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Fehlerbaumanalyse
Verwendung der Methode Fehlerbaumanalyse
Die Fehlerbaumanalyse dient zur Quantifizierung (Vorhersage) der Zuverlässigkeit/Verfügbarkeit eines Systems.
Identifikation der wahren Ursachen eines Problems und Eingrenzung des Suchraums bei seltenen Fehlern.
Potenzielle Wirkmechanismen, die zu Fehler führen. Fokussierung auf wahrscheinliche Ursachen.
Einfache Fehlerbaumanalyse. Die Komponente kann Fehlerbäume mit UND und ODER Gattern darstellen. Es können Minimalschnitte und die Wahrscheinlichkeiten der Hauptereignisse berechnet werden.
Das Modul für die Fehlerbaumanalyse ist in der Qualica Software vom einfachen Baumdiagramm abgeleitet.
Fehlerbaum Schritt für Schritt
Mit Qualica Software Fehlerbäume aufbauen und auswerten
Hier kannst Du lernen, wie man die Struktur von Fehlerbäumen erstellt, Gatter definiert, Wahrscheinlichkeiten für Basisereignisse bestimmt und den Fehlerbaum auswertet.
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Das Beispielsystem
Für das hier angegebene System soll der Fehlerbaum erstellt werden.
Im hier beschriebenen Pumpsystem wird der Speicher in 10 Minuten gefüllt und in 50 Minuten entleert. Ein vollständiger Zyklus umfasst also genau 1 Stunde.
Sobald der Schalter geschlossen ist, werden die Kontakte mit Hilfe des Zeitgebers nach 10 Minuten geöffnet.
Versagt dieser Mechanismus, so ertönt ein Alarmsignal (ausgelöst durch den Füllstand des Speichers). Bei Ertönen des Alarmsignals öffnet der Operateur den Schalter, um ein Versagen des Tanks durch Überfüllung zu vermeiden.
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Die Struktur erstellen
Nachdem ein neues Projekt mit der Fehlerbaum-Komponente begonnen wurde bzw. die Komponente in ein existierendes Projekt eingefügt wurde, gibt es ein neues Arbeitsblatt Fehlerbaum mit einigen Platzhalter-Fehlern auf der ersten Ebene.
- Klicke auf Fehlermöglichkeit 1. Das soll das Top-Event des Fehlerbaums werden.
- Tippe die Bezeichnung des Top-Events ein. In diesem Fall: Systemfehler
- Benenne Fehlermöglichkeit 2 durch das gleiche Vorgehen in Füllen um.
- Schiebe Füllen mit der Maus in das Element Systemfehler
- Benenne den dritten Platzhalter in Tank Fehler um und schiebe ihn in das Füllen Element.
Wir brauchen noch weitere Ereignisse und Gatter:
- Klicke auf Füllen
- Klicke im Menüband Start auf Unterelement einfügen. Ein neues Ereignis wird eingefügt.
- Benenne das neue Ereignis in Pumpenfehler um.
Mit Davor Einfügen und Danach Einfügen können neue Elemente auf der gleichen Ebene angelegt werden. Du kannst auch die folgenden Tastatureingaben benutzen:
RETURN: fügt ein neues Element nach der Selektion ein.
UMSCH. + RETURN: fügt ein neues Unterelement ein.
Füge jetzt weitere Elemente ein bis die folgende Struktur entstanden ist:
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Logische Operatoren festlegen
Im nächsten Schritt muss für alle Gatter also Gruppen von Fehlerereignissen der logische Operator festgelegt werden. Unterstützt werden UND Gatter, ODER Gatter und "k aus n" bei Gruppen mit mehr als 2 Unterelementen.
Alle Gruppen bzw. Gatter besitzen auf der rechten Seite ein kleines Rechteck für den Operator. Klicke darauf und ein Menü erscheint, mit dem sich der entsprechende Operator wählen lässt:
- ≥ : ODER Operator
- & : UND Operator
Die beiden Ereignisse unter Überwachung müssen gleichzeitig eintreten, um das Gatter-Ereignis auszulösen. Es handelt sich also um ein UND Gatter. Bei allen anderen Gattern handelt es sich um ODER Gatter. Da dies der Standard für neue Verzweigungen ist, muss hier nichts mehr getan werden. Durch Klicken auf den Operator bei Überwachung lässt sich dieser auf UND umstellen.
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Wahrscheinlichkeiten Eingeben
Nachdem die Gatter definiert sind, müssen Wahrscheinlichkeiten für alle primären Ereignisse festgelegt werden. Dazu dient das Menü Wahrscheinlichkeit im Start Menüband.
Das Menü Wahrscheinlichkeit enthält einen Satz von Wahrscheinlichkeitswerten, aus denen gewählt werden kann. Es gibt zwei unterschiedliche Sätze:
- MIL Std 882 D: enthält 5 Wahrscheinlichkeitsstufen A bis E
- FMEA 2019: zeigt Wahrscheinlichkeitswerte, die den 10 Stufen der FMEA Auftretensbewertung entsprechen
Klicke auf einen der beiden Sätze, um einen bestimmten Satz auszuwählen.
Natürlich lassen sich auch individuelle Werte für die Wahrscheinlichkeit eingeben. Dazu dient der Menüpunkt Eingeben...:
1. Hier den Wert für die Wahrscheinlichkeit eingeben
2. Falls aktiviert, wird die Wahrscheinlichkeit aus den zwei in Feld 1 und Feld 3 eingegebenen Werten gemittelt.
3. Gib hier den schlechtest möglichen Wert ein, falls die Berechnung als Logmittelwert aktiv ist
4. Wechsle zwischen Eingaben zwischen 0.0 (nie) und 1.0 (immer) und PPM (parts per million)
Berechnung des Logmittelwertes:
$$ p=10^{\frac{log(best)+log(worst)}{2}} $$
Bei Verwendung von individuellen Werten zeigt das Menü Wahrscheinlichkeit die zuletzt eingegebenen Werte an. So lassen sich die eingegebenen Werte auch für mehrere primären Ereignisse verwenden.
Beispiel
Nun wird es Zeit, in unserem Beispiel die Wahrscheinlichkeiten der primären Ereignisse festzulegen. Benutze dazu die individuelle Eingabe. In der folgenden Tabelle findest Du 3 Kategorien von primären Ereignissen und die dazugehörenden Wahrscheinlichkeiten:
Kategorie Beispiel Wahrscheinlichkeit Elektromechanische Teile Schalter, Zeitgeber, Horn, Kontakte p=5e-4 Aktive Elemente Pumpe p=1e-4 Mensch - p=2.7e-3 Nach der Eingabe sollte der Fehlerbaum so aussehen:
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Berechnung
Sobald alle primären Ereginisse mit einer Eintrittswahrscheinlichkeit versehen sind, können die Wahrscheinlichkeiten für die Hauptereignisse berechnet werden. Die Berechnung wird im Menüband Start unter Aktualisieren.Jetzt Neuberechnen ausgelöst. Die Ergebnisse der Berechnung sind im Arbeitsblatt Minimalschnitte zu sehen. Klappe dazu im Projektbaum das Arbeitsblatt Fehlerbaum aus und klicke doppelt auf Minimalschnitte.
Das System arbeitet mit dem MOCUS Algorithmus, um aus dem Fehlerbaum die Minimalschnitte zu bestimmen. Anhand der Minimalschnitte werden dann die Wahrscheinlichkeiten der Hauptereignisse berechnet.
Die Minimalschnitte werden in der Regel nur für die Hauptereignisse berechnet. Somit können keine Wahrscheinlichkeiten für Zwischenstufen bzw. Gatter errechnet werden. Um die Wahrscheinlichkeit für ein bestimmtes Gatter zu erhalten, kann es in der Fokus Zeile ausgewählt werden. Dadurch werden die Minimalschnitte für das gewählte Gatter gebildet und die Wahrscheinlichkeit für dieses Gatter kann bestimmt werden.
Die Ordnung eines Minimalschnitts ist die Anzahl der primären Ereignisse, die gleichzeitig eintreten müssen, um das Hauptereignis auszulösen. Eine niedrige Ordnungszahl bedeutet also eine hohe Wichtigkeit für die darin enthaltenen Ereignisse.
Zusatzfunktionen
Neben den Standardfunktionen zur Fehlerbaumanalyse bietet die Qualica Software auch noch Möglichkeiten zur Priorisierung, Kennzeichnung und Hervorhebung von Ereignissen. Dazu kommt noch die mögliche Verknüpfung von Ereignissen mit Aufgaben.
Priorisieren
Die Qualica Software besitzt einen eingebauten Mechanismus, um Elementen in der Projektdatenbank Prioritäten zuzuweisen.
Auf der Menüleiste Start findet man einen Schalter Priorität. Klicke darauf und Du siehst ein Menü, das Prioritäten von 1 (sehr hoch) bis 5 (sehr gering) anbietet. Nach Auswahl einer dieser Prioritäten zeigt das markierte Element ein kleines Rechteck:
Wissensstand
Alle Elemente in einer Projektdatenbank können auch mit einen Wissensstand versehen werden.
Auf der Menüleiste Start findet man einen Schalter Wissen. Klicke darauf und Du siehst ein Menü, das verschiedene Wissensstände anbietet. Nach Auswahl einer dieser Stände zeigt das markierte Element ein kleines Rechteck:
Ein mit Definitiv nicht relevant gekennzeichnetes Ereignis wird von der Berechnung übersprungen.
Kategorien
Neben Wissensstand und Priorität gibt es noch eine dritte Art zur Hervorhebung: Das System stellt 14 durch den Benutzer definierbare Kategorien zur Verfügung, die auf Zellen und Listenelemente im Projekt angewendet werden können.
Auf der Menüleiste Start findet man einen Schalter Kategorien. Klicke darauf und Du siehst ein Menü, das 14 unterschiedliche Kategorien anbietet. Jeder Kategorie ist ein Bezeichner und eine Farbe zugeordnet. Nach Auswahl einer Kategorie wird ein Element mit der entsprechenden Hintergrundfarbe angezeigt:
Bitte beachte, dass die Hintergrundfarbe für Kategorien nur gezeigt wird, wenn die Option Bedingte Formatierung hervorheben eingeschaltet ist. Weiterhin ist die Verwendung der Kategorien nur dann möglich, wenn für das entsprechende Element keine bedingte Formatierung festgelegt wurde.
Kategorien festlegen
Der Klick auf Kategorien... im Kategorien Menü öffnet einen Dialog, der die Eingabe von Bezeichnung und Farbe für jede der 14 Kategorien ermöglicht:
Klicke in eine Eingabezeile, um die Bezeichnung einer Kategorie festzulegen. Rechts davon befinden sich zwei Schalter zur Farb- und Musterauswahl. Beende den Dialog mit OK. Beim nächsten Aufruf des Kategorien Menüs erscheinen die neuen Bezeichner und Farben.
Bitte beachte, dass Kategorien nicht projektweit sondern individuell für jede Komponente gespeichert werden, z.B. kann der Fehlerbaum andere Kategorien als der VOC Baum haben.
Elemente hervorheben
Wissensstände, Prioritäten und Kategorien besitzen jeweils eine bestimmte Farbe pro Zustand. Mit dieser Farbe können die Hintergründe der Elemente eingefärbt werden.
Im Abschnitt Bedingte Formatierung auf der Menüleiste Start kannst Du festlegen, ob Prioritäten, Wissensstände oder bedingte Formate hervorgehoben werden sollen, oder stattdessen die Zustands-Rechtecke gezeigt werden. Die Hervorhebung der Kategorien wird über die bedingte Formatierung gesteuert.
Aufgaben
Im Fehlerbaum gibt es die Möglichkeit, Fehlerereignisse mit Aufgaben zu verknüpfen.
Auf der Menüleiste Start findest Du einen Schalter Maßnahme. Markiere ein Fehlerereignis im Fehlerbaum und klicke auf diesen Schalter. Es erscheint ein Dialog zum Eingeben einer Aufgabe.
- Im zentralen Eingabefeld kannst Du den Text der Aufgabe eingeben.
- Unter Datum kannst Du das Datum eingeben, bis zu dem die Aufgabe erledigt sein soll. Es ist möglich, das Datum direkt einzutippen oder einen schon vorher benutzten Termin oder einen relativen Zeitabstand (z.B. "in einer Woche") auszuwählen. Die Taste [...] öffnet ein Kalenderfeld, um das Datum auszuwählen.
- Unter Verantwortlich kann ein Teammitglied ausgewählt werden. Auch hier gibt es für erweiterte Eingabe eine [...] Taste
Der Fehlerbaum zeigt Aufgaben als eingerückte Boxen:
Bitte beachte, dass Aufgaben in der Theorie zur Fehlerbaumanalyse nicht vorgesehen sind. Die Verknüpfung mit Aufgaben ändert nichts an der Berechnung. Im Gegensatz zur FMEA sind die Aufgaben hier lediglich als Kommentare anzusehen. In der Galerie kann die Anzeige von Aufgaben im Fehlerbaumdiagramm an- und ausgeschaltet werden.
Die hier verknüpften Aufgaben werden in der Aufgabenliste des Projekts abgelegt. Alle Methodenbausteine für Aufgaben, z.B. das GANTT Diagramm lassen sich mit diesen Aufgaben verbinden.
Arbeitsblätter
Fehlerbaum
Weitere Arbeitsblätter
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