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Edraw Team | 2023-08-16 13:58:26

Fehlerbaumanalyse (FBA)

Ein Handbuch für Anfänger, das grundlegende Konzepte der Fehlerbaumanalyse (FBA) erklärt, einschließlich Definition, Modelle, Symbole, Anleitungen usw.

Inhalt

Was ist die Fehlerbaumanalyse (FBA)?
Geschichte der Fehlerbaumanalyse
Warum sollten Sie die Fehlerbaumanalyse verwenden?
FBA-, FMEA- und RBD-Modelle
FBA Diagrammsymbole
Wie wird die Fehlerbaumanalyse durchgeführt?
Tipps zur Fehlerbaumanalyse
Kostenlose FBA-Vorlagen
Wie erstellen Sie ein FBA-Diagramm?

Was ist die Fehlerbaumanalyse (FBA) – Definition

Die Fehlerbaumanalyse ist ein deduktiver Prozess. Entwickler oder Ingenieure nutzen sie, um Ursachen oder menschliche Fehler in verschiedenen Arten von Software, technischen Einrichtungen oder Hardware zu ermitteln. Sie beginnt in der Regel an einem bestimmten Punkt (das unerwünschte Top-Level-Ereignis) und wird dann in Form eines Baumes (die Top-Down-Struktur) mit einer Reihe von Blöcken und Symbolen abwärts dargestellt, um die Beziehung zwischen den Ereignissen aufzuzeigen (mechanische Komponenten). Genauer gesagt zeigt die Definition von „Fehler“ in der Fehlerbaumanalyse das Auftreten eines unerwünschten Zustands für eine Komponente oder ein System an. Im unten dargestellten Beispiel ist eine Lampe ausgefallen, weil der zugehörige Schalter defekt ist.

Für den Begriff „Fehler“gibt es die folgenden drei Kerntypen:

Primärer Fehler– Ein Komponentenfehler, der auf der unteren Ebene eines Systems nicht weiter definiert werden kann;
Sekundärer Fehler– Ein Komponentenfehler, der auf einer niedrigeren Ebene weiter definiert werden kann, jedoch mit begrenzten Details;
Befehlsfehler– Ein Zustand, der durch einen vorgelagerten Fehler bestimmt wird.

Geschichte der Fehlerbaumanalyse

Die Entwicklung der Fehlerbaumanalyse lässt sich in die folgenden Hauptphasen unterteilen:

Die Anfangsjahre– 1961 wurde das Modell in den Bell Labs für den Einsatz des Air Force Minuteman Launch Control Systems entwickelt. Das Unternehmen Boeing verwendete das Fehlerbaumanalyse-Modell später für die Konstruktion und Bewertung von Zivilflugzeugen und Verkehrsflugzeugen. In den 1970er Jahre adaptierten Ingenieure der Luft- und Raumfahrt sowie Kernkraft-Ingenieure das Fehlerbaumanalyse-Modell für komplexe Projekte.
Die mittleren Jahre– Die Fehlerbaum-Theorie wurde in verschiedenen Ländern mit der Einführung technischer Algorithmen und Codes immer beliebter. In den 1990er Jahren führten auch die Softwareindustrie und die Chemiebranche die Fehlerbaumanalyse ein.
Die späten Jahre– Fachleute weltweit entwickelten immer mehr kommerzielle Codes für den Einsatz in der Zuverlässigkeitstechnik und in Robotikprojekten. Heute gilt die Fehlerbaumanalyse als eines der wichtigsten Hilfsmittel zur Analyse der Zuverlässigkeit und Sicherheit von Systemen.

Hier sehen Sie ein Beispiel für die Fehlerbaumanalyse zur Ermittlung der Ursache eines Flugzeugabsturzes. Klicken Sie, um weitere Details zu sehen.

Beispiel einer Flugzeugabsturz-Fehlerbaumanalyse

Warum sollten Sie die Fehlerbaumanalyse verwenden?

Sie bietet ein strukturiertes, visuell ansprechendes und umfassendes Bild Ihres Systems. Sie hilft Anwendern oder Entwicklern, Ergebnisse auf Grundlage logischer Beziehungen schnell zu erfassen und Nachteile und Fehler im Entwurfsprozess zu erkennen. Einige weitere wichtige Vorteile sind:

Einfache Übernahme– Administratoren können rasch Änderungen am System vornehmen, es auf mögliche Auswirkungen hin evaluieren, Qualitätstests entwickeln und Verfahren auf Basis des Fehlerbaumanalysediagramms pflegen.
Breite Anwendbarkeit– Viele Bereiche und Branchen nutzen die Fehlerbaumanalyse, z.B. Unternehmen in den Bereichen Hardware, Software, Mathematik, Wahrscheinlichkeit, Zuverlässigkeit, Physik, Chemie, Ingenieurwesen usw.
Risikoabschätzung– Ingenieure oder Entwickler können mit Hilfe des Fehlerbaumanalysemodells Risiken bereits vor dem Start eines Programms identifizieren.
Für komplexe Systeme– Sie kann zur Überwachung und Verwaltung der Sicherheitsleistung großer komplexer Systeme, z.B. Treibstoff- und Flugzeugprojekte, verwendet werden.

Fehlerbaumanalyse und weitere analytische Modelle

Entwickler vergleichen oft Fehlerbaumanalyse, Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse (Failure Mode Effects Analysis, FMEA) und Zuverlässigkeits-Blockdiagramme (Reliability Block Diagram, RBD):

Verbindung zur FMEA

Die Fehlerbaumanalyse hat die Form eines Top-Down-Baums, während die FMEA für gewöhnlich eine Matrixstruktur aufweist, bei der alle Schlüsselmessungen (Schweregradbewertung, Eintretensbewertung, Prozesskontrollen, Entdeckungsbewertung und Risikoprioritätszahl usw.) direkt in der obersten Reihe stehen.
Die Fehlerbaumanalyse kann eingesetzt werden, um einzelne oder mehrere auslösende Fehler aufzuzeigen. Es gestaltet sich jedoch möglicherweise schwierig, mit Hilfe der Fehlerbaumanalyse alle möglichen Fehler zu ermitteln. Im Gegensatz dazu eignet sich die FMEA gut für die komplette Katalogisierung auslösender Fehler und die Identifizierung von Wirkungen, nicht jedoch für die Untersuchung mehrerer oder alleinstehender Fehler.
In einigen Fällen lassen sich FBA und FMEA für eine die Systementwicklung gemeinsam einsetzen (z.B. bei der Analyse in der zivilen Luft- und Raumfahrt).

Verbindung zu RBDs

RBDs stellen ein System unter Verwendung von Pfaden anstelle der in Fehlerbaumanalysediagrammen verwendeten Gatter dar.
RBDs konzentrieren sich auf den Erfolgsteil, während die Fehlerbaumanalyse hauptsächlich den Fehlerteil bearbeitet.
Die Fehlerbaumanalyse wird normalerweise zur Analyse feststehender Wahrscheinlichkeiten für das Auftreten von Ereignissen verwendet. RBDs können zeitvariable Faktoren während des Analyseprozesses abdecken.

Beispiel für ein Zuverlässigkeits-Blockdiagramm

Fehlerbaumanalyse-Diagrammsymbole

Die Fehlerbaumanalyse verwendet zwei grundlegende Symboltypen: Ereignis - und Gatter -Symbole.

Ereignisse

Diese Unterkategorie umfasst die folgenden Formen:

Das Primär-/Grundereigniswird normalerweise als Kreis dargestellt. Hierbei handelt es sich um eine Störung oder einen Fehler in einer Systemkomponente oder einem Element.
Ein äußeres Ereigniswird normalerweise in Form eines Hauses dargestellt. Hierbei handelt es sich um ein Ereignis, dessen Eintreten erwartet wird.
Ein unentwickeltes Ereignisbezeichnet in der Regel eine Komponente in einem System, die aufgrund begrenzter Informationen nicht weiter untersucht werden muss.
Ein Bedingungsereignisstellt eine Beschränkung für ein Logikgatter dar.
Ein Zwischenereigniswird in der Regel über einem Primärereignis platziert, um weitere Details der Ereignisbeschreibung anzuzeigen.

fba ereignis symbole

Gatter

Diese Symbole bilden hauptsächlich die Beziehung zwischen Ausgangs- und Eingangsereignissen ab. Die beiden beliebtesten Formen in dieser Unterkategorie sind das ODER-Gatter und das UND-Gatter.

ODER-Gatter– Tritt nur dann auf, wie mindestens eines der Eingangsereignisse auftritt.
UND-Gatter– Tritt nur dann auf, wenn alle Eingangsanforderungen (mindestens zwei) erfüllt sind.
Exklusives ODER-Gatter– Tritt nur dann auf, wenn eine der Eingangsbedingungen erfüllt ist, nicht jedoch, wenn alle Bedingungen erfüllt sind.
Priorität-UND Gatter– Tritt nur als Folge einer bestimmten Reihenfolge von Bedingungen auf.
Sperrgatter– Tritt nur dann auf, wenn alle Eingangsereignisse stattfinden sowie ein wie auch immer definiertes bedingtes Ereignis.

fba-gates-symbole

Mehr Fehlerbaumanalyse-Diagrammsymbole

Hier sehen Sie weitere Fehlerbaumanalyse-Diagramm-Standardsymbole einschließlich der Übertragungsart und des Linientyps usw.

weitere fba-diagramm-symbole

Wie führen Sie eine Fehlerbaumanalyse durch?

Obwohl es verschiedene Arten unerwünschter Ereignisse gibt, ist das Verfahren der Fehlerbaumanalyse für alle Arten dieser unerwünschten Ereignisse das gleiche. Für die Durchführung einer umfassenden Fehlerbaumanalyse folgen Sie einfach den nachstehenden Schritten:

1. Definieren und identifizieren Sie den Fehlerzustand (Gefährdung) so genau wie möglich auf Basis von Aspekten wie Menge, Dauer, damit verbundenen Auswirkungen usw.

2. Nutzen Sie technische Fähigkeiten und vorhandene Anlagendetails zur Auflistung und Entscheidung aller möglichen Gründe für das Auftreten des Ausfalls.

3. Entwickeln Sie den Baum von der obersten Ebene entsprechend der Beziehung zwischen den verschiedenen Komponenten, bis Sie die potentielle zugrunde liegende Ursache erreicht haben. Die Struktur Ihres Fehlerbaumanalysediagramms sollte auf der oberen, mittleren (Subsysteme) und unteren (Basisereignisse, Komponentenausfälle) Ebene basieren.

4. Wenn Ihre Analyse einen quantitativen Teil umfasst, bewerten Sie die Wahrscheinlichkeit des Auftretens für jede der Komponenten und berechnen Sie die statistischen Wahrscheinlichkeiten für den gesamten Baum.

5. Überprüfen Sie das Gesamtdiagramm Ihrer Fehlerbaumanalyse und nehmen Sie gegebenenfalls Änderungen am Prozess vor.

6. Sammeln Sie Daten, werten Sie Ihre Ergebnisse in allen Einzelheiten aus, indem Sie Ihr System durch Risikomanagement und qualitative als auch quantitative Analysen verbessern.

Was müssen Sie bei der Fehlerbaumanalyse noch beachten?

Wenn Sie Ihren Fehlerbaumanalyse-Prozess oder Ihr Diagramm effizient nutzen oder verbessern möchten, versuchen Sie es einfach mit den folgenden Tipps:

Lassen Sie mehr Platz für weitere Erweiterungen des Baumes oder für mögliche Änderungen in Ihrem Fehlerbaumanalysediagramm.
Stellen Sie sicher, dass Ihr oberstes unerwünschtes Ereignis sinnvoll ist. Sie können hierfür die potenziellen Ergebnisse mit dem ursprünglichen Problem vergleichen oder eine Peer-Review durchführen lassen und entsprechende Anpassungen vornehmen.
Verwenden Sie die korrekten Symbole entsprechend ihrer spezifischen Bedeutung.
Liefern Sie eine detaillierte Beschreibung Ihrer Ereignistexte und vermeiden Sie allgemeine Wörter wie „Ausfall“ oder „Fehler“ bei der Erläuterung Ihrer Komponentenprobleme.
Ihr Analyseteam für die Untersuchung Ihres Systems sollte einen Systementwurfsingenieur, einen Zuverlässigkeitsingenieur und einen Systemdatenanalytiker mit ingenieurwissenschaftlichem Hintergrund umfassen.
Ein Fehlerbaumdiagramm kann nur für die Analyse eines unerwünschten Ereignisses verwendet werden.
Kennzeichnen Sie Ihre Ursachen in verschiedenen Farbcodes, um Risikostufen leicht zu identifizieren: rot für kritisches Risiko, orange oder gelb für hohes Risiko und grün für niedriges Risiko usw.

Weitere kostenlose Fehlerbaumanalyse-Vorlagen

Der beste Weg, das Analysemodell für Fehlerbäume zu erlernen, ist das Testen einiger einfacher Fehlerbaumvorlagen. Klicken Sie darauf auf eine der folgenden Fehlerbaumvorlagen, um weitere Details zu sehen oder sie kostenlos herunterzuladen.