Fehlerbaumanalyse

Die Fehlerbaumanalyse (Fault Tree Analysis) ist laut DIN 25424 eine wissenschaftliche Methode zur Fehlerauffindung im Team. Sie dient der systematischen Suche nach den Fehlerursachen. Als Ergebnis und bei konsequenter Durchführung werden alle Kombinationsmöglichkeiten geliefert, die zu einem unerwünschten Ereignis führen. Die Fehlerbauanalyse hat eine deduktive Vorgehensweise, das heißt, ausgehend von einem unerwünschten Ereignis (Fehler) werden alle möglichen Ausfallkombinationen, die den Fehler verursachen können, in Form einer Baumstruktur aufgetragen. Die logischen Abhängigkeiten zwischen Funktionsausfällen auf Teile, Komponenten- und Systemebene werden in Form einer Baumstruktur wiedergegeben.[1]  Die FTA wurde ursprünglich im Laufe der sechziger Jahre im Bereich der amerikanischen Telekommunikations- und Flugzeugindustrie entwickelt. Erst Anfang der achtziger Jahre erfolgte auf Veranlassung amerikanischer Behörden eine Formalisierung dieser Methoden. Sie wurde in einem FTA-Handbuch (VGRH81) dargestellt und wurde die Basis für verschiedene Verfahren, welche die FTA unterstützen sollte.[2] 

Ziele

  • Mögliche Kombination von Ursachen, die zu bestimmten unerwünschten Ereignissen führen können erstellen
  • Erstellung der grafischen Baumstruktur zum Verständnis der Zusammenhänge
  • Wahrscheinlichkeitsberechnung der unerwünschten Ereignisse
  • Ermittlung der Ausfallkombinationen, die das unerwünschte Ereignis zur Folge haben

Vorgehensweise

  1. Systemanalyse
  2. Bestimmung des unerwünschten Ereignisses und der Ausfallkriterien
  3. Festlegung der relevanten Zuverlässigkeitskenngrößen und des Zeitintervalls
  4. Bestimmung der Ausfallarten der Komponenten
  5. Aufstellung des Fehlerbaums
  6. Bewerten der Einträge des Fehlerbaumes mit Ausfallzeiten, Ausfallraten, etc.
  7. Auswertung des Fehlerbaums
  8. Bewertung der Ergebnisse[3] 

Das Werkzeug der Fehlerbaumanalyse ist eine spezifische Anwendungsform der Gliederungsform eines Entscheidungsbaumes.
Jedes Merkmal, welches sich logisch in Untergruppen zergliedern lässt und dessen Untermerkmale ebenfalls weiter zerlegbar sind, bildet Baumstrukturen. Diese Methode ist zum Aufschlüsseln von komplexen Problemen und zur Darstellung von Rangordnungen geeignet.

Die Methode ist zu empfehlen bei der Aufstellung von Pflichtenheften, der Darstellung von Kundenproblemen (Kundenzufriedenheit) und bei der Vorbereitung von Nutzwertanalysen. Die Methode kann man genauso zur Darstellung von Zusammenfassungen, z.B. für die Verdichtung von Kennzahlen verwenden. [4] 

Aufbau der FTA

Die FTA basiert auf eine graphische Darstellung des untersuchten Systems in Form eines logischen Diagramms. Man unterscheidet zwei Arten von Symbolen: Ereignisse (Events) und logische Verknüpfungen (Gates). Zu den Events gehören Gerätefehler, Bedienfehler und Softwarefehler, die mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit zu unerwünschten Folgen führen können. Man unterscheidet folgende Ereignisse:

  1. Fault Events (Rechtecke) sind komplexe Fehlerereignisse, die mit logischen Verknüpfungen weiter in einfachere Ereignisse unterteilt werden können. Das wichtigste Fault Event ist das „Top Event“, welches das Fehlerereignis darstellt und anschließend „Top-Down“ logisch untergliedert wird.
  2. Basic Events (Kreise) sind Fehlerereignisse, die nicht weiter unterteilt werden.
  3. Undeveloped Events (Rauten) sind Fehlerereignisse, die zwar weiter unterteilt werden können, die aber noch nicht weiter unterteilt wurden. Diese Fehlerereignisse existieren in den Plänen entweder, weil es in bestimmten Fällen nicht nötig ist ein Problem weiter aufzusplitten, oder weil man sich in der Entwicklungsphase eines Entscheidungsbaumes befindet und genauere Analysen erst später durchführt.
  4. House Events (kleines Haus) sind Ereignisse, die gewöhnlich im System auftreten und Teile des Entscheidungsbaums stark beeinflussen. [5] 

Darstellung von Ereignissen und Verknüpfungen [6] 

Die wichtigsten logischen Verknüpfungen

  1. Und-Verknüpfung (AND-Gate) – das Ausgangsereignis tritt nur ein, wenn alle Eingangsereignisse zutreten. Die Ausgangswahrscheinlichkeit: P =P1*P2*P
  2. Oder-Verknüpfung (OR-Gate) – das Ausgangsereignis tritt ein, wenn mindestens ein Eingangsereignis zutrifft. Die Ausgangswahrscheinlichkeit: P=1-1-P1*1-P2*1-P
  3. Exklusiv-Oder-Verknüpfung (XOR-Gate) – das Ausgangsereignis tritt ein, wenn nur ein Eingangsereignis zutrifft aber nicht mehrere. Die Ausgangswahrscheinlichkeit: P=1-1-P1*1-P2-P1*P2[7] 

Die wichtigsten Symbole der FTA

Es wird nach Gruppen von Ereignissen gesucht (Cut-sets), die das Eintreten des Top-events verursachen. Je mehr Ereignisse in einem Cut-set sind, desto unwahrscheinlicher ist das Eintreten des Top-events. Man sucht speziell nach so genannten „Minimal Cut-sets“, nach Gruppen von Ereignissen mit einer geringen Anzahl dieser Ereignisse. Minimal Cut-sets stellen die wahrscheinlichsten Konstellationen für ein Eintreten des Top-events dar.

Fehlerbäume können auch numerisch ausgewertet werden. Es ist aber wichtig, die Eintrittswahrscheinlichkeiten der individuellen Ereignisse zu kennen. In Folge können die Wahrscheinlichkeiten eines jeden Gates berechnet werden und schlussendlich die Eintrittswahrscheinlichkeit des Top-events. Die Genauigkeit der Ergebnisse dieser Analyse hängt sehr stark von den angenommenen Eintrittswahrscheinlichkeiten der individuellen Ereignisse ab. [8] 


Einfaches Beispiel der Fehlerbaumanalyse [9] 

Vorteile

  • Mit wenig Fachwissen kann man die Zusammenhänge der Ursachen der Fehler erfassen
  • Ermittlung aller Ereigniskombinationen
  • Quantitative und qualitative Aussagen sind möglich
  • Komplexe Systeme kann man unterteilen damit sie einfacher analysierbar und so gut in Unternehmensstrukturen einzugliedern sind
  • Durch die hierarchische Struktur ist es möglich, Teilabschnitte durch Softwaretools automatisiert zu bearbeiten
  • Breite Einsatzmöglichkeit[10] 

Nachteile

  • Aufwendig und komplex
  • Genaue Kenntnisse des Systems erforderlich
  • Quantitative Daten sind oft nicht für alle Komponenten vorhanden
  • Umfangreiche Fehlerbäume aus den kleinen Systemen
  • Für jedes unerwünschtes Ereignis muss ein eigener Fehlerbaum erstellt werden[11] 

 

Quellennachweise

1.  FTA http://gina.ikmfbs.ing.tu-bs.de/Methoden/Uploads/Fehlerbaumanalyse.pdf Stand: 17.04.2012 [↑]

2.  Fehlerbaumanalyse http://www.crgraph.de/Fehlerbaumanalyse.pdf Stand: 25.04.2012 [↑]

3.  FTA http://gina.ikmfbs.ing.tu-bs.de/Methoden/Uploads/Fehlerbaumanalyse.pdf Stand: 25.04.2012 [↑]

4.  Seghezzi, H.D.: Integriertes Qualitätsmanagement – Das St. Galler Konzept, Wien 1996, S. 154 [↑]

5.  Seaver, M.: Gower Handbook of Quality Management, 3rd Edition, Aldershot (England), 2003 S. 106ff. [↑]

6.  Seaver, M.: Gower Handbook of Quality Management, 3rd Edition, Aldershot (England), 2003 S. 108 [↑]

7.  Fehlerbaumanalyse http://www.crgraph.de/Fehlerbaumanalyse.pdf Stand: 25.04.2012 [↑]

8.  Seaver, M.: Gower Handbook of Quality Management, 3rd Edition, Aldershot (England), 2003 S. 114 [↑]

9.  Seaver, M.: Gower Handbook of Quality Management, 3rd Edition, Aldershot (England), 2003 S. 111 [↑]

10.  FTA http://gina.ikmfbs.ing.tu-bs.de/Methoden/Uploads/Fehlerbaumanalyse.pdf Stand: 25.04.2012 [↑]

11.  FTA http://www2.cs.uni-paderborn.de/cs/ag-schaefer/Lehre/Lehrveranstaltungen/Seminare/AEIzS/Abgaben/Folien/3_FTA_ESchwindt.pdf Stand: 22.04.2012 [↑]