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フォールトツリー分析とは何ですか、そしてそれを実行する方法


将来を見据えて、システムの障害が発生する前に特定できる力があれば、すばらしいと思いませんか?なんて超大国でしょう!幸運なことに、スーパーパワーは必要ありません。フォールトツリー分析があります。

フォールトツリー分析は、資産の障害やその他の重要なイベントの根本原因を見つけるための多くの手法の1つです。多くの異なる企業がシステムの信頼性を向上させるためにそれを使用しています。

フォールトツリー分析の背後にある歴史と、それをいつ使用するかを見ていきます。間もなく、さまざまな種類、記号、アプローチをしっかりと理解し、成功に向けて準備するのに役立つソフトウェアソリューションを理解できるようになります。

フォールトツリー分析とは何ですか?

フォールトツリー分析 FTA は、システム自体をグラフィカルおよび数学的に表すことにより、システムまたはマシンの障害の可能性を分析するためのツールです。これは、根本原因分析プロセスを通じて潜在的な障害の根本原因をリバースエンジニアリングするトップダウンアプローチです。

言い換えれば、「このマシンが故障する可能性はどのくらいあるか」と自問する場合、フォールトツリー解析はその質問に答えるのに役立ちます。

FTAは、障害がシステム内をどのように移動するかを複製します。コンポーネントの障害がシステム全体の障害にどのようにつながるかについてのグラフィカルモデルを作成します。これらのモデルは、信頼性エンジニアが、コンポーネントの障害がシステム全体の障害にカスケードするのを防ぐ適切な冗長性を備えた明確なシステムを作成するのに役立ちます。つまり、よりフォールトトレラントなシステムを作成します。

プロセスがロケット科学のように聞こえても、FTAで使用される用語は非常に単純です。

FTAのモデル化に使用される分析グラフは木のように見えるため、(当然のことながら)それらは障害ツリーと呼ばれます。 。フォールトツリー図は、1つ以上の小さな障害イベントがどのように壊滅的な障害につながるかを理解するのに役立ちます。これは、将来的に適切な是正措置と予防措置を選択するのに役立ちます。

フォールトツリー分析の背後にある歴史

1962年、ベル研究所は、ミニッツマンシステムと呼ばれる米空軍の大陸間弾道ミサイル(ICBM)システムの安全装置を設計しました。このような複雑で危険な技術には安全性が不可欠でした。信頼性分析を改善するために、ベル研究所はフォールトツリー分析方法を作成しました。

この新しい方法論は、故障モードおよび影響分析(FMEA)の概念を視覚化するのに役立つグラフィカル要素を追加しました。これは、故障を防止するための類似しているが非常に関連性のある方法です。その後、ボーイングはFTAを採用し、重要なシステムの潜在的な障害を分析するために今日広く使用されている一般的な分析方法になりました。

この厳密な分析により、複雑なシステムが安全かつ確実に動作し、飛行機の飛行、車の運転、周囲の世界の効率的な運用が保証されます。すごいね!?

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フォールトツリー分析を使用する場合

フォールトツリー分析 は、システムの設計時または運用中に実行できます (潜在的な障害を予測し、予防措置を講じるため)。目標は、実際に発生する前に障害が発生したり、重大なインシデントを引き起こしたりする可能性が高いサブシステムとコンポーネントを強化することです。
単独で、またはFMEA分析を補完するものとして実装できます。

FTAを使用するのは誰ですか?その理由は?

一般に、フォールトツリー分析は、将来の障害を防ぎ、新しいワークフロー、製品、およびサービスの重要な懸念事項を特定するのに役立ちます。そのため、さまざまな業界が次のような安全性分析とリスク軽減の方法としてFTAを使用しています。

ここでテーマに気づきましたか?これらは、何かがうまくいかなかった場合に人々の生活に重大な影響を与える可能性のある産業です。飛行機がダウンしたり、医療機器が正常に機能しなくなったりすると、人命が失われたり、その他の悲劇的な出来事が発生したりするリスクが高くなります。 FTAは、これらの業界がリスクの高い活動を安全に保つために使用するものです。

フォールトツリー分析が努力に値する理由

FTAは、多くの数学と問題解決を伴う技術的なトピックになる可能性があります。しかし、それを知り、それをあなたのビジネスで機能させることには、いくつかの顕著な利点があります。それ:

これらすべての利点があるため、FTAを分析ツールボックスに組み込むことは理にかなっています。それで、あなたは未来を見て、物事を予測する力を持っています。あなたは強力で演繹的な魔法使いです!

フォールトツリー分析のシンボルと構造

FTA はフォールトツリーを構築することによって実行されます 。フォールトツリーには、プラントや業界全体で使用されるシンボルと命名規則の標準セットがあります。

フォールトツリーは、一連のアクティビティ間のフローと関係を示す有向非巡回グラフ(DAG)(つまり、最初から最後まで一方向に読み取る)です。アクティビティは、イベントのいずれかに分類されます またはゲート

イベントシンボル

イベントはシステムまたはプロセスで発生し、個々のコンポーネントの故障などの障害を引き起こしたり、その原因となる可能性があります。以下にフォールトツリーで発生するイベントについて説明しました。イベントシンボルには、1つの入力と1つの出力しかありません。

各イベントの意味について簡単に説明します

ゲートシンボル

ゲートは、論理ゲートと呼ばれることもあり、障害がシステム全体にどのように広がるかを表します。場合によっては、単一のイベントがトップレベルのイベント(つまり、壊滅的な障害)を引き起こす可能性があります。また、2つ以上の異なるイベントの組み合わせにより、最上位のイベントが発生する場合もあります。ここでブール論理の概念が登場します。

ゲートはブール論理演算子(AND、OR、UNION、NOTなど)を表し、イベントがどのように組み合わされて障害を引き起こすかを示します。各ゲートには1つの出力イベントしかありませんが、1つ以上の入力イベントを持つことができます。

フォールトツリーの描画で最もよく使用されるゲートを以下に説明します。

フォールトツリー分析の種類

利用できる方法は、標準のフォールトツリー分析だけではありません。 FTAの他の拡張機能は、特定のユースケースおよび業界向けに開発されています。拡張機能は、標準のフォールトツリーでは簡単に表現できない機能を視覚化することができます。それらのいくつかは次のとおりです:

一般的に、FTAは2つのカテゴリーに分類されます。 定性的 および定量的

定性分析は毎回実行されますが、フォールトツリー内のイベントの確率がわかっている状況では、アドオンとして定量分析を実行できます。それぞれについて詳しく見ていきましょう。

定性的FTA

定性的FTAは、システムの脆弱性を分析するためのフォールトツリーの構造に関する洞察を得るために使用されます。定性的なフォールトツリー分析を実行するには、次のようなさまざまな方法があります。

定量的FTA

定量的FTAを使用して、分析している障害の実際の確率を計算できます。その数値的な失敗の確率を割り当てると、リスクをよりよく理解して優先順位を付けるのに役立ちます。

定量的FTAの結果は、確率的または重要性の測定の形をとることができます。

基本的なイベントの確率がわかっている場合は、それらを接続するゲートに基づいて、中間イベントの確率を簡単に計算できます。最も一般的なゲートは、ANDゲートとORゲートです。これが簡単な例です。

定量的FTAメソッドの例

ここで、A、B、C、およびDは基本的なイベントです。 Eは中間イベントであり、TEはトップイベントです。中間イベントEは、ANDゲートを使用して基本イベントA、B、およびCに接続されます。中間イベントEが発生するには、A、B、およびCが失敗する必要があります。 A、B、およびCの障害の確率は既知です。したがって:


トップイベント障害TEは、ORゲートを介してEとDを接続することで到達します。 E自体は障害イベントであり、基本イベントDの発生確率がわかっています。

トップイベントの失敗の確率は、定性的なFTAメソッドを使用してこのように計算できます。

フォールトツリー分析を実行する際に従うことができる手順

フォールトツリー分析を完了するために実行する必要のある一般的な手順を示しました。

ステップ1:多様なチームを構築する

複雑なシステムを扱うときは、部屋にさまざまな声が必要です。

この分野の経験豊富な専門家は、彼らの職業生活から過去の経験を参照することができます。彼らはまた、彼らに最も影響を与えるシステムの技術的側面を認識します。技術的な知識が少ない他のチームメンバーは、すぐに使えるアイデアやその他の役立つ情報を提案することで貢献できます。

ブレーンストーミングのセッションや会議には、FTAの実施経験を持つリーダーが必要です。 FTAチームには、それぞれの分野のエンジニア、産業エンジニア、およびシステム設計のスペシャリストが必要です。

ステップ2:障害の原因を特定する

FTAは上から下に機能します。トップイベントから始めて、それを引き起こしたり、それに寄与する可能性のあるさまざまな障害を特定してみてください。各イベントを掘り下げて構築し続けると、最終的には根本的な原因につながります(これが、手を汚すと私たちが呼んでいるものです!)。美しいフォールトツリーが残ります。

プロセスを開始および完了するには、潜在的な障害、その特性、期間、および障害のさまざまな影響を定義する必要があります。 例として、交通量の多いエリアや工場の防火扉を取り上げます。

これらのドアは、電源が落ちるか、火災警報器が作動するまで開いたままになります。火災警報器が故障している場合は、配線に問題があるか、予備電源が不足しているか、誰かがそれを改ざんしています。アラームは、ドアが閉まるはずのないときにドアを閉めるようにトリガーします。低レベルの障害が発生しますが、大きなフラストレーションを引き起こし、組織全体を中断させる可能性があります。

ステップ3:システムの内部動作を理解する

FTAを実施するチームは、システムの内部動作を深く理解している必要があります。システムレベルで作業するエンジニアは、すべてがどのように機能し、どのような障害を回避したいかについての良いアイデアを持っています。その後、他のチームメンバーが質問を提起して、調査する価値のある失敗の原因のリストを拡大することができます。

システムの知識と専門知識を持っている人が、議論の指導を担当する必要があります。目標は、システムの要件、接続、および依存関係を十分に把握することです。

チームは、システムの回路図、さまざまなコンポーネントの仕様、およびその他の利用可能なメーカー情報を収集する必要があります。 Limble CMMSを使用している場合、これらのアセット仕様はボタンを押すだけで利用できます。これらの資料を研究することで、各サブシステムとコンポーネントが互いにどのように接続されているかを理解する必要があります。

ステップ4:FTA図を描く

チームがシステムの内部動作を理解したら、次のステップはブール論理を使用してシステムの機能マップをグラフィカルに提示することです。 上記のフォールトツリーシンボルと構造を使用して、チームはシステムのグラフィック表現とそれらがすべてどのように接続されているかを描くことができます。

ステップ5:MCS、MPS、またはCCFを特定する

フォールトツリーが完成した後、チームは達成したいことに基づいてMCS、MPS、またはCCFを識別できます。

そもそもFTAを実施する理由によって、チームがMCS、MPS、CCF、またはこれら3つの組み合わせを見つける必要があるかどうかが決まります。

オプションの手順:失敗の可能性を評価する

多くの場合、同じ障害イベントにつながる可能性のある複数の経路が見つかります。大規模なシステムの場合、すべての障害の原因に一度に対処することはほぼ不可能です。

最初に対処するイベントに優先順位を付けるために、チームはさまざまなクリティカルセットの各障害の確率を計算できます。 失敗の可能性が最も高いクリティカルセットを最優先する必要があります。

これはオプションですが、価値のあるステップです。それぞれの失敗の確率がわかっている場合は、それらを使用する価値があります。

ステップ6:リスク軽減戦略を策定する

次に、フォールトツリー分析を使用して、障害のリスクを最小限に抑えます。

特にCCFの潜在的なリスク軽減戦略の1つは、です。 予防保守

LimbleのようなCMMSシステムは、必要なメンテナンススケジュールを確実に順守するのに役立ちます。これには、スペアパーツ管理のベストプラクティスに従うことが含まれるため、メンテナンスチームは常に交換コンポーネントを在庫しています。失敗の可能性を最小限に抑えるために、この努力を払う必要があります。

フォールトツリー分析の例

プロセスがどのように機能するかを描くのに役立つフォールトツリー分析の2つの異なる例を次に示します。

車は始動しません

始動しない車のFTAの例

*以下の説明は、上記のFTAと直接一致しません。 「ブレーキから足を離して」車を始動するよりも、もっと実用的な説明をしたかったのです。 🙂

あなたはある朝目を覚まし、仕事の準備をします。あなたはあなたの車に飛び乗って、鍵を回します、そして—何も。あなたの車は始動しません。ひっくり返ることすらありません。

車について1つか2つ知っていると、飛び降りてボンネットを開け、バッテリーをチェックします。次に、ガスゲージをチェックして、車に戻る前にガスがなくなっていないことを確認し、ライトが一晩点灯したままになっていないことを確認します。

この例では、発進していない車は故障またはトップイベント(TE)です。車が始動しない理由に関する3つのオプションは、すべてORゲートで接続されています。つまり、3つのオプションのいずれか、または組み合わせによって、車両が始動しない可能性があります。

さらに一歩進んで、バッテリーをチェックすると、故障の原因となる可能性のあることがいくつかあります。バッテリーが古くて交換する必要があるか、バッテリーが平らでジャンプが必要です。次の質問は、なぜバッテリーが消耗しているのかということです。ヘッドライトが点灯したままの場合、次のタスクは、将来それを回避する方法を決定することですか?車から降りる前に必ず確認してください。

故障の確率を計算したいとします。その場合、イベントに発生の確率を表す番号を割り当ててから、定性的なFTAメソッドを使用して上位のイベントの失敗を計算する必要があります。

サーバーで壊滅的な障害が発生しました

この例は、前の例よりも技術的です。重要なデータを保存するサーバーがあり、壊滅的な障害が発生したとします。

サーバー障害のフォールトツリー分析の例

特定の要素の簡単な説明は次のとおりです。

このフォールトツリーは、発生する最上位のイベント(システム障害)のパス、カットセット、および確率をマップします。

障害は、基本イベントからゲートG1〜G6を介して最上位イベントに広がります。ゲートG1は、システムが使用中の場合にのみシステム障害が発生するという条件のINHIBITゲートです。これは、メンテナンスに割り当てられたスケジュールされたダウンタイム中に障害を修復できることを意味します。ゲートG2は、基本イベントBの障害またはサブシステムの障害がG3まで伝播したことを示します。ゲートG3は、両方のCPUサブシステム(C1とC2を含む)に障害が発生した場合にのみ障害が発生します。

各CPUサブシステムは、電源(PS)、CPU(C1またはC2)、およびG6を介して伝搬されるメモリコンポーネントで構成されます。電源、CPU、またはメモリコンポーネントのいずれかに障害が発生すると、各CPUサブシステムに障害が発生します。上記のレベルでの障害は、両方のCPUサブシステムに障害が発生した場合にのみ発生します。 G6は投票ゲートであり、伝播に失敗するには、3つのメモリコンポーネントのうち少なくとも2つに障害が発生する必要があります。

システムのブール式は次のとおりです(∩はブール演算子「union」を表し、基本的に2つのコンポーネント関数が結合またはオーバーラップする場所です):

2つを組み合わせると次のようになります:

すべての中間イベントが削除され、最小限のカットセットに到達するために基本的なイベントのみが残るまで、この方法で続行できます。これはトップダウンのアプローチです。

基本的なイベントの確率が記載されていないため、定量分析を実行することはできません。

論理ゲートと図に対するあなたの欲求を満たさなかった場合は、ここに追加のFTAの例がたくさんあります。

他の分析方法と比較したフォールトツリー分析

そこにある分析方法論はFTAだけではありません。他のいくつかを見て、それらがどのように比較されるかを見てみましょう。

FMEA

FTAはトップダウン方式を使用して障害点を評価しますが、障害モード および効果分析または FMEA ボトムアップアプローチを使用します。最初に障害を調べるのではなく、障害を引き起こす可能性のある各ステップで何がうまくいかない可能性があるかを質問します。

また、FMEAは、FTAのように、さまざまなイベントまたは条件付きイベント間の関係を調べません。したがって、FTAはより複雑ですが、徹底的な分析です。

FMECA

障害モード 効果と重要度の分析(FMECA) 把握しやすいです。 FMEAに似ていますが、重要度分析またはランク付けされたリストが追加されます。 FMEAは、「what-if」の長いリストを調べます。FMECAを使用すると、障害をランク付けできるため、作業の計画と優先順位付けをより適切に行うことができます。

ETA

イベントツリー 分析の焦点 特定の質問に答え、非常に簡単な方法で答えます。さらに、フォールトツリー分析のような一般的な用途はありません。一般的に金融業界で使用されています。

FTAソフトウェアによるプロセスの合理化

大規模で複雑なシステムのFTAはすぐに大きくなり、単一のページやホワイトボードに描画できなくなる可能性があります。試行錯誤された真の転送要素を使用して、これを回避できます。ただし、それらを使用しても、図が大きくなりすぎて、処理、読み取り、および理解できない場合があります。フォールトツリー解析ソフトウェアは、このタイプの問題に対する優れたソリューションです。

グラフィック表現を単純化することに加えて、一部のアプリケーションには、MCS、MPS、CCFなどのFTAの定量的側面を自動的に識別できるアルゴリズムがあります。基本イベントの失敗の確率がわかっている場合は、ボタンをクリックするだけで、上位のイベントとサブシステムの失敗の確率を計算できます。

試すことができるいくつかのシステムは次のとおりです。

これらは、利用可能なすべてのソリューションではなく、より人気のあるソリューションです。さまざまな用途に適した追加機能を備えたものがたくさんあります。買い物をして、特定の目的や業界に基づいて適切な製品を見つけてください。

追加のリソース

お分かりのように、フォールトツリー解析プロセスの開発には多くの研究と専門知識が費やされています。このテーマについてさらに詳しく知りたい場合は、次の追加リソースを確認してください。

まとめ

フォールトツリー分析は確かに複雑になる可能性があります。適切なチームをまとめて十分に実践すれば、将来を見据えて失敗とその原因を予測できると感じるようになります。あなたは、スケジュールされたメンテナンスのダウンタイムに障害修復を計画し、チームが事後対応よりも積極的に作業し続けるウィザードになります。

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Limbleでは、あらゆる段階でお客様をサポ​​ートします。私たちのCMMSシステムには、FTAを効果的に構築し、リスクを軽減するための活動を管理するなど、あなたとあなたのチームが必要とするすべての情報が格納されます。あなたの仕事をできるだけ簡単で合理化することが私たちの使命です。質問がある場合、またはCMMSがどのようにサポートできるかを確認するために私たちに連絡してください。


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