Дерево неисправностей» как модель структуры отказов системы

Метод «дерева неисправностей» («дерева отказов и неработоспособных состояний») описан, в частности, в [16], [17]. Особенность метода состоит в том, что он сочетает в себе количественные и качественные приемы анализа.

Согласно стандарту [7], неисправное состояние (неисправность) – состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации. Отказ – событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта. Нетрудно заметить, что по структуре «дерево неисправностей» наиболее близко «дереву отказов», используемому рядом авторов [64].

Процедура построения «дерева неисправностей» («дерева отказов»),«дерева отказов и неработоспособных состояний» является удобным методом анализа причин отказов и выработки наиболее эффективных мероприятий для их устранения. Анализ проводят для определенного периода функционирования, отдельной части или системы в целом.

«Дерево неисправностей» (отказов, аварий, происшествий, последствий, нежелательных событий, несчастных случаев и пр.) – составная часть логико-вероятностной модели причинно-следственных связей отказов системы с отказами ее элементов и другими событиями (воздействиями). При анализе причин возникновения отказа строится «дерево неисправностей», которое состоит из последовательностей и сочетаний неисправностей и нарушений. Таким образом, оно представляет собой многоуровневую структуру взаимосвязей, полученных в результате прослеживания опасных ситуаций в обратном порядке для того чтобы отыскать возможные причины их возникновения (рис. 8.1).

Отказ системы

Отказ элементов

Отказ составных частей

События, порождающие отказ

Виды воздействий

Рис. 8.1. Упрощенная структура «дерева неисправностей»

В [54] «дерево неисправностей» определяется как топологическая модель надежности и безопасности, которая отражает логико-вероятностные взаимосвязи между отдельными случайными исходными событиями в виде первичных отказов или результирующих отказов, совокупность которых приводит к главному анализируемому событию.

8.2. Достоинства «дерева неисправностей»

К достоинствам такого метода анализа, как «дерево неисправностей», можно отнести следующее:

1) ориентируется на нахождение причин отказов; ограничивается выявлением элементов и событий, приводящих к конкретному отказу системы;

2) позволяет показать в явном виде ненадежные места; позволяет специалистам поочередно сосредоточиваться на отдельных конкретных отказах системы;

3) обеспечивает глубокое представление о поведении системы и проникновение в процесс её работы;

4) представляет собой наглядный материал для той части работников, которые принимают участие в обслуживании системы;

5) является средством общения специалистов, поскольку данные представлены в четкой наглядной форме;

6) дает возможность выполнять качественный или количественный анализ надежности системы, в том числе возможность:

– детального изучения отдельных отказов системы,

– достижения глубокого понимания процесса работы системы,

– дедуктивного выявления отказов,

– наглядного обоснования конструктивных изменений или установления степени соответствия конструкции системы заданным требованиям и анализа компромиссных решений,

– облегчения анализа 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.

8.3. Недостатки «дерева неисправностей»

К недостаткам такого метода анализа, как «дерево неисправностей», можно отнести следующее:

1) значительность затрат средств и времени для осуществления метода;

2) «дерево неисправностей» представляет собой схему булевой логики, на которой показывают только два состояния: рабочее и отказавшее, поэтому ему свойственны:

а) сложность учёта состояния частичного отказа элементов,

б) сложность аналитического решения для деревьев, содержащих резервные и восстанавливаемые узлы,

в) сложность охвата множественных отказов,

г) необходимость глубокого понимания системы специалистами по надежности,

д) необходимость конкретного рассмотрения каждый раз только одного определенного отказа;

3. «дерево неисправностей» описывает систему в определённый момент времени (обычно в установившемся режиме), поэтому трудно показывать последовательности событий, иногда это оказывается невозможным.

8.4. Структура «дерева неисправностей»

«Дерево неисправностей» как многоуровневая структура содержит конечное событие (вершинное событие), соединяемое с последовательностями более простых отказов (рис. 8.2).

Рис. 8.2. Структура «дерева неисправностей» с описанием содержания

Как видно из рис. 8.2, для отыскания и наглядного представления причинной взаимосвязи с помощью «дерева неисправностей» необходимы элементарные блоки, подразделяющие и связывающие большое число событий.

Используется два типа блоков: логические символы (знаки) и символы событий.

Последовательность событий объединяется логическими символами.
Распознанные последовательности событий, т. е. те последовательности, которые показывают причинную взаимосвязь событий, приводят к исходным причинам. Исходные причины обеспечиваются данными по интенсивностям
отказов, используемыми для расчета вероятности отказа системы. Если
исходные причины имеют данные по частоте отказов, то они обозначаются кругами.

События, дополняемые описаниями, обозначаются прямоугольниками.

Логические символы

Логические символы (знаки) связывают события в соответствии с их
причинными взаимосвязями. Обозначения логических знаков приведены в
табл. 8.1.

Логический символ (знак) может иметь один или несколько входов, но только один выход (выходное событие).

Таблица 8.1

Логические символы (по [16])

Таблица 8.2

Символы «дерева неисправностей» по [16]

Таблица 8.3

Альтернативные логические символы [64]

Таблица 8.4

Обозначения символов для анализа «дерева неисправностей» [17]

Символ	Функция	Описание
предпочтительный	допустимый
		Клапан И	Событие происходит, если все входные события происходят одновременно
		Клапан ИЛИ	Событие происходит, если происходит любое из входных событий (или одно, или в любой комбинации)
		Клапан «исключительное ИЛИ»	Событие происходит, если происходит одно из входных событий (используется обычно с двумя входными событиями)
		Клапан НЕ	Событие представляет собой состояние, которое является инверсией состояния, определенного входным событием (событие, противоположное входному событию)
	–	Клапан ЗАПРЕЩЕНИЯ (запрета)	Событие происходит, если происходит входное событие, приложенное справа, в то время как событие, указанное внутри символа и формирующее условия, выполняется. Если условие вызвано появлением другого события, клапан ЗАПРЕЩЕНИЯ (запрета) подразумевает синхронизацию событий
		Избыточная структура	Событие происходит, если происходит, по крайней мере, m из n входных событий

Окончание табл. 8.4

Символ	Функция	Описание
предпочтительный	допустимый
	–	Клапан (общая форма)	Общий символ клапана, функция которого указывается внутри символа
	–	Блок описания события	Название или описание события, код события и вероятности появления (при необходимости) должны быть указаны внутри символа
	–	Основное событие	Событие, которое не может быть подразделено на составляющие события
	–	Неразработанное событие	Событие, дальнейшая разработка которого не была проведена (обычно потому, что это предполагалось нецелесообразным)
	–	Анализированное в другом месте событие	Событие, которое разработано в другом дереве неисправностей
	–	Дом	Событие, которое произошло или произойдет обязательно
	–	Нулевое событие	Событие, которое не может произойти
	–	«Переход в»	Событие, определенное в другом месте «дерева неисправностей»
	–	«Переход из»	Событие, переходящее из другого места «дерева неисправностей»

Ключевые слова: риск, надежность, вероятность отказа, система, элемент, отказ, дерево неисправностей, вершина событий.

Как видно из сравнения таблиц, имеются некоторые различия в обозначениях событий и функций.