Qualitätsmethode - FTA - Quantitative Fehler-Zustands-Baum-Analyse


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Numerische Analyse

  • Ziel: Quantitative Bewertung der Eintrittswahrscheinlichkeit des Hauptereignisses oder einer ausgewählten Gruppierung von Ereignissen 
    • Voraussetzung: Wahrscheinlichkeitsangaben in der Bauelementebene 
  • Verwendung von Zuverlässigkeitsvorhersagetechniken, aktuellen Prüfdaten oder Daten aus dem Einsatz 
  • Verschiedene Kennzahlen werden zur quantitativen Beurteilung des Fehlerbaums herangezogen 
    • Ausfallwahrscheinlichkeit, Ausfallrate, Überlebenswahrscheinlichkeit, Wahrscheinlichkeit für das Eintreten des unerwünschten Ereignisses

Fehlerbibliotheken

  • SN29500 (Siemens-Norm  meistens genutzt) 
  • EN ISO 13849-1 
  • EN 62061 (für Maschinen und Anlagen) 
  • RDF 2000 (IEC TR 62380) (französische Norm, die Temperatureinflüsse etc. berücksichtigt) 
  • MIL-HDBK-217 F Notice 2 (Militärstandard) 
  • 217Plus (der Nachfolger von PRISM) 
  • Telcordia SR-332 
  • FIDES

Die Werte der einzelnen Normen weichen von einander ab.  Normen deshalb nicht miteinander mischen!!!

Quantitative FTA – Anwendung

Ziele: 

  • Nachweis geforderter Zuverlässigkeitsanforderungen 
  • Berechnung von Zuverlässigkeitskenngrößen bzgl. konkreter Zahlenwerte (Ausfall- und Überlebenswahrscheinlichkeit) 
  • Aufzeigen von Faktoren oder Komponenten, die die Zuverlässigkeit besonders beeinflussen 
  • Zuverlässigkeitsprognose komplexer Systeme

Zuverlässigkeitskenngrößen der Komponenten (Ausfallrate, Zuverlässigkeit)

  • Bekannt durch Herstellerangaben 
  • Normen
  • Erkenntnisse aus Stand der Technik
  • Ermittelt über Labortests 
  • Geschätzt über Wahrscheinlichkeitsrechnung 
  • Bestimmung der Zuverlässigkeitskenngrößen für Basisereignisse 
  • Ausfallwahrscheinlichkeit über einen Zeitraum berechnen, d.h., die Berechnung der zu erwarteten Eintrittshäufigkeit des Top-Events = Nichtverfügbarkeit zu einem beliebigen Zeitpunkt berechnen

Berechnung am Fehlerbaum

UND-Verknüpfungen:

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ODER-Verknüpfungen:

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Minimale Erfolgspfade

  • Ein Pfad entspricht einer Menge an Komponenten, deren Funktionsfähigkeit das Funktionieren des Gesamtsystems garantiert 
  • Pfade sind dabei minimale Pfade, d.h., ein Pfad darf keine weiteren (Unter-) Pfade als Teilmenge enthalten 
  • Für jeden Pfad wird die Zuverlässigkeit anhand der darin enthaltenen

Minimale Ausfallschnitte

  • Ein Schnitt ist der komplementäre Begriff zu einem Pfad, d.h., ein Schnitt ist die Menge an Komponenten, deren Ausfall zum Ausfall des Gesamtsystems führt 
  • Schnitte sind dabei minimale Schnitte, d.h., ein Schnitt darf keine weiteren Schnitte als Teilmenge enthalten 
  • Für jeden Schnitt wird die Ausfallwahrscheinlichkeit anhand der darin enthaltenen Komponenten berechnet

Quantitative Auswertung

  • Eine der interessantesten Auswertungsarten überhaupt
    Mit Hilfe von Ausfallwahrscheinlichkeiten oder Versagen von Systemen können 
    • Eintrittshäufigkeiten und die damit verbundene Schwere der Auswirkung ermittelt werden 
    • Eintrittshäufigkeiten können durch Beobachtungen (z.B. Labortests oder Erfahrungen aus dem Feld) bzw. aus anderen einschlägigen Datenquellen abgeleitet werden 
  • Quantitative Auswertung – Eintrittswahrscheinlichkeit des unerwünschten Ereignisses 
  • Voraussetzung für die Berechnung hierfür ist die entsprechende Quantifizierung der Basisereignisse 
  • Die Berechnung kann von Handerfolgen (Formeln siehe DIN 25424, Teil 2) 
  • Bei komplexen Fehlerbäumen können systematische Rechenfehler nicht ausgeschlossen werden, aus diesem Grund ist eine Rechenprogramm mehr als nur zu empfehlen 
  • Quantitative Auswertung – Sensitivitätsanalysen 
    • Durch die Berechnung der Eintrittswahrscheinlichkeit eines „topevents“ können Rückschlüsse auf den Handlungsbedarf gezogen werden (z.B. Risiko akzeptabel?) 
    • Diese Analyseart zeigt die Sensibilität des Gesamtsystemsauf 
    • Durch die Berechnung der Bedeutung der Eintrittswahrscheinlichkeitenkönnenerst effektive Maßnahmen zur Stabilisierung des Systems getroffen werden

Beurteilung der quantitativen Durchführung einer FTA

Vorteile: 

  • Exakte Ergebnisse 
  • Große Objektivität und Vergleichbarkeit 
  • Relativ geringer Zeit- und Kostenaufwand 
  • Eindeutig und unmissverständlich! 

Nachteile: 

  • Keine direkt ableitbaren Verbesserungsvorschläge 
  • Keine Flexibilität bei der Untersuchung 
  • Nicht alle Ausfallursachen erfassbar 
  • Zuverlässigkeitswert für den „Faktor Mensch“?