Построение дерева отказов

Деревья отказов являются сложными логическими структурами. Их построение и количественный анализ требует твердых знаний булевой алгебры, теории множеств и других разделов современной математики.

Метод анализа с помощью деревьев отказов был разработан Х.А. Уотсоном из лаборатории «Белл телефоунз» в 1961-1962 гг. при проведении анализа системы управления запуском ракет «Минитмен» по контракту с военно-воздушными силами США.

Преимущества и ценность дерева отказов заключается в следующем (Fussel J., 1976):

1 – анализ ориентирован на отыскание отказов;

2 – выявляются такие аспекты системы, которые имеют важное значение для рассмотрения рассматриваемых отказов;

3 – обеспечивается графический, наглядный материал, как для руководства промышленности, так и для специалистов;

4 – обеспечивается возможность проведения качественного и количественного анализа надёжности систем и оценки риска аварий;

5 – метод позволяет специалисту поочередно сосредоточиться на отдельных конкретных отказах системы;

6 – обеспечивается глубокое проникновение в процесс работы технической системы.

При построении дерева отказов нежелательное событие (конечное событие) помещается сверху и соединяется с рядом более элементарных отказов путём констатаций событий и специальных логических символов.

Главное преимущество метода дерева отказов по сравнению с другими методами заключается в том, что анализ ограничивается выявлением только тех элементов и событий, которые приводят к данному конкретному отказу системы и аварии.

С начала 70-х годов были разработаны методы построения и анализа дерева отказов с применением вычислительных машин, например, САТ – система проектирования дерева отказов. В настоящее время это наиболее популярный метод. Он введён официально рядом правительственных учреждений, ответственных за безопасность персонала и населения.

При решении проблем безопасности в качестве метода автоматизированного синтеза деревьев отказов в последние несколько лет стали применяться таблицы решений, с которыми мы познакомимся далее в этой главе. Метод син-

теза дерева отказов с помощью таблиц решений является наиболее универсальным и найдет широкое применение в будущем.

Применение таблиц решений позволяет:

1 – Показать несколько состояний отказа элемента. Дерево отказов, построенное по схеме булевой логики, позволяет отобразить только два состояния элемента – рабочее и отказавшее, например, функционирующий клапан и отказавший. В таблицах решений можно показать дополнительные состояния, например такие, как «сокращенный расход через клапан», «повышенный расход» и т.д.

2 – В системах, имеющих контуры регулирования, а также другие особенности, время возникновения и (или) последовательности событий при отказах имеют важное значение.

Дерево событий, основанное на булевой логике, описывает систему в определённый момент времени.

Дерево отказов, построенное с помощью таблиц решений, позволяет проследить последовательность событий даже в таких сложных системах, которыми являются многоконтурные системы управления.

Имеется два подхода при анализе причинных связей: прямой анализ и анализ с обратным порядком. Анализ с прямым порядком начинается с определения перечня отказов и развивается в прямом направлении с определением последствий этих событий. Анализ с обратным порядком начинается с отыскания опасного состояния

системы, от которого в обратном направлении прослеживаются возможные причины возникновения этого состояния.

При построении дерева событий (ДС), проведении анализа видов отказов и последствий (АВОП), анализа критичности (АК) и предварительного анализа опасностей (ПАО) используется прямой подход. Обратный порядок характерен для анализа с помощью дерева отказов (АДО). Такое комбинированное использование обоих подходов необходимо, чтобы полностью решать задачу анализа риска и надёжности.

Обратный подход, т. е. анализ с помощью дерева отказов, используется для определения причинных связей, ведущих к данному опасному состоянию системы. Само опасное состояние становится конечным событием дерева отказов. Данное конкретное конечное событие является лишь одним из многих возможных опасных состояний системы, представляющих интерес для анализа; дерево отказов само по себе не выявляет возможных опасных событий в системе. Большие системы могут иметь много самых различных конечных событий и соответствующих им деревьев отказов.

При выполнении анализа в прямом порядке принимается ряд определённых последовательностей событий и составляются соответствующие этим последствиям сценарии, оканчивающиеся опасными состояниями системы.