درخت خطا یک مدل گرافیکی از ترکیب سری و موازی عیوبی است که باعث رخ دادن رویداد نهایی از قبل تعریف شده میشوند به عبارت دیگر تجزیه و تحلیل درخت خطا FTA یک مدل منطقی سمبولی در حوزه خطاها میباشد. این مدل مسیر خطاها را از یک رویداد یا شرایط نامطلوب و از پیش تعیین شده به نام رویداد اصلی (Top Event) تا رسیدن به خطاها یا عیوبی که به آن ها عوامل سببی یا آغازگر گفته میشود دنبال میکند. تکنیک تجزیه و تحلیل درخت خطا FTA از نوع تکنیک های قیاسی(Deductive) است. در این روش ارزیابی از کل به جزء و از بالا به پائین صورت میگیرد. در آنالیز قیاسی فرض میشود که خطا در سیستم رخ داده و تلاش در جهت یافتن عوامل مؤثر در این خطا صورت میگیرد.
اهداف تجزیه و تحلیل درخت خطا
اولين هدف در ارزيابي ريسك و قابليت اطمينان كاهش احتمال حادثه و حفظ انسان ها و پيشگيري از خسارات اقتصادي و ضايعات محيطي است و خسارات جاني عموما شامل مرگ ، جراحات، بيماري و نا تواني بوده و خسارات اقتصادي شامل توقف در ارائه خدمات يا توليد ، پايين آمدن كيفيت محصول ، از بين رفتن تجهيزات توليد و هزينه هاي حقوقي و قانوني و همچنين صدمات زيست محيطي شامل آلودگي آب و هوا و خاك است . به طور كلي مي توان گفت روش ارزيابي درخت خطا عبارت است از :
ابزار تجزيه و تحليل استنباطي و همچنين دياگرامي گرافيكي براي نشان دادن منطق و ايجاد فرايند درك استنباطي از چگونگي وقوع وقايع نامطلوب مورد نظر است.
به عبارت ديگر:
روش ارزيابي درخت خطا ، مدلي منطقي – ديداري است كه از آن براي شرح چگونگي وقوع وقايع ناخواسته ويژه در يك سيستم كه ممكن است به وسيله اثرات يك نقص ساده يا تركيبي از نقايص ايجاد شود استفاده مي شود .
واقعه ناخواسته ويژه واقعه نهايي ناميده مي شود . اين روش تجزيه و تحليل راه هاي چگونگي وقوع اين واقعه ناخواسته را بررسي مي كند . با در دست داشتن اطلاعات صحيح امكان محاسبات مربوط به فركانس و احتمال واقعه نيز ممكن است .
FTA علی الخصوص براي آناليز سيستم هاي پيچيده كه داراي تعداد زيادي SUB SYSTEM مي باشند بسيار مناسب است .
اجراي تجزيه و تحليل درخت خطا در هر مرحله اي از عمر سيستم عملي است ولي در صورتي كه اين مطالعه در مرحله طراحي سيستم صورت گرفته باشد ممكن است جهت كسب اطلاعات دقيق تر و بيشتر به دليل تغييرات ايجاد شده در طرح ، ايجاد تغيراتي در راستاي تكميل آن ضروري باشد
تجزيه و تحليل درخت خطا ممكن است به دنبال اجراي يك برنامه PHA يا FMEA صورت گيرد هر چند كه هيچكدام از آن ها پيش نيازي براي اجراي FTA محسوب نمي شود .
تاریخچه پیدایش FTA
روش های ارزیابی ریسک و قابلیت اطمینان از اوایل دهه ۶۰ در صنعت هوا فضای ایالات متحده به کار گرفته شدند.
FTA یک نمونه از این روش ها است که در اواسط دهه 60 مطرح شد.
تجزیه و تحلیل درخت خطا در سال ۱۹۶۱ به وسیله آقای واتسون در آزمایشگاه های تلفن بل توسعه یافت.
FTA اولین بار درسال ۱۹۶۲در نیروی هوایی ایالات متحده بر روی سیستم کنترل پرتاب موشک Minuteman اجرا شد و سپس کمپانی بوئینگ FTA را بکار گرفت و به صورت گستردهای از آن استفاده نمود.
NASA ابتدا در پروژه Apollo آن را بکار گرفت ولی بعد از آن برای مدتی تکنیک های ارزیابی ریسک کمی را کنار گذاشت و از تکنیک های کیفی نظیر FMEA استفاده نمود.
NASA بعد از حادثه چلنجر در سال ۱۹۸۶ به اهمیت ارزیابی ریسک احتمالی و FTA پی برد و استفاده از آن ها را از سر گرفت.
صنایع هستهای از سال ۱۹۷۹ بعد از حادثه Tree Mile Island شروع به استفاده از تکنیک های ارزیابی ریسک احتمالی و از جمله FTA نمود.
کمیته مقررات هستهای (NRC) ایالات متحده در سال ۱۹۸۱ هندبوک FTA را تحت مستند NUREG-0492 منتشر نمود.
مراحل، مزایا و معایب FTA
تكنيك تجزيه و تحليل درخت خطا شامل 3 مرحله زير است :
1- ساخت درخت خطا
2- تجزيه و تحليل كيفي درخت خطا
3- تجزيه و تحليل كمي درخت خطا
با توجه به اهداف مطالعه ممكن است هر كدام از مراحل فوق به تنهايي و يا همراه با يكديگر صورت گيرند.
اولين گام در تجزيه و تحليل درخت خطا شناخت كامل و دقيق سيستم است. اطلاعات دقيق و جزئی درباره كليه اجزا سيستم ، اثرات متقابل فيزيكی و كار كردی ما بين اجزا و شرايط طبيعی و غير طبيعی آن ها را می توان از منابع مختلفی نظير نقشه ها ، نمودارها ، ليست اسامی اجزا ، دستورالعمل های عملياتی ، روش های نگهداری، مصاحبه با كار كنان ، متخصصين و غيره بدست آورده به علاوه مقايسه سيستم با سيستم های مشابه نيز می تواند اطلاعات مفيد ديگری را نيز تامين كند.
اطلاعات مورد نياز در تجزيه و تحليل درخت خطا
1- ليست كامل اجزا سيستم
2- عمل و وظيفه هر جزء
3- وضعيت اوليه هر جزء
4- شرايط طبيعی محيطی و عملياتی هر جزء
5- شرايط غير طبيعی محيطی و عملياتی هر جزء در شرايط اظطراری و بروز حوادث
6- حالات شكست هر جزء
7- ارتباط شكست اجزاء با همديگر
8- تداخل كار كردی با ساير اجزاء
9- وظيفه اپراتورها
10- كنترل های كامپيوتری
11- روش های عملياتی ، تعمير و نگهداری
به طور كلی ارزيابی درخت خطا می تواند اهداف مختلفی نظير يافتن TOP EVENT كه از بعد ايمنی همان واقعه نا خواسته منجر به خسارت و يا حادثه ناميده می شود
رويدادهای نقص اصلی
حادثه زماني رخ ميدهد كه رويدادهاي پايه بوسيله خطاهاي ايمني سيستم دنيال شود
3 گونه رويداد اصلي مربوط به خطاها به شرح زير است :
1- وقايع مربوط به دخالت انسان ، مانند خطاي اپراتور ، خطا در طراحي ، خطاي نگهداري سيستم
2- وقايع مربوط به سخت افزار، نشت مايع سمي از ولو ، كمبود روغن موتور، اندازه گيري غلط يك سنسور
3- خطاي مربوط به محيط : زلزله ، طوفان، سيل ، گرد و غبار و رعد و برق
مزاياي FTA در ارزيابي خطر:
1- هدايت تجزيه و تحليل به سوي كشف خطاها و نقص هاي اصلي
2- اشاره به سيماي سيستم و اهميت خطاهاي كه بايد شناخته شود
3- كمك به تحليل گر در فهم دقيق عملكردها و ارتباطاط بين اجزا و عناصر عملكردي سيستم
4- تدارك يك سيستم گرافيكي مشهود و ملموس از وقايع منجر به حادثه براي مديران سيستم كه از كارخانه به دورند اما قادر به انجام تغييرات در آن مي باشند
5- تدارك تجزيه وتحليلهاي كيفي و كمي مربوط به قابليت اطمينان
6- اجازه به تحليل گر در جهت تمركز بر روي خطا هاي سيستم در زمآن هاي معين
7- ايجاد بصيرت در مطالعه رفتار سيستم
مزيت اصلي FTA در مقابل ساير تكنيك های ارزيابی خطر نظير FMEA آن است كه تجزيه و تحليل فقط محدود به شناسايي سيستم و اجزايي است كه سبب ايجاد واقعه اصلي مي شوند در صورتي كه در FMEA هر نوع نقص و اثرات آن در سيستم بايد شناسايي و مورد تحليل قرار گيرند و ممكن است آناليست در درك دقيق واقعه اصلي دچار سر در گمي گردد.
محدوديت های تكنيك FTA
محدوديت اصلي این روش ضعف احتمالي آن در شناسايي كليه رويدادهايی است كه مي توانند به وقوع رويداد اصلي كمك كنند. دليل اصلي اين امر می تواند عدم تجربه و آگاهي كافي محقق از وظيفه و رفتار سيستم باشد .
محدوديت ديگر اين روش مشكل بودن تعيين احتمال وقوع شكست ها است هر چند كه داده هاي زيادي از طريق بانكهاي اطلاعاتي مهندسي ، قابليت اعتماد منابع ديگر در دسترس اند ولي تعيين احتمال دقيق شكست ها به ويژه خطاهای انساني بسيار مشكل می باشد زيرا رفتار انسان ها در شرايط مختلف نظير خستگي ، حواس پرتی ، فشارهای رواني و غيره متفاوت می باشد . به علاوه رفتار افراد مختلف در شرايط يكسان نيز متفاوت است.
نمادهای درخت خطا FTA
درخت خطا از دروازه منطقی برای انجام تجزیه و تحلیل استفاده میکند. نمادهای بی شماری برای روش FTA وجود دارد، اما این نمادها به طور کلی به دو دسته تقسیم میشوند: نمادهای رویداد و نمادهای دروازه
نمادهای رویداد در FTA
در جدول زیر میتوانید تعدادی از پرکاربردترین نمادهایی که برای رویدادها در روش FTA بکار میرود را مشاهده نمایید:
نمادهای دروازه در FTA
در جدول زیر میتوانید تعدادی از پرکاربردترین نمادهایی که برای دروازهها در روش FTA به کار میرود را مشاهده نمایید:
پیاده سازی FTA در سازمان
- تعریف شکست اصلی برای تجزیه و تحلیل، به عبارت دیگر شناسایی رویداد نامطلوبی که در راس قرار میگیرد و به دنبال علل رخ دادن آن هستیم که میتوان از روش های مانند طوفان فکری و یا تکنیک دلفی استفاده کرد
- تعیین عناصر سطح اول، با استفاده از اطلاعات فنی موجود که درست زیرِ سطح راسی هستند
- عناصر را با استفاده از دروازههای منطقی (دروازههای و ، یا) به رویداد راسی متصل کنید و همچنین به رابطهها توجه کنید، به طوری که به شناسایی گیت منطقی مناسب کمک کند.
- عناصر تشکیل دهنده سطح دوم را شناسایی کرده و با استفاده از دروازههای منطقی به بالا پیوند دهید.
- مجموعه حداقل برش را مشخص کنید
- سرانجام FTA را کامل و ارزیابی کنید
- احتمال وقوع عناصر پایینترین سطح را محاسبه کنید و احتمالات را از پایین به بالا اندازه بگیرید
آنالیز درخت خطا
مجموعه حداقل برش
یکی از عوامل مهم در تجزیه و تحلیل کیفی درخت خطا، شناسایی مجموعه حداقل برش MCS (Minimal Cut Set) است. در درختان خطای پیچیده و بزرگ باید از ابزارهای قویتر (الگوریتم های استخراج) برای بدست آوردن مجموعههای حداقل برش استفاده کنند.
مجموعه برش: مجموعهای از پیشامدهای اساسی است که در مجموع باعث بروز رویداد اصلی (راسی) نامطلوب میشود.
مجموعه حداقل برش در FTA: مجموعه برشی با کمترین تعداد رویداد که هنوز هم میتواند باعث بروز رویداد اصلی (راسی) نامطلوب شود. به عبارت دیگر اگر یک یا چند مجموعه حداقل برش رخ دهد، رویداد راسی نامطلوب اتفاق میافتد.
مثال: رویدادهای X ، Y و Z
مثال: در مثال بالا اگر رویداد ترکیبی زیر رخ دهد، رویداد راسی ما نیز اتفاق می افتد:
بنابراین مجموعه حداقل برش ما شامل {(X,Y) , (X,Z)} میشود.
مثال عملی تجزیه و تحلیل درخت خطا FTA
فرض کنید که با وجود سیستم ایمنی در محل، آتش سوزی در واحد 1 شرکت تولید کننده کابل با نام XYZ رخ داده است. مدیر کل در مورد این حادثه بسیار نگران بود و درخواست تیم ایمنی برای ارزیابی سیستم را نمود. به عنوان بخشی از تجزیه و تحلیل اولیه سیستم موجود، تیم ایمنی با استفاده از FTA علل مختلف حادثه را شناسایی میکند.
تجزیه و تحلیل کمی درخت خطا
میدانیم که رویداد نامطلوب راسی در صورت وقوع یک یا چند مورد از مجموعه حداقل برش رخ میدهد، از این رو هدف اصلی شناسایی مجموعههای برش حداقل است. علاوه بر این اگر تمام برشهای حداقل، نسبت به یکدیگر مستقل باشند، میتوانیم احتمال وقوع رویداد نامطلوب را با توجه به موارد زیر محاسبه کنیم:
که Pj احتمال شکست مجموعه حداقل برش j -ام را نشان میدهد
مثال کمی از درخت خطا FTA
قصد داریم احتمال خرابی پمپ آب را از مثال زیر پیدا کنیم. در این مثال به سادگی مشخص است که مجموعه حداقل برش ما تنها شامد رویداد پایهای A است. یعنی اگر A اتفاق بیفتد با توجه به منطق حاکم بین دروازهها، رویداد اصلی اتفاق خواهد افتاد. بنابراین طبق فرمول بالا به راحتی احتمال خرابی پمپ را محاسبه میکنیم:
از این رو، احتمال خرابی پمپ آب برابر با 5٪. است. البته راههای دیگری مانند محاسبه احتمال وقوع به شکل دروازه به دروازه از بالا به پایین یا از پایین به بالا نیز وجود دارد و همگی جواب یکسانی را خواهند داشت که در مورد این مثال استفاده از مجموعه حداقل برش راه آسانتری است.
جهت دانلود فایل پاورپوینت تجزیه و تحلیل درخت خطا FTA از آیکون زیر استفاده نمایید.
جهت آموزش و استقرار تجزیه و تحلیل درخت خطا FTA با ما در ارتباط باشید.