Analiza Drzewa Błędów FTA - ocena ryzyka zawodowego

Analiza Drzewa Błędów – FTA – wiadomości ogólne

Ocena ryzyka zawodowego (ORZ) metodą drzewa błędu jest jakościową metodą analizy bazującą na strukturze logicznej umożliwiającej modelowanie przebiegu awarii, a także jej analizy. Analiza Drzewa Błędu (FTA) została wykorzystana po raz pierwszy w 1962 roku w celu poprawy bezpieczeństwa samolotów, statków kosmicznych i urządzeń wykorzystujących energię jądrową. Dopiero w latach 90. zapoczątkowano stosowanie FTA w projektach systemów gwarantujących wysoki poziom bezpieczeństwa, wiarygodności i niezawodności w przemyśle chemicznym, kolejowym, informatyce czy medycynie. Częstotliwość wykorzystania metod do oceny ryzyka zawodowego jest podobna do metody PHA i FMEA.

Metoda Drzewa Błędu - FTA stosowana jest głównie podczas analizy ryzyka oraz niezawodności systemów technicznych. Polega na określeniu zdarzenia szczytowego, a następnie na jego podstawie - przyczyny jakie mogą powstać na skutek zdarzenia. Metoda ma na celu graficzne zobrazowanie logicznych kombinacji zdarzeń. Analiza Drzewa Błędów – FTA stosowana jest najczęściej podczas przewidywania zdarzeń z prostymi zależnościami między nimi, w trakcie analizy funkcjonowania rzeczywistego systemu wsparcia logistycznego, w której należy uwzględnić czas, a w szczególności następujące parametry:

• czas opóźnienia pomiędzy zdarzeniem niepożądanym, a bazowym,
• czas tolerancji zdarzenia niepożądanego (rezerwa czasowa),
• czas opóźnienia logistycznego,
• czas do chwili wykrycia uszkodzenia,
• czas przywrócenia zdatności elementu/systemu.

Analiza Drzewa Błędów – FTA – sposób wyznaczania

Przed przystąpieniem do oceny ryzyka zawodowego metodą Analizy Drzewa Błędu – FTA należy zapoznać się z etapami przeprowadzania oceny, a są to:

• opisanie systemu dla celów analizy FTA i ustalenie granic systemu,
• identyfikacja zagrożeń i wyborów zdarzenia szczytowego,
• wykonanie konstrukcji drzewa błędów,
• analiza jakościowa drzewa błędów,
• analiza ilościowa drzewa błędów.

Opisanie systemu dla celów analizy FTA

Jest to istotny krok w celu zrozumienia przyczyny występowania niepożądanych zdarzeń. W celu prawidłowego określenia przyczyn należy posiadać wiedzę o systemie działania danego procesu/czynności. Chcąc lepiej zobrazować budowę i funkcję analizowanego systemu należy skupić się na:

• procesach jakie zachodzą w systemie głównie chemiczne i fizyczne,
• informacjach specyficznych o procesie biorąc pod uwagę jego strumień (chemizm, termodynamikę, przepływy),
• niebezpiecznych właściwościach stosowanych materiałów,
• schematach technologicznych instalacji oraz planów jej lokalizacji,
• warunkach procesowych,
• stosowanym sprzęcie i specyfikacji technicznej.

Identyfikacja zagrożeń i wybór zdarzenia szczytowego

Wynikiem tego kroku jest lista zdarzeń wierzchołkowych dla analiz FTA. Wyróżnia się tu głównie:

• uwolnienie substancji toksycznych lub palnych,
• wystąpienie reakcji niekontrolowanych,
• niesprawność systemów technicznych, urządzeń.

Konstrukcja drzew błędów

Wyróżnia się trzy główne rodzaje metod budowy drzew błędów: ręczna, algorytmiczna i zautomatyzowana.

Metoda ręczna charakteryzuje się brakiem zasad, które wskazują na zadania elementarne lub rodzaje bramek, które należy wybrać. W trakcie oceny ryzyka zawodowego metodą analizy drzewa błędów śledzi się od zdarzeń szczytowych po pośrednie w dół do zdarzeń elementarnych. Skupiając się na pytaniach „jak to może się zdarzyć?” lub „jakie są przyczyny takiego zdarzenia?”. Proces ten należy przeprowadzać aż do momentu osiągnięcia stopnia rozdzielności zdarzeń, dostatecznego do oszacowania prawdopodobieństwa zdarzeń elementarnych.
W sytuacji, gdy drzewo błędów będzie obszerne musi w jednoznaczny sposób etykietować bramki i zdarzenia logiczne. W celu lepszego zobrazowania ryzyka, przydatne jest poddanie drzewa błędu dodatkowej obróbce komputerowej w celu opracowania minimalnych przekrojów i prawdopodobieństwa zajścia zdarzenia szczytowego. W trakcie jego wyznaczania można zastosować takie zależności jak:

• prawdopodobieństwo zdarzenia wyjściowego z bramki „AND”, które jest iloczynem prawdopodobieństwa zdarzeń wejściowych – P(AB) = P(A)P(B)
• prawdopodobieństwo zdarzenia wyjściowego z bramki „LUB” jest sumą prawdopodobieństw zdarzeń wejściowych pomniejszoną o ich iloczyn – P (A+B) = P(A)+P(B) - P(A)P(B)

Ze względu na fakt, że FTA jest dość subiektywnym procesem, który obciążony jest takimi błędami jak:

• zbyt pośpieszne rozwinięcie jednej z gałęzi drzewa bez systematycznego przechodzenia do następnych poziomów – tendencja dotarcia do najprostszego wyniku, którego nie da się już rozłożyć z małą liczbą zdarzeń pośrednich,
• brak ważnych mechanizmów skutków albo fałszywe założenie o ich zaniedbywalnym wkładzie,
• niewłaściwe oszacowanie prawdopodobieństwa zdarzeń elementarnych,
• brak zdarzeń zależnych i błędów ludzkich.

Gdy mowa o metodach konstrukcji FTA: algorytmiczna i zautomatyzowana polegają one na wyzbyciu się czynnika subiektywnego lub wykonania całego procesu budowy przy pomocy wykorzystania diagramów przepływowych, kontrolno-pomiarowych i schematów orurowania.

Jednak ze względu na rozwój obydwu metod nie stanowią jeszcze alternatywny dla metody ręcznej.

W celu budowy drzewa błędu/uszkodzeń można wykorzystać następujące symbole bramek logicznych:

Tabela 1. Symbole bramek logicznych

Dodatkowo podczas analizy zagrożeń mogą pojawić się zdarzenia elementarne, które określa się za pomocą następujących symboli:

Tabela 2. Symbole zdarzeń elementarnych

Inną opcją podczas budowy drzewa błędów FTA są symbole przeniesienia charakteryzowane jako:

Tabela 3. Symbole opisujące przeniesienie

Można również wykorzystywać oznaczenia kodowe pozwalające określić charakter zdarzenia
 
Tabela 4. Oznaczenie kodowe określające charakter zdarzenia

Jednym ze sposobów opisu zdarzeń w drzewach uszkodzeń może wyglądać następująco, gdzie:

a – określenie zdarzenia, które zawiera definicję słowną oraz nazwę kodową,
b – odpowiedni symbol graficzny definiujący typ zdarzenia pośredniego (bramki) lub elementarnego,
c – linie formujące wejścia do bramki, gdy symbol określający typ zdarzenia jest bramką,
d – symbol przeniesienia wykorzystywany dla zdefiniowania występowania zdarzeń powtórnie w innym miejscu drzewa.

Schemat 2. Przykład konstrukcji drzewa błędu

gdzie:

 - bramka logiczna „i”

 - bramka logiczna „lub”

Analiza jakościowa drzew uszkodzeń

Analiza jakościowa drzew zdarzeń skupia się na procesach otrzymania minimalnych przekrojów drzewa. W skład ich wchodzą głównie minimalne kombinacje (iloczyny) zdarzeń elementarnych, które przyczyniają się do zajścia zdarzenia szczytowego. Do jej wyliczenia wykorzystuje się metodę algebry Boole’a – do równania wyznaczającego zdarzenia szczytowe kolejno przez zdarzenia pośrednie, a w końcu do zdarzenia elementarnego.

Analiza ilościowa drzew uszkodzeń

W sytuacji ilościowej drzewa błędów, głównie skupia się na dwóch założeniach:

• zdarzenia funktora LUB wzajemnie się wyłączające,
• wszystkie zdarzenia występujące w drzewie błędów są niezależne w sensie probabilistycznym.

Drugie założenie skupia się na niezależności zdarzeń w drzewie błędów w sensie probabilistycznym mówiący o tym, że jeśli C jest wejściem funktora I, a zdarzenie D1, D2,…, Dn pojawiają się na jego wejściu to p(C) = p(D1)p(D2) … p(Dn)

Za pomocą poniższych sposobów możliwe jest uzyskania prawdopodobieństw elementarnych:

1. z prawdopodobieństwa zajść konkretnych zdarzeń otrzymanych na podstawie danych statystycznych o pracy w określonych systemach
2. z prawdopodobieństwa otrzymanego na podstawie danych ogólnych (gromadzonych przez niektóre organizacje dla celów statystycznych) dotyczących konkretnych zjawisk
3. z oszacowania dokonanego przez eksperta liczby interesujących nas zdarzeń, które mogą zajść w ciągu pewnego okresu czasu,
4. z zapisania przez eksperta współczynnika możliwości zajścia danego zdarzenia (w skali np. 1-10) w ciągu pewnego okresu czasu np. rok,
5. na postawie metody delfickiej.

Przykład wykorzystania

Przykład 1

Pracownik zatrudniony jest na stanowisku operator maszyny, jest on narażony na takie czynniki jak zranienie ręki lub awarie maszyny na skutek jej przegrzania.

Biorąc pod uwagę sytuację uraz ręki pracownika rozpatrywane będą sytuacje mogące powodować wypadek w czasie np. obsługi prasy, suwaka opuszczonego oraz sytuacja, gdzie dłoń operatora będzie pod suwakiem. Sytuacje te mają dwa zdarzenia pośrednie, gdy mowa o „suwaku opuszczonym” może prowadzić do trzech różnych zdarzeń, które w konsekwencji mogą dopuścić do opuszczenia się suwak, są to np.: podstawowa obsługa prasy, defekt układu sprzęgła oraz przypadkowe uruchomienie. W takiej sytuacji, gdzie zdarzenia są od siebie niezależne bramki logiczne powinny być ze sobą połączone za pomocą symbolu „LUB”.

Kolejnym rozpatrywanym elementem jest analiza przyczyny uszkodzenia sprzęgła o charakterze błędu konstrukcyjnego maszyny lub uszkodzenie elementu (części) maszyny lub zużycia maszyny. Dodatkowo podczas rozpatrywania zagrożenia jakim jest przypadkowe uruchomienie, głównie bierze się pod uwagę dwie przyczyny, czyli: niebezpieczeństwo konstrukcji i niewłaściwa postawa podczas pracy. Identyczna identyfikacja efektów i zdarzeń została dokonana dla działania pośredniego „ręka operatora pod suwakiem” lub „niedokładne działanie” lub „montowanie tłocznika”. Oprócz podstawowych przyczyn powinno się wziąć pod uwagę takie zagrożenia jak awaria maszyny oraz błędy popełnione przez operatora.

Przykład 2

Innym analizowanym ryzykiem jest strata materialna w postaci zniszczenia maszyny z powodu przegrzania. Do zdarzenia może dojść przez trzy sytuacje: nieszczelność układu chłodzenia, praca maszyny, brak reakcji operatora maszyny. W dwóch z nich można wymienić przyczyny, a dla jednej z nich przyczyny przyczyn. Połączone są ze sobą bramką logiczną „LUB” w drzewie błędów co wskazuje na ich niezależność.

Podsumowanie

Drzewo błędów pozwala na wskazanie w sposób graficzny, możliwych następstw zdarzeń, które w konsekwencji mogą doprowadzić do wypadku lub awarii maszyny. Dzięki analizie drzewa błędów – FTA możliwe jest wykluczenie niektórych zdarzeń poprzez zapobieganie ich powstaniu. W ten sposób zmniejsza się poziom ryzyka podejmowanego w danej sytuacji poprzez zmniejszenie lub eliminację zagrożenia, które jest podstawowym elementem wielkości ryzyka na stanowisku pracy.

Głównym założeniem, często uważanym jako słaby punkt metody, jest przekonanie, że podczas analizy drzewa błędu skutkom nie można przypisać prawdopodobieństw w sposób bezpośredni oraz natychmiastowy. Skutek należy rozłożyć na takie ciągi zdarzeń, aby prawdopodobieństwo można było wskazać na podstawie doświadczenia lub uzyskać je od ekspertów z danej dziedziny.