تحليل درخت خطا (FTA)

تحليل درخت خطا (FTA)

بررسي اجمالي

تحليل درخت خطا تكنيكي است براي شناسايي و تحليل عواملي كه مي توانند در پيشامد ناخواسته خاصي (كه «پيشامد نهايي» ناميده مي شود) شركت كنند. عوامل سببي به صورت استقرايي شناسايي مي شوند، به روش منطقي سازمان دهي مي شوند و در نمودار درختي تصويري ارائه مي شوند كه عوامل سببي و روابط منطقي آنها را با پيشامد نهايي به تصوير مي كشد. عواملي شناسايي شده در درخت مي توانند همراه با خرابي سخت افزاري اجزا، خطاهاي انساني يا هر پيشامد مربوط ديگر شوند كه منجر به پيشامد نامطلوب مي شود.

كاركرد

درخت خطا مي تواند به صورت كيفي براي شناسايي علل بالقوه و مسيرهاي خرابي (پيشامد نهايي) يا به صورت كمي براي محاسبه احتمال پيشامد نهايي استفاده شود كه دانشي را براي احتمال عوامل سببي مي دهد.

ممكن است در مرحله طراحي سيستم براي شناسايي علل بالقوه خرابي و حتي انتخاب بين گزينه هاي مختلف طراحي استفاده شود. ممكن است در مرحله عمليات براي شناسايي خرابي هاي اصلي كه مي تواند اتفاق بيافتد و اهميت نسبي مسيرهاي مختلف تا پيشامد اصلي استفاده شود. ممكن است درخت خطا براي تحليل خرابي كه اتفاق افتاده است، استفاده شود و به صورت نموداري چگونگي وقوع پيشامد مختلف براي ايجاد خرابي را نشان دهد.

ورودي های تحليل درخت خطا

براي تحليل كيفي، همان گونه كه درك فني از چگونگي خرابي سيستم مورد نياز است دركي هم از سيستم و علل خرابي نياز است. نمودارهاي دقيق براي كمك به تحليل مي تواند مفيد باشد. براي تحليل كمي، داده هاي نرخ خرابي يا احتمال حالت خرابي براي كليه پيشامدهاي اساسي در درخت خطا مورد نياز است.

فرآيند تحليل درخت خطا

مراحل براي ايجاد درخت خطا شامل:

• پيشامد نهايي كه بايد آناليز شود، تعريف مي شود. اين مي تواند خرابي و يا نتيجه اي از آن خرابي باشد. هنگامي كه نتايج تحليل مي شوند، درخت ممكن است شامل، بخش مرتبط با تسكين خرابي واقعي باشد.
• شروع با پيشامد نهايي، علل سريع ممكن يا حالات خرابي كه منجر به پيشامد نهايي مي شوند را شناسايي مي كند.
• هركدام از حالات علل/خرابي براي شناسايي خرابيهايي كه ميتوانند منجر شوند، تحليل مي شوند.
• شناسايي گام به گام فعاليت هاي نامطلوب سيستم به صورت متوالي براي سطح پايين تر سيستم ادامه مي يابد تا هنگامي كه تحليل بيشتر بي حاصل شود. در سيستم سخت افزاري اين مي تواند سطح خرابي اجزا باشد. پيشامد و عوامل سببي كه در پايين ترين سطح سيستم تحليل مي شوند، به عنوان پيشامدهاي پايه شناخته مي شود.
• اگر احتمال پيشامد پايه داده شده باشد، احتمال پيشامد نهايي مي تواند محاسبه شود. براي اينكه كميت معتبر باشد، در هر عملگر، بايد نشان داد كه كليه ورودي ها براي توليد پيشامد خروجي لازم و كافي هستند. اگر اين اتفاق روي ندهد، درخت خطا براي تحليل احتمالات معتبر نيست اما ممكن است ابزاري مفيد براي نشان دادن روابط سببي باشد.

در بخش كمي درخت خطا ممكن است نياز به ساده سازي با استفاده از جبر بولي براي محاسبه حالات خرابي تكراري باشد.

علاوه بر اين براي فراهم كردن تخمين احتمال پيشامد اصلي، مجموعه كمترين برش كه مسير مستقل جداگانه اي را تا پيشامد اصلي دارد، مي تواند شناسايي شود و اثرات آن بر پيشامد اصلي محاسبه شود.

به استثنا درخت خطا ساده، هنگامي كه پيشامد تكراري در مكان هاي مختلف درخت خطا وجود دارد مجموعه اي نرم افزاري نياز است تا محاسبات را به درستي اداره كند، و مجموعه حداقل
برش را محاسبه كند. ابزارهاي نرم افزاري كمك به اطمينان ثبات، صحت و تحقق پذيري مي كند.

خروجي ها

خروجي ها از تحليل درخت خطا شامل موارد زير است:

• ارائه تصويري از چگونگي روي دادن پيشامد نهايي كه ارتباط مسيرهايي كه دو يا چند پيشامد همزمان بايد با هم روي دهد را نشان مي دهد؛
• ليستي از مجموعه حداقل برش ها (مسيرهاي مستقل تا خرابي) با (اگر داده در دسترس باشد) احتمالي كه هر كدام مي تواند روي دهد؛
• احتمال پيشامد نهايی

نقاط قوت و محدوديت ها

نقاط قوت FTA شامل موارد زير است:

• رويكردي منظم كه بسيار نظام مند است را فراهم مي كند، اما در عين حال به اندازه كافي انعطاف پذير است و اجازه مي دهد عوامل مختلفي، شامل روابط انساني و علائم فيزيكي تحليل شود.
• استفاده از رويكرد «بالا به پايين» كه تلويحاً در روش موجود است، متمركز بر اثرات خرابي است كه مستقيماً با پيشامد نهايي مرتبط است.
•  FTA مخصوصاً براي تحليل سيستم هايي با روابط و انفعالات زياد مفيد است.
• ارائه تصويري منجر به درك آسان از رفتار سيستم و عوامل مشمول مي شود، اما از آنجا كه درخت ها اغلب بزرگ است، فرآيند سيستم خرابي ممكن است نياز به سيستم كامپيوتر داشته باشد. اين ويژگي روابط پيچيده تر منطقي را ممكن مي سازد اما تأييد و تصديق درخت خطا را دشوار مي كند.
• تحليل منطقي درخت خطا و شناسايي مجموعه برش ها در شناسايي ساده مسير خرابي در سيستم خيلي پيچيده كه تركيبات خاصي از پيشامدهاي منجر به پيشامد نهايي شد مي توانند ناديده باشند، مفيد است.

محدوديت ها شامل موارد زير است:

• عدم اطمينان احتمال پيشامدهاي پايه در محاسبه احتمال پيشامد نهايي وارد مي شود. هنگامي كه احتمال حالت خرابي پايه به صورت دقيق شناسايي نشده باشد، نتايج با سطح
  عدم اطمينان بالا روبرو مي شود؛ اگرچه، درجه بالايي از اعتماد، با درك صحيح سيستم ممكن مي شود.
• در بعضي شرايط، علل سببي باهم مرز ندارند و اين مي تواند درنظر گرفتن كليه راه هاي مهم به پيشامد نهايي را دشوار كند. براي مثال، كليه منابع اشتعال در تحليل آتش به عنوان پيشامد نهايي. در اين شرايط تحليل احتمال ممكن نيست.
• درخت خطا تحليل ايستا است؛ وابستگي هاي زماني را درنظر نمي گيرد.
• درخت خطا مي تواند فقط با حالت دو دويي (خرابي/عدم خرابي) مواجه است.
• هنگامي كه حالت خطاهاي انساني در درخت خطا كيفي درنظر گرفته شود، در خرابي كلي درجه كيفيتي كه اغلب خطاي انساني مشخص مي كند نمي تواند به آساني وارد شود.
• درخت خطا توانايي بررسي اثرات ترتيبي يا خرابي هاي مشروط را به آساني ندارد.

سند مرجع

IEC 61025, Fault tree analysis (FTA)
IEC 60300-3-9, Dependability management — Part 3: Application guide — Section 9: Risk
analysis of technological systems