(biāo)

FMEA 理論起源于1950 年的美國格魯曼飛機(jī)公司，主要用于檢測并消除產(chǎn)品因設(shè)計不當(dāng)、功能特性、人為失誤、制造過程等因不確定性所導(dǎo)致的意外或事故發(fā)生。FMEA 的失效分析分為兩步，即分析失效的潛在影響及辨識失效的潛在原因。確定潛在影響過程也由兩部分組成，即失效后果分析和后果嚴(yán)重性分析。在識別失效模式的潛在原因時，需對不同的原因分別進(jìn)行獨(dú)立分析[12]。FMEA 工作流程如圖1 所示。

圖1 FMEA 工作流程

FMEA 理論在實際應(yīng)用時涉及4 個重要參數(shù)，分別是嚴(yán)重度（severity，S）、發(fā)生率（occurrence，O）、探測度（detection，D）及風(fēng)險優(yōu)先數(shù)（risk priority number，RPN）。嚴(yán)重度（S）是發(fā)生問題時對系列結(jié)果要求造成的最終影響；發(fā)生率（O）是發(fā)生在危險環(huán)境中的概率；探測度（D）是問題發(fā)生的可能性。根據(jù)實際管理情況劃分評估等級，并確定相應(yīng)的分?jǐn)?shù)值，將上述三者相乘得出風(fēng)險優(yōu)先數(shù)（RPN），RPN=S*O*D。RPN 值越高，說明風(fēng)險指數(shù)越高，越應(yīng)該被列為優(yōu)先改善和預(yù)防的對象[10-11]。本文涉及的關(guān)于FMEA 中三個特征參數(shù)具體等級劃分標(biāo)準(zhǔn)如表1 所示。

表1 嚴(yán)重度（S）、發(fā)生率（O）和探測度（D）等級劃分標(biāo)準(zhǔn)

1.2 FMEA 實施步驟

在使用FMEA 分析問題時，首先由相關(guān)教學(xué)人員、實驗室管理人員和實驗技術(shù)人員共同組成解決相關(guān)問題FMEA 團(tuán)隊。整個團(tuán)隊成員需要明確團(tuán)隊的最終目標(biāo)、當(dāng)前面對的任務(wù)、討論解決的問題以及與該問題直接或間接涉及的相關(guān)內(nèi)容，這個過程就是識別潛在失效模式。按照特定項目組建特定團(tuán)隊，不同項目其團(tuán)隊成員不同。如關(guān)于環(huán)境實驗室廢棄物管理，它屬于環(huán)境實驗室安全管理眾多項目中的一個小項目，而環(huán)境實驗室安全管理涉及消防安全、高溫高壓儀器設(shè)備、實驗人員安全、易制毒易制爆化學(xué)品、有毒化學(xué)品、易燃易爆液體存放、易腐蝕化學(xué)品及三廢處理等多項管理內(nèi)容，每個小項目只能由分管相關(guān)工作的實驗技術(shù)人員、實驗教師和管理人員承擔(dān)。根據(jù)工作流程，分析找出潛在失效模式。通過危害分析，提出管控措施，并加以實施。根據(jù)表1 中關(guān)于FMEA 三個特征參數(shù)具體等級劃分標(biāo)準(zhǔn)，計算出風(fēng)險優(yōu)先數(shù)值（RPN=S*O*D），針對潛在隱患和風(fēng)險，制定改進(jìn)措施，實踐應(yīng)用并反饋評價其效果。通過分析失效模式帶來的風(fēng)險及危害程度，查找產(chǎn)生的根本原因，制訂新方案，進(jìn)而消除或降低風(fēng)險。

2 FMEA 理論用于儀器管理實踐分析

環(huán)境工程實驗室有許多實驗儀器設(shè)備，包括氣相色譜儀、紫外可見分光光度計、生物轉(zhuǎn)盤實驗裝置、離子交換軟化及除鹽實驗裝置、有害氣體吸附實驗裝置、靜電除塵實驗裝置、臭氧氧化實驗裝置、廢水SBR處理實驗裝置、爆氣充氧裝置、總有機(jī)碳測定儀、pH計、大氣采樣器等。為分析解決儀器使用時出現(xiàn)的諸多問題，在實驗室儀器管理中引入FMEA 理論。下面以總有機(jī)碳測定儀（TOC）和pH 計在使用過程中的危險源識別、風(fēng)險評價和控制為例，團(tuán)隊成員在熟練掌握總有機(jī)碳測定儀的操作、維護(hù)等方面技能的基礎(chǔ)上，識別潛在失效模式危險源，其中包括除鹵劑、干燥劑、磷酸、排廢閥過濾芯、燃燒管內(nèi)坩堝及殘留物、儀器使用記錄本、氧氣瓶壓力、軟件界面狀態(tài)壓力等。此外，找出pH 計潛在失效模式危險源是電極和測試面板。通過分析失效潛在原因及其潛在失效影響，團(tuán)隊成員根據(jù)實際經(jīng)驗對FMEA 分析表中的嚴(yán)重度（S）、發(fā)生率（O）及探測度（D）評分，計算RPN 值，最后制定出改進(jìn)措施，達(dá)到逐步改善，穩(wěn)定提高的目標(biāo)。環(huán)境工程實驗室儀器管理FMEA 分析評價如表2 所示。

表2 環(huán)境工程實驗室儀器管理FMEA 分析評價

3 FMEA 理論用于實驗廢棄物管理實踐分析

環(huán)境實驗室廢棄物危險源主要包括有毒氣體在不安全地點(diǎn)釋放、化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的廢氣在實驗室內(nèi)直接排放、易揮發(fā)的有毒廢液未分類處理直接收集到廢液桶、有機(jī)廢液和無機(jī)廢液不分類直接倒入廢液桶等，實驗中的過濾柱、濾紙、手套、稱量紙、塑料移液槍頭、EB 膠等直接丟進(jìn)垃圾筐，過期或不用的試劑藥品不進(jìn)行分類直接裝入垃圾筐或箱子中報廢等。通過分析危險源及其潛在失效影響，團(tuán)隊成員根據(jù)實際經(jīng)驗采用FMEA 分析表中的嚴(yán)重度（S）、發(fā)生率（O）及探測度（D）進(jìn)行評分，計算RPN 值，最后制定出改進(jìn)措施，達(dá)到逐步改善、穩(wěn)定提高的目標(biāo)。環(huán)境實驗室廢棄物處理風(fēng)險FMEA 分析評價如表3 所示。

表3 環(huán)境實驗室廢棄物處理風(fēng)險FMEA 分析評價

4 結(jié)語

實驗室引入FMEA 這一科學(xué)分析工具，管理大中型儀器和廢棄物，經(jīng)過三年的實踐證實，預(yù)防性是成功實施FMEA 的最重要因素之一。為達(dá)到最佳效果，提前進(jìn)行FMEA 綜合分析，根據(jù)評價報告有針對性地對風(fēng)險指數(shù)較高的項目進(jìn)行監(jiān)控與管理，可以有效減少或消除安全隱患。針對實施FMEA 的5 臺大型儀器和29 臺中型儀器裝置分析統(tǒng)計，其維修費(fèi)逐年遞減。隨著預(yù)防措施不斷改進(jìn)完善，維修費(fèi)用同三年前相比下降了將近6 萬元，下降比例達(dá)到82.4%。中型儀器裝置中24 臺更是連續(xù)兩年無故障，儀器故障率下降明顯。實驗室廢棄物管理引入FMEA 后，三廢處理更合理，實驗室安全管理工作水平整體提升，為實驗教學(xué)和科研工作提供了保障。