靳 明，边 刚，闰明涛，杨瑜涛

（1. 河北大学 化学国家级实验教学示范中心，河北 保定 071002；2. 河北大学 化学与环境科学学院，河北 保定 071002）

高校实验室是高等教育中实验教学和科学研究的重要场所，承担着人才培养、成果产出和文化传承的重要任务。随着 “十三五” 规划提出建设世界一流大学和一流学科，以及国家和地方政府各项政策推进实施，各高校实验室在硬件和软件方面得到了显著发展，实验项目和实验仪器设备越来越多[1-5]。在实验室快速发展的同时，实验室相关管理工作也更加复杂，面临的挑战也越发严峻。实验室涉及实验人员、仪器设备、实验药品、实验耗材、危险化学品、消防安全、三废排放、标准作业等诸多方面的管理[6-9]。

我校环境工程实验室依托国家级化学实验中心，承担着环境专业本科生的全部实验教学和部分研究生的科研工作。目前，实验室管理面临两大难题：其一是如何加强大中型仪器设备管理、提高仪器设备的使用率和效益、充分发挥仪器资源的教学科研作用；其二是如何科学、合理、安全地处置实验废弃物。FMEA（failure mode and effect analysis，失效模式与后果分析）是一种集系统性和前瞻性的分析工具，通常用来分析潜在风险和安全隐患，特点是预防问题的发生。作为一种实用的风险管理工具，FMEA 理论在产品设计、生产管理、品质控制等领域得到广泛运用[10-11]，但在实验室管理方面鲜有报道。本文根据我校环境工程实验室近3 年运用FMEA 理论在大中型仪器和实验废弃物管理方面的探索和实践，证实FMEA 在分析管理中的常见问题、消除盲点弊端及提高实验室管理水平等方面有防患未然的作用，其效果比较明显，值得借鉴。

1 FMEA 简介

1.1 FMEA 发展和风险评估指标

FMEA 理论起源于1950 年的美国格鲁曼飞机公司，主要用于检测并消除产品因设计不当、功能特性、人为失误、制造过程等因不确定性所导致的意外或事故发生。FMEA 的失效分析分为两步，即分析失效的潜在影响及辨识失效的潜在原因。确定潜在影响过程也由两部分组成，即失效后果分析和后果严重性分析。在识别失效模式的潜在原因时，需对不同的原因分别进行独立分析[12]。FMEA 工作流程如图1 所示。

图1 FMEA 工作流程

FMEA 理论在实际应用时涉及4 个重要参数，分别是严重度（severity，S）、发生率（occurrence，O）、探测度（detection，D）及风险优先数（risk priority number，RPN）。严重度（S）是发生问题时对系列结果要求造成的最终影响；发生率（O）是发生在危险环境中的概率；探测度（D）是问题发生的可能性。根据实际管理情况划分评估等级，并确定相应的分数值，将上述三者相乘得出风险优先数（RPN），RPN=S*O*D。RPN 值越高，说明风险指数越高，越应该被列为优先改善和预防的对象[10-11]。本文涉及的关于FMEA 中三个特征参数具体等级划分标准如表1 所示。

表1 严重度（S）、发生率（O）和探测度（D）等级划分标准

1.2 FMEA 实施步骤

在使用FMEA 分析问题时，首先由相关教学人员、实验室管理人员和实验技术人员共同组成解决相关问题FMEA 团队。整个团队成员需要明确团队的最终目标、当前面对的任务、讨论解决的问题以及与该问题直接或间接涉及的相关内容，这个过程就是识别潜在失效模式。按照特定项目组建特定团队，不同项目其团队成员不同。如关于环境实验室废弃物管理，它属于环境实验室安全管理众多项目中的一个小项目，而环境实验室安全管理涉及消防安全、高温高压仪器设备、实验人员安全、易制毒易制爆化学品、有毒化学品、易燃易爆液体存放、易腐蚀化学品及三废处理等多项管理内容，每个小项目只能由分管相关工作的实验技术人员、实验教师和管理人员承担。根据工作流程，分析找出潜在失效模式。通过危害分析，提出管控措施，并加以实施。根据表1 中关于FMEA 三个特征参数具体等级划分标准，计算出风险优先数值（RPN=S*O*D），针对潜在隐患和风险，制定改进措施，实践应用并反馈评价其效果。通过分析失效模式带来的风险及危害程度，查找产生的根本原因，制订新方案，进而消除或降低风险。

2 FMEA 理论用于仪器管理实践分析

环境工程实验室有许多实验仪器设备，包括气相色谱仪、紫外可见分光光度计、生物转盘实验装置、离子交换软化及除盐实验装置、有害气体吸附实验装置、静电除尘实验装置、臭氧氧化实验装置、废水SBR处理实验装置、爆气充氧装置、总有机碳测定仪、pH计、大气采样器等。为分析解决仪器使用时出现的诸多问题，在实验室仪器管理中引入FMEA 理论。下面以总有机碳测定仪（TOC）和pH 计在使用过程中的危险源识别、风险评价和控制为例，团队成员在熟练掌握总有机碳测定仪的操作、维护等方面技能的基础上，识别潜在失效模式危险源，其中包括除卤剂、干燥剂、磷酸、排废阀过滤芯、燃烧管内坩埚及残留物、仪器使用记录本、氧气瓶压力、软件界面状态压力等。此外，找出pH 计潜在失效模式危险源是电极和测试面板。通过分析失效潜在原因及其潜在失效影响，团队成员根据实际经验对FMEA 分析表中的严重度（S）、发生率（O）及探测度（D）评分，计算RPN 值，最后制定出改进措施，达到逐步改善，稳定提高的目标。环境工程实验室仪器管理FMEA 分析评价如表2 所示。

表2 环境工程实验室仪器管理FMEA 分析评价

3 FMEA 理论用于实验废弃物管理实践分析

环境实验室废弃物危险源主要包括有毒气体在不安全地点释放、化学反应产生的废气在实验室内直接排放、易挥发的有毒废液未分类处理直接收集到废液桶、有机废液和无机废液不分类直接倒入废液桶等，实验中的过滤柱、滤纸、手套、称量纸、塑料移液枪头、EB 胶等直接丢进垃圾筐，过期或不用的试剂药品不进行分类直接装入垃圾筐或箱子中报废等。通过分析危险源及其潜在失效影响，团队成员根据实际经验采用FMEA 分析表中的严重度（S）、发生率（O）及探测度（D）进行评分，计算RPN 值，最后制定出改进措施，达到逐步改善、稳定提高的目标。环境实验室废弃物处理风险FMEA 分析评价如表3 所示。

表3 环境实验室废弃物处理风险FMEA 分析评价

4 结语

实验室引入FMEA 这一科学分析工具，管理大中型仪器和废弃物，经过三年的实践证实，预防性是成功实施FMEA 的最重要因素之一。为达到最佳效果，提前进行FMEA 综合分析，根据评价报告有针对性地对风险指数较高的项目进行监控与管理，可以有效减少或消除安全隐患。针对实施FMEA 的5 台大型仪器和29 台中型仪器装置分析统计，其维修费逐年递减。随着预防措施不断改进完善，维修费用同三年前相比下降了将近6 万元，下降比例达到82.4%。中型仪器装置中24 台更是连续两年无故障，仪器故障率下降明显。实验室废弃物管理引入FMEA 后，三废处理更合理，实验室安全管理工作水平整体提升，为实验教学和科研工作提供了保障。