Theoretische und praktische Grundlagen für Fehlerbaumanalysen

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1 Inhaltsverzeichnis 1 Einführung Fehlerbaumanalyse was ist das? Wozu die Fehlerbaumanalyse geeignet ist Analysemethodik und ihre technische Unterstützung Was eine Fehlerbaumanalyse leisten kann Hintergrund zu Geschichte, Anwendung und Beschreibung der Methodik Historie und Meilensteine in der Entwicklung der Methodik Anwendungsfelder der Methode Literatur zur Fehlerbaumanalyse Zu Mythen und Vorurteilen gegenüber der Methode Flexibilität der Methode und damit verbundene Tücken Stand der Technik für Fehlerbaumanalysen Der rote Faden dieses Buchs Literatur Teil I Theoretische und praktische Grundlagen für Fehlerbaumanalysen 2 Zur notwendigen Theorie Aufbau und Notation des Fehlerbaums Unabhängigkeit der Ereignisse Notationsvielfalt Semantik von Fehlerbäumen Fehlerbäume als boolesche Formel Regeln und Normalformen Auswertung: Minimalschnitt Äquivalente Fehlerbäume Quantifizierung von Fehlerbäumen Wahrscheinlichkeitstheorie Kombinierte Wahrscheinlichkeiten Zeitabhängige Wahrscheinlichkeiten XIII

2 XIV Inhaltsverzeichnis Unzuverlässigkeit vs. Verfügbarkeit Quantifizierung von Common-Cause-Ereignissen Quantitative Auswertung Nichtverfügbarkeit des Systems Unzuverlässigkeit des Systems Birnbaum-Importanz Fussell-Vesely-Importanz Kritikalitätsimportanz Barlow-Proschan-Importanz Weiterführende Betrachtungen Fazit Literatur Methodische Grundlagen Vorbereitungen Klärung des methodischen Rahmens Informationsbeschaffung zum Untersuchungsgegenstand Notationsregeln definieren Analyseplanung Ablauf der FTA-Erstellung Definition der Hauptereignisse Systemgrenzen, Betriebsparameter und Auflösung Elementare Modellierungskonzepte Strukturierung einer FTA Strukturierungsvarianten Vor- und Nachteile der Varianten Aspekte der Wiederverwendung Abwägung zwischen grober und feiner Granularität Zusammenfassung methodischer Grundlagen Literatur Fehlerbaummodellierung Das Fundament der guten Modellierung Das Ziel im Blick behalten Ein System richtig abbilden Konstruieren der Fehlerbaumlogik Unmittelbare Ursache Allgemeine Modellierungshilfen Mehrfach verknüpfte Ereignisse Vermeiden von zirkulärer Logik Common-Cause-Fehler

3 Inhaltsverzeichnis XV 4.3 Überwachungs- und Diagnosemaßnahmen Stark vereinfachte Diagnosemodellierung Vereinfachte Diagnosemodellierung Diagnosemodellierung Fehler im Diagnosepfad Aufteilung nach Fehlerarten Fehler bei der Modellierung vermeiden Anpassung der Detaillierungstiefe Vom Mikrocontroller bis zum Transistor Sinn einer Software-Analyse Die richtige Form finden Paginierung Zu viel des Guten Beispiel für eine projektspezifische Modellierung Systembeschreibung und Betrachtungsumfang im Beispiel Zweck der projektspezifischen FTA im Beispiel Modellierungsergebnisse im Beispiel Zusammenfassung Literatur Auswertung der Ergebnisse und ihre Dokumentation Möglichkeiten von qualitativen und quantitativen Auswertungen Beispielsystem zur FTA-Auswertung Qualitative Analyse Graphische Pfadanalyse Qualitative Analyse der Minimalschnitte Numerische Analyse Quantitative Ergebnisse für Haupt- und Zwischenereignisse Quantitative Analyse der Minimalschnitte Importanzlisten Sensitivitätsanalysen Vergleich und Interpretation der Importanzund Sensitivitätsanalysen Plausibilitätskontrolle Das zusammenfassende Dokument: Der Analysebericht Zusammenfassung der Auswertungsmethoden Literatur

4 XVI Inhaltsverzeichnis Teil II Wichtige Begleitfaktoren und Anwendungsbeispiele 6 Sprachliche Qualität der Analyse Textfelder in der FTA-Graphik Sprachliche Mängel und ihre Folgen vermeiden Ursachen sprachlicher Defekte Formulierungsschwächen vorbeugen Weitere Tipps fürs Formulieren Effiziente Nutzung von Akronymen Fazit zur sprachlichen Analysequalität Literatur Qualifikationen und hilfreiche Fähigkeiten des Fehlerbaumanalysten Risiken unzureichender Kenntnisse Grundvoraussetzungen für einen guten Analysten Logisches Denken Guter Entwickler versus guter Analyst Weitere hilfreiche Fähigkeiten Qualifikationen Fundierte Kenntnisse in Wahrscheinlichkeitslehre Beherrschung der FTA-Software Ansätze zur Qualifizierung von Analysten Zielgerichteter Einsatz der Analyse Gesamtkunstwerke vermeiden Den Projektkontext im Blick Mit strukturiertem Vorgehen zum Ziel Der Analyst als FTA-Moderator? Fazit zu den Qualitäten des Analysten Literatur FTA im Projektumfeld Einleitung Rechtzeitige Definition der Rahmenbedingungen Einsatzgebiet der Analyse Klärung von Erwartungshaltungen Betrachtungsumfang der Analyse Detaillierungsgrad festlegen Planung und Durchführung der Analyse im Gesamtkontext Abgleich und Interaktionen mit anderen Projektaktivitäten Aktualität der Analyse für Änderungen und Varianten gewährleisten Verifikation und Prüfung der Analyse

5 Inhaltsverzeichnis XVII Fachliche Verifikation Unabhängige Überprüfung Spezielle Themen FTA im Kontext verteilter Entwicklung Exkurs: FTA im erweiterten V&V-Kontext Fazit zum FTA-Projektkontext Literatur Beispiele für die Analyse eines komplexen Systems Einführung in das Beispielsystem Bestimmung der Hauptereignisse für die Beispiel-FTA Technische Informationen für eine Grobanalyse Grobanalyse für zwei Subsysteme Projektspezifische FTA-Modellierung Optimierung der FTA-Modellierung im Analyseverlauf Vertiefung der Analyse Vervollständigung der fehlfunktionalen Betrachtung Von der Architektur zum Design Behandlung spezieller Sekundärfehler und Eigendiagnosen Schnittstellenabgleich an den Systemgrenzen Systemexterne Störeinflüsse und menschliche Fehler Systemübergreifende Rückwirkungen Zusammenfassung zur Beispielanalyse Teil III Vertiefung spezieller Aspekte und methodische Ausblicke 10 Daten für die quantitative FTA und Abgleich mit anderen Analysen Fehlerraten Bestimmung von Fehlerraten Normen und Handbücher für Ausfallraten Bestimmung von Ausfallraten anhand von Normen Diagnosedeckungsgrad FTA in Kombination mit FMEDA Vorgehensweise der FMEDA Verknüpfung mit Fehlerbäumen FTA in Relation zu anderen Analysemethoden Markov-Modelle Zuverlässigkeitsblockdiagramme Literatur Das richtige Analysewerkzeug Einen Favoriten finden

6 XVIII Inhaltsverzeichnis 11.2 Auswahlkriterien Fachliche Korrektheit Benutzerfreundlichkeit Projekttauglichkeit Softwarequalität Software für professionelle Analysten FTA im Kontext modellbasierter Entwicklung Einleitung Integration von Modell und Analyse Modellbasierte Systembeschreibungen Fehlermodellierung Fehlernetze und FTA Component Fault Trees HiP-HOPS AltaRica Fazit Literatur FTA-Anwendung bei Abläufen und Prozessen Notwendige Vorbreitungen Einfaches Beispiel für Durchführung und Ergebnisse Einfluss sequentieller Abläufe in Systemen Schlussfolgerungen zu FTAs für Ablaufanalysen Algorithmen MOCUS-Algorithmus BDD-Algorithmus Literatur Trugschlüsse und Irrwege bei Wahrscheinlichkeitsberechnungen Motivation für diesen Anhang Relative Relativität Auf Entenjagd Das Ziegenparadoxon Fazit zu Trugschlüssen und Irrwegen Literatur Glossar zentraler Begriffe Sachverzeichnis