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Qué es el análisis del árbol de fallas y cómo realizarlo


¿No sería sorprendente si tuviera el poder de mirar hacia el futuro e identificar fallas en su sistema antes de que ocurran? ¡Qué superpoder sería! Por suerte para ti, no necesitas superpoderes. Tiene análisis de árbol de fallas.

El análisis del árbol de fallas es una de las muchas técnicas para encontrar las causas fundamentales de las fallas de los activos y otros eventos importantes. Muchas empresas diferentes lo están utilizando para mejorar la confiabilidad del sistema.

Le daremos un vistazo al historial detrás del análisis del árbol de fallas y cuándo usarlo. Pronto, tendrá un conocimiento sólido de los diferentes tipos, símbolos y enfoques, así como soluciones de software útiles que lo prepararán para el éxito.

¿Qué es el análisis del árbol de fallas?

Análisis del árbol de fallas ( TLC ) es una herramienta para analizar el potencial de falla del sistema o de la máquina mediante la representación gráfica y matemática del sistema en sí. Es un enfoque de arriba hacia abajo que aplica ingeniería inversa a las causas raíz de una falla potencial a través del proceso de análisis de la causa raíz.

En otras palabras, si se pregunta, "¿qué probabilidad hay de que esta máquina se averíe?", El análisis del árbol de fallas le ayudará a responder esa pregunta.

FTA replica cómo se mueve la falla a través de un sistema. Crea un modelo gráfico de cómo las fallas de los componentes conducen a fallas en todo el sistema. Estos modelos ayudan a los ingenieros de confiabilidad a crear sistemas bien definidos con las redundancias adecuadas que evitan que las fallas de los componentes se conviertan en fallas en todo el sistema; en otras palabras, crean sistemas más tolerantes a las fallas.

Incluso si el proceso suena como ciencia espacial, los términos utilizados en FTA son bastante sencillos.

Los gráficos analíticos utilizados para modelar los FTA parecen árboles, por lo que (como era de esperar) se denominan árboles de fallas. . El diagrama de árbol de fallas lo ayudará a comprender cómo uno o más eventos de fallas pequeñas conducen a una falla catastrófica. Esto lo ayudará a elegir las medidas correctivas y preventivas adecuadas en el futuro.

La historia detrás del análisis del árbol de fallas

En 1962, Bell Telephone Laboratories diseñó salvaguardas para el sistema de misiles balísticos intercontinentales (ICBM) de la fuerza aérea estadounidense llamado Minuteman System. La seguridad es vital para una tecnología tan compleja y peligrosa. Para mejorar su análisis de confiabilidad, Bell Laboratories creó el método de análisis de árbol de fallas.

Esta nueva metodología agregó un elemento gráfico que ayudó a visualizar los conceptos de Análisis de efectos y modos de falla (FMEA), un método similar pero muy relacionado para prevenir fallas. Más tarde, Boeing adoptó el FTA, convirtiéndolo en un método de análisis popular ampliamente utilizado hoy en día para analizar el potencial de falla de los sistemas críticos.

Este análisis riguroso garantiza que los sistemas complejos funcionen de forma segura y fiable, manteniendo los aviones volando, los coches conduciendo y el mundo que nos rodea funcionando de la manera más eficiente posible. Increíble, ¿verdad?

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Cuándo usar el análisis de árbol de fallas

Análisis del árbol de fallas se puede hacer en el momento del diseño del sistema o durante el funcionamiento (para anticipar fallas potenciales y tomar acciones preventivas). El objetivo es impulsar los subsistemas y componentes que tienen alta probabilidad de fallar o causar un incidente importante antes de que realmente suceda.
Puede implementarse solo o como complemento del análisis de FMEA.

¿Quién usa FTA y por qué?

En general, el análisis del árbol de fallas ayuda a prevenir fallas futuras e identificar áreas críticas de preocupación para nuevos flujos de trabajo, productos y servicios. Es por eso que varias industrias usan FTA como un método para el análisis de seguridad y la mitigación de riesgos como:

¿Notas un tema aquí? Estas son industrias que podrían tener un impacto significativo en la vida de las personas si algo sale mal. Cuando un avión se avería o un dispositivo sanitario no funciona como debería, el riesgo de que se pierdan vidas u otros eventos trágicos es alto. FTA es lo que utilizan esas industrias para mantener seguras esas actividades de alto riesgo.

Por qué vale la pena el esfuerzo del análisis del árbol de fallas

FTA puede ser un tema técnico con muchas matemáticas y resolución de problemas. Pero hay algunos beneficios excepcionales de conocerlo y ponerlo en práctica en su negocio. Es:

Con todos estos beneficios, tiene sentido incorporar FTA a su caja de herramientas de análisis. Con él, tienes el poder de ver el futuro y predecir cosas. ¡Eres un mago deductivo todopoderoso!

Símbolos y estructura del análisis del árbol de fallas

TLC se realiza mediante la construcción de árboles de fallas . Los árboles de fallas tienen un conjunto estándar de símbolos y reglas de nomenclatura que se utilizan en todas las plantas e industrias.

El árbol de fallas es un gráfico acíclico dirigido (DAG) (es decir, lo leerá en una dirección de principio a fin) que muestra el flujo y la relación entre una serie de actividades. Las actividades se clasifican como eventos o puertas .

Símbolos de eventos

Los eventos ocurren en un sistema o proceso y pueden causar o contribuir a una falla, como la falla de un componente individual. A continuación, describimos los eventos que surgen en los árboles de fallas. Los símbolos de eventos solo tendrán una entrada y una salida.

Aquí hay una breve descripción del significado de cada evento

Símbolos de puerta

Las puertas, a veces llamadas puertas lógicas, representan cómo se propagan las fallas por el sistema. Ocasionalmente, un solo evento puede resultar en un evento de nivel superior (es decir, falla catastrófica). Otras veces, una combinación de dos o más eventos diferentes puede causar el evento principal. Aquí es donde entra el concepto de lógica booleana.

Las puertas representan los operadores lógicos booleanos (Y, O, UNIÓN, NO, etc.) y muestran cómo los eventos se combinan para causar fallas. Cada puerta tendrá solo un evento de salida, pero puede tener uno o más eventos de entrada.

Las puertas más utilizadas para dibujar árboles de fallas se describen a continuación:

Tipos de análisis de árbol de fallas

El análisis de árbol de fallas estándar no es el único método disponible. Se han desarrollado otras extensiones de FTA para industrias y casos de uso específicos. Las extensiones serían capaces de visualizar características que no se expresan fácilmente mediante árboles de fallas estándar. Algunos de ellos son:

En términos generales, los TLC se dividen en dos categorías; cualitativo y cuantitativo .

El análisis cualitativo se realiza en todo momento, mientras que el análisis cuantitativo se puede realizar como un complemento en situaciones en las que conoce las probabilidades de los eventos en su árbol de fallas. Echemos un vistazo más profundo a cada uno de ellos.

TLC cualitativo

El FTA cualitativo se utiliza para obtener información sobre la estructura de los árboles de fallas para analizar las vulnerabilidades de un sistema. Hay muchas formas diferentes de realizar un análisis de árbol de fallas cualitativo, como:

TLC cuantitativo

El FTA cuantitativo se puede utilizar para calcular la probabilidad real de la falla que está analizando. Asignar esa probabilidad numérica de falla lo ayudará a comprender mejor y priorizar su riesgo.

El resultado de un TLC cuantitativo puede adoptar la forma de medidas estocásticas o de importancia:

Cuando conoce la probabilidad de sus eventos básicos, puede calcular fácilmente las probabilidades de sus eventos intermedios en función de las puertas que los conectan. Las puertas más comunes son las puertas AND y las puertas OR. Aquí hay un ejemplo simple.

Un ejemplo de método cuantitativo de TLC

Aquí, A, B, C y D son eventos básicos. E es un evento intermedio y TE es el evento principal. El evento intermedio E está conectado a los eventos básicos A, B y C mediante una puerta AND. A, B y C tienen que fallar para que ocurra el evento intermedio E. Se conocen las probabilidades de falla para A, B y C. Por lo tanto:


La falla de evento superior TE se alcanza conectando E y D a través de una puerta OR. E en sí mismo es un evento de falla y se conoce la probabilidad de que ocurra el evento básico D.

La probabilidad de fallas en los eventos principales se puede calcular de esta manera utilizando el método cualitativo FTA.

Pasos que puede seguir al realizar un análisis del árbol de fallas

Hemos trazado los pasos generales que debe seguir para completar su análisis del árbol de fallas.

Paso 1:cree un equipo diverso

Cuando se trata de sistemas complejos, desea diferentes voces en la sala.

Los profesionales con experiencia en el campo podrán hacer referencia a experiencias pasadas de su vida profesional. También estarán al tanto de los aspectos técnicos del sistema que más les impactan. Otros miembros del equipo con menos conocimientos técnicos pueden contribuir presentando ideas listas para usar y otra información útil.

Las sesiones de lluvia de ideas y las reuniones necesitan un líder, alguien que tenga experiencia en la realización de acuerdos de libre comercio. Se requieren ingenieros de los respectivos campos, ingenieros industriales y especialistas en diseño de sistemas para cualquier equipo de FTA.

Paso 2:Identifique las causas de las fallas

FTA funciona de arriba hacia abajo. Comience con el evento principal, luego intente identificar las diversas fallas que podrían causarlo o contribuir a él. Si sigue investigando para aprovechar cada evento, eventualmente lo llevará a las causas principales (¡eso es lo que llamamos ensuciarse las manos!). Te quedará un hermoso árbol de fallas.

Se deben definir las fallas potenciales, sus características, duración y diferentes impactos de la falla para iniciar y completar el proceso. Tomemos como ejemplo las puertas cortafuegos en una zona de mucho tráfico o en una fábrica.

Estas puertas se mantienen abiertas hasta que falla la energía o se activa la alarma de incendio. Si la alarma de incendio está defectuosa, hay un problema con el cableado, las baterías de respaldo se han agotado o alguien la ha manipulado. La alarma activará las puertas para que se cierren cuando se supone que no deben hacerlo. Dando como resultado una falla de bajo nivel, pero que puede causar una frustración masiva e interrumpir a toda la organización.

Paso 3:Comprenda el funcionamiento interno del sistema

El equipo que realiza la FTA debe tener un conocimiento profundo del funcionamiento interno del sistema. Los ingenieros que trabajan en el nivel del sistema tendrán una buena idea de cómo funciona todo y qué fallas querrá evitar. Luego, otros miembros del equipo pueden plantear preguntas que resulten en una lista ampliada de causas de falla que vale la pena explorar.

Alguien con conocimiento y experiencia en el sistema debería estar a cargo de guiar la discusión. El objetivo es comprender bien los requisitos, las conexiones y las dependencias del sistema.

Su equipo debe recopilar los esquemas del sistema, las especificaciones de los diferentes componentes y otra información disponible del fabricante. Si está utilizando Limble CMMS, estas especificaciones de activos están disponibles con solo tocar un botón. El estudio de estos materiales debe ayudar a comprender cómo cada subsistema y componente están conectados entre sí.

Paso 4:Dibuje el diagrama FTA

Una vez que el equipo comprende el funcionamiento interno del sistema, el siguiente paso es presentar gráficamente un mapa funcional del sistema utilizando lógica booleana. Con los símbolos y la estructura del árbol de fallas anteriores, su equipo puede dibujar la representación gráfica del sistema y cómo están conectados.

Paso 5:Identifique MCS, MPS o CCF

Una vez que se completan los árboles de fallas, su equipo puede identificar MCS, MPS o CCF en función de lo que desean lograr.

Su razón para realizar FTA en primer lugar determinará si el equipo necesita encontrar MCS, MPS, CCF o una combinación de los tres.

Paso opcional:evaluar la probabilidad de falla

La mayoría de las veces, encontrará múltiples vías que pueden conducir al mismo evento de falla. Para un sistema extenso, sería casi imposible abordar todas las causas de falla a la vez.

Para priorizar qué eventos abordar primero, el equipo puede calcular las probabilidades de cada falla para diferentes conjuntos críticos. Se debe dar máxima prioridad al conjunto crítico con la mayor probabilidad de falla.

Este es un paso opcional pero valioso. Si conoce la probabilidad de cada falla, valdrá la pena el tiempo para usarlos.

Paso 6:Desarrolle estrategias de mitigación de riesgos

Ahora es el momento de utilizar su análisis de árbol de fallas para minimizar el riesgo de fallas.

Una posible estrategia de mitigación de riesgos, especialmente para los CCF, es mantenimiento preventivo .

Un sistema CMMS como Limble puede ayudarlo a garantizar el cumplimiento de los programas de mantenimiento requeridos. Esto incluye seguir las mejores prácticas para la gestión de piezas de repuesto, para que el equipo de mantenimiento siempre tenga componentes de repuesto en stock. Este esfuerzo debe realizarse para minimizar la probabilidad de falla.

Ejemplos de análisis de árbol de fallas

Aquí hay dos ejemplos diferentes de análisis de árbol de fallas para ayudar a pintar la imagen de cómo funciona el proceso.

El coche no arranca

Ejemplo de FTA para un automóvil que no arranca

* La explicación que damos a continuación no coincide directamente con el FTA que se muestra arriba. Queríamos dar una explicación más práctica que "quitar el pie del freno" para arrancar el coche 🙂

Te despiertas una mañana y te preparas para trabajar. Te subes a tu coche, giras la llave y ... nada. Tu coche no arranca. Ni siquiera se da vuelta.

Sabiendo un par de cosas sobre coches, saltas, abres el capó y compruebas la batería. A continuación, revisa el medidor de gasolina para asegurarse de que no se haya quedado sin gasolina antes de volver a subir al automóvil para asegurarse de que las luces no se hayan dejado encendidas durante la noche.

En este ejemplo, el automóvil que no arranca es la falla o Evento superior (TE). Las tres opciones de por qué el automóvil no arranca están todas conectadas por una puerta OR, lo que significa que cualquiera o una combinación de las tres podría hacer que el vehículo no arranque.

Yendo un paso más allá, cuando revisa la batería, tiene algunas cosas que podrían causar la falla. La batería es vieja y necesita ser reemplazada, o la batería está descargada y necesita un salto. La siguiente pregunta sería por qué la batería está descargada. Si las luces delanteras se dejaron encendidas, ¿su próxima tarea es determinar cómo evitar eso en el futuro? Asegúrese de revisarlos antes de salir del automóvil.

Suponga que desea calcular la probabilidad de falla. En ese caso, debe asignar un número que represente la probabilidad de ocurrencia de los eventos y luego usar el método FTA cualitativo para calcular la falla del evento principal.

El servidor experimenta una falla catastrófica

Este ejemplo es más técnico que el anterior. Supongamos que tiene un servidor que almacena datos críticos y experimenta una falla catastrófica.

Ejemplo de análisis de árbol de fallas para una falla del servidor

Aquí hay explicaciones rápidas para ciertos elementos:

Este árbol de fallas traza la ruta, los conjuntos de cortes y las probabilidades de que ocurra el evento principal (falla del sistema).

La falla se propaga desde los eventos básicos hasta el evento superior a través de las puertas G1 - G6. La puerta G1 es una puerta INHIBIDA con la condición de que la falla del sistema ocurra solo cuando el sistema esté en uso. Esto significa que las fallas se pueden reparar durante el tiempo de inactividad programado asignado para mantenimiento. La puerta G2 indica que la falla del evento básico B o la falla del subsistema se propagó hasta G3. La puerta G3 falla solo cuando fallan ambos subsistemas de la CPU (con C1 y C2).

Cada subsistema de CPU consta de la fuente de alimentación (PS), la CPU (C1 o C2) y el componente de memoria propagado a través de G6. Cada subsistema de CPU fallará si falla la fuente de alimentación, las CPU o el componente de memoria. La falla en un nivel superior ocurrirá solo si ambos subsistemas de la CPU fallan. G6 es una puerta de votación y, si no se propaga, al menos dos de los tres componentes de la memoria deben fallar.

Las expresiones booleanas para el sistema son las siguientes (la ∩ representa el operador booleano "unión", que es básicamente donde la función de dos componentes se une o superpone):

La combinación de los dos nos lleva a:

Puede continuar de esta manera hasta que se eliminen todos los eventos intermedios, y solo quedan los eventos básicos para llegar a los conjuntos de corte mínimo. Este es el enfoque de arriba hacia abajo.

Dado que no se establecen las probabilidades de los eventos básicos, no puede realizar un análisis cuantitativo.

Si no satisfacemos sus ansias de puertas lógicas y diagramas, puede encontrar un montón de ejemplos adicionales de FTA aquí.

Análisis del árbol de fallas en comparación con otros métodos analíticos

FTA no es la única metodología analítica que existe. Echemos un vistazo a algunos otros para ver cómo se comparan.

FMEA

Mientras que FTA utiliza un método de arriba hacia abajo para evaluar los puntos de falla, los Modos de falla y análisis de efectos o FMEA utiliza un enfoque de abajo hacia arriba. Cuestiona qué podría salir mal en cada paso que puede causar fallas en lugar de mirar primero las fallas.

Además, FMEA no mira la relación entre diferentes eventos o eventos condicionales como lo hace FTA. Por lo tanto, FTA es un análisis más complejo pero completo.

FMECA

Modo de falla análisis de efectos y criticidad (FMECA) es fácil de entender. Es como FMEA, pero agrega un análisis de criticidad o una lista clasificada. FMEA analiza una larga lista de "qué pasaría si" FMECA le permite clasificar las fallas para que pueda planificar mejor y priorizar su trabajo.

ETA

Árbol de eventos enfoques de análisis sobre preguntas específicas y respondiéndolas de una manera muy sencilla. Además, no tiene el uso general que tiene el análisis de árbol de fallas. Generalmente se usa en industrias financieras.

Optimización del proceso con el software FTA

FTA para sistemas grandes y complejos puede llegar a ser tan grande rápidamente que no se pueden dibujar en una sola página o en una pizarra. Puede solucionar este problema utilizando elementos de transferencia probados y verdaderos. Sin embargo, incluso con ellos, el diagrama puede volverse demasiado grande para manipularlo, leerlo y comprenderlo. El software de análisis de árbol de fallas es una excelente solución para este tipo de problema.

Además de simplificar la representación gráfica, algunas aplicaciones tienen algoritmos que pueden identificar automáticamente aspectos cuantitativos de FTA como MCS, MPS y CCF. Si conoce su probabilidad de falla para sus eventos básicos, las probabilidades de los eventos principales y las fallas del subsistema se pueden calcular con el clic de un botón.

A continuación, se muestran algunos sistemas que puede probar:

Esas no son de ninguna manera todas las soluciones disponibles, solo las más populares. Hay muchos con características adicionales que se adaptan a diferentes usos. Compare precios para encontrar el producto adecuado para usted según su propósito e industria específicos.

Recursos adicionales

Como puede ver, se ha invertido mucha investigación y experiencia en el desarrollo del proceso de Análisis del árbol de fallas. Si desea profundizar en este tema, consulte estos recursos adicionales:

Resumiendo

El análisis del árbol de fallas ciertamente puede ser complejo. Si reúne al equipo adecuado y lo practica lo suficiente, comenzará a sentir que puede mirar hacia el futuro y anticipar los fracasos y sus causas. Usted será el asistente que planifica la reparación de fallas en el tiempo de inactividad programado por mantenimiento y mantiene a su equipo trabajando de manera proactiva más de lo que trabaja de manera reactiva.

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En Limble, estamos aquí para ayudarlo en cada paso del camino. Nuestro sistema CMMS albergará toda la información que usted y su equipo necesitan para crear acuerdos de libre comercio, gestionar actividades para mitigar el riesgo y mucho más. Nuestra misión es hacer que su trabajo sea lo más fácil y ágil posible. Comuníquese con nosotros con preguntas o para ver cómo nuestro CMMS puede ayudarlo.


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