Fehlerbaumanalyse

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Einleitung

Die FTA dient zur Bestimmung von Fehlerursachen und deren Wahrscheinlichkeit für ein bestimmtes Fehlerereignis. Bei der Fehlerbaumanalyse handelt es sich um eine Top-Down-Methode, die oft für eine Risikoanalyse eingesetzt wird. Das bedeutet,  man gibt ein Ereignis vor, welches nicht auftreten soll (das sogenannte TOP-Ereignis) und arbeitet sich in Form einer Baumstruktur von der Spitze bis zur Wurzeln nach unten (dem Ursprung des TOP-Ereignisses).

Die Fehlerbaumanalyse ist eine sehr häufig verwendete Methode zur detaillierten Fehleranalyse. Sie eignet sich zur Auffindung von Ereigniskombinationen, die zu einem Fehlereignis führen. Ziel ist es Ereignissen durch logische UND / ODER Symbole zu verbinden und diese unterschiedlichen Ereignisse in verschiednen Ebenen darzustellen. Dabei ist das übergeordnete Ereignis immer die Folge des darunter liegenden Fehlers. Die Fehlerbaumanalyse wird sowohl zur Analyse von Ursachen, als auch zur Planung von Systemen angewandt.

Die Fehlerbaumanalyse wurde ursprünglich in den 60er Jahren entwickelt und diente der Telekommunikations- und Flugzeugindustrie.Anfang der 80er Jahre erfolgte eine Formalisierung der Methode. Sie wurde in einem FTA-Handbuch (VGRH81) dargestellt und wurde die Basis für verschiedene Verfahren, welche die  FTA unterstützen sollte.

Die Fehleranalyse kann sowohl qualitativ, als auch quantitativ erfolgen:

• Qualitativ zur Identifikation aller mögllcher Ursachen des TOP-Ereignisses.
• Quantitativ zur Ermittlung der Eintrittswahrscheinlichkeit unerwünschter Ereignisse

Auswahl des Ereignisses

Die Auswahl des zu untersuchenden Ereignisses ist ein entscheidender Schritt in der Fehlerbaumanalyse: Wählt man ein zu allgemeines Ereignis, könnte die FTA sehr komplex werden und das Auflösen des Fehlerbaumes unmöglich machen. Wird dagegen ein zu spezielles Ereignis ausgewählt, können wichtige Fehlerquellen übersehen werden.

Die ideale Lösung für die Auswahl eines Ereignisses ist ein Fehler, der immer wieder auftreten könnte und sich in mehrere Unterereignisse aufgliedern lässt.

Vorteile der FTA:

–    Gut geeignet zur Modellierung mechanischer Vorgänge

–    Gute Übersicht auf Fehlerquellen dank grafischer Darstellung und logischem Diagramm

–    Breite Einsatzmöglichkeit

–    Top-Down Methode –Auch komplexe Systeme lassen sich systematisch unterteilen

Nachteile der FTA:

–    Hoher Aufwand bei komplexen Systemstrukturen(große Fehlerbäume)

–    Für jedes unerwünschte Ereignis muss ein eigener Fehlerbaum erstellt werden

Klasseneinteilung

Die FTA basiert auf einer grafischen Darstellung, in der untersuchte Systeme in Form eines logischen Diagramms dargestellt werden.

Bevor man jedoch mit der Fehlerbaumanalyse beginnt, muss man die Ereignisse (Fehlerursachen) in folgende Klassen einteilen:

1. Basisereignisse (Kreis): Ereignisse, die nicht weiter untersucht werden, weil sie einerseits gut bekannt sind, oder die Wahrscheinlichkeit dafür existiert.
2. Nicht untersuchte Ereignisse (undeveloped event) (Raute): Fehlereignisse, die sich nicht weiter aufteilen lassen. Das kann an fehlenden Daten liegen, oder an der Tatsache, dass es in bestimmten Fällen einfach nicht notwenig ist,diese weiter aufzusplitten.
3. House Event (kleines Haus): Ereignisse, die an sich keine Fehlerquellen sind, sondern im gewöhnlichen Betrieb auftreten (können), aber eventuell in Kombination mit anderen Ereignissen als Fehlerursache angesehen werden kann.
4. fault event (Rechteck): Fehlereignisse, die mit logischen Verknüpfungen weiter in einfachere Unterereignissenaufgelöst werden können. Das vielleicht wichtigste fault event ist das„TOP-Event“, welches das zu untersuchende Fehlereignis darstellt und anschließend „top-down“ logisch untergliedert wird.

Diese vier Ereignisse stellen die wichtigsten Symbole bei der FTA dar. Die Liste kann noch durch andere Symbole vervollständigt werden.

Für die Verknüpfung dieser Ereignisse werden sogenannte „logische Verknüpfungen“ (Gates) verwendet. Durch diese Gatter werden Ereignisse, die entweder unabhängig vom einander auftreten (ODER), oder gleichzeitig auftreten (UND) miteinander verknüpft.

1. UND-Gatter: drückt aus, dass alle eingehenden Ereignisse erfüllt sein müssen, damit das Ausgangsereignis erfüllt ist
2. ODER-Gatter: drückt aus, dass ein oder mehrere Ereignisse erfüllt sein müssen, damit  das Ausgangsereignis erfüllt ist.
3. Transfair-Symbol: für sehr komplizierte Systeme, wenn sich der Fehlerbaum über mehrere Seiten erstreckt oder wenn sich einige Teile des Baumes wiederholen, kann man durch das Transfair-Symbol ganze Unterbäume separat analysieren.In der folgenden Powerpoint-Vorlage sind die Symbole bereits enthalten, so dass man direkt mit der Modellierung einer Fehlerbaumes geginnen kann.

Beispiel einer einfachen Fehlerbaumanalyse:

Beispiel mit „Motor lässt sich nicht ausschalten“

Angefangen wird mit dem TOP-Event („Motor lässt sich nicht abstellen“). Das Problem kann nun mit einer ODER-Verknüpfung aufgeteilt werden in das Fehlereignis „Not-Aus-Schalter-System“ und in das „Alternative Stromversorgung für Motor“. Tritt eins der beiden Ereignisse ein, so wird das TOP-Ereignis bestätigt und der Motor lässt sich nicht abstellen. Die dargestellte Raute beruht auf einem nicht untersuchtem Ereignis, das bedeutet nun es wird nicht näher darauf eingegangen. Doch das Fehlereignis „Not-Aus-Schalter-System wird noch mal in zwei Basisereignisse unterteilt. Somit besagt es, dass das System nur in dem Falle ausfällt, wenn beide Schalter 1 und 2 versagen!

Die zweite Beispiel ist nach dem gleichen Prinzip aufgebaut, nur etwas umfangreicher:

Natürlich sind die Fehlerbäume in der Praxis viel komplizierter, als bei den dargestellten Beispielen, deshalb gibt es spezielle Softwarepakete, die es ermöglichen die Fehlerbäume mathematisch zu analysieren und zu vereinfachen.

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