彩超机失效分析与研究

赵 楠

（河南理工大学，河南焦作 454000）

0 引言

在当前的医疗工作中，彩超机的应用十分广泛，它可以对患者进行无痛无损伤的检查，帮助医生对病人进行诊断。如果彩超设备在工作中发生故障，将会对医疗工作造成很大影响。本文提出了一种基于可拓物元模型和层次分析法的FMEA（Failure Mode and Effects Analysis，失效模式与影响分析）模型，以克服传统FMEA的局限性，提高寻找影响最大的失效模式的准确性，保障彩超设备的正常使用。

1 研究方法

基于可拓物元模型和层次分析法相结合的FMEA方法，用于失效模式的风险评估。在FMEA 方法中，采用可拓物元模型对失效模式进行优先排序，利用加权平均算子对单个清晰的风险评估值进行汇总，得到了多维组合评价值，并此基础上建立了3 个风险因子对失效风险评估的复合物元模型，其中风险因子的权重可以由层次分析法得到。

1.1 评估失效模式和风险因子

FMEA 方法通过严重度（S）、频度（O）、探测度（D）3 个风险因子的值来对失效模式评估，其中S 为失效影响的严重程度，O 为失效模式发生的概率，D 为失效未检测到的概率。3 种风险因子均采用1～10 的数字量表进行评估[1]。评估工作中应精心选择专家，以确保对失效模式的评分真实合理。

1.2 可拓物元模型

物元系统通常具有多个基本要素和多个特征指标。一个系统被认为是多个物质元素M=（M1，M2，…，Mm）和物质元素Mi=（i=1，2，…，m）有多个特征指标C=（C1，C2，…，Cn），第i 个评价对象对应于第j 个评价指标的量值为vij，可得到复合物元模型Rmn=（M，C，V）：

对于一个风险评估问题，假设存在m 个故障FMi（i=1，2，…，m），使用3 个风险因子Rj（j=O，S，D），要求l 位专家针对这3 个风险因子对这些故障进行评估，可以得到k 次专家风险评估的复合物元模型：

利用加权平均算子将各个专家的评分进行汇总，得到多维组合评价物元模型：

其中，wk为第k 个专家的权重。

规范化处理Rm3：

1.3 风险因子的权重

两两比较矩阵：

其中，Aij表示元素相对于第i 个元素的两两比较值，i，j=1，…，n。当i≠j 时，；当i=j 时，Aij=1。确定Aij使用是1～9 比率标度法。

通过提取两两比较矩阵的主特征向量，计算层次优先权向量：

其中，λmax是C 矩阵的最大特征值，w 是λmax的特征向量。

对两两比较矩阵C 进行一致性检查，计算一致性指数C.I.：

同时，用一致性比率来度量一致性程度：

其中，R.I.为随机一致性指标，如表1 所示。

表1 随机一致性指数

若C.R.＜0.1，则比较矩阵C 两两的不一致程度可以接受，并且归一化特征向量w 可以作为元素的权向量。否则，需要重新评估两两比较矩阵。

最终确定严重度（S）、探测度（D）、频度（O）的权重，3 个风险因子的权重关系为：wS+wO+wD=1。

1.4 失效模式的关联度与排序

在3 个风险因子的作用下，评估每个风险模式的值与标准值的接近程度。各失效模式与正负标准物元模型的关联函数分别为[2]：

wij为第i种失效模式的第j 个风险因子的权重（j=S，O，D）。

在确定各失效模式的关联度后，可以通过计算各失效模式的关联函数值对各失效模式进行排序。

其中，0≤CCi≤1。CCi值越大，第i种失效模式的风险越高。

2 应用分析

彩超FMEA 涉及了6 种不同的系统失效，即操作控制面板失效、探头失效、显示失效、干扰失效、开机失效、死机失效。这6 个系统失效中的每一个又都考虑了不同的失效模式，可能会导致一些不希望的后果。研究每种失效模式对系统的影响，为减轻或降低风险而采取的措施，对于每一种失效模式，系统都要调查是否有安全隐患。26 种失效模式如表2 所示[3]。

表2 彩超的FMEA（局部）

采用层次分析法（AHP）求出了3 个危险因素S、O、D 的权重分别为0.379、0.345、0.276。通过可拓物元模型可以得到失效模式的紧密系数（表3）。

表3 失效模式的紧密系数

由表3 可以看出所有26 种失效模式的紧密系数和排序顺序。排序最靠前的3 种依次是FM23、FM12和FM14，说明这些失效模式都是比较严重的故障，因此应引起彩超维护者的高度重视。由于FM2和FM10对风险因子的精确值和权重相同，因此两种失效模式的排序相同。

针对上述3 种比较严重的失效提出管控方案，可以根据情况优选处理：

（1）开机失效。①使用科室确保每次设备是关机后再断电；②维修科室定期检查硬盘坏道，防止造成其他部件的失效，对于高龄设备应增加维护保养的次数。

（2）探头失效。探头是直接接触患者皮肤，探头失效可能会对患者的身体造成伤害。①使用科室要根据使用手册做好每日结束后的清洁和维护工作，同时保证规范使用探头；②对于使用时间较长的探头要独立记录，单独确定维修方案，并保证有备用探头的预算。

（3）显示失效。在使用时，注意防止设备磕碰。在维护保养时，规范插拔连接显卡的相关线缆，防止接触不良。

3 结束语

本文提出了一种基于可拓物元模型和层次分析法的FMEA 方法，利用层次分析法确定各风险因子的权重，建立考虑风险因子的可拓物元模型，从而确定失效危害度水平排序。将此方法应用于彩超设备，有效地减少了设备失效的情况，节约维修费用，提高设备开机率和使用寿命。