1    FTA (strom porúch) – teória
1.1  Postup analýzy FTA
2     Príklad realizácie FTA na povesti o Ikarovi
2.1  Postup analýzy
2.1.1   1. krok: systémová analýza (rozčlenenie systému na podsystémy)
2.1.2   2. krok: stanovenie príčin nežiaducich činnosti/stavov systému
2.1.3   3. krok: konštrukcia stromu porúch FTA
2.1.4  4 a 5 krok: kvalitatívna a kvantitatívna analýza

1. FTA (strom porúch) – teória

Analýza stromom porúch (FTA – Fault Tree Analysis) je deduktívna technika, ktorá sa zameriava iba na jednu určitú nehodu, alebo zlyhanie systému a poskytuje metódu pre určenie príčin udalostí (zlyhania zariadenia). FTA je grafický model, ktorý zobrazuje rôzne kombinácie chýb zariadení a ľudských chýb, ktoré môžu končiť zlyhaním sledovaného základného systému (tzv. vrcholová udalosť) [1], [5].
Vytvára systém logických modelov chýb, ktorý využíva logické hradlá (AND, OR – A, ALEBO) k popisu, ako sa zlyhania zariadení a ľudské chyby môžu kombinovať a následne viesť k zlyhaniu systému. Logické hradlá sú využívané k rozpisu príčin vrcholovej udalosti na základné chyby zariadení a ľudských chyby. Analytik začína nežiaducou vrcholovou udalosťou a v ďalšom kroku je určená okamžitá príčina tejto udalosti. Každá z týchto okamžitých príčin (nazývaných chybové udalosti) je ďalej skúmaná týmto istým spôsobom, dokiaľ analytik neurčí základné príčiny každej chybovej udalosti, alebo dosiahne hranicu stanovenú pre analýzu. Vzniknutý model stromu porúch zobrazuje logické vzťahy medzi základnými udalosťami a vybranou vrcholovou udalosťou [1] .

IEC 1025 Analýza stromu poruchových stavov

Pozn. alternatívne symboly sú v praxi používané viacej ako symboly odporúčané, napríklad aj produkty firmy Microsoft pracujú s alternatívnymi symbolmi.

Pri riešení metódou FTA sa postupuje podľa štyroch krokov:

• definovanie problému
• konštrukcia stromu porúch
• analýza stromu porúch kvalitatívnym modelom
• dokumentovanie výsledkov [1]

Obr. 1 Príklad štruktúry stromu FTA
Zdroj [1]

1. 1 Postup analýzy FTA

Pred zahájením analýzy je nutné riešiť nasledujúce úlohy:

1. Presne definovať analyzovanú vrcholovú udalosť: popis musí byť presný a primeraný, napr. vysoká teplota v reaktoru, príliš vysoká hladina kvapaliny v zásobníku. Udalosti typu „explózia reaktoru“, alebo „požiar v procese“ sú príliš neurčité
2. Popis sledovanej udalosti: aké okolnosti/podmienky musia nastať, aby k udalosti došlo
3. Stanoviť okolnosti, ktoré sa pri analýze nebudú brať do úvahy: prípady, ktoré sú nepravdepodobné, alebo sa s nimi neuvažuje. Môže to byť účinok tornáda, blesku, porucha elektrického vedenia a podobne
4. Stanovenie fyzikálnych hraníc systému: ktoré časti systému ešte zoberieme do úvahy pri zostavovaní FTA
5. Popísanie uvažovaných stavov systému [5]

Postup analýzy FTA obsahuje nasledujúce kroky:

1. Systémová analýza: systém, ktorý sa má vyšetrovať, sa rozčlení na svoje podsystémy (komponenty, súčasti), vyjasnenie požadovaných funkcií a prevádzkových podmienok
2. Stanovenie príčin nežiaducich činnosti/stavov systému: určí sa hrubý rozsah analýz. Postupom na nižšie úrovne systému sa určia tzv. sprostredkované udalosti, ktoré postupne vedú až na požadovanú najnižšiu úroveň. Tým sa dostaneme na tzv. základné (primárne) udalosti. V nežiaducich stavoch môžu byť uvedené aj podmienky (teplota, vlhkosť a podobne).
3. Zostrojenie stromu porúch na základe analýzy, ktorý sa kreslí pomocou štandardných značiek (symbolov) tab. 1
4. Kvalitatívny prieskum štruktúry stromu porúch: preskúmanie mechanizmu porúch a analýza/zostavenie minimálnych kritických rezov [6].
5. Prevedenie kvantitatívnej analýzy s využitím booleovskej algebry a analýzy rezov (odhady ukazovateľov bezpečnosti, bezporuchovosti a pohotovosti podľa vymedzenej vrcholovej udalosti na začiatku aplikácie). Požadovanými východzími údajmi pre kvantitatívnu analýzu sú intenzity porúch, intenzity opráv, pravdepodobnosti výskytu druhov poruchových stavov [7].

Pri zostavovaní FTA sa vychádza z vrcholovej udalosti, následne sa hľadajú poruchy ktoré k danej udalosti viedli a tak ďalej. Popis príčin poruchovej udalosti na každej úrovni by mal odpovedať na otázky:

• Čo?
• Kde?
• Kedy?
• a Prečo?

Obr. 2 Logický diagram pre aplikáciu analýzy FTA
Zdroj [6]

Niektoré bežné chyby, ktorých sa dopúšťajú začiatočníci pri konštrukcií FTA [6]:

• rýchly rozvoj jednej vetvy stromu bez systematického postupu dole úroveň po úrovni (snaha/sklon dosiahnuť základnej udalosti čo najskôr bez obsiahlejšie popisu dieľčích udalosti)
• vynechanie (opomenutie) dôležitého poruchového mechanizmu alebo chybný predpoklad o zanedbateľnosti príspevku
• nesprávna kombinácia frekvencie alebo pravdepodobnosti do logických hradiel
• nevhodné vyváženie medzi poruchami komponent a ľudskými chybami
• nerozpoznanie vzťahu (závislosti) medzi poruchami

2. Príklad realizácie FTA na povesti o Ikarovi

Daidalos, grécky staviteľ a geniálny vynálezca v službách kráľa Minosa, bol pre svoje neobyčajné vynálezy uvrhnutý do väzenia. Daidalos a Ikaros uleteli z väzenia, pomocou zhotovených krídiel. Leteli na západ s mohutným tlkotom krídiel i plachtením. Syn musel otcovi sľúbiť, že zostane v rozumnej výške. Keby sa priblížili blízko k peniacemu moru, tak by vystriekajúca voda, ktorá by ich zasiahla, spôsobila náročné mávanie a stratenie peria, príliš skoro by sa vysilili. Keby sa zase vzniesli príliš vysoko, tak by slnko nemilosrdne pálilo a tým by spálilo krídla. Ale Ikaros zabudol všetky predsavzatia a v opojený z výšky letu sa priblížil príliš blízko k slnku. Vosk v Ikarových krídlach sa topil pod pálčivými lúčmi. Neďaleko ostrova Ikaria padol chlapec do mora a vlny vyplavili mŕtvolu na pláž [3].

2.1 Postup analýzy

1. Vrcholová udalosť: Ikarov pád do mora
2. Popis sledovanej udalosti: sledovanou udalosťou bude Ikarov let ktorý skončil jeho zrútením do mora
3. Neuvažované udalosti: odhalenie/prezradenie úteku
4. Hranice systému: ako systém sa bude považovať Ikarus a konštrukcia krídel

2.1.1   1. krok: systémová analýza (rozčlenenie systému na podsystémy)

• Ikarov trup – predstavuje nosnú kostru mechanizmu
• Nosné krídla
  • konštrukcia krídiel – zabezpečujú plachtenie
  • Ikarova ruka – vykonáva mechanický pohyb mávania, korigovanie smeru letu
• Spojenie medzi trupom a krídlami
• Rozum (mozog) – ovláda nosné krídla pomocou rúk, ktoré vykonávajúce pohyb/plachtenie

Takáto presná definícia bloku a rozhrania je obzvlášť dôležitá pre neskoršie zostavenie stromu chýb, teda musí byť jednoznačne určený obsah a úlohy blokov [3].

2.1.2    2. krok: stanovenie príčin nežiaducich činnosti/stavov systému

Prevádzkové stavy Ikara:

• prípravná fáza/státie na zemi,
• štartovacia fáza,
• letová fáza
• a pristávacia fáza

Prevádzkové situácie a príslušné rizika spojené s týmito fázami sú znázornené v tab. 2.

Nežiaduce stavy/rizika by mali byť vyjadrené jednoznačne a číselne. Napr. NIE príliš krátka vzletová dráha, ALE dráha dlhšia ako 5 m [3].

2.1.3    3. krok: konštrukcia stromu porúch FTA

Ukážka stromu porúch FTA je iba ilustratívna a teda nerozoberá podrobnejšie problém. Niektoré príčiny som sa rozhodol nechať nerozvinuté ako napr. „Strata smeru/zlá orientácia sa“. Túto príčinu nemožno považovať za základnú primárnu udalosť, tak som ju označil ako ďalej nerozvíjanú udalosť.

Obr. 3 Ukážka FTA na Ikarovom páde do mora

Redundancia
Pod redundanciou sa v technike rozumie zavedenie prídavných prvkov (rezervných), ktoré realizujú tiež funkciu ako ostatné prvky. Tým bude zvýšená spoľahlivosť, bezpečnosť a použiteľnosť. Následne bude vyvinutý druhý stom chýb ktorý bude rešpektovať princíp redundantného usporiadania, na komponente systému vosk bude zaistenie prostredníctvom prídavného zariadenia šev. Zabezpečenie prvku sa prevádza ako voskom tak švom. Tento druhý strom chýb upozorní na následky konštrukčnej varianty. Tieto obidva stromy chýb sú základom ďalšej kvalitatívnej a kvantitatívnej analýzy [3].

Udalosť „strata krídla“ obsahuje „ukážkový“ prípad redundantného systému. K vzniku udalosti musia nastať obidve situácie: pretrhnutie spojenia krídla medzi trupom a aj rukou.

Obr. 4 Ukážka FTA na Ikarovom páde do mora – vetva „krídla stratili schopnosť plachtenia/letu

2.1.4    4. a 5 krok: kvalitatívna a kvantitatívna analýza

Jednotlivé hodnoty pravdepodobnosti sú vymyslené a nezakladajú sa na žiadnom podklade.

Hradlo OR
L6 = E10 + E11 + E12 = 1E^-4 + 1E^-3 + 1E^-4 = 1,2E^-3

Hradlo AND
L8 =E15 .E16 = 1E^-12 + 1E^{-10 =} 1E^-22

Použitá literatúra

[1] Ing. Richard KURACINA, Ing. Miloš FERJENČÍK PhD., Nástroje pre oceňovanie rizika a vyšetrovanie havárií Recenzovaný zborník, Aktuálne otázky bezpečnosti práce, ISBN 80-8073-649-9, 25.-27.10.2006 Stará Lesná, [on-line], dostupné <http://www.sjf.tuke.sk/kbakp/cinnocti/konferencie/obrazky/zbornikBOZP.pdf> s. 37-42
[3] BLECHA P., VAVŘÍK I., – Jakost II; 4. Analýza stromu chyb (DIN 25424) ;Řízení a zabezpečovanie jakosti – kapitola Základy FTA a FMEA, [on-line], dostupné <http://fs1.vsb.cz/~ric69/OV/fta.pdf]>
[5] Stručný popis technik užívaných pro identifikaci zdrojů rizika, [on-line], (citované dňa 30.12.2010), dostupné <http://www.vscht.cz/uchi/ped/bi/09.pdf >, s.13, 15- 16
[6] FUCHS Pavel, VALIŠ David, Metody analýzy a řizení rizika, Technická univerzita v Liberci, Liberec 2004, [on-line], (citované dňa 30.12.2010), dostupné <http://risk.rss.tul.cz/vyuka/vyucovane-predmety/hri-hodnoceni-rizik-1/materialy-ke-stazeni/Analyza_rizeni_rizika_skriptum.pdf>, s. 67, 72-73
[7] FUCHS Pavel, Využití spolehlivosti v provozní praxi, Technická univerzita v Liberci, Liberec 2002, [on-line], (citované dňa 30.12.2010), dostupné <http://risk.rss.tul.cz/vyuka/vyucovane-predmety/hri-hodnoceni-rizik-1/materialy-ke-stazeni/Spolehlivost_provoizni_praxe_skriptum.pdf>, s. 48,