Министерство образования и науки РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное
Учреждение высшего образования
«Российский экономический университет имени Г.В. Плеханова»
Финансовый факультет
Кафедра математических методов в экономике
Эссе
По дисциплине «Риск менеджмент»
На тему «Анализ дерева неисправностей FTA»
Выполнила:
студентка группы 2302
очной формы обучения
Финансового факультета
Скавронская Сабина Игоревна
Научный руководитель:
доктор физико-математических наук,
профессор кафедры математических методов в экономике
Картвелишвили Василий Михайлович
Москва - 2018
Содержание
Введение. 3
1. Предназначение и область применения дерева неисправностей. 4
2. Преимущества и недостатки дерева неисправностей. 4
3. Принципы анализа. 6
3.1 Общие положения. 6
3.2 Структура системы.. 7
3.3 Рассматриваемые события. 8
3.4 Методология анализа. 8
4. Процедуры анализа. 9
5. Идентификация и маркировка. 15
Заключение. 17
Список литературы.. 18
Приложения. 19
Введение
Анализ дерева неисправностей является одним из методов идентификации опасностей и оценивания риска, это методика идентификации и анализа факторов, которые могут способствовать наступлению некоторого нежелательного события (называемого вершинным (“top event”)). Факторы-причины определяются дедуктивным способом, логически выстраиваются и представляются графически в виде диаграммы-дерева, которая изображает связь факторов-причин с основным событием. Дерево неисправностей 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.
Дерево отказов может быть использовано для качественного анализа-идентификации потенциальных причин и путей возникновения сбоя (вершинного события), или для количественного-вычисления вероятности вершинного события, при наличии информации о вероятностях событий-факторов.
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.
Предназначение и область применения дерева неисправностей
Дерево неисправностей (аварий, происшествий, последствий, нежелательных событий и пр.) лежит в основе логико-вероятностной модели причинно-следственных связей неисправностей системы с отказами ее элементов и другими событиями (воздействиями). При анализе возникновения неисправности, дерево неисправности состоит из последовательностей и комбинаций нарушений и неисправностей, и таким образом оно представляет собой многоуровневую графологическую структуру причинных взаимосвязей, полученных в результате прослеживания опасных ситуаций в обратном порядке, для того чтобы отыскать возможные причины их возникновения (Рисунок 1. Условная схема построения дерева неисправностей).
Рисунок 1. Условная схема построения дерева неисправностей
Преимущества и недостатки дерева неисправностей
Ценность дерева неисправностей заключается в следующем:
- анализ ориентируется на нахождение отказов;
- позволяет показать в явном виде ненадежные места;
- обеспечивается графикой и представляет наглядный материал для той части работников, которые принимают участие в обслуживании системы;
- дает возможность выполнять качественный или количественный анализ надежности системы;
- метод позволяет специалистам поочередно сосредотачиваться на отдельных конкретных отказах системы;
- обеспечивает глубокое представление о поведении системы и проникновение в процесс ее работы;
- являются средством общения специалистов, поскольку они представлены в четкой наглядной форме
- помогает дедуктивно выявлять отказы;
- дает конструкторам, пользователям и руководителям возможность наглядного обоснования конструктивных изменений или установления степени соответствия конструкции системы заданным требованиям и анализа компромиссных решений;
- облегчает анализ надежности сложных систем.
Главное преимущество дерева неисправностей (по сравнению с другими методами) заключается в том, что анализ ограничивается выявлением только тех элементов системы и событий, которые приводят к данному конкретному отказу системы или аварии.
Недостатки дерева неисправностей состоят в следующем:
- реализация метода требует значительных затрат средств и времени;
- дерево неисправностей представляет собой схему булевой логики, на которой показывают только два состояния: рабочее и отказавшее;
- трудно учесть состояние частичного отказа элементов, поскольку при использовании метода, как правило, считают, что система находится либо в исправном состоянии, либо в состоянии отказа;
- трудности в общем случае аналитического решения для деревьев, содержащие резервные узлы и восстанавливаемые узлы с приоритетами, не говоря уже о тех значительных усилиях, которые требуются для охвата всех видов множественных отказов;
- требует от специалистов по надежности глубокого понимания системы и конкретного рассмотрения каждый раз только одного определенного отказа;
- дерево отказов описывает систему в определенный момент времени (обычно в установившемся режиме), и последовательности событий могут быть показаны с большим трудом, иногда это оказывается невозможным. Это справедливо для систем, имеющих сложные контуры регулирования.
Принципы анализа
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.
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, предохранителя), 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.
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.
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.
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".
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.
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.
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.
4. Построение дерева неисправностей
· 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 2, 3 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).
Рисунок 2 «Пример дерева неисправностей»
Событие А на рисунке 2 будет происходить только в случае, если произошли оба события В и С. Событие С произойдет в случае, если произошло событие D или Е.
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 3. Событие В - событие общей причины, которое анализируется далее в другом дереве неисправностей. Событие D - основное событие.
Рисунок 3 «Пример рассмотрения общей причины»
Для каждого события А, В и т.д. блок события должен включать следующую информацию:
- код события;
- вероятность появления (при необходимости);
- наименование или описание события.
· 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 появление 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.
· 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.
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.