Правила и особенности реализации процедуры построения дерева отказов системы
Дерево отказов представляет собой графическое отображение причинно-следственных связей между наступлением отказа системы с отказами его элементов и другими событиями, влияющими на условия возникновения отказов. Пример дерева отказов приведен на рис. 2.11.
Основной принцип построения ДО заключается в последовательной постановке вопроса: по каким причинам система может перейти в состояние отказа, т.е. в осуществлении анализа «сверху-вниз». Исходными данными при построении ДО являются перечни критериев отказов составляющих систему элементов и условий, способствующих переходу элементов (групп элементов) в состояние отказа.
Рисунок 2.11 – Пример дерева отказов
Структурными элементами ДО являются события, связанные между собой логическими операторами. При построении ДО различают следующие типы событий:
- вершинное (в некоторых источниках – завершающее, результирующее) событие – наступление отказа системы в целом;
- промежуточное событие – сложное событие с логическим оператором, являющееся одной из возможных причин вершинного события. Его выявляют в ходе анализа причин вершинного события и подвергают дальнейшему анализу. В качестве промежуточных событий, в частности, могут выступать отказы основных функций сложного системы, отказы составных частей и элементов, либо комбинации из отказов части элементов и событий, отражающих условия, способствующие возникновению отказов;
- начальное (базовое, основное, первичное) событие – простое событие, означающее отказ элемента, которое в дальнейшем не анализируется в связи с наличием достаточного объема данных для расчета вероятности его появления.
Логические операторы, используемые при построении ДО, могут быть различными. Наиболее часто применяются операторы "И", "ИЛИ", "N из M".
Логический оператор "И" («схема совпадения») означает наличие события на выходе только при наличии события на каждом из его входов. Логический оператор "ИЛИ" («схема объединения») означает наличие события на выходе при наличии хотя бы одного события на любом из его входов. Логический оператор "N из M" («мажоритарная схема») означает наличие события на выходе при наличии не менее N событий на любой выборке по N и более входов из M.
Соответственно каждому виду события и оператора присваиваются символы, которые используются для графического построения ДО. Начальные события обозначаются окружностями, промежуточные и вершинное – прямоугольниками.
Обозначения наиболее распространенных операторов "И", "ИЛИ",
"N из M" показаны на рис. 2.12.
Рисунок 2.12 – Символы логических операторов "И", "ИЛИ", "N из M", используемые для графического построения ДО
Логические операторы обычно при отображении на схеме ДО называют узлами, которые нумеруются последовательно сверху вниз и слева направо, начиная с узла вершинного события.
Для сложных систем построение ДО, адекватного реальности, возможно только на основе глубокого знания структуры системы и ее составных частей, особенностей функционирования оборудования в процессе применения по целевому назначению. Алгоритм процедуры построения ДО в виде блок-схемы приведен на рис. 2.13.
Рисунок 2.13 – Схема алгоритма построения дерева отказов
Построение ДО начинается с выбора вершинного события, т.е. такого события, вероятность появления которого требуется оценить. Таким событием в нашем случае является отказ системы. Далее необходимо определить, что считать отказом системы, т.е. необходимо сформулировать критерий ее отказа. Для многофункциональных систем критерием отказа обычно является отказ хотя бы одной из основных функций системы. После определения вершинного события и уяснения критерия его появления выделяются основные компоненты дерева предельного состояния, влияющие на появление вершинного события. Составляется список таких событий.
При занесении событий на схему дерева их выходы подсоединяются ко входу логического узла события верхнего уровня. Если любое событие из некоторого списка вызывает событие верхнего уровня, то используется узел "ИЛИ", если же оно наступает только при совместном сочетании событий – узел "И".
Следующим этапом построения ДО является детальный анализ условий появления промежуточных событий ДО. Составляется список таких событий. Из данного списка выбирается конкретное событие и решается, следует ли проводить более детальный структурный анализ данного события или нет. Следует отметить, что излишняя детализация при структурном разбиении событий не всегда приносит положительный результат. Это часто связано с невозможностью сбора достаточного количества исходных данных для оценивания вероятностей событий нижнего уровня разбиения. Иногда полезнее остановиться на том уровне детализации, на котором существует максимально благоприятное сочетание возможностей оценивания вероятности события, т.е. наличие возможностей построения модели возникновения события на другом классе моделей и доступности к источникам исходной информации.
Если событие не подлежит дальнейшему структурному анализу, то оно считается начальным (на схеме ДО этот факт отражается окружностью), и переходят к рассмотрению другого события данного списка (если оно есть). Если есть необходимость рассмотреть причинно-следственные связи появления данного события, то оно считается промежуточным и обозначается прямоугольником. Список оставшихся событий ставится в очередь для последующего анализа. Выбранное промежуточное событие переходит в разряд рассматриваемых. Составляется очередной список событий, которые могут вызвать рассматриваемое промежуточное событие, устанавливается логика его формирования, условные обозначения заносятся на схему дерева.
Из вновь образованного списка выбирается событие, если оно начальное, то выбирается следующее, если промежуточное, то рассматриваемый список событий ставится в очередь и начинается анализ данного промежуточного события. Так продолжается до тех пор, пока в очередном списке событий все события не окажутся начальными.
Если при рассмотрении очередного списка событий выяснится, что он состоит только из начальных событий, то данный список изымается из очереди и для анализа берётся следующий список из очереди. Вся процедура повторяется до тех пор, пока в очереди не окажется ни одного списка событий. Это будет означать то, что все промежуточные события выражены через начальные.
Процедура построения ДО во многом субъективна, она зависит от глубины знаний исследователем процессов функционирования системы, причинно-следственных связей возникновения отказов ее элеентов. Два ДО сложной многокомпонентной системы, построенные разными исследователями, но с использованием одинаковых допущений и приведенного выше алгоритма, внешне будут, скорее всего, отличаться друг от друга, однако приведут к одному и тому же конечному результату при дальнейшей обработке дерева с помощью ЛВМ анализа.