Analiza Drzewa Błędów - metoda analizy wypadków - krok po kroku

Jedną z metod analizy wypadków lub obliczania prawdopodobieństwa awarii niebezpiecznych instalacji bądź urządzeń - oceny ryzyka procesowego - jest Analiza Drzewa Błędów (FTA). Każdy specjalista ds. bhp powinien znać FTA, dzięki niej można zidentyfikować i ocenić skuteczność wprowadzanych rozwiązań technicznych oraz proceduralnych wpływających na bezpieczeństwo pracy. Czy znasz tę metodę?

Analiza Drzewa Błędów (z ang. Fault Tree Analysis - FTA),określana także jako Analiza Drzewa Uszkodzeń lub Analiza Drzewa Niezdatności,dalej: FTA, jest jedną z metod analizy niezawodności systemów, w których informacje o procesach, sprzęcie i czynniku ludzkim, są przedstawiane jako niezbędne elementy drzewa błędów.

   FTA służy do analizy wypadków lub obliczania prawdopodobieństwa awarii niebezpiecznych instalacji bądź urządzeń - oceny ryzyka procesowego, a nie oceny ryzyka zawodowego.

Ocena ryzyka procesowego to prawdopodobieństwo powstawania zdarzeń niebezpiecznych o określonych skutkach w procesach technicznych.

Dlaczego warto znać FTA?

Każdy specjalista ds. bhp powinien znać FTA, ponieważ umożliwia ona identyfikację i ocenę skuteczności rozwiązań technicznych oraz proceduralnych wprowadzanych w celu zwiększenia niezawodności instalacji w wypełnianiu określonych zadań funkcjonalnych we wszystkich jej stanach eksploatacyjnych, którymi są:

• normalna eksploatacja,

• konserwacja,

• stany awaryjne,

• procedury rozruchu i odstawienia.

FTA pozwala również na uwzględnienie czynnika ludzkiego w:

• konserwacjach,

• obsłudze operatorskiej,

• oddziaływaniu człowiek - maszyna,

• środowisku pracy.

FTA pozwala zidentyfikować i oszacować skutki uszkodzenia sprzętu, błędów obsługi, zdarzeń zewnętrznych, wynikających ze środowiska pracy, zasad eksploatacji oraz lokalizacji instalacji lub naturalnych zjawisk przyrodniczych, które przyczyniają się do zaistnienia określonych stanów niesprawności instalacji.

FTA jest szczególnie przydatna w analizie procesów chemicznych i fizycznych, gdzie pozwala na logiczne oraz szczegółowe uwzględnienie informacji o całym procesie i poszczególnych jego strumieniach, niebezpiecznych właściwości stosowanych materiałów, schematów technologicznych instalacji, planów jej lokalizacji oraz stosowanego sprzętu i specyfikacji technicznych.

Gdzie można zastosować FTA?

FTA może służyć do szacowania:

• częstości zdarzeń awaryjnych,

• parametrów niezawodnościowych systemów instalacji,

• wyznaczania kombinacji takich zdarzeń elementarnych, jak:

• uszkodzenia sprzętu,

• błędy obsługi,

• zdarzenia zewnętrzne wynikające ze środowiska pracy, zasad eksploatacji lub naturalnych zjawisk przyrodniczych, które przyczyniają się do zaistnienia określonych stanów niesprawności instalacji.

Ważne

Informacje o procesach, sprzęcie i czynniku ludzkim są podstawowymi niezbędnymi elementami do opracowania oraz analizy tzw. drzewa błędów.

Na czym polega FTA?

Budowa FTA polega na:

• zdefiniowaniu zdarzenia szczytowego (zdarzenia początkującego),

• ustaleniu hierarchicznej struktury drzewa błędów (zdarzenia pośrednie),

• skonstruowaniu drzewa błędów polegającego na powiązaniu zdarzeń logicznymi bramkami wyboru,

• określeniu zdarzeń podstawowych wiodących do zdarzenia szczytowego,

• określeniu prawdopodobieństwa zajścia zdarzeń początkujących,

• wyznaczeniu „minimalnych przekrojów drzewa”, czyli minimalnych kombinacji (iloczynów) zdarzeń elementarnych prowadzących do zajścia zdarzenia szczytowego,

• obliczeniu prawdopodobieństwa zajścia zdarzenia szczytowego,

• analizie wyników pod kątem wyznaczenia dominujących zdarzeń elementarnych,

• analizie czułości polegającej na sprawdzeniu, jak zmiana prawdopodobieństwa uszkodzenia jednego elementu ze zbioru „minimalnych przekrojów drzewa” wpływa na prawdopodobieństwo wystąpienia zdarzenia szczytowego.

Co oznaczają symbole stosowane w budowie FTA?

Każde zdarzenie występujące w drzewie błędów powinno być oznaczane w jednoznaczny sposób. Zdarzenia powinny być etykietowane, aby łatwo można było wskazać związek między fragmentami drzewa błędów.

Drzewo błędów jest schematem, w którym zdarzenia są połączone za pomocą bramek logicznych. Każda bramka ma połączenie z 1 zdarzeniem wyjściowym i 1 lub więcej zdarzeniami wejściowymi.

Najczęściej w drzewach błędów stosowane są bramki typu I, LUB i NIE. W przypadku analizowania złożonych systemów używa się dodatkowych symboli, zwiększających czytelność i prostotę drzew błędów.

Tabela 1. Symbole stosowane w budowie FTA

Zalecany symbol	Dopuszczalny symbol	Funkcja	Opis
		Bramka I (z ang. AND gate)	Zdarzenie na wyjściu zachodzi, gdy jednocześnie zachodzą wszystkie zdarzenia na wejściu
		Bramka LUB (z ang. OR gate)	Zdarzenie na wyjściu zachodzi, gdy na wejściu zachodzi dowolne zdarzenie, pojedyncze lub w dowolnej kombinacji
		Bramka wykluczająca LUB (z ang. exclusive OR gate)	Zdarzenie na wyjściu zachodzi, gdy na wejściu zachodzi pojedyncze zdarzenie (bramka używana zwykle z 2 zdarzeniami na wejściu)
		Bramka NIE (z ang. NOT gate)	Zdarzenie na wyjściu reprezentuje sytuację, która jest zaprzeczeniem sytuacji określonej zdarzeniem na wejściu
	Brak	Bramka warunkowa (z ang. INHIBIT gate)	Zdarzenie na wyjściu zachodzi wtedy, kiedy zachodzi zdarzenie dołączone z prawej strony i jednocześnie zdarzenie dołączone u dołu określające warunki jest aktywne (jeżeli warunek jest skutkiem zajścia innego zdarzenia, ta bramka warunkowa określa kolejność zachodzenia zdarzeń w czasie)
		Struktura nadmiarowa	Zdarzenie na wyjściu zachodzi, gdy na wejściu zachodzi przynajmniej m zdarzeń spośród n możliwych
		Bramka (ogólnie)	Ogólny symbol bramki (wykonywana funkcja powinna być zdefiniowana wewnątrz symbolu)
	Brak	Symbol do opisu zdarzeń	Nazwa lub opis zdarzenia oraz kod zdarzenia i prawdopodobieństwo jego zajścia (jeżeli jest to wymagane) powinny być umieszczone wewnątrz symbolu
	Brak	Zdarzenie podstawowe	Zdarzenie, które nie może być już podzielone
	Brak	Nierozbudowane zdarzenie	Zdarzenie, którego dalszych podziałów nie dokonano (zwykle dlatego, że nie wydawało się to konieczne)
	Brak	Zdarzenie analizowane w innym miejscu	Zdarzenie, które już wcześniej zostało rozwinięte w innym drzewie błędów
	Brak	Zdarzenie pewne	Zdarzenie, które już zaszło lub zajdzie z prawdopodobieństwem 1
	Brak	Zdarzenie niemożliwe	Zdarzenie, które nie może zajść
	Brak	Transferwejście	Zdarzenie zdefiniowane w innym miejscu tego samego drzewa
	Brak	Transferwyjście	Powtórzone zdarzenie - wcześniej zdefiniowane w innym miejscu

Prawdopodobieństwo zdarzenia wyjściowego z bramki I jest iloczynem prawdopodobieństw zdarzeń wejściowych:

P(AB) = P(A) ´ P(B).

Prawdopodobieństwo zdarzenia wyjściowego z bramki LUB jest sumą prawdopodobieństw zdarzeń wejściowych pomniejszoną o ich iloczyn:

P(A + B) = P(A) + P(B) - P(A) ´ P(B).

Jak krok po kroku przeprowadzić Analizę Drzewa Błędów?

Główne etapy FTA to:

1. opisanie systemu i ustalenie jego granic,

2. identyfikacja zagrożeń i wybór zdarzenia szczytowego,

3. konstrukcja drzewa błędów,

4. analiza jakościowa drzewa błędów,

5. analiza ilościowa drzewa błędów.

Etap (krok) 1 - opisanie systemu i ustalenie jego granic

W celu zobrazowania budowy i funkcji analizowanego systemu potrzebne są informacje dotyczące:

• procesów chemicznych i fizycznych zachodzących w systemie,

• specyfiki całego procesu i jego poszczególnych strumieni (termodynamika, przepływy),

• niebezpiecznych właściwości stosowanych materiałów,

• schematów technologicznych instalacji i planów jej lokalizacji,

• warunków procesowych,

• stosowanego sprzętu i specyfikacji technicznych.

Etap (krok) 2 - identyfikacja zagrożeń i wybór zdarzenia szczytowego

Identyfikacja zagrożeń i wybór zdarzenia szczytowegopolega na sporządzeniu listy zdarzeń wierzchołkowych.

Zdarzenie szczytowe drzewa błędów jest niepożądanym zdarzeniem, którego zbadanie jest głównym powodem podejmowania analizy drzewa błędów. Mogą to być:

• uwolnienie substancji toksycznych lub palnych,

• wystąpienie niekontrolowanych reakcji,

• niesprawność systemów technicznych i urządzeń.

Etap (krok) 3 - konstrukcja drzewa błędów

Istnieją następujące rodzaje metod budowy drzewa błędów:

• ręczna,

• algorytmiczna,

• zautomatyzowana.

Najbardziej rozpowszechniona jest metoda ręczna, w której przy konstrukcji drzewa błędów należy posuwać się od zdarzenia szczytowego w dół, przez zdarzenia pośrednie, aż do zdarzeń elementarnych, zadając pytanie:

• jak to się może zdarzyć?

lub

• jakie są przyczyny takiego zdarzenia?

Proces ten jest kontynuowany do momentu, gdy osiągnie się stopień rozdzielności zdarzeń, dostateczny do oszacowania prawdopodobieństwa zdarzeń elementarnych.

1. Drzewo błędów może być budowane (rysowane) pionowo lub poziomo.

2. Jeżeli stosowany jest układ pionowy, zdarzenie szczytowe powinno być umieszczone na górze strony, a zdarzenia podstawowe - na jej dole.

3. Jeżeli jest stosowany układ poziomy, zdarzenie szczytowe może być po lewej lub prawej stronie.

4. Budując drzewo błędów, należy stosować standardowy zestaw symboli.

Etap (krok) 4 - analiza jakościowa drzewa błędów

Przez analizę jakościową drzewa błędów rozumie się proces otrzymania „minimalnych przekrojów drzewa”. Są to minimalne kombinacje (iloczyny) zdarzeń elementarnych prowadzące do zajścia zdarzenia szczytowego.

„Minimalne przekroje drzewa” otrzymuje się przez zastosowanie metod algebry G. Boole'a do równania wyznaczającego zdarzenia szczytowe kolejno przez zdarzenia pośrednie, a w końcu przez zdarzenia elementarne.

Etap (krok) 5 - analiza ilościowa drzewa błędów

W analizie ilościowej drzewa błędów przeprowadza się kwantyfikację zdarzeń (nadanie wartości), określając kolejno prawdopodobieństwa:

• zdarzeń pierwotnych,

• poszczególnych „minimalnych przekrojów drzewa”,

• zdarzenia szczytowego.

Pozwala to na ocenę przedziału błędów, jakimi mogą być obarczone końcowe wyniki obliczeń prawdopodobieństwa zajścia zdarzenia wierzchołkowego.

Co powinna zawierać dokumentacja FTA?

Dokumentacja FTA powinna zawierać:

1. cel i zakres;

2. opis systemu:

• oznaczenia projektowe,

• opis działania systemu,

• dokładne określenie ograniczeń nałożonych na system;

3. założenia:

• projektowe dotyczące systemu,

• dotyczące działania, obsługiwania, testowania i przeglądania,

• do modelu nieuszkadzalności i gotowości;

3. definicje i kryteria niezdatności systemu;

4. analizę drzewa niezdatności, w tym:

• analizę,

• dane,

• używane symbole;

6. wyniki i wnioski.

Jako uzupełnienie do dokumentacji FTA mogą być dołączone:

• schemat blokowy lub sieciowy systemu,

• wykaz danych o nieuszkadzalności i obsługiwalności oraz źródła ich pochodzenia,

• oznaczenia i symbole używane w analizie komputerowej (w przypadku analizy złożonych systemów).

---