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Fehlerbaumanalyse

English
Fault Tree Analysis (FTA)

Die Fehlerbaumanalyse ist eine deduktive Methode zur Analyse wichtiger unerwünschter Ereignisse (TOP-Ereignisse). In einem Top-Down-Verfahren wird ausgehend vom betrachteten TOP-Ereignis eine Baumstruktur entwickelt, in der das Zusammenwirken potentieller Ursachen für das unerwünschte Ereignis mit Hilfe von logischen Verknüpfungen dargestellt wird. Die Fehlerbaumanalyse kann den Entwicklungsprozess, die Festlegung einer geeigneten Systemarchitektur oder die Ableitung von Design-Anforderungen aktiv unterstützen. Die quantitative Auswertung erlaubt die Berechnung konkreter Zuverlässigkeitskenngrößen, wie z.B. die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten eines Ausfalls.

Fehlerbaumanalyse

Fehlerbaumanalyse

English
Fault Tree Analysis (FTA)

Die Fehlerbaumanalyse ist eine deduktive Methode zur Analyse wichtiger unerwünschter Ereignisse (TOP-Ereignisse). In einem Top-Down-Verfahren wird ausgehend vom betrachteten TOP-Ereignis eine Baumstruktur entwickelt, in der das Zusammenwirken potentieller Ursachen für das unerwünschte Ereignis mit Hilfe von logischen Verknüpfungen dargestellt wird. Die Fehlerbaumanalyse kann den Entwicklungsprozess, die Festlegung einer geeigneten Systemarchitektur oder die Ableitung von Design-Anforderungen aktiv unterstützen. Die quantitative Auswertung erlaubt die Berechnung konkreter Zuverlässigkeitskenngrößen, wie z.B. die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten eines Ausfalls.

Fehlerbaumanalyse

Einsatzmöglichkeiten

  • Untersuchungsobjekte können Produkte, Systeme, Prozesse, Dienstleistungen oder Software sein.
  • Analyse zentraler Risiken, die bedeutende Auswirkungen (Gefahren für Gesundheit und Leben, wirtschaftlicher Schaden usw.) mit sich bringen können. Beispiele dafür sind: Produktentwicklung in der Automobilindustrie, Planung von Industrieanalagen, vorbeugender Brandschutz, Sicherheitsprüfung kerntechnischer Anlagen
  • Präventives Identifizieren möglicher Ausfallursachen in der Entwicklungsphase mit dem Ziel, das Auftreten dieser Ausfälle im Endprodukt zu vermeiden
  • Analyse der Ursachenketten für aufgetretene Fehler (z.B. Ausfall einer Produktionsanlage), um so den Fehler in Zukunft zu vermeiden
  • Sind die Ausfallwahrscheinlichkeiten von Komponenten oder Sub-Systemen bekannt, können Systemzuverlässigkeit und das Ausfallverhalten des Gesamtsystems quantitativ analysiert werden.

Vorteile

  • Die Fehlerbaumanalyse erlaubt es, kritische Komponenten oder Sub-Systeme zu identifizieren und bedeutende Risiken zu reduzieren.
  • Es können komplexe Systeme mit vielen Schnittstellen und Wechselwirkungen analysiert werden.
  • Eine Fehlerbaumanalyse schafft ein tiefes Verständnis des Systemverhaltens.
  • Das Wissen über Ursachenketten ermöglicht es, Design-Anforderungen zur Vermeidung von Ausfällen abzuleiten.

Grenzen, Risiken, Nachteile

  • Eine detaillierte Ausarbeitung ist zeitaufwendig.
  • Für jedes TOP-Ereignis muss ein eigener Fehlerbaum erstellt und ausgewertet werden.
  • Die klassische Fehlerbaumanalyse ist ein statisches Modell, so dass zeitlich versetzte Ausfälle nicht analysiert werden können.
  • Eine quantitative Analyse ist oft nicht möglich, da konkrete Zuverlässigkeitswerte von Komponenten nicht bekannt sind und erst durch aufwendige Testreihen ermittelt werden können.

Ergebnis

  • Dokumentation systematischer Fehlerzusammenhänge in der Visualisierung als Fehlerbaum bzw. Fehlerbäume
  • Liste aller möglichen Fehlerkombinationen, die zu einem unerwünschten Ereignis führen (sog. "Cut Sets")
  • Liste aller minimalen Ausfallkombinationen, die zum TOP-Ereignis führen ("Minimal Cut Sets")
  • Identifizierte Systemschwachstellen zur gezielten Optimierung
  • Bei quantitativer Auswertung: Gesamtwahrscheinlichkeit für das Eintreten des unerwünschten Ereignisses und Zuverlässigkeitskenngrößen hinsichtlich Verfügbarkeit und Sicherheit

Voraussetzungen

  • Die Syntax des Fehlerbaums muss festgelegt werden: Für die logische Verknüpfung von Ereignissen im Fehlerbaum gibt es unterschiedliche Symbol-Systeme. Vor Start muss die verwendete Notation ausgewählt werden. In dieser Beschreibung wird eine mit der DIN 25424-1:1981-09 konforme Notation gewählt (s. Tabelle 1).
  • Die Managementunterstützung muss gewährleistet sein: Das Management muss dafür sorgen, dass die Teammitglieder für die Aufgabe zur Verfügung stehen und es muss Änderungen am System oder Prozess basierend auf den Ergebnissen der Methode freigeben.
  • Das Zusammenwirken der Komponenten im System muss vorher genau bekannt sein: Wenn Systemzuverlässigkeit und Ausfallverhalten bestimmt und richtig beschrieben werden sollen, muss das gesamte System vollständig dokumentiert sein.

Qualifizierung

Die Methode benötigt einen Moderator, der die Gruppenarbeit leitet und das Team durch die einzelnen Schritte der Fehlerbaumanalyse führt. Der Moderator muss mit der Methode vertraut sein und bereits Erfahrungen mit ihrer Anwendung gesammelt haben. Zusätzlich benötigt er entsprechende Moderationserfahrung. Für die manuelle Analyse ohne Software-Einsatz sind fundierte Kenntnisse der Booleschen Algebra erforderlich.

Jedes Teammitglied trägt mit der Kompetenz seines Fachbereichs bei. Die Teammitglieder benötigen darüber hinaus keine weiteren Qualifikationen.

Benötigte Informationen

  • Alle bereits verfügbaren Dokumente zum System, Prozess oder der Dienstleistung (Lastenheft, Konstruktionszeichnungen, Flussdiagramme usw.)
  • Falls eine FMEA durchgeführt wurde, muss die FMEA-Tabelle zur Unterstützung der Schritte 2 und 3 zur Verfügung stehen.
  • Ausfalldaten der Komponenten bzw. Sub-Systeme, wenn der Fehlerbaum auch quantitativ ausgewertet werden soll

Benötigte Hilfsmittel

  • Beamer und ggfs. Tafel oder Whiteboard zur gemeinsamen Entwicklung des Fehlerbaums
  • Erstellung und Auswertung eines Fehlerbaums können schon bei relativ kleinen Systemen aufwendig werden. Die Fehlerbaumanalyse wird dann softwaregestützt durchgeführt. Hierfür ist kommerzielle Software erforderlich.

Durchführung ...

Praxistipps ...

Varianten ...

Herkunft

Mit Beginn der 1960er Jahre wurden Techniken zur systematischen Analyse sicherheitskritischer Systeme entwickelt. Dazu gehören neben der Hazard and Operability Analysis (HAZOP) und der FMEA auch die Fehlerbaumanalyse. H. Watson und A. Mearns haben 1961 in den Bell Laboratorien diese Methode entwickelt, um das Abschusskontrollsystems für die von Boeing hergestellte Interkontinentalrakete vom Typ LGM-30 Minuteman zu analysieren (Wikipedia (engl.): Fault Tree Analysis). In den 1970er und 1980er Jahren wurde die Fehlerbaumanalyse unter anderem in der Luft- und Raumfahrt und bei der Planung von Kernkraftwerken eingesetzt. Mittlerweile findet die Fehlerbaumanalyse in der Automobilbranche und in vielen weiteren Branchen Anwendung. In Deutschland ist die Fehlerbaumanalyse in der DIN 25424-1:1981-09 "Fehlerbaumanalyse; Methode und Bildzeichen" behandelt (Teil 1: Methode und Bildzeichen, Teil 2: Handrechenverfahren zur Auswertung eines Fehlerbaumes).

Fachartikel zur Methode

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Guest
Toller Ansatz - für mich ein nützliches Tool. (D. Berner)
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