Анализ методом дерева ошибок

 Прогноз
вероятности с использованием
интеллектуальных методов, таких как
“анализ дерева ошибок” и “анализ
дерева событий”. 
Когда
исторические данные отсутствуют или
недостаточны, необходимо определить
вероятность на основе анализа системы,
деятельности, оборудования или организации
и связанных с ними состояний неудачи
или успеха. 
Численные
данные для оборудования, людей, организаций
и систем из оперативного опыта или
опубликованных источников затем
объединяются для получения оценки
вероятности главного события. 
При
использовании интеллектуальных методов
с целью обеспечения должного учета в
анализе возможности сбоев в общем режиме
важно учесть случайный отказ частей
или компонентов в системе, возникший
по той же причине, что и главное событие.
Методы моделирования могут потребоваться
для определения вероятности сбоев
оборудования и структурных сбоев из-за
старения и других процессов деградации
путем расчета эффектов неопределенности

5 Анализ дерева ошибок/ дерева события

Практика
показывает, что крупные аварии, как
правило, характеризуются комбинацией
случайных событий, возникающих с
различной частотой на разных стадиях
возникновения и развития аварии (отказы
оборудования, ошибки человека, нерасчетные
внешние воздействия, разрушение, выброс,
пролив вещества, рассеяние веществ,
воспламенение, взрыв, интоксикация и
т.д.) Для выявления причинно-следственных
связей между этими событиями используют
логико-графические методы анализа
«деревьев отказов» и «деревьев событий».

Анализ
древа ошибок (АДО) — применяется
при оценке чрезвычайно сложных или
детализированных систем. Использует
дедуктивный логический метод (т. е.
постепенно двигается от общего к
частному), он очень полезен при исследовании
возможных условий, которые могут привести
к нежелательным последствиям или
каким-нибудь образом повлиять на эти
последствия. Нежелательные события
редко происходят под влиянием только
одного фактора. Вследствие этого во
время анализа древа ошибок в процессе
системной безопасности нежелательное
событие относят к конечному событию.
Располагая каждый фактор в соответствующем
месте древа, исследователь может точно
определить, где состоялись какие-либо
повреждения в системе, какая связь
существует между событиями, и какое
взаимодействие состоялось. 
При
построении основного древа ошибок
используют специальные символы, которые
обеспечивают аналитика иллюстрированным
изображением события и того, как оно
взаимодействует с другими событиями
на древе. Специальная форма символов
дает наглядность и облегчает построение
древа ошибок.
Выполнение
анализа древа ошибок возможно лишь
после детального изучения рабочих
функций всех компонентов системы,
которая рассматривается. При этом
следует учитывать, что на работу системы
влияет человеческий фактор, поэтому
все возможные «отказы оператора» тоже
необходимо вводить в состав древа.
Поскольку древо ошибок показывает
статический характер событий, развитие
событий во времени можно рассмотреть,
построив несколько деревьев ошибок. 

Анализ
«дерева событий» (АДС) — алгоритм
построения последовательности событий,
исходящих из основного события (аварийной
ситуации). Используется для анализа
развития аварийной ситуации. Частота
каждого сценария развития аварийной
ситуации рассчитывается путем умножения
частоты основного события на условную
вероятность конечного события (например,
аварии с разгерметизацией оборудования
с горючим веществом в зависимости от
условий могут развиваться как с
воспламенением, так и без воспламенения
вещества)

Метод
построения дерева событий – это
графический способ слежения за набором
обстоятельств (отказа системы и внешних
воздействий на нее), ведущих к
неблагоприятному исходу. Дерево событий
рассматривает возможные пути развития
последствий аварии (сценарии развития
событий). Все события, которые могут
произойти после произошедшего инцидента,
соединены причинно-следственными
связями, в зависимости от срабатывания
или отказа элементов защиты системы.

Ствол
дерева располагается в левой части
рисунка. Стволом дерева является
инцидент, т.е. само неблагоприятное
событие, в данном случае – разрыв
трубопровода. Как и положено, из ствола
разветвляются ветви. Ветвями дерева
являются возможные пути развития
последствий инцидента, в данной задаче
– разрыва трубопровода. Безусловно, в
каждой технической системе есть способы,
устройства, приспособления, предохраняющие
систему от аварий и катастроф. Они
называются элементами защиты системы.

Очевидно,
что звенья, или элементы, защиты системы,
могут сработать или не сработать. Верхние
ветви дерева отражают развитие событий
при срабатывании элемента защиты и
называются ветвями срабатывания. Нижние
ветви ДС называются ветвями отказов.
Как соотносятся между собой элементы
защиты? В более общем случае они могут
функционировать независимо друг от
друга. Вне зависимости от того, сработал
ли какой-либо элемент защиты системы,
другой может также сработать либо
отказать.

Система
защиты какого-то технического оборудования
состоит из n последовательно соединенных
элементов защиты, т.е. каждый последующий
элемент защиты системы сработает, только
если сработал предыдущий.

простейшая
схема предупреждения пожара в результате
разрыва трубопровода состоит из четырех
последовательных звеньев – систем:
контроля утечки газа, автоматического
прекращения подачи газа в поврежденный
участок трубопровода, аварийной
вентиляции, взрыво- и пожарозащиты. В
нашем конкретном случае все элементы
защиты расположены последовательно,
т.е. каждый последующий элемент защиты
системы сработает, только если сработал
предыдущий. Вот почему на ветвях отказов
нет разветвлений.

Число
всех возможных комбинаций срабатывания
или отказов элементов защиты определяет
число сценариев развития событий. Каждый
сценарий – путь развития аварии,
состоящий из набора разветвлений.

Метод
построения дерева событий не ограничивается
качественным анализом сценариев развития
событий. Как известно из теории
вероятностей, для независимых событий
вероятность реализации каждой цепочки
определяется произведением вероятностей
каждого из событий цепочки. Вероятности
отказов Р1, Р2, Р3, Р4 – это статистические
данные по отказам оборудования при
эксплуатации применяемых на практике
систем пожарозащиты, усредненные по
масштабам и времени. Таким образом,
сведения об отказах оборудования –
необходимое условие для построения ДС.
Точность этих данных в большой степени
влияет на точность расчетов финальных
вероятностей.

определить
сценарии аварий с различными последствиями
от различных исходных событий;

определить
взаимосвязь отказов систем с последствиями
аварий;

сократить
первоначальный набор потенциальных
аварий и ограничить его лишь логически
значимыми авариями;

определить
пути развития аварии, которые вносят
наибольший вклад в риск из-за их высокой
вероятности;

внести
изменения в конструкцию или эксплуатационные
процедуры.

графическое
представление всей цепочки событий,
последствия которых могут привести к
некоторому главному событию. Определяются
пути, по которым отдельные индивидуальные
события могут в результате их
комбинированного воздействия привести
к потенциально опасным ситуациям.

дерево
отказов позволяет выявить все пути,
которые приводят к главному событию,
и, что наиболее важно, дает возможность
определить минимальное число комбинаций
событий, которые могут вызвать главное
событие.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

From Wikipedia, the free encyclopedia

Fault tree analysis (FTA) is a type of failure analysis in which an undesired state of a system is examined. This analysis method is mainly used in safety engineering and reliability engineering to understand how systems can fail, to identify the best ways to reduce risk and to determine (or get a feeling for) event rates of a safety accident or a particular system level (functional) failure. FTA is used in the aerospace,^[1] nuclear power, chemical and process,^[2][3][4] pharmaceutical,^[5] petrochemical and other high-hazard industries; but is also used in fields as diverse as risk factor identification relating to social service system failure.^[6] FTA is also used in software engineering for debugging purposes and is closely related to cause-elimination technique used to detect bugs.

In aerospace, the more general term «system failure condition» is used for the «undesired state» / top event of the fault tree. These conditions are classified by the severity of their effects. The most severe conditions require the most extensive fault tree analysis. These system failure conditions and their classification are often previously determined in the functional hazard analysis.

Usage[edit]

Fault tree analysis can be used to:

• understand the logic leading to the top event / undesired state.
• show compliance with the (input) system safety / reliability requirements.
• prioritize the contributors leading to the top event- creating the critical equipment/parts/events lists for different importance measures
• monitor and control the safety performance of the complex system (e.g., is a particular aircraft safe to fly when fuel valve x malfunctions? For how long is it allowed to fly with the valve malfunction?).
• minimize and optimize resources.
• assist in designing a system. The FTA can be used as a design tool that helps to create (output / lower level) requirements.
• function as a diagnostic tool to identify and correct causes of the top event. It can help with the creation of diagnostic manuals / processes.

History[edit]

Fault tree analysis (FTA) was originally developed in 1962 at Bell Laboratories by H.A. Watson, under a U.S. Air Force Ballistics Systems Division contract to evaluate the Minuteman I Intercontinental Ballistic Missile (ICBM) Launch Control System.^{[7][8][9][10]} The use of fault trees has since gained widespread support and is often used as a failure analysis tool by reliability experts.^[11] Following the first published use of FTA in the 1962 Minuteman I Launch Control Safety Study, Boeing and AVCO expanded use of FTA to the entire Minuteman II system in 1963–1964. FTA received extensive coverage at a 1965 System Safety Symposium in Seattle sponsored by Boeing and the University of Washington.^[12] Boeing began using FTA for civil aircraft design around 1966.^[13][14]

Subsequently, within the U.S. military, application of FTA for use with fuses was explored by Picatinny Arsenal in the 1960s and 1970s.^[15] In 1976 the U.S. Army Materiel Command incorporated FTA into an Engineering Design Handbook on Design for Reliability.^[16] The Reliability Analysis Center at Rome Laboratory and its successor organizations now with the Defense Technical Information Center (Reliability Information Analysis Center, and now Defense Systems Information Analysis Center^[17]) has published documents on FTA and reliability block diagrams since the 1960s.^[18][19][20] MIL-HDBK-338B provides a more recent reference.^[21]

In 1970, the U.S. Federal Aviation Administration (FAA) published a change to 14 CFR 25.1309 airworthiness regulations for transport category aircraft in the Federal Register at 35 FR 5665 (1970-04-08). This change adopted failure probability criteria for aircraft systems and equipment and led to widespread use of FTA in civil aviation. In 1998, the FAA published Order 8040.4,^[22] establishing risk management policy including hazard analysis in a range of critical activities beyond aircraft certification, including air traffic control and modernization of the U.S. National Airspace System. This led to the publication of the FAA System Safety Handbook, which describes the use of FTA in various types of formal hazard analysis.^[23]

Early in the Apollo program the question was asked about the probability of successfully sending astronauts to the moon and returning them safely to Earth. A risk, or reliability, calculation of some sort was performed and the result was a mission success probability that was unacceptably low. This result discouraged NASA from further quantitative risk or reliability analysis until after the Challenger accident in 1986. Instead, NASA decided to rely on the use of failure modes and effects analysis (FMEA) and other qualitative methods for system safety assessments. After the Challenger accident, the importance of probabilistic risk assessment (PRA) and FTA in systems risk and reliability analysis was realized and its use at NASA has begun to grow and now FTA is considered as one of the most important system reliability and safety analysis techniques.^[24]

Within the nuclear power industry, the U.S. Nuclear Regulatory Commission began using PRA methods including FTA in 1975, and significantly expanded PRA research following the 1979 incident at Three Mile Island.^[25] This eventually led to the 1981 publication of the NRC Fault Tree Handbook NUREG–0492,^[26] and mandatory use of PRA under the NRC’s regulatory authority.

Following process industry disasters such as the 1984 Bhopal disaster and 1988 Piper Alpha explosion, in 1992 the United States Department of Labor Occupational Safety and Health Administration (OSHA) published in the Federal Register at 57 FR 6356 (1992-02-24) its Process Safety Management (PSM) standard in 19 CFR 1910.119.^[27] OSHA PSM recognizes FTA as an acceptable method for process hazard analysis (PHA).

Today FTA is widely used in system safety and reliability engineering, and in all major fields of engineering.

Methodology[edit]

FTA methodology is described in several industry and government standards, including NRC NUREG–0492 for the nuclear power industry, an aerospace-oriented revision to NUREG–0492 for use by NASA,^[24] SAE ARP4761 for civil aerospace, MIL–HDBK–338 for military systems, IEC standard IEC 61025^[28] is intended for cross-industry use and has been adopted as European Norm EN 61025.

Any sufficiently complex system is subject to failure as a result of one or more subsystems failing. The likelihood of failure, however, can often be reduced through improved system design. Fault tree analysis maps the relationship between faults, subsystems, and redundant safety design elements by creating a logic diagram of the overall system.

The undesired outcome is taken as the root (‘top event’) of a tree of logic. For instance, the undesired outcome of a metal stamping press operation being considered might be a human appendage being stamped. Working backward from this top event it might be determined that there are two ways this could happen: during normal operation or during maintenance operation. This condition is a logical OR. Considering the branch of the hazard occurring during normal operation, perhaps it is determined that there are two ways this could happen: the press cycles and harms the operator, or the press cycles and harms another person. This is another logical OR. A design improvement can be made by requiring the operator to press two separate buttons to cycle the machine—this is a safety feature in the form of a logical AND. The button may have an intrinsic failure rate—this becomes a fault stimulus that can be analyzed.

When fault trees are labeled with actual numbers for failure probabilities, computer programs can calculate failure probabilities from fault trees. When a specific event is found to have more than one effect event, i.e. it has impact on several subsystems, it is called a common cause or common mode. Graphically speaking, it means this event will appear at several locations in the tree. Common causes introduce dependency relations between events. The probability computations of a tree which contains some common causes are much more complicated than regular trees where all events are considered as independent. Not all software tools available on the market provide such capability.

The tree is usually written out using conventional logic gate symbols. A cut set is a combination of events, typically component failures, causing the top event. If no event can be removed from a cut set without failing to cause the top event, then it is called a minimal cut set.

Some industries use both fault trees and event trees (see Probabilistic Risk Assessment). An event tree starts from an undesired initiator (loss of critical supply, component failure etc.) and follows possible further system events through to a series of final consequences. As each new event is considered, a new node on the tree is added with a split of probabilities of taking either branch. The probabilities of a range of ‘top events’ arising from the initial event can then be seen.

Classic programs include the Electric Power Research Institute’s (EPRI) CAFTA software, which is used by many of the US nuclear power plants and by a majority of US and international aerospace manufacturers, and the Idaho National Laboratory’s SAPHIRE, which is used by the U.S. Government to evaluate the safety and reliability of nuclear reactors, the Space Shuttle, and the International Space Station. Outside the US, the software RiskSpectrum is a popular tool for fault tree and event tree analysis, and is licensed for use at more than 60% of the world’s nuclear power plants for probabilistic safety assessment. Professional-grade free software is also widely available; SCRAM^[29] is an open-source tool that implements the Open-PSA Model Exchange Format^[30] open standard for probabilistic safety assessment applications.

Graphic symbols[edit]

The basic symbols used in FTA are grouped as events, gates, and transfer symbols. Minor variations may be used in FTA software.

Event symbols[edit]

Event symbols are used for primary events and intermediate events. Primary events are not further developed on the fault tree. Intermediate events are found at the output of a gate. The event symbols are shown below:

• 

  Basic event

• 

  External event

• 

  Undeveloped event

• 

  Conditioning event

• 

  Intermediate event

The primary event symbols are typically used as follows:

• Basic event – failure or error in a system component or element (example: switch stuck in open position)
• External event – normally expected to occur (not of itself a fault)
• Undeveloped event – an event about which insufficient information is available, or which is of no consequence
• Conditioning event – conditions that restrict or affect logic gates (example: mode of operation in effect)

An intermediate event gate can be used immediately above a primary event to provide more room to type the event description.

FTA is a top-to-bottom approach.

Gate symbols[edit]

Gate symbols describe the relationship between input and output events. The symbols are derived from Boolean logic symbols:

• 

  OR gate

• 

  AND gate

• 

  Exclusive OR gate

• 

  Priority AND gate

• 

  Inhibit gate

The gates work as follows:

• OR gate – the output occurs if any input occurs.
• AND gate – the output occurs only if all inputs occur (inputs are independent from the source).
• Exclusive OR gate – the output occurs if exactly one input occurs.
• Priority AND gate – the output occurs if the inputs occur in a specific sequence specified by a conditioning event.
• Inhibit gate – the output occurs if the input occurs under an enabling condition specified by a conditioning event.

Transfer symbols[edit]

Transfer symbols are used to connect the inputs and outputs of related fault trees, such as the fault tree of a subsystem to its system. NASA prepared a complete document about FTA through practical incidents.^[24]

• 

  Transfer in

• 

  Transfer out

Basic mathematical foundation[edit]

Events in a fault tree are associated with statistical probabilities or Poisson-Exponentially distributed constant rates. For example, component failures may typically occur at some constant failure rate λ (a constant hazard function). In this simplest case, failure probability depends on the rate λ and the exposure time t:

where:

if

A fault tree is often normalized to a given time interval, such as a flight hour or an average mission time. Event probabilities depend on the relationship of the event hazard function to this interval.

Unlike conventional logic gate diagrams in which inputs and outputs hold the binary values of TRUE (1) or FALSE (0), the gates in a fault tree output probabilities related to the set operations of Boolean logic. The probability of a gate’s output event depends on the input event probabilities.

An AND gate represents a combination of independent events. That is, the probability of any input event to an AND gate is unaffected by any other input event to the same gate. In set theoretic terms, this is equivalent to the intersection of the input event sets, and the probability of the AND gate output is given by:

P (A and B) = P (A ∩ B) = P(A) P(B)

An OR gate, on the other hand, corresponds to set union:

P (A or B) = P (A ∪ B) = P(A) + P(B) — P (A ∩ B)

Since failure probabilities on fault trees tend to be small (less than .01), P (A ∩ B) usually becomes a very small error term, and the output of an OR gate may be conservatively approximated by using an assumption that the inputs are mutually exclusive events:

P (A or B) ≈ P(A) + P(B), P (A ∩ B) ≈ 0

An exclusive OR gate with two inputs represents the probability that one or the other input, but not both, occurs:

P (A xor B) = P(A) + P(B) — 2P (A ∩ B)

Again, since P (A ∩ B) usually becomes a very small error term, the exclusive OR gate has limited value in a fault tree.

Quite often, Poisson-Exponentially distributed rates^[31] are used to quantify a fault tree instead of probabilities. Rates are often modeled as constant in time while probability is a function of time. Poisson-Exponential events are modelled as infinitely short so no two events can overlap. An OR gate is the superposition (addition of rates) of the two input failure frequencies or failure rates which are modeled as Poisson point processes. The output of an AND gate is calculated using the unavailability (Q₁) of one event thinning the Poisson point process of the other event (λ₂). The unavailability (Q₂) of the other event then thins the Poisson point process of the first event (λ₁). The two resulting Poisson point processes are superimposed according to the following equations.

The output of an AND gate is the combination of independent input events 1 and 2 to the AND gate:

Failure Frequency = λ₁Q₂ + λ₂Q₁ where Q = 1 — e^λt ≈ λt if λt < 0.001

Failure Frequency ≈ λ₁λ₂t₂ + λ₂λ₁t₁ if λ₁t₁ < 0.001 and λ₂t₂ < 0.001

In a fault tree, unavailability (Q) may be defined as the unavailability of safe operation and may not refer to the unavailability of the system operation depending on how the fault tree was structured. The input terms to the fault tree must be carefully defined.

Analysis[edit]

Many different approaches can be used to model a FTA, but the most common and popular way can be summarized in a few steps. A single fault tree is used to analyze one and only one undesired event, which may be subsequently fed into another fault tree as a basic event. Though the nature of the undesired event may vary dramatically, a FTA follows the same procedure for any undesired event; be it a delay of 0.25 ms for the generation of electrical power, an undetected cargo bay fire, or the random, unintended launch of an ICBM.

FTA analysis involves five steps:

1. Define the undesired event to study.
   • Definition of the undesired event can be very hard to uncover, although some of the events are very easy and obvious to observe. An engineer with a wide knowledge of the design of the system is the best person to help define and number the undesired events. Undesired events are used then to make FTAs. Each FTA is limited to one undesired event.
2. Obtain an understanding of the system.
   • Once the undesired event is selected, all causes with probabilities of affecting the undesired event of 0 or more are studied and analyzed. Getting exact numbers for the probabilities leading to the event is usually impossible for the reason that it may be very costly and time-consuming to do so. Computer software is used to study probabilities; this may lead to less costly system analysis.
     System analysts can help with understanding the overall system. System designers have full knowledge of the system and this knowledge is very important for not missing any cause affecting the undesired event. For the selected event all causes are then numbered and sequenced in the order of occurrence and then are used for the next step which is drawing or constructing the fault tree.
3. Construct the fault tree.
   • After selecting the undesired event and having analyzed the system so that we know all the causing effects (and if possible their probabilities) we can now construct the fault tree. Fault tree is based on AND and OR gates which define the major characteristics of the fault tree.
4. Evaluate the fault tree.
   • After the fault tree has been assembled for a specific undesired event, it is evaluated and analyzed for any possible improvement or in other words study the risk management and find ways for system improvement. A wide range of qualitative and quantitative analysis methods can be applied.^[32] This step is as an introduction for the final step which will be to control the hazards identified. In short, in this step we identify all possible hazards affecting the system in a direct or indirect way.
5. Control the hazards identified.
   • This step is very specific and differs largely from one system to another, but the main point will always be that after identifying the hazards all possible methods are pursued to decrease the probability of occurrence.

Comparison with other analytical methods[edit]

FTA is a deductive, top-down method aimed at analyzing the effects of initiating faults and events on a complex system. This contrasts with failure mode and effects analysis (FMEA), which is an inductive, bottom-up analysis method aimed at analyzing the effects of single component or function failures on equipment or subsystems. FTA is very good at showing how resistant a system is to single or multiple initiating faults. It is not good at finding all possible initiating faults. FMEA is good at exhaustively cataloging initiating faults, and identifying their local effects. It is not good at examining multiple failures or their effects at a system level. FTA considers external events, FMEA does not.^[33] In civil aerospace the usual practice is to perform both FTA and FMEA, with a failure mode effects summary (FMES) as the interface between FMEA and FTA.

Alternatives to FTA include dependence diagram (DD), also known as reliability block diagram (RBD) and Markov analysis. A dependence diagram is equivalent to a success tree analysis (STA), the logical inverse of an FTA, and depicts the system using paths instead of gates. DD and STA produce probability of success (i.e., avoiding a top event) rather than probability of a top event.

See also[edit]

• Event tree analysis
• Failure mode and effects analysis
• Ishikawa diagram
• Reliability engineering
• Root cause analysis
• Safety engineering
• System safety
• Why-because analysis

References[edit]

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОСТ Р 51901.13- 2005 (МЭК 61025:1990)

Менеджмент
риска

АНАЛИЗ
ДЕРЕВА НЕИСПРАВНОСТЕЙ

IEC 61025:1990

Fault Tree Analysis (FTA)

(MOD)

Москва

Стандартинформ

2005

Предисловие

Задачи, основные принципы и правила проведения работ по
государственной стандартизации в Российской Федерации установлены ГОСТ Р 1.0-92
«Государственная система стандартизации Российской Федерации. Основные
положения» и ГОСТ
Р 1.2-92 «Государственная система стандартизации Российской Федерации.
Порядок разработки государственных стандартов»

Сведения о
стандарте

1. ПОДГОТОВЛЕН Научно-исследовательским центром контроля и
диагностики технических система на основе собственного аутентичного перевода
стандарта, указанного в пункте 4

2. ВНЕСЕН Научно-техническим управлением Госстандарта России

3. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального
агентства по техническому регулированию и метрологии от 31 мая 2005
г. № 110-ст

4. Настоящий стандарт является модифицированным по
отношению к международному стандарту МЭК 61025:1990 «Анализ дерева
неисправностей (FTA)» (IEC 61025:1990 «Fault Tree Analysis (FTA)») путем
внесения технических отклонений, объяснение которых приведено во введении к
настоящему стандарту.

Наименование настоящего стандарта изменено относительно
наименования указанного международного стандарта для приведения в соответствие
с ГОСТ 1.5 (подраздел 3.6).

Изменения, введенные в настоящий стандарт по отношению к
международному стандарту, обусловлены необходимостью наиболее полного
достижения целей национальной стандартизации

5. ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Информация об
изменениях к настоящему стандарту публикуется в указателе «Национальные
стандарты», а текст изменений — в информационных указателях «Национальные
стандарты». В случае пересмотра или отмены настоящего стандарта соответствующая
информация будет опубликована в информационном указателе «Национальные
стандарты»

Содержание

Введение

Анализ дерева неисправностей является одним из методов
идентификации опасностей и оценивания риска. Он представляет собой совокупность
приемов идентификации опасности и анализа частот нежелательного события. Анализ
дерева неисправностей позволяет выявить пути реализации опасного события,
однако в первую очередь анализ дерева неисправностей используется при оценке
риска для определения вероятностей или частот неисправностей и аварий. Общие
рекомендации по применению анализа дерева неисправностей для оценки риска и
обзор других возможных методов оценки риска приведены в ГОСТ Р 51901-2002
«Управление надежностью. Анализ риска технологических систем».

В настоящем стандарте метод анализа дерева неисправностей
изложен применительно к анализу надежности. Для эффективного использования
этого метода необходимо до его применения зафиксировать цель метода, а также
определить, будет ли применяться метод анализа дерева неисправностей
индивидуально или в комбинации с другими методами.

В отличие от применяемого международного стандарта в
настоящий стандарт не включены ссылки на МЭК 60617-12:1983 «Графические символы
для диаграмм. Часть 12. Элементы двоичной логики», которые нецелесообразно
применять в национальном стандарте из-за отсутствия принятого
гармонизированного национального стандарта. В соответствии с этим изменено
содержание раздела 3.

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Менеджмент
риска

АНАЛИЗ
ДЕРЕВА НЕИСПРАВНОСТЕЙ

Risk management.

Fault tree
analysis

Дата
введения — 2005-09-01

1. Область применения

Настоящий стандарт устанавливает метод анализа дерева
неисправностей и содержит руководство по его применению. Метод анализа дерева
неисправностей включает:

— определение основных принципов метода;

— выполнение необходимых этапов анализа;

— идентификацию соответствующих предположений, событий и
режимов неисправностей;

— обеспечение выполнения идентификационных правил и
символов.

2. Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использована нормативная ссылка на
следующий стандарт:

ГОСТ
27.002-89 Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения
(МЭК 60050(191): 1990 «Международный электротехнический словарь. Глава 191.
Надежность и качество обслуживания», NEQ)

Примечание — При пользовании настоящим стандартом
целесообразно проверить действие ссылочного стандарта по указателю
«Национальные стандарты», составленному по состоянию на 1 января текущего года,
и по соответствующим информационным указателям, опубликованным в текущем году.
Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим
стандартом следует руководствоваться замененным (измененным) стандартом. Если
ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на
него, применяют в части, не затрагивающей эту ссылку.

3.
Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ
27.002.

4. Символы

Для графического представления дерева неисправностей
необходимо, чтобы символы, идентификаторы и метки использовались
непротиворечивым способом. Подробные правила идентификации и маркировки
приведены в разделе 8
и приложении А.

5. Общие положения

5.1 Структура дерева неисправностей

Дерево неисправностей — организованное графическое
представление условий или других факторов, вызывающих нежелательное событие,
называемое вершиной событий. Представление приводят в форме, которая может быть
понята, проанализирована и, по мере необходимости, перестроена таким образом,
чтобы облегчить идентификацию:

— факторов, воздействующих на надежность и характеристики
эффективности системы, например режимов неисправностей компонентов, ошибок
оператора, условий окружающей среды, ошибок программного обеспечения;

— противоречивых требований или спецификаций, которые могут
влиять на надежность и эффективность системы;

— общих событий, воздействующих более чем на один
функциональный компонент, который может уменьшить преимущества резервирования.

Анализ дерева неисправностей является в основном дедуктивным
(нисходящим) методом анализа, нацеленного на точное определение причины или
комбинации причин, приводящих к вершине событий. Анализ, главным образом,
качественный, но, в зависимости от некоторых условий, он может также быть
количественным (см. 7.5.2).

5.2 Цели анализа

Имеется несколько оснований для проведения анализа дерева
неисправностей независимо от других или вместе с другими исследованиями
надежности. Такими основаниями являются:

— идентификация причин или комбинации причин, ведущих к
вершине событий;

— определение соответствия уровня надежности системы
установленным требованиям;

— демонстрация того, что предположения, сделанные в других
исследованиях относительно независимости систем и нерелевантности
неисправностей, не нарушены;

— определение факторов, которые наиболее сильно влияют на
надежность системы, и изменений, необходимых для увеличения надежности;

— идентификация общих событий или общих причин
неисправностей.

5.3 Объекты применения

Дерево неисправностей используют для анализа сложных систем,
включающих несколько функционально связанных или зависимых подсистем, что
особенно удобно в случаях, когда системный проект требует сотрудничества
нескольких специализированных групп проектировщиков. Примерами систем, к
которым обычно применяют анализ дерева неисправностей, являются станции
производства ядерной энергии, самолеты, системы связи, химические и другие
промышленные процессы.

6. Принципы анализа

6.1 Общие положения

Построение дерева неисправностей должно начинаться на стадии
проектирования системы. «Рост» дерева неисправностей должен отражать
продвижение этапов проекта. В результате в процессе проектирования системы
формируется более глубокое понимание режимов неисправностей. Анализ дерева
неисправностей, проводимый параллельно с проектированием системы, позволяет на
ранних этапах проектирования учитывать изменение проекта системы, поскольку
основные режимы неисправностей идентифицированы. Часто итоговое дерево
неисправностей является достаточно большим. В этом случае его обработку
проводят при помощи компьютера. Особое внимание обращают на то, что события
дерева неисправностей не ограничены исключительно ошибками программного
обеспечения или аппаратными ошибками, но включают также все условия или другие
факторы, которые обусловливают вершину событий для проектируемой системы.

Процедура анализа дерева неисправностей должна состоять из
следующих этапов:

— определение области анализа;

— определение проекта, функций и действий системы;

— определение вершины событий;

— конструирование дерева неисправностей;

— анализ логики дерева неисправностей;

— составление отчетов о результатах анализа.

При проведении количественного анализа дерева неисправностей
необходимо определить методику количественной оценки, выбрать необходимые
данные и определить количественную оценку надежности.

6.2 Структура системы

Каждая система должна быть определена путем описания функции
системы и идентификации системных интерфейсов. Такое определение должно
включать:

— описание целей проекта;

— описание границ системы (электрические, механические и
операционные интерфейсы). Такие границы формируются на основе взаимодействия с
другими системами и должны быть описаны путем идентификации специфических
функций (например, электропитания) и частей (например, предохрани теля),
которые формируют интерфейсы;

— описание физической структуры системы;

— идентификацию рабочих режимов вместе с описанием работы
системы и ожидаемой или приемлемой эффективности системы в каждом рабочем
режиме;

— описание условий окружающей среды для системы и аспектов
воздействия человеческого фактора и т.д.;

— список применяемых документов, например рисунков,
спецификаций, рабочих инструкций, которые описывают детали оборудования и
работы. Продолжительность выполнения задачи, интервал времени (периодичность)
между испытаниями, а также время, необходимое для проведения корректирующих
действий, должны быть установлены. Кроме того, должны быть установлены
необходимое оборудование поддержки и задействованный персонал. Должна быть
приведена также точная информация относительно предписанного действия в течение
каждой стадии работы системы.

В дополнение к вышеупомянутому, рекомендуется подготовить
список символов, идентификационных маркировок, условных обозначений и форматов
для файлов данных при необходимости обмена между компьютерами данными о
структуре дерева неисправностей и описании системы.

6.3 Рассматриваемые события

В дерево неисправностей должны включаться события,
являющиеся следствием всех причин. Такие причины должны включать результаты
воздействия всех условий окружающей среды или других условий, которые могут
воздействовать на элемент, включая те, появление которых возможно в процессе
работы, даже если они не предусмотрены в проектной спецификации.

При необходимости деревья неисправностей должны учитывать
последствия ошибок и неточностей в программном обеспечении, включая случай,
когда дерево неисправностей используется для контроля состояния и управления
системой.

События, которые аналитики рассмотрели и исключили из
дальнейшего анализа, должны быть зарегистрированы. Такие события в итоговое
дерево неисправностей не включают.

Если дерево неисправностей выявляет проблему
работоспособности системы, вызванную существующей ошибкой, то событие,
описывающее эту неисправность, должно быть включено в дерево неисправностей.
Оно должно быть отмечено как событие, которое уже существует. Это необходимо
для того, чтобы учесть воздействие многократных ошибок.

6.4 Методология анализа

Развитие дерева неисправностей начинается с определения
вершины событий. Вершина событий является следствием соответствующих входных
событий, идентифицирующих возможные причины и условия появления вершины
событий. Каждое входное событие в свою очередь может быть выходным событием
более низкого уровня.

Если выходное событие определяет неспособность системы
исполнять некую функцию, то соответствующими входными событиями могут быть
неисправности оборудования или ограничения эффективности. Если выходное событие
определяет неисправность оборудования, то соответствующими входными событиями могут
быть неисправности оборудования, ошибки управления и нехватки необходимых
ресурсов, если они не включены в дерево неисправностей как часть ограничений
эффективности.

Развитие отдельной ветви дерева неисправностей заканчивается
после того, как достигнуты события хотя бы одной из следующих групп:

— основные события — независимые события, для которых
подходящие для их описания характеристики могут быть определены отличными от
дерева неисправностей способами;

— события, которые не должны разрабатываться далее по
решению аналитиков;

— события, которые были или будут рассмотрены в дальнейшем в
другом дереве неисправностей. Если событие исследовано, оно должно иметь ту же
идентификацию, что и соответствующее событие  
в предыдущем дереве неисправностей так, чтобы последующее дерево
эффективно формировало продолжение предыдущего.

7. Процедуры анализа

Анализ дерева неисправностей проводится «шагами».
Определенная последовательность «шагов», выполняемая для конкретной системы, не
может быть аналогична последовательности, установленной для другой системы. При
исследовании любого дерева неисправностей должны быть проведены следующие
основные «шаги».

7.1 Область применения анализа

Определение области применения должно включать определение
анализируемой цели, глубины анализа и основных предположений. Эти предположения
должны включать предположения, касающиеся ожидаемых действий, условий
обслуживания и эффективности системы при всех возможных условиях ее
использования.

7.2 Описание системы

Для успешного анализа дерева неисправностей необходимо
детальное знание системы. Однако некоторые системы могут быть слишком сложны,
чтобы быть полностью понятыми одним человеком. В этом случае получение
необходимых специализированных знаний о системе должно включаться как
соответствующий элемент анализа дерева неисправностей.

7.3 Идентификация вершины событий

Вершина событий является центром полного анализа. Вершина
событий определяет начало или наличие опасного состояния или неспособности системы
обеспечивать желательную эффективность.

Вершина событий должна определяться по возможности в
измеримых единицах характеризующих ее параметров.

7.4 Построение дерева неисправностей

7.4.1 Формат дерева неисправностей

Деревья неисправностей могут быть изображены в вертикальном
или горизонтальном расположении. Если используется вертикальное расположение,
то вершина событий должна быть расположена наверху страницы, а основные события
— внизу. Если используется горизонтальное расположение, то вершина событий
может быть расположена слева или справа страницы.

Примеры

На рисунках 1, 2
изображены два примера дерева неисправностей. Символы, используемые в этих
примерах, включают:

— блок описания
события;

— логические символы
дерева неисправностей (клапаны);

— линию входа
клапана;

— символ «переход
из» (общий случай);

— символ «переход
в»;

— символ завершения
(например, основное событие).

Событие А на рисунке 1 будет происходить только
в случае, если произошли оба события В
и С. Событие С произойдет в случае,
если произошло событие D или E .

Рисунок 1 — Пример дерева неисправностей

Примечание
— Для каждого события А, В
и т.д. блок описания события должен включать следующую информацию:

— код события;

— вероятность появления
события (если требуется);

— наименование или описание
события.

Случай, когда событие
представляет общую причину, показан в дереве неисправностей как набор событий.
Эти события связаны с любыми событиями, с которыми они взаимодействуют. Все
общие события в наборе должны иметь один и тот же код и должны быть отмечены
символом «переход в», кроме случая, когда они расположены на самом низком
уровне в наборе, отмеченном символом «переход из».

Если дерево неисправностей представлено в нескольких частях,
то событие, представляющее общую причину, которая появляется в двух или более
частях, должно обрабатываться следующим образом:

событие должно быть отмечено символом завершения или, если
происходит дальнейшее развитие события, символом «переход из» только в одной из
частей;

в части, где используется символ завершения, местонахождение
общего события в других частях должно обозначаться символом «переход в».

Пример — Дерево неисправностей, демонстрирующее
рассмотрение общей причины, изображено на рисунке 2. Событие В — событие общей причины, которое
анализируется далее в другом дереве неисправностей. Событие D — основное событие.

Рисунок 2 —
Пример рассмотрения общей причины

Примечание — Для каждого события А, В и т.д. блок события
должен включать следующую информацию:

— код события;

— вероятность появления (при
необходимости);

— наименование или описание
события.

7.4.2 Процедура построения дерева неисправностей

Результаты анализа надежности должны быть документально
оформлены таким способом, чтобы при необходимости была обеспечена возможность
их рассмотрения и внесения необходимых корректировок, отражающих изменения в
проекте, рабочих процедурах или для более глубокого понимания физики отказа.
Для этого необходимо проводить систематическое исследование конструкции
системы. При проведении таких исследований необходимо последовательно
использовать две концепции: «непосредственная причина» и «основной элемент».

При использовании концепции «непосредственная причина»
необходимо, чтобы аналитик определил непосредственные необходимые и достаточные
причины для появления вершины событий, которые не являются основными причинами
события, но являются непосредственными причинами или механизмами для появления
события.

Таким образом, непосредственные необходимые и достаточные
причины, обусловливающие по явление вершины событий, теперь трактуются как
события, предшествующие высшему событию, а аналитик продолжает определять уже
для таких событий непосредственные необходимые и достаточные причины.

Таким образом, аналитик достигает нижнего уровня дерева
неисправностей, перемещая внимание от механизма к режимам и непрерывно
приближаясь к более высокой разрешающей способности механизма и режимов, пока
не будет достигнут предел разрешающей способности дерева неисправностей.

Строгое соблюдение концепции «непосредственная причина»
является гарантией того, что режимы неисправностей не будут пропущены.

Концепцию «основной элемент» используют для сохранения
усилий аналитика по построению схемы дерева неисправностей. В этом случае
основной элемент обрабатывают как единичный элемент или компонент или
рассматривают отдельно.

Для того чтобы элемент рассматривался как «основной»,
необходимо и достаточно, чтобы он соответствовал следующим требованиям:

— функциональные и физические границы элемента должны быть
четко определены;

— работа элемента не должна зависеть от функций поддержки. В
противном случае все события, имеющие отношение к элементу, должны быть
представлены в схеме дерева неисправностей клапаном, отмеченным знаком ИЛИ, у
которого один вход представляет отказ элемента, а другие входы — невозможность
выполнения соответствующих функций поддержки;

— отсутствуют события, связанные с элементом, который
появляется в другой части дерева неисправностей.

7.4.3 Характеристики неисправностей

Аналитик должен внимательно изучить причины отказов
элемента, особенно для категорий независимых и зависимых отказов, следующих за
независимыми и зависимыми неисправностями.

При проведении классификации отказа должны быть рассмотрены
рабочие и внешние напряжения в сравнении с максимальными напряжениями, для
которых элемент предназначен.

7.5 Анализ дерева неисправностей

Основные цели логического (качественного) и численного
(количественного) анализа системы:

— идентификация событий, которые могут непосредственно
вызвать неисправность системы, и оценка вероятности таких событий;

— оценка отказоустойчивости системы (способность системы
функционировать даже после того, как произошло указанное количество
неисправностей более низкого уровня или событий, способствующих появлению
неисправности системы);

— проверка независимости неисправностей систем, подсистем
или компонентов;

— оценка данных для определения места расположения
критических компонентов и неисправных механизмов;

— идентификация устройств диагностики неисправностей, входов
для ремонта и обслуживания, и т.д.

Оценка отказоустойчивости системы включает определение
степени избыточности в системе и проверку того, что избыточность не снижается
под воздействием общих событий (общих причин событий). Хотя главная часть
оценки отказоустойчивости не требует использования числовых данных, они
необходимы для оценки наиболее вероятных комбинаций событий, вызывающих
неисправность системы.

7.5.1 Логический анализ

Логический анализ проводят тремя основными методами:
исследованием, булевой редукцией и определением минимальных вырезок событий.

7.5.1.1 Исследование

Исследование включает обзор структуры дерева неисправностей,
идентификацию общих событий и поиск независимых ветвей. Этот метод обеспечивает
аналитика важной информацией, которая в некоторых случаях позволяет отказаться
от дальнейших исследований. Во всех других случаях проводят исследования для
принятия правильного решения о типе и глубине дальнейших исследований.
Непосредственное визуальное исследование графического изображения дерева
возможно только для маленьких деревьев, не превышающих приблизительно 70
событий. Исследование больших деревьев, являющихся результатом анализа реально
существующих систем, требует соответствующего компьютерного инструментария, но
в целом подход остается тем же самым.

Исследование начинают с обзора структуры дерева
неисправностей. Все события, которые связаны с вершиной событий через
непрерывную цепочку клапанов ИЛИ, являются событиями, которые вызывают вершину
событий. Поэтому, если дерево неисправностей состоит только из клапанов ИЛИ,
дальнейший анализ не требуется. Если дерево неисправностей включает другие типы
клапанов, то анализируемая система представляет собой некоторый вид
избыточности или других особенностей предотвращения неисправностей, реализации
которых могут помешать общие причины событий. Исследование должно
идентифицировать общие причины событий, но не должно предполагать, что их
присутствие является благоприятным. Такие заключения могут быть сделаны только
после полного анализа дерева неисправностей с использованием булевой редукции
или определения минимальных вырезок событий. Существенную трудность составляет
быстрое увеличение объема анализа с ростом

размеров дерева неисправностей. Анализ дерева неисправностей
позволяет выделять независимые ветви дерева неисправностей, которые могут
исследоваться отдельно.

7.5.1.2 Булева редукция

Булеву редукцию применяют для оценки воздействия общих
событий дерева неисправностей (идентичных событий, встречающихся в различных
ветвях), когда местонахождение вершины событий не зависит от времени и
последовательности событий. Булеву редукцию проводят путем решения булевых
уравнений для дерева неисправностей.

7.5.1.3 Методы минимальных вырезок событий

Существует несколько методов определения минимальных вырезок
событий, но их применение к большим деревьям может быть достаточно сложным.
Рекомендуется использовать соответствующие компьютерные программы.

Набор вырезок — группа событий, которые при совместном появлении
могут вызвать появление вершины событий. Минимальный набор вырезок — наименьшая
группа событий, в которой для появления вершины событий все события должны
произойти в надлежащей последовательности. Если любое из событий в минимальном
наборе вырезок не происходит, это предотвращает появление вершины событий. Если
события происходят в надлежащей последовательности, то расширяется определение
минимальных наборов вырезок для дерева неисправностей, зависящих от
последовательности событий. В этих случаях минимальный набор вырезок определяет
группу событий, потенциально обеспечивающую появление вершины событий.
Воздействие последовательности событий в этой группе может быть
проанализировано с применением диаграммы установленных переходов, которая в
настоящем стандарте не рассматривается.

7.5.2 Численный
анализ

Цель численного анализа состоит в том, чтобы обеспечить
количественную оценку вероятности появления вершины событий или выбранного
набора событий. Численный анализ применяют также как дополнение к логическому
анализу. Для численной оценки дерева неисправностей необходимы соответствующие
вероятностные данные. Для определения количественных значений могут
использоваться данные надежности, прогнозирования технического состояния,
испытаний и эксплуатации.

7.5.3 Примеры использования булевой
алгебры

7.5.3.1 Применение булевой алгебры к анализу дерева
неисправностей

В деревьях неисправностей, которые состоят только из
клапанов И, ИЛИ и НЕ, имеется взаимно однозначное соответствие между выражением
булевой алгебры и символами дерева неисправностей.

Символы ИЛИ и И для булевой алгебры могут быть
выражены другими символами, соответствующими используемым языкам компьютерных
программ. В этом случае необходимо соблюдать логику символов.

Для дерева неисправностей, представленного на рисунке 1,
можно записать следующие логические выражения:

С = D + Е,

.

Применяя дистрибутивный закон, получаем выражение:

.

7.5.3.2 Применение булевой алгебры к минимальным вырезкам

Выражение для вершины событий может быть записано в терминах
конечного числа минимальных вырезок р,
которые являются уникальными для этой вершины событий.

Общая формула для описания вершины событий

_,

где Т — вершина
событий;

M _i — минимальные вырезки, каждая
из которых состоит из комбинации определенных компонентов неисправностей. Общий
минимальный набор вырезок можно записать в виде выражения

_,

где Х _i — основное событие дерева,

с — количество
основных событий в минимальной вырезке М.

Рассмотрим дерево неисправностей, изображенное на рисунке 1.
Минимальные наборы вырезок для вершины событий в этом случае —  и .

8.
Идентификация и маркировка

Каждое событие в дереве неисправностей должно быть
идентифицировано. События должны быть маркированы так, чтобы ссылки из дерева
неисправностей к соответствующей проектной документации и обратно были понятны
и легко выполнимы.

Вершина событий дерева неисправностей является нежелательным
событием, которое является первичной причиной для проведения анализа дерева
неисправностей. Необходимо отметить, что у каждого дерева неисправностей может
быть только единственная вершина событий.

Если несколько событий в дереве неисправностей относятся к
различным режимам отказа одного и того же элемента, то такие события должны
быть маркированы так, чтобы их можно было различать, но должно быть ясно, что
это — группа событий, связанных с одним и тем же элементом.

Если конкретное событие, например неспособность
специфического клапана закрываться, имеется в нескольких местах дерева или в
нескольких деревьях, то такие места должны иметь одинаковую маркировку. Однако
события, которые являются подобными, но включают различные элементы, не должны
быть одинаково идентифицированы.

Типичный код события должен содержать информацию, касающуюся
идентификации системы, идентификации элемента и режима отказа.

Дерево неисправностей является диаграммой, в которой события
связаны логическими клапанами. Каждый клапан имеет одно событие выхода, но одно
или более входных событий.

Входные события указывают возможные причины и условия для
событий выхода. Однако такая связь не обязательно определяет последовательные
во времени отношения между событиями.

В основном дереве неисправностей используют клапаны И, ИЛИ и
НЕ. Однако при анализе сложных систем могут потребоваться дополнительные
символы для клапанов, что позволяет добиться максимальной простоты дерева
неисправностей и обеспечить его читаемость. Очень важно определить и
зафиксировать используемые символы, которые должны обеспечивать однозначное и
непротиворечивое их применение при анализе конкретного дерева неисправностей.
Это особенно важно, если анализ проводят автоматизированными методами.

При разработке дерева неисправностей аналитик должен
использовать соответствующую символику и идентификацию, чтобы было ясно, что:

— событие или ветвь событий используются в другом месте
дерева неисправностей;

— изображенная часть дерева включает события, используемые
также в другой части дерева;

— событие общей причины, отраженное в одной части анализа,
далее исследуется в другом месте.

Это необходимо для графического представления дерева
неисправностей.

9. Отчет

Отчет об анализе дерева неисправностей должен включать, как
минимум, перечисленные ниже основные пункты. Отчет может включать необходимую
дополнительную информацию. Форма отчета в настоящем стандарте не
устанавливается.

Основные пункты отчета:

— цель и область применения;

— описание системы:

а) описание проекта,

b)
функционирование системы,

с) подробные определения границ системы;

— предположения:

а) предположения, использованные в проекте системы,

b)
предположения, связанные с работой, обслуживанием, испытаниями и контролем,

с) модельные предположения задач анализа надежности и
эффективности;

— определение отказа системы и его критериев;

— анализ дерева неисправностей:

а) анализ,

b)
данные,

с) используемые символы;

— результаты и заключения.

Дополнительные сведения, которые могут быть включены в
отчет:

— графические изображения, схемы, чертежи;

— краткое описание данных надежности и ремонтопригодности и
их источников;

— описание дерева неисправностей в читаемой компьютерной
форме (для анализа сложных систем).

Приложение
А
(обязательное)

Символы

Таблица А.1

Предпочтительный символ	Допустимый символ	Функция	Описание
		Клапан И	Событие происходит, если все входные события происходят одновременно
		Клапан ИЛИ	Событие происходит, если происходит любое из входных событий (или одно, или в любой комбинации)
		Клапан «исключительное ИЛИ»	Событие происходит, если происходит одно из входных событий (используется обычно с двумя входными событиями)
		Клапан НЕ	Событие представляет собой состояние, которое является инверсией состояния, определенного входным событием (событие, противоположное входному событию)
	—	Клапан ЗАПРЕЩЕНИЯ	Событие происходит, если происходит входное событие, приложенное справа, в то время как событие, указанное внутри символа и формирующее условия, выполняется. Если условие вызвано появлением другого события, клапан ЗАПРЕЩЕНИЯ подразумевает синхронизацию событий
		Избыточная структура	Событие происходит, если происходит, по крайней мере m из n входных событий
	—	Клапан (общая форма)	Общий символ клапана, функция которого указывается внутри символа
	—	Блок описания события	Название или описание события, код события и вероятности появления (при необходимости) должны быть указаны внутри символа
	—	Основное событие	Событие, которое не может быть подразделено на составляющие события
	—	Неразработанное событие	Событие, дальнейшая разработка которого не была проведена (обычно потому, что это предполагалось нецелесообразным)
	—	Анализированное в другом месте событие	Событие, которое разработано в другом дереве неисправностей
	—	Дом	Событие, которое произошло или произойдет обязательно
	—	Нулевое событие	Событие, которое не может произойти
	—	«Переход в»	Событие, определенное в другом месте дерева неисправностей
	—	«Переход из»	Событие, переходящее из другого места дерева неисправностей

Ключевые слова: риск, надежность, вероятность отказа, система, элемент, отказ, дерево неисправностей,
вершина событий.

Анализ дерева отказов (Fault tree analysis (FTA))

История

Методика

Графические символы

Базовая математическая основа

Анализ

Сравнение с другими аналитическими методами

Анализ дерева отказов (АДО) или в английской терминологии FTA метод анализа отказов сложных систем, в котором нежелательные состояния или отказы системы анализируются с помощью методов булевой алгебры, объединяя последовательность нижестоящих событий (отказов низшего уровня), которые приводят к отказу всей системы.

Анализ дерева отказов интенсивно используется в различных отраслях, например, машиностроении, чтобы понять, как система может выйти из строя, выявить способ уменьшения рисков или определения частоты системного отказа.

Анализ дерева отказов эффективно используется в аэрокосмической отрасли, атомной энергетике, химической и перерабатывающих отраслях, в фармацевтической, нефтехимической и других, связанных с высокой степенью риска.

В аэрокосмической отрасли используется более общий термин «Условие отказа системы» для обозначения «нежелательного состояния»/ Верхнего события дерева неисправностей.

Условия отказа классифицируются по тяжести последствий. Наиболее тяжелые условия требуют наиболее обширного анализа дерева отказов.

Эти «условия отказа системы» и их классификация часто предварительно определяются в функциональном анализе опасностей и рисков возникновения отказов.

FTA или АДО эффективно используются, чтобы:

• Понимать логику, ведущую к верхнему событию/нежелательному состоянию (отказу системы).
• Показать соответствие с системой безопасности/требованиям к надежности.
• Ранжировать участников, ведущих к вершине – создание важного оборудования/запчастей/списков событий.
• Мониторить и контролировать показатели состояния сложных систем Например, безопасно ли летать на конкретном самолете, если топливный клапан имеет определенное количество неисправностей? Как долго можно летать с неисправностью клапана? Как долго можно эксплуатировать технику с данным дефектом и тд.
• Минимизировать и оптимизировать ресурсы
• Помочь в проектировании системы. FTA может быть использован как средство проектирования, которое помогает создать требования. (Выход/нижний уровень)
• АДО может быть использован в качестве диагностического инструмента для выявления и исправления причин верхнего события. Это может помочь с созданием диагностических руководств / процессов.

История

FTA был первоначально разработан в 1962 году в «Bell Laboratories» Уотсоном, по контракту с подразделением баллистических систем ВВС США для того, чтобы оценить систему Launch Control межконтинентальной баллистической ракеты (МБР) Minuteman I.

Использование деревьев неисправностей с тех пор получило широкую поддержку и часто используется экспертами в качестве инструмента анализа отказов по степени надежности.

После первого использования опубликованных результатов использования АДО в 1962 для запуска исследования контроля безопасности Minuteman I, Boeing и AVCO нашли расширенное применение FTA для всей системы Minuteman II в 1963-1964 гг. FTA получил широкое освещение в 1965 году на симпозиуме по системам безопасности в Сиэтле при поддержке Boeing и Вашингтонского университета. Boeing начал использовать АДО для гражданских самолетов дизайна 1966 года.

В 1970 году Федеральная авиационная администрация США (FAA) опубликовало изменения в 14 CFR 25,1309 норме летной годности для самолетов транспортной категории в Федеральном реестре на 35 FR 5665 (1970-04-08). Это изменение принимало критерий вероятности отказа для самолетных систем и оборудования, что привело к широкому использованию FTA в гражданской авиации.

В пределах индустрии атомной энергетики, комиссия ядерного регулирования США начала использовать методы вероятностной оценки риска (probabilistic risk assessment methods (PRA)), включая FTA в 1975 году, и значительно расширила исследования после инцидента в 1979 году на Три-Майл-Айленд. В конечном итоге это привело к публикации комиссией ядерного регулирования справочника по дереву неисправностей 1981 году, и к обязательному использованию PRA органов, которые она регулирует.

После следующих случаев промышленных бедствий, таких как Бхопальская катастрофа(1984) и взрыв на нефтяной платформе Piper Alpha (1988), в 1992 году Департамент труда США о безопасности и гигиене труда (OSHA) опубликовал в Федеральном реестре на 24.02.1992 свой процесс управления безопасностью полетов (PSM). OSHA PSM признает АДО как приемлемый метод для анализа опасностей (PHA).

FTA состоит из логических схем, которые отображают состояние системы, и построен с использованием графических методов проектирования.

Первоначально, инженеры были ответственны за развитие FTA, так как требовалось глубокое знание анализируемой системы.

Часто FTA определяется как другая часть, или метод, или надежность техники. Хотя в обеих моделях одинаковый основной аспект, они возникли из двух разных точек зрения. Надежность техники была, по большей части, разработана математиками, а открыта – инженерами.

FTA обычно включает в себя события изнашивания аппаратных средств, материала, неисправности или сочетания детерминированных вкладов в событие.

Частота отказов оценивается из исторических данных, таких как среднее время между отказами компонентов, блоков, подсистем или функций.

Прогнозирование и введение человеческого процента ошибок не является основной целью анализа дерева отказов, но он может быть использован, чтобы получить некоторое знание того, что происходит с человеческим неправильным вводом или после вмешательства в неподходящее время.

FTA может использоваться как ценный инструмент проектирования, который может выявить потенциальные отказы, позволяя исключить дорогостоящие конструктивные изменения.

FTA также может быть использован в качестве диагностического инструмента, предсказания вероятных системных ошибок при сбое системы.

Методика

АДО методика описана в нескольких отраслевых и государственных стандартах: NUREG СРН-0492 для атомной энергетики. Ориентированная на космос версия этого стандарта используется NASA, стандарт SAE ARP4761 для гражданской аэрокосмической отрасли, MIL–HDBK–338 – для военных систем. IEC стандарт предназначен для межотраслевого использования и был принят в качестве европейского стандарта EN 61025.

Так как ни одна система не совершенна, имеем дело с неисправностью подсистем. Любая работающая система в конечном итоге будет иметь неисправность в каком-нибудь месте.

Однако вероятность полного или частичного успеха выше полной или частичной неисправности.

Проведение FTA таким образом, не так утомительна, как построение дерева успехов.

Поскольку FTA для всей системы может быть дорогостоящим и громоздким, разумный метод заключается в рассмотрении подсистем.

Таким образом, решение небольшими системами может обеспечить меньшую вероятность ошибки работы, меньше системного анализа. После этого подсистемы интегрируются для образования хорошо проанализированной большой системы.

Нежелательное последствие берется в качестве корневого («главное событие») дерева логики. Логика для того, чтобы добраться до верхнего события может быть разнообразной.

Один из типов анализа, который может помочь — функциональный анализ опасности, основанный на опыте. Там должно быть только одно главное событие, и все задачи дерева должны идти вниз от него.

Затем каждая ситуация, которая может привести к такому эффекту, добавляется к дереву в виде серии логических выражений. Когда деревья отказов помечены реальными цифрами о вероятности неудачи, компьютерные программы могут вычислить вероятности неисправности из дерева неисправностей.

Дерево, как правило, написано с использованием обычных логических символов. Маршрут между событием и инициатором события называется сечением. Самый короткий путь от неисправности до исходного события называется минимальное сечение.

Некоторые отрасли промышленности используют как деревья отказов, так и деревья событий (см. PRA). Событие дерева начинается от нежелательного инициатора (потеря критического питания, отказа компонентов и т.д.) и следует возможным дальнейшим событиям системы через ряд окончательных последствий.

Новый узел на дереве добавляет разделяет вероятность, таким образом последовательно может быть обнаружена вероятность ряда верхних событий, связанных с исходным.

Графические символы

Основные символы, используемые при построении дерева отказов, делятся на символы событий, элементов и передачи.

Символы событий

Символы событий используются для первичных и промежуточных событий. Первичные события далее не развиваются на дереве отказов. Промежуточные события находятся на выходе элементов.

Символы событий показаны ниже:

Основное событие

Внешнее событие

Неразвитое событие

Принадлежность события

Промежуточное событие

Символы первичных событий, как правило, используются следующим образом:

Основное событие — сбой или ошибка в компоненте системы или элементе (например: выключатель заклинило в открытом положении)

Внешнее событие — обычно ожидается (само по себе не ошибка).

Неразвитое событие — событие, о котором не имеется достаточной информации или которое не имеет никакого значения.

Принадлежность события — условия, которые ограничивают или влияют на логические элементы.

Промежуточное событие можно использовать непосредственно над первичным событием, чтобы обеспечить больше места для ввода описания события. АДО использует движение сверху вниз.

Символы элементов

Символы элементов описывают отношения между входными и выходными событиями.

Символы событий следуют классической булевой логике:

Элемент «ИЛИ»

Элемент «И»

Исключительный элемент «ИЛИ»

Приоритетный элемент «И»

Блокирующий элемент

Элементы работают следующим образом:

Элемент «ИЛИ» — выходное событие происходит, если есть любое входное событие.

Элемент «И» — выходное событие происходит только тогда, когда происходят все входные (входы независимы).

Исключительный элемент «ИЛИ» — выходное событие происходит, если происходит только одно входное событие

Приоритетный элемент «И» — выход происходит, если входы происходят в определённой последовательности указанного события

Блокирующий элемент – выход происходит, если вход происходит при благоприятных условиях для указанного события

Элементы передачи

Элементы передачи используются для соединения входов и выходов соответствующих деревьев отказов, таких как дерево отказов подсистемы в своей системе.

Вход

Выход

Базовая математическая основа

События в дереве отказов связаны со статистической вероятностью, иными словами, вероятность каждого события оценивается на практике.

Например, сбои в работе компонентов, как правило, происходят с некоторой постоянной интенсивностью λ.

В этом простейшем случае вероятность отказа зависит от интенсивности λ, времени t и описывается экспоненциальным законом:

Вероятность того, что отказ данного узла или компоненты оборудования произойдет в течение t часов эксплуатации системы, равна 1 — exp(-λt).

Дерево отказов часто нормировано на заданном временном интервале, например, час полета или среднее время.

Вероятность события зависит от отношения функции опасности к данному интервалу.

В отличие от обычных диаграмм логических символов, в которых входы и выходы принимают двоичные значения (Правда – 1, ложь -0), символы вероятности выходного события дерева отказов связаны с набором операций булевой логики.

Вероятность выходного события зависит от вероятности события входа.

Символ «И» представляет собой сочетание независимых событий. Это значит, что любое событие входа не зависит от других событий входа. По теории множеств это равнозначно пересечению событий входа, вероятность выхода определяется по формуле:

P (A and B) = P (A∩B) = P (A)P(B)

«ИЛИ», наоборот, соответствует объединению.

P (A or B) = P (A ∪ B) = P(A) + P(B) — P (A ∩ B)

Так как вероятность отказа в дереве отказов, как правило, небольшая (<0.01), P (A∩B) обычно становится очень малым, выход символа «ИЛИ» может быть приблизительно оценен из предположения, что входы – взаимоисключающие события:

P (A or B) ≈ P(A) + P(B), P (A ∩ B) ≈ 0

Исключающий символ «ИЛИ» с 2 входами представляет собой вероятность того, что активны либо один, либо другой вход, но не оба одновременно:

P (A xor B) = P(A) + P(B) — 2P (A ∩ B)

Т.к. P (A∩B) обычно мало, исключающее «ИЛИ» имеет ограниченное значение в дереве отказов.

Анализ

Многие различные подходы могут быть использованы для моделирования FTA, но наиболее распространенные способы могут быть сведены в несколько шагов.

Одиночное дерево отказов используется для анализа только одного нежелательного события (верхнего), которое потом становится в другом дереве неисправностей основным событием.

Хотя природа нежелательного события может значительно варьироваться, FTA использует одну и ту же природу для любого нежелательного события, например, задержка в 0,25 мсек для получения электрической энергии или незамеченный пожар в грузовом отсеке.

Из-за затрат FTA применяется только для серьезных нежелательных последствий.

FTA включает 5 шагов:

1. Определить нежелательное событие

   Определение нежелательного события может быть очень трудным, хотя некоторые события просты и очевидны для наблюдения.

   Инженер с широким знанием конструкций системы или системный аналитик с техническим образованием является лучшим человеком для определения и подсчета нежелательных событий. Нежелательное событие используется для построения дерева отказов, одно событие для одного дерева.

   Никакие 2 события не могут быть использованы для построения одного дерева отказов.

2. Углубленное понимание причин.

   После того как нежелательное событие выбрано, все причины, которые влияют на нежелательное событие, с вероятностями 0 и более изучаются и анализируются.

   Получение точной цифры для вероятностей приводит к событию, которое обычно невозможно по причине того, что предсказать его может быть очень дорого и затратно по времени.

   Компьютерное программное обеспечение используется для изучения вероятностей, что позволяет снизить стоимость системного анализа.

   Системный анализ может помочь в понимании всей системы. Разработчики систем располагали полной информацией о системе, и это знание очень важно для того, чтобы не пропустить причины, влияющие на нежелательное событие.

   Для выбранного события все причины нумеруются, затем группируются в порядке появления и используются для следующего шага, который рисует и выстраивает дерево отказов.

3. Построение дерева отказов на основе изученных причин.

   После выбора нежелательного события и анализа системы, такого, что мы знаем все вызываемые эффекты ( и возможно их вероятности), мы можем построить дерево отказов. Дерево отказов основано на символах «И» и «ИЛИ», определяющих основные характеристики дерева неисправностей.

4. Оценка дерева отказов

   После того, как дерево отказов было собрано для определенного нежелательного события, оно оценивается и анализируется на предмет возможного улучшения или, другими словами, провести анализ рисков и найти пути улучшения системы.

   Этот этап является подготовительным для заключительного шага анализа, который будет контролировать идентификацию опасности. Итак, на этом этапе мы выявляем все возможные опасности, прямо или косвенно влияющие на систему.

5. Контроль определения опасности

   Этот шаг очень специфичный и отличается для различных систем, но главное то, что после идентификации опасности последуют методы для уменьшения вероятности возникновения.

Сравнение с другими аналитическими методами

FTA – дедуктивный, нисходящий метод, направленный на анализ последствий возникновения неисправностей и событий в сложной системе. Это противоположность анализу характера и последствий отказов (АХПО), который является индуктивным, восходящим методом анализа, направленным на анализ эффектов одного компонента или функции аварии на оборудовании или подсистеме.

FTA очень хорошо показывает, как устойчивые системы в одиночку или вместе инициируют неисправности. Это не хорошо для поиска всех возможных возникающих неисправностей. АХПО хорош для исчерпывающей классификации возникающих неисправностей, а так же для идентификации их локальных эффектов. Но он не подходит для изучения множественных отказов или их эффектов на системном уровне.

FTA рассматривает внешние события, АХПО нет.

В аэрокосмической отрасли в обычной практике выполняют оба анализа, АДО и АХПО, с суммарным эффектом режима неудач (СЭРН), в качестве интерфейса между АХПО и АДО.

Альтернативы FTA включают диаграмму зависимости (ДЗ), так же известную как блок-схема надежности или анализ Маркова. Диаграмма зависимости эквивалентна анализу дерева успехов (АДУ) и изображает систему, используя пути вместо символов.

В начало

Содержание портала

Привет, Вы узнаете про анализ дерева неисправностей fта, Разберем основные ее виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое
анализ дерева неисправностей fта, дерево неисправностей, fта, анализ неисправностей , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Диагностика, обслуживание и ремонт электронной и радиоаппаратуры.

Общие сведения

Анализ «дерева» неисправностей (
fта ) – это методика выявления и анализа факторов, которые могут способствовать возникновению конкретного нежелательного события (называемого «конечное событие»). Причинные факторы определяют дедуктивным образом, организуют логически и представляют наглядно с помощью древовидной схемы, которая изображает причинные факторы и их логическую взаимосвязь с конечным событием.
Факторы, указанные в древовидной схеме, могут быть событиями, связанными с отказом элемента технических средств, ошибками оператора или любыми другими событиями, которые приводят к нежелательному событию.

Анализ дерева неисправностей или Анализ дерева отказов (Fault tree analysis, FTA) — это метод идентификации и анализа факторов, которые могут способствовать наступлению некоторого нежелательного события (называемого конечным событием — “top event”). Факторы-причины определяются дедуктивным способом, логически выстраиваются и представляются графически в виде диаграммы-дерева, которая изображает связь факторов-причин с основным событием.

Факторами, указанными в дереве неисправностей, могут быть события, связанные с отказами компонентов компьютерного оборудования, ошибками человека или другими событиями, которые могут привести к нежелательному событию.

Неисправность — состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации .

В неисправное состояние объект попадает в случае повреждения или отказа, который приводит устройство в неработоспособное состояние .

Термин «Неисправность» относится к разряду технических. Данное событие как определение является неотъемлемой частью технической диагностики. Изучение неисправности определяет возможность увеличения надежности функционального объекта, а также прогнозирования остаточного ресурса. По результатам анализа неисправности возможна смена назначений элементов входящих в объект. Другими словами неисправность может быть как следствием, так и результатом.

Чертежи являются носителем информации об изделии, его конструкции, размерах, материалах, специальной обработке и, косвенно, о технологии изготовления. Чертеж обеспечивает конкретное и однозначное выполнение детали, так как информация, заложенная в чертежах, является обязательной для исполнителя. Только безошибочное выполнение чертежа обеспечивает изготовление годной детали. По данным статистического анализа неисправностей машин, 60—90 % этих неполадок связаны с ошибками разработок и изготовления. Большая часть ошибок обнаруживается в процессе изготовления и первого испытания изделий. Часть ошибок выявляется только в процессе эксплуатации через продолжительное время, сокращая межремонтный период изделия или ресурс его работы в целом

Рисунок 1 – Пример дерева отказов из IEC 60300-3-9

(IEC 60300-3-9, Dependability management — Part 3: Application guide — Section 9: Risk analysis of technological systems) (перевод автора)

Пример анализа «дерева» неисправностей FТА

Применение

«Дерево» неисправностей может применяться на качественном уровне для выявления возможных причин и способов возникновения отказа (конечного события) или на количественном уровне для расчета вероятности конечного события на основании данных о вероятностях причинных событий.
Оно моет применяться на этапе проектирования системы для выявления потенциальных причин отказа и, на основании этого, выбора лучшего варианта проекта. «Дерево» неисправностей можно применять на этапе функционирования для установления того, как могут возникать наиболее значительные отказы, и соответствующую значимость различных способов возникновения конечного события. «Дерево» неисправностей также может применяться для анализа возникшего отказа, чтобы схематически отобразить, как совместное возникновение различных событий вызвало отказ.

FTA эффективно используются, чтобы:

• Понимать логику, ведущую к верхнему событию/нежелательному состоянию (отказу системы).
• Показать соответствие с системой безопасности/требованиям к надежности.
• Ранжировать участников, ведущих к вершине – создание важного оборудования/запчастей/списков событий.
• Мониторить и контролировать показатели состояния сложных систем . Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Например, безопасно ли летать на конкретном самолете, если топливный клапан имеет определенное количество неисправностей? Как долго можно летать с неисправностью клапана? Как долго можно эксплуатировать технику с данным дефектом и тд.
• Минимизировать и оптимизировать ресурсы
• Помочь в проектировании системы. FTA может быть использован как средство проектирования, которое помогает создать требования. (Выход/нижний уровень)

Рисунок 2 – Пример применения дерева отказов для анализа операционных рисков, связанных с сотрудниками

Классификация условий отказов

Условия отказа классифицируются по тяжести последствий. Наиболее тяжелые условия требуют наиболее обширного анализа дерева отказов.

Эти «условия отказа системы» и их классификация часто предварительно определяются в функциональном анализе опасностей и рисков возникновения отказов.

Входные данные

Для проведения анализа в качественной форме требуется понимание системы и причин отказа, а также понимание с технической точки зрения того, как система может выйти из строя. При проведении анализа целесообразно составление подробных схем.
Для проведения анализа в количественной форме требуются данные об интенсивности отказов или вероятности нахождения в неисправном состоянии для всех основных событий, указанных в «дереве» неисправностей.

Процесс выполнения метода

Разработка «дерева» неисправностей включает следующие основные этапы:
– определение конечного события, которое необходимо анализировать. Им может быть отказ или более общий результат отказа. При анализе результатов, древовидная схема может содержать раздел, относящийся к уменьшению результатов фактического отказа.
– определение возможных непосредственных причин или типов отказа, приводящих к конечному событию, начиная сданного конечного события.
– анализ каждой из этих причин (или типов отказов) для определения того, как она может быть вызвана.
– поэтапное выявление нежелательного функционирования системы проводится до последовательно более низких уровней системы до тех пор, пока дальнейший анализ не станет нецелесообразным. В технических системах это может быть уровень отказа отдельного компонента. События и причинные факторы на самом низком уровне анализируемой системы называют базовыми событиями.
– расчет вероятности конечного события, при условии, что существует возможность установить вероятности базовых событий. Чтобы количественное определение было достоверным, должна быть возможность обеспечить, что для каждого логического элемента все входные данные являются необходимыми и достаточными для наступления результирующего события. В ином случае «дерево» неисправностей неприменимо для анализа вероятности, но его применение может быть целесообразно для отображения причинных взаимосвязей.
При проведении количественной оценки «дерево» неисправностей может быть упрощено при помощи алгебры логики для учета дублирующих состояний отказа.
Аналогично получению количественной оценки вероятности конечного события возможно определение кратчайших путей возникновения конечного события и расчет их воздействия на конечное событие.
Кроме случаев простых древовидных схем, для надлежащей обработки вычислений, когда повторяющиеся события присутствуют в нескольких частях схемы, и для расчета кратчайших путей возникновения необходим пакет программного обеспечения. Программные средства способствуют обеспечению согласованности, правильности и проверяемости расчетов.

Выходные данные

Выходными данными анализа «дерева» неисправностей являются:

• – наглядное представление путей возникновения конечного события с отображением взаимосвязанных путей возникновения, где должно произойти два или более одновременных события;
• – перечень кратчайших путей возникновения (отдельных путей возникновения отказа) с вероятностью (при наличии данных) осуществления каждого из них;
• – вероятность конечного события.

Преимущества и недостатки

Анализ «дерева» неисправностей (FТА) имеет следующие преимущества:
– предоставление строгого, высокосистематизированного и гибкого подхода, позволяющего анализировать разнообразные факторы, включая взаимодействия персонала и физические явления;
– применение подхода «сверху вниз», предполагаемого методикой, позволяет рассматривать те воздействия отказа, которые непосредственно связаны с конечным событием;
– применение особенно целесообразно для анализа систем со многими сопряжениями и взаимодействиями;
– графическое представление позволяет упростить понимание поведения системы и рассматриваемых факторов, но, поскольку древовидные схемы зачастую весьма объемны, их обработка может потребовать применения компьютерных систем, что обеспечивает возможность рассмотрения более сложных логических взаимосвязей (например, логических операций «И-НЕ» и «НЕ-И»), но также затрудняет проверку «дерева» неисправностей;
– логический анализ «дерева» неисправностей и выявление отдельных путей возникновения целесообразны для определения простых путей возникновения отказов в очень сложной системе, где затруднено выявление конкретных сочетаний событий, приводящих к конечному событию.
Метод имеет следующие недостатки:
– неопределенности вероятностей базовых событий включаются в расчет вероятности конечного события, что может привести к высоким уровням неопределенности, в случае, когда вероятности базового события отказа точно не известны; однако в хорошо изученной системе возможна высокая степень доверия;
– в некоторых случаях причинные события не связаны друг с другом, поэтому может быть затруднительно установить, все ли существенные пути возникновения конечного события учтены. Например, включение всех источников возгорания в анализ пожара как конечного события. В данном случае анализ вероятности невозможен;
– «дерево» неисправностей – это статическая модель; взаимосвязи в аспекте времени не рассматриваются;
– «дерево» неисправностей можно применять только в отношении двоичных состояний (неисправ- ность/исп рав ность);
– типы ошибок, связанные с персоналом, могут быть включены в «дерево» неисправностей на качественном уровне, но несоответствия степени или качества, которые часто характеризуют ошибку персонала, обычно затруднительно включить в схему;
– в «дерево» неисправностей затруднительно включить «эффекты домино» или условные отказы.

Подробнее в документе

МЭК 61025:1990 «Анализ дерева неисправностей (FTA)»

анализ неисправностей ремонтируемых узлов, агрегатов и деталей, причины их возникновения

Анализ заключается в визуальном осмотре с целью обнаружения трещин, сколов, степени изношенности деталей.

Основными причинами возникновения неисправностей автомобиля являются: изнашивание трущихся поверхностей (абразивное, усталостное, коррозионное, молекулярное); деформации и поломки деталей; нарушение посадки или сносности деталей; обгорание рабочих поверхностей деталей двигателя из-за превышения его допустимого теплового режима; образование накипи в системе охлаждения, нагара в камере сгорания (стенки головки цилиндров, днище поршня, головки клапанов); отложение смолистых веществ во всасывающем трубопроводе карбюраторного двигателя при применении некачественного топлива; применение топлив и смазочных материалов, не отвечающих требованиям нормативно-технических документов, с содержанием в них механических примесей.

К факторам, влияющим на возникновение неисправностей автомобиля, также относятся: конструктивные или производственные дефекты (неправильный выбор материала деталей или посадок, неудовлетворительное качество механической и термической обработки и др.). Внешние воздействующие факторы (дорожные, климатические и прочие условия эксплуатации); качество и чистота применяемых топлив и смазочных материалов; квалификация водителя; своевременность и качество проведения ТО и ТР; рациональная организация технической эксплуатации автомобилей на АТП; способы хранения автомобиля и условия пуска двигателя в зимнее время.

Детали, работающие в условиях высоких температур, кроме изнашивания истиранием, подвергаются также действию химической коррозии и короблению.

Так, например, значительный износ верхней части цилиндров происходит не только в результате истирания металла в паре «гильза — верхние поршневые кольца» из-за ухудшения смазки под влиянием высоких температур, но и в результате химической коррозии деталей в условиях контакта с горячими газами. Износ поверхностей зубьев шестерен и подшипников качения происходит под действием молекулярно-механического и усталостного изнашивания металла.

Большинство неисправностей в силовом и других агрегатах и механизмах автомобиля возникает вследствие износа деталей — цилиндров и поршней, шатунных и коренных шеек коленчатого вала, рабочих поверхностей клапанов двигателя и т. д. Возможны повреждения, нарушающие исправное состояние составных частей автомобиля, но они возникают относительно редко. Поэтому для предупреждения неисправностей не следует допускать появления предельных износов.

Это достигается созданием планово-предупредительной системы ТО и ремонта автомобильного подвижного состава, применением эксплуатационных материалов — масел, смазок, топлив, охлаждающих и специальных жидкостей — в соответствии с требованиями конструкторской документации, а также качественным проведением ТО и ремонта.

Вау!! 😲 Ты еще не читал? Это зря!

• Управление рисками
• Техническая диагностика
• Ремонт
• неисправность
• отказ

В общем, мой друг ты одолел чтение этой статьи об анализ дерева неисправностей fта. Работы в переди у тебя будет много. Смело пишикоментарии, развивайся и счастье окажется в ваших руках.
Надеюсь, что теперь ты понял что такое анализ дерева неисправностей fта, дерево неисправностей, fта, анализ неисправностей
и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания,
то нестесняся пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории
Диагностика, обслуживание и ремонт электронной и радиоаппаратуры

Анализ дерева отказов  был представлен в 1962 году компанией Bell Laboratories и является одним из наиболее широко используемых для решения широкого круга проблем, начиная от вопросов безопасности и заканчивая вопросами управления.

Анализ дерева отказов (FTA) — это нисходящий дедуктивный анализ отказов, в котором логическая логика используется в сочетании с серией низкоуровневых событий для анализа непредвиденных состояний системы. Этот метод анализа в основном используется в технике безопасности и надежности, чтобы понять, как системы выходят из строя, определить наилучший способ снижения риска и определить (или почувствовать) частоту событий, связанных с безопасностью, или конкретных (функциональных) отказов на уровне системы.

Цель анализа дерева отказов?

Основная цель анализа дерева отказов состоит в том, чтобы помочь определить потенциальные причины отказов системы до их возникновения. Вы также можете использовать аналитические или статистические методы для оценки вероятности главных событий. Эти расчеты включают количественную информацию о надежности и ремонтопригодности системы, такую ​​как вероятность отказа, частота отказов и скорость ремонта. После завершения FTA вы можете сосредоточиться на повышении безопасности и надежности системы.

Типичный анализ дерева отказов начинается с потенциального отказа, а затем работает в обратном направлении с помощью визуального представления, называемого диаграммой дерева отказов, для определения возможных влияющих факторов. Дерево отказов использует нисходящий подход, начиная с результата (потенциальное условие отказа), а затем оценивает факторы, которые могут привести к отказу.

Анализ дерева ошибок

FTA применяется в аэрокосмической, атомной, химической, фармацевтической, нефтехимической и других отраслях промышленности с высоким уровнем риска; Он также используется для целей отладки в разработке программного обеспечения, что тесно связано с технологией устранения причин, используемой для обнаружения ошибок.

Обозначение ЗСТ

Анализ дерева отказов использует несколько основных символов для обозначения различных моментов, причин и следствий в процессе. Существует множество символов, но вот некоторые из основных, которые помогут вам приступить к разработке диаграммы дерева отказов.

Символы используются для представления различных событий и описания отношений:

Символы ворот

И ворота  — представляют собой состояние, при котором все события, показанные под воротами (входные ворота), должны присутствовать, чтобы произошло событие, показанное над воротами (выходное событие). Это означает, что выходное событие произойдет, только если все входные события существуют одновременно.

Или ворота  — представляет собой ситуацию, в которой любое из событий, показанных под воротами (входные ворота), приведет к событию, показанному над воротами (выходное событие). Событие произойдет, если существует только одно или любая комбинация входных событий.

Символы событий

Существует пять типов символов событий:

Прямоугольник  — прямоугольник является основным строительным блоком аналитического дерева. Он представляет негативное событие и расположен в верхней части дерева и может располагаться по всему дереву, чтобы указать другие события, которые можно разбить на более мелкие. Это единственный символ, который будет иметь логический вентиль и входные события под ним.

Круг  — круг представляет базовое событие в дереве. Они находятся на нижних ярусах дерева и не требуют дальнейшего развития или разбивки. Ниже базового события нет ворот или событий.

Ромб  — Ромб обозначает неразвитое конечное событие. Такое событие не полностью разработано из-за отсутствия информации или значимости. Ветвь дерева отказов может заканчиваться ромбом. Например, для большинства проектов требуется персонал, процедуры и оборудование. Разработчик дерева может принять решение сосредоточиться на кадровом аспекте процедуры, а не на аппаратных или процедурных аспектах. В этом случае разработчик будет использовать ромбы, чтобы показать «процедуры» и «аппаратные средства» как неразработанные терминальные события.

Овал  — Овальный символ представляет собой особую ситуацию, которая может произойти только при определенных обстоятельствах. Это указано в овальном символе. Примером этого может быть, если переключатели должны быть выбраны в определенной последовательности, прежде чем произойдет действие.

Треугольник  — треугольник означает перенос ветви дерева отказов в другое место в дереве. Там, где треугольник соединяется с деревом стрелкой, все, что показано ниже точки соединения, переносится в другую область дерева. Эта область обозначена соответствующим треугольником, соединенным с деревом вертикальной линией. Буквы, цифры или цифры отличают один набор символов переноса от другого. Чтобы сохранить простоту аналитического дерева, символ переноса следует использовать с осторожностью.

Иллюстрация общей схемы дерева отказов

Изменить эту диаграмму

Этапы разработки дерева отказов

Чтобы выполнить всесторонний FTA, выполните следующие действия:

1. Дайте определение системе . Это включает в себя объем анализа, включая определение того, что считается отказом. Это становится важным, когда в системе может выйти из строя элемент или одна функция, а остальная часть системы все еще работает.
2. Определить ошибки верхнего уровня . Определите состояние неисправности и запишите отказ верхнего уровня.
3. Определите причины неисправности верхнего уровня . Используя техническую информацию и профессиональные суждения, определите возможные причины отказа. Помните, что это элементы второго уровня, потому что они находятся чуть ниже отказа верхнего уровня в дереве.
4. Определите следующий уровень событий . Продолжайте разрушать каждый элемент дополнительными воротами на более низкие уровни. Рассмотрите отношения между элементами, чтобы решить, использовать ли логический элемент «и» или «или».
5. Добавляйте вероятности к событиям . Если возможно, оцените вероятность появления каждого из элементов самого низкого уровня и рассчитайте статистические вероятности снизу вверх.
6. Доработайте и просмотрите полную схему . Цепочка может быть прервана только по основной ошибке: человеческой, аппаратной или программной.

Пример схемы дерева неисправностей — свет не включается

Давайте рассмотрим пример базового анализа дерева отказов: вы щелкаете выключателем, чтобы включить свет, но свет не включается. Состояние неисправности — «Нет света в комнате», так что это начало диаграммы.

Далее, каковы возможные причины, по которым свет не включился?

Изменить эту диаграмму

Пример дерева отказов — Система без шаблона предупреждения

Изменить эту диаграмму