Анализ дерева отказов (FTA): оценка риска и безопасности

Он представляет

Анализ дерева отказов (FTA) — один из самых мощных и широко используемых методов анализа систем безопасности в различных отраслях. Разработанный Bell Laboratories в 1960-х годах, этот метод стал важнейшим инструментом выявления и оценки потенциальных опасностей в сложных инженерных системах. В данной статье представлен всесторонний обзор принципов, методов и областей применения анализа дерева отказов в различных отраслях.

Глава 1: Основные принципы анализа дерева ошибок

1.1 Определение и концепция анализа дерева ошибок

Анализ дерева ошибок — это метод нисходящего анализа, который графически иллюстрирует взаимосвязь между конкретным неблагоприятным событием (основным событием) и всеми возможными причинами, которые могут к нему привести. Этот метод позволяет систематически и количественно рассчитать вероятность возникновения неблагоприятных событий.

1.2 Основные компоненты дерева ошибок

• Ключевые события   : основные негативные события, которые были проанализированы.

• Промежуточные события   : события, которые приводят к возникновению основного события.

• Базовые события   : события самого низкого уровня, не требующие дальнейшего развития.

• Логический шлюз   :   компонент, представляющий взаимосвязь между событиями.

1-3 наиболее часто используемых типа логических вентилей

1. Логический элемент «И»   : для возникновения выхода все входы должны присутствовать одновременно.

2. Шлюз или   : Наличие любого входа приведет к выходу.

3. Элемент XOR   : для подтверждения достаточно одного входного сигнала (оба сигнала не могут быть подтверждены одновременно).

4. Приоритет Y   : Входные данные должны обрабатываться в определенном порядке.

5. Отключенный порт   : этот порт может быть активирован только при соблюдении определенных условий.

Глава вторая: Шаги анализа дерева ошибок

2.1 Шаг 1: Определение системы и объема анализа

• Определение границ системы

• Определите требуемый уровень детализации.

• Определение аналитических гипотез

2-2 Шаг 2: Определение ключевых событий

• Выбор значимых негативных событий

• Подробное описание основных событий

• Критерии определения факта наступления события

2.3 Шаг 3: Построение дерева ошибок

• Выявление непосредственной причины основного события.

• Создайте иерархию ссылок для обобщения ключевых событий.

• Применение соответствующих логических вентилей.

2.4 Шаг четвертый: качественная оценка дерева ошибок

• Определение минимального набора деталей

• Определение критического пути

• Приоритизация рисков

Шаг 5: Количественная оценка дерева ошибок

• Сбор данных о надежности

• Рассчитайте вероятность наступления крупных событий.

• Проведение теста на аллергию

Шаг 6: Запись и отображение результатов

• Подготовка полного отчета

• Предоставление консультаций по вопросам безопасности

• Разработать план корректирующих действий

Глава третья: Применение анализа дерева отказов в различных отраслях промышленности

3.1 Нефтяная, газовая и нефтехимическая промышленность

• Анализ целостности сосудов высокого давления

• Оценка риска систем транспортировки жидкостей

• Проверка безопасности дистилляционного оборудования

3.2 Атомная промышленность

• оценка безопасности реактора

• Анализ системы аварийного охлаждения

• Обзор систем радиационного контроля

3-3 Аэрокосмическая промышленность

• Анализ надежности навигационных систем

• Оценка безопасности фронтальной системы

• Проверка системы аварийной посадки

3-4 Транспортная отрасль

• Анализ безопасности тормозной системы поезда

• Оценка рисков системы управления воздушным движением

• Обзор системы раннего оповещения об авариях

3-5 Здравоохранение

• Оценка безопасности оборудования для визуализации

• Анализ надежности основного оборудования

• Обзор автоматизированных систем доставки лекарств

Глава четвертая: Преимущества и недостатки анализа дерева ошибок

4.1 Преимущества соглашений о свободной торговле

• Систематическое объяснение причинно-следственных связей

• Он может определить вероятность наступления негативных событий.

• Выявление критических дефектов системы

• Помощь в определении приоритетности корректирующих действий.

• Его можно комбинировать с другими методами анализа рисков.

4.2 Ограничения соглашений о свободной торговле

• Это требует опыта и знаний аналитика.

• Для сложных систем это занимает много времени.

• Зависимость от качества входных данных

• Трудность моделирования взаимосвязанных событий

• Базовая модель не учитывает хронологический порядок событий.

Глава пятая: Программные инструменты для анализа дерева ошибок

Профессиональная программа FTA 5-1

1. RiskSpectrum    :   продвинутый инструмент   для анализа надежности

2. FT+   : комплексная программа анализа дерева ошибок

3. CAFTA   : разработано EPRI для энергетической отрасли.

4. Рубин   : используется в атомной промышленности.

5. Isograph FaultTree+   : мощный продвинутый инструмент

5-2 Сравнение функций программного обеспечения FTA

Глава шестая: Практические примеры и примеры применения

6.1 Пример 1: Анализ целостности сосуда под давлением

• Срочные новости   : взорвался резервуар для хранения пропана.

• Промежуточные события   : избыточное давление, неисправность в системе выпуска отработавших газов.

• Основные инциденты   : неисправность предохранительного клапана, неисправность датчика давления, ошибка оператора.

• Результаты   : Было выявлено четыре минимальных кластера с общей вероятностью 2,3 × 10^-5 в год.

6-2 Пример 2: Оценка систем торможения самолета

• Событие   : Полный отказ тормозной системы

• Промежуточные события : отказ гидравлической  системы   , отказ электрической системы.

• Ключевые события   : утечка жидкости, отказ насоса, отключение электроэнергии.

• Результат   : вероятность приземления каждый раз составляла 1,8 × 10^-7.

6.3 Пример 3: Анализ безопасности систем управления реактором

• Главное событие   : отказ системы контроля температуры реактора

• Промежуточные события   : отказ системы охлаждения, отказ системы управления

• Ключевые события   : отказ датчика,   отключение питания   , ошибка программного обеспечения.

• Результат   : критический путь был определен и предложены корректирующие действия.

Глава седьмая: Правила и рекомендации, касающиеся соглашений о свободной торговле

7.1 Международные стандарты

• IEC 61025   : Международный стандарт анализа дерева ошибок

• MIL-STD-882   : Стандарт систем безопасности

• Стандарт IEEE 352   : Руководство по анализу надежности

• NUREG-0492   : Руководство по соглашениям о свободной торговле для атомной промышленности

7.2 Методы, общие для FTA

1. FTA-FMEA   : Анализ закономерностей отказов и их совокупного воздействия

2. FTA-ETA   : сочетание анализа дерева событий

3. FTA-Markov   : сочетание с марковскими моделями

4. FTA-Bayes   : интегрировано с байесовскими сетями

В заключение

Анализ дерева отказов, как эффективный аналитический метод в области безопасности и надежности инженерных систем, позволяет систематически выявлять причинно-следственные связи неблагоприятных событий.  Правильное применение этого метода   и его интеграция с другими методами анализа рисков позволяют лучше понять слабые места сложных систем и разработать эффективные превентивные меры.

Для инженеров по безопасности, надежности и управлению рисками владение анализом дерева отказов имеет решающее значение. Благодаря развитию программного обеспечения и аналитических методов, применение анализа дерева отказов расширяется и охватывает новые области, такие как киберфизические системы и искусственный интеллект.

Приложение: Глоссарий терминов соглашений о свободной торговле

• Набор событий   : набор основных событий, одновременное возникновение которых приводит к главному событию.

• Минимальный набор сегментов   : минимальный набор сегментов, который больше не приводит к важному событию при удалении любого сегмента.

• Метрики важности   : критерии измерения важности различных компонентов системы.

• Отказ по общей причине   : Отказ, вызванный общей причиной.

• Недоступность   : критерии недоступности системы