fault tree analysis

1

ปรชญา พละพนธ

Fault Tree Analysisการวเคราะหความผดพลาดดวยแผนภมตนไม

2

ประวตวทยากรนายปรชญา พละพนธ ◦ มอถอ: 091-8244606◦ อเมลล: Pratyapa@gmail.com◦ FB : สถตเพองานอตสาหกรรม

การศกษา:◦ ปรญญาโท : วศวกรรมศาสตร มหาบณฑต สาขาการพฒนางานอตสาหกรรม มหาวทยาลยธรรมศาสตร

◦ ปรญญาตร : วศวกรรมศาสตร สาขาวศวกรรมไฟฟา, สถาบนเทคโนโลย พระจอมเกลาเจาคณทหารลาดกระบง

ความเชยวชาญ:1. การผลต –การจดสมดลการผลต, การปรบปรงสายการผลตดวยเทคนค Lean, Six Sigma, การวางแผนและควบคม

การผลต

2. ควบคมคณภาพ – การควบคมและปรบปรงคณภาพผลตภณฑ, การควบคมคณภาพวตถดบ, กจกรรม QCC, 7-QC Tool, Kaizen

3. วทยากรดานการปรบปรงคณภาพและการผลต – Basic Lean, Kaizen, SMED, 8-Waste, Problem Solving, Fault Tree Analysis, Six Sigma, Basic Stat, Hypothesis, Measurement System Analysis, Statistical Process Control, Process Capability Study, Correlation & Regression, Design of Experiment

3

แนะน าตว

ชอ / ชอเลน ประสบการณเกยวกบ FTA

บรษท / หนาทรบผดชอบ ความคาดหวง

4

Fault Tree Analysis (FTA)

5

Problem Solving

การแกปญหาอยางมประสทธภาพ ตองอาศยความร 2 อยาง

Intrinsic Technology : ความรในงาน, ความรเฉพาะทาง (Expertise)

Tool & Techniques : เทคนคการปรบปรง, การแกปญหาเชน Lean, TPM, Six Sigma, Problem Solving, FTA, ETA ฯลฯ

6

Problem Solving

เทคนคการปรบปรง, การแกปญหา

ความรในงาน, ความรเฉพาะทาง

Problem Solving

Kaizen

FTA

7

Problem Solving

A

B

A : ความยากของปญหา

B : ความรทม

A BA

B

กรณท 1 กรณท 2 กรณท 3

8

Problem Solving

9

Problem Solving

GENRI [原理] (THEORY) :

หลกการทางทฤษฎพนฐาน ทสามารถอธบายเหตการณตางๆ ไดจรง

GENSOKU [原則] (RULES) : ระเบยบกฎเกณฑในการปฏบตจรง

GENBA [現場] (REAL PLACE) : สถานท / หนางานจรง

GENBUTSU [現物] (ACTUAL THINGS) : สงของ / ชนงานทเปนตวปญหาจรง

GENJITSU [現実] (REALITY) : สถานการณทเกดปญหาจรง

10

FTA คออะไร?

เทคนคในการวเคราะหดานวศวกรรมความเชอมน(Reliability Engineering) และวศวกรรมความปลอดภย (Safety Engineering) ซงประยกตใชกบระบบเชงพลวตร (Dynamic System)

เทคนคการวเคราะหโดยอาศยตรรกะศาสตรและการวเคราะหเหตการณ หลายๆ เหตการณ ซงเปนสาเหตของเหตการณทไมพงปรารถนา (ความลมเหลวของผลตภณฑ, ระบบ, กระบวนการ)

11

ประวตของ FTA

ในป ค.ศ. 1962, FTA ถกพฒนาขนโดย Bell

Telephone Laboratories โดย H.A. Watson ใหกบกองทพอากาศประเทศสหรฐอเมรกา เพอใชเปนเครองมอในการประเมนดานความปลอดภยของระบบควบคมการปลอยจรวด Minuteman

ในป ค.ศ. 1963, บรษทโบองไดน า FTA มาดดแปลงและประยกตใชในการออกแบบเครองบนในเวลาถดมา

12

Fault Tree Analysis

รปแบบในลกษณะของเสนทาง (pathways) ภายในระบบซงน าไปสเหตการณทไมพงปรารถนา (Undesirable

event) เชน ความลมเหลว, ความผดพลาด, อาการเสยฯลฯ ทเกดขนหรอคาดวาจะเกดขน

เสนทาง (pathways) ถกเชอมตอกน โดยเหตการณยอยและเงอนไขทางตรรกศาสตร โดยใชสญลกษณทางตรรกศาสตร

สามารถค านวณคาความนาจะเปนของเหตการณทไมพงปรารถนาได

13

ขอไดเปรยบของการใช FTA

เปนการวเคราะหดวยเหตผล และตรรกศาสตรขจดแนวคด “I think / You think”

สามารถใช FTA มาค านวณ Failure Rate ของการเกดเหตการณทไมพงประสงคได

มรปแบบ (Model) : รปภาพแสดงความสมพนธระหวางสาเหตและเหตการณทไมพงปรารถนา มการค านวณคาความนาจะเปน (Probability)

มวธการทชดเจน : โครงสรางทชดเจน สามารถเรยนรไดงาย ใชกฎเกณฑทางวศวกรรมศาสตร และวทยาศาสตรรวมถงตรรกศาสตร

14

FTA vs FMEA

Product Failure

Part Failure

Fault Tree Analysis(FTA)

Failure Mode And Effect Analysis(FMEA)

15

การประยกตใช FTA

ใช FTA เมอ มการรองขอจากลกคา

มความเสยงของการเกดเหตการณทไมพงปรารถนา (ไดแก ความลมเหลว, ความผดพลาด, อาการเสย) ในตวผลตภณฑคอนขางสง

การสบสวนหาสาเหตการเกดเหตการณไมพงปรารถนา/อบตเหต

ใช FTA กบ เหตการณทจะสรางความสญเสยอยางมาก

ระบบหรอกระบวนการทซบซอน

มการนยามเหตการณทไมพงปรารถนาเรยบรอยแลว

16

ประโยชนของ FTA

ใหขอมลทชดเจนเกยวกบล าดบเหตการณทจะท าใหเกดเหตการณไมพงปรารถนา

ใหขอมลเกยวกบ ชนสวนวกฤต ทมความเสยงสงสดในการท าใหเกดเหตการณไมพงประสงค

เปนขอมลทส าคญในการวเคราะหเชงตนทน/ก าไรเพอศกษาความเปนไปไดในการปรบปรง

17

สญลกษณ (Symbol) ทใชใน FTA

Gate Symbols

Event Symbols

18

Gate Symbols

Name of gate

Symbol of gate Input – Output Relationship

ANDGATE

เหตการณดานขาออกจะเกดขนถาเหตการณ ทก เหตการณดานขาเขาเกดขน

ORGATE

เหตการณดานขาออกจะเกดขนถาเหตการณ อยางนอยหนงเหตการณดานขาเขาเกดขน

m-out-of-nVOTINGGATE

เหตการณดานขาออกจะเกดขนถาเหตการณ m เหตการณหรอมากกวา จาก n เหตการณเกดขน

Output

Input

1 2 … n

1 2 … n

Output

Input

1 2 … n

Output

Input

m

19

Event Symbols

Name of event

Symbol of gate Input – Output Relationship

Basic Event เปนเหตการณซง ไมสามารถ แยกเปนเหตการณยอยไดอก

Undeveloped Event

(Intermediate Event)

เปนเหตการณทคณะท างาน ยงไมสามารถหาสาเหตของการเกดได

Resultant Event

เปนเหตการณซงเปน ผลลพธ ของเหตการณยอยอนๆ

External Event

เปนเหตการณซง เกดจากภายนอกและคาดหวงวาจะเกดอยแลว จะไมพจารณาวาเปน Fault / Failure

Diamond

Rectangle

Circle

House

20

สญลกษณ (Symbol) ทใชใน FTA

Intermediate

Events

Basic Events

Gate Symbol

Top Undesired Event

21

Boolean Algebra (พชคณตบลน)

A

B C

=

B ∩ C = C ∩ B

B

C

A

C B

AND Gate

22

Boolean Algebra (พชคณตบลน)

A

B C

=

A

C B

OR Gate

B ∪ C = C ∪ B

B C

23

Boolean Algebra (พชคณตบลน)

A

B

=

A

B D

DC

C

B ∩(C ∩ D) = B ∩ C ∩ D

24

Boolean Algebra (พชคณตบลน)

A

B

=

A

B D

DC

C

B ∪ (C ∪ D) = B ∪ C ∪ D

25

Boolean Algebra (พชคณตบลน)

A

B

=

DC

B ∩ (C ∪ D) = (B ∩ C) ∪ (B ∩ D)

A

DBCB

26

Boolean Algebra (พชคณตบลน)

A

B

=

DC

A

DBCB

B ∪ (C ∩ D) = (B ∪ C) ∩ (B ∪ D)

27

กฎเกณฑในการใช FTA

1. ทราบจดประสงคและจดแขงของ FTA

ใชเครองมอทเหมาะสมและถกตอง FTA ใชส าหรบo การวเคราะหเพอลดความเสยงการเกดเหตการณไมพงปรารถนา

จากสาเหตรากเหงา (Root Cause)

o ชบงเหตการณทน าไปสเหตการณไมพงปรารถนาo ค านวณคาความนาจะเปนของการเกดเหตการณไมพงปรารถนา

2. มความมนใจและแนใจวาเหตการณไมพงปรารถนา(Undesired Event) ถกนยามอยางถกตองและมเหตผล

28

กฎเกณฑในการใช FTA

3. ก าหนดกฎพนฐานส าหรบการวเคราะห ก าหนดสมมตฐาน

ก าหนดขอบเขตของเหตการณไมพงปรารถนา

ก าหนดขอบเขตของการวเคราะห ความลกและความละเอยดของการวเคราะห

4. ใชชนดของ Gate อยางระมดระวง โดยปกต การใชเพยงแค AND Gate และ OR Gate จะ

เพยงพอตอการวเคราะห

29

กฎเกณฑในการใช FTA

5. การใชประโยคในการอธบายใน Fault Tree ทกประโยคตองละเอยดและชดเจน การใชค าวา fail (ลมเหลว), ของเสย หรอเครองจกรเสย ฯลฯ ไมให

ภาพทชดเจน ตวอยางเชน “Power supply fails” กบ “Power supply not provide +5.0 VDC”

6. ท าการทบทวนจากผเชยวชาญ นกออกแบบระบบ

30

กฎเกณฑในการใช FTA

7. รจกและเขาใจระบบทถกวเคราะห การท างานของระบบ

ระบบยอยในระบบใหญ

การปฏสมพนธระหวาระบบยอย (Interaction)

ใชประโยชนจาก Drawing, Specification, Block Diagram เปนตน

31

ขนตอนการวเคราะหความลมเหลวของระบบดวย FTA

1. การนยามระบบและขอบเขตของระบบ : Functional

Layout Diagram

2. ชบงความลมเหลว (นยามเหตการณ : Top Event) ทไมพงปรารถนา

3. สราง Fault Tree

4. การสราง Cut Set

5. ก าหนดคาเชงปรมาณ6. ล าดบความเสยง

32

มการปมลมเขาแทงกเปนเวลา 10 นาท จนเตม และท าการปมลมออกจากแทงกเปนเวลา 50 นาท จนแทงกวาง ขณะทปมลมเขาแทงกจนครบ 10 นาท ถาคอนแทคสไมถกเปดออกหลงจาก 10 นาท จะมสญญาณเตอนเพอใหพนกงานมาท าการปดสวทซเพอปองกนแทงกระเบด Horn2

ตวอยางการวเคราะหระบบปมลมอตโนมต

Power supply

Contact

Timer

Pump Tank

Horn1

Switch

33

1) การนยามระบบและขอบเขตของระบบ

เปนระบบปมลมอตโนมตปกตจะท างานโดยไมตองอาศยพนกงาน แตถาเกดเหตการณไมปกตสญญาณจะเตอนเพอใหพนกงานเขามาท าการแกไข

ระบบประกอบดวย แหลงพลงงาน, สวตซ, คอนแทคส, ตวตงเวลา, ปมลมซงมมอเตอรอยขางใน, แทงก และสญญาณเตอน

34

2) ชบงความลมเหลว

ความลมเหลวของระบบ

1) แทงกระเบด

2) แทงกแตก

35

3) สราง Fault Tree

แทงกระเบด

ความลมเหลวของแทงก

มความดนมากเกนไปในแทงก

ปมท างานนานเกนไป

กระแสไฟฟาเขามอเตอรนานเกนไป

สวตซปดนานเกนไปคอนแทคสปดนานเกนไป

ความลมเหลวของคอนแทคส

ไมมค าส งใหเปดคอนแทคส

ความลมเหลวของตวตงเวลา

พนกงานไมไดเปดสวตซ

ความลมเหลวของ

สวตซ

ไมมค าส งใหเปดสวตซ

ความลมเหลวของพนกงาน

ไมมค าส งมาใหพนกงาน

ความลมเหลวของสญญาณเตอนตวท1

ความลมเหลวของสญญาณเตอนตวท2

ตวตงเวลาถกก าหนดนานเกนไป

พนกงานตงเวลาผด

ความลมเหลวของตวตงเวลา

Horn2

Power supply

Contact

Timer

Pump Tank

Horn1

Switch

36

4) การสราง Cut Set

• Cut Set คอ เซทของเหตการณพนฐานทจะท าใหเกดเหตการณทไมพงปรารถนา (Top Event, Undesired Event, Fault, Failure) เกดขน(A list of failure events such that if they occur then so does the top event)

• Minimum Cut Set คอ Cut Set ทถาตดเหตการณพนฐานออกจากเซทแลว จะไมเปน Cut Set อกตอไป(A list of minimal, necessary and sufficient conditions for the occurrence of the top event)

37

4) การสราง Cut Set

Top Event

A

A B A C A CB

Cut Sets :AA,BA,B,CA,C

Minimum Cut Sets :A

38

4) การสราง Cut Set

• ใช MOCUS Algorithm (Method of Obtaining Cut Sets)

(Top down reduction algorithm)

• ใชกบระบบทม AND และ OR Gate เทานน• อยบนพนฐานทวา OR gate จะเพมจ านวน Cut Set

AND gate จะเพมสมาชกของ Cut Set

39

4) การสราง Cut Set

• ขนตอนของ MOCUS Algorithm1) ก าหนดชอของ Gate แตละ Gate

2) ก าหนดหมายเลขของเหตการณพนฐาน

3) ก าหนด Gate ทอยสงสดใน Fault Tree ไวทแถวแรกและสดมภแรกของเมตรกซ

4) เรมท าการเพมจ านวนสมาชกในเมตรกซ ในลกษณะจากบนลงลาง โดยพจารณาจาก Fault Tree (ในกรณทเหตการณอยในรปสเหลยมผนผาใหแทนดวยเหตการณพนฐาน หรอ Gate) แทน OR Gate ดวย Input ทเขา OR Gate นนและเพมจ านวน Cut Set

แทน AND Gate ดวย Input ทเขา AND Gate นนและเพมสมาชกใน Cut

Set

40

4) การสราง Cut Set

Top Event

1 2

3 4

G1

G2

1 2 3

Step

G1 1, 2, G2 1, 2, 3

1, 2, 4

Cut Set คอ {1,2,3} และ {1,2,4}

ตวอยางท 1 : MOCUS Algorithm

Minimum Cut Set คอ {1,2,3} และ {1,2,4}

41

4) การสราง Cut Set

แทงกระเบด

ความลมเหลวของแทงก

มความดนมากเกนไปในแทงก

ปมท างานนานเกนไป

กระแสไฟฟาเขามอเตอรนานเกนไป

สวตซปดนานเกนไปคอนแทคสปดนานเกนไป

ความลมเหลวของคอนแทคส

ไมมค าส งใหเปดคอนแทคส

ความลมเหลวของตวตงเวลา

พนกงานไมไดเปดสวตซ

ความลมเหลวของ

สวตซ

ไมมค าส งใหเปดสวตซ

ความลมเหลวของพนกงาน

ไมมค าส งมาใหพนกงาน

ความลมเหลวของสญญาณเตอนตวท1

ความลมเหลวของสญญาณเตอนตวท2

1

G0

2 3

45

ตวตงเวลาถกก าหนดนานเกนไป

พนกงานตงเวลาผด

ความลมเหลวของตวตงเวลา6 7 8 9

G1

G2 G3

G4

G5

G6

G7

ตวอยางการวเคราะหระบบปมลมอตโนมต

1) ก าหนดชอของ Gate แตละ Gate2) ก าหนดหมายเลขของเหตการณพนฐาน

42

4) การสราง Cut Set

Step

1 2 3 4 5 6 7 8 9

G0 1 1 1 1 1 1 1 1

G1 G2,G3 2,G3 2,3 2,3 2,3 2,3 2,3

2,G5 2,5 2,5 2,5 2,5

2,G7 2,8,9 2,8,9 2,8,9

G4,G3 G4,3 4,3 4,3 4,3 4,3

G6,3 6,3 6,3 6,3

7,3 7,3 7,3

G4,G5 4,G5 4,5 4,5 4,5

4,G7 4,8,9 4,8,9

G6,G5 6,G5 6,5 6,5

6,G7 6,8,9

7,G5 7,5 7,5

7,G7 7,8,9

Cut Set คอ {1},{2,3},{2,5},{2,8,9},{4,3},{6,3},{7,3},{4,5},{4,8,9},{6,5},{6,8,9},{7,5},{7,8,9}

Minimum Cut Set คอ {1},{2,3},{2,5},{2,8,9},{4,3},{6,3},{7,3},{4,5},{4,8,9},{6,5},{6,8,9},

{7,5},{7,8,9}

43

5) ก าหนดคาเชงปรมาณ

เหตการณ อตราการเกด คาเชงปรมาณ

1 ความลมเหลวของแทงก 5 ครง ตอ 7 ป 0.71

2 ความลมเหลวของคอนแทคส 3 ครง ตอ 5 ป 0.60

3 ความลมเหลวของสวตซ 1 ครง ตอ 2 ป 0.50

4 ความลมเหลวของตวตงเวลา 1 ครง ตอ 3 ป 0.33

5 ความลมเหลวของพนกงาน 5 ครง ตอ 6 ป 0.83

6 พนกงานตงเวลาผด 5 ครง ตอ 6 ป 0.83

7 ความลมเหลวของตวตงเวลา 1 ครง ตอ 3 ป 0.33

8 ความลมเหลวของสญญาณเตอนตวท1 1 ครง ตอ 3 ป 0.33

9 ความลมเหลวของสญญาณเตอนตวท2 1 ครง ตอ 3 ป 0.33

ตวอยางการวเคราะหระบบปมลมอตโนมต

44

5) ก าหนดคาเชงปรมาณ

Cut Set คาเชงปรมาณ

{1} 0.71

{2,3} 0.60*0.50=0.3

{2,5} 0.60*0.83=0.498

{2,8,9} 0.60*0.33*0.33=0.065

{4,3} 0.33*0.50=0.165

{6,3} 0.83*0.50=0.415

{7,3} 0.33*0.50=0.165

{4,5} 0.33*0.83=0.2739

{4,8,9} 0.33*0.33*0.33=0.0359

{6,5} 0.83*0.83=0.6889

{6,8,9} 0.83*0.33*0.33=0.090

{7,5} 0.33*0.83=0.2739

{7,8,9} 0.33*0.33*0.33=0.0359

ตวอยางการวเคราะหระบบปมลมอตโนมต

Pro

bability o

f O

ccurr

ence

of

Top E

vent

45

6) ล าดบความเสยง

Cut Set คาเชงปรมาณ ล าดบความเสยง

{1} 0.71 1

{2,3} 0.60*0.50=0.3 5

{2,5} 0.60*0.83=0.498 3

{2,8,9} 0.60*0.33*0.33=0.065 11

{4,3} 0.33*0.50=0.165 8

{6,3} 0.83*0.50=0.415 4

{7,3} 0.33*0.50=0.165 8

{4,5} 0.33*0.83=0.2739 6

{4,8,9} 0.33*0.33*0.33=0.0359 12

{6,5} 0.83*0.83=0.6889 2

{6,8,9} 0.83*0.33*0.33=0.090 10

{7,5} 0.33*0.83=0.2739 6

{7,8,9} 0.33*0.33*0.33=0.0359 12

ตวอยางการวเคราะหระบบปมลมอตโนมต

46

6) ล าดบความเสยง

• การลดความเสยง• ลดตามล าดบความเสยงทเกดขน

0.000

0.100

0.200

0.300

0.400

0.500

0.600

0.700

0.800

FTA :

47

ตวอยาง FTA ส าหรบการวเคราะหรอยแตกบนชนงานโลหะ

1) นยามระบบและขอบเขตของระบบการผลตมการฉดโลหะเหลวลงในเบาหลอมทมอณหภมเรมตน 1500

องศาเซลเซยส โดยแตละเบาหลอมม 6 cavity หลงจากนนจะท าการลดอณหภมลงเหลอ 500 องศาเซลเซยส ภายในเวลา 3 นาท จงเทชนโลหะออกจากแตละ cavity ทงไวใหเยนบนชนวางชนโลหะทอณหภมหอง(30 องศาเซลเซยส) จนชนงานโลหะมอณหภมเทากบอณหภมหอง

ระบบประกอบดวยเบาหลอม Heater สภาพแวดลอมของหอง เตาทใหความรอนแกเบาหลอม ชนวางชนโลหะ

2) ชบงความลมเหลว เกดรอยแตกขนบนผวของชนโลหะ

48

ตวอยาง FTA ส าหรบการวเคราะหรอยแตกบนชนงานโลหะ

3) วเคราะหรอยแตกของโลหะโดยใช Fault TreeF/G Cracks

G0

Material related

G1

Process related

Excess Porosity

G3

Punctured

Defection / Force ratio too high

G2

G4Wrong material

Expansion rate

Wrong Particle

size

Improper thickness specified

Too low density

G6

Wrong material

Expansion rate

Wrong Particle

size

Temperature profile / gradient is not

consistent

G5

Temperature reduce rate is too fast

Heater location is not

appropriate

Quantity of Heater

is notappropriate

1

2 3

4 5 6

2 3

49

ตวอยาง FTA ส าหรบการวเคราะหรอยแตกบนชนงานโลหะ

4) การสราง Cut SetStep

1 2 3 4 5

G0 G1 G3 2 2

3 3

G4 4, G6 4,2

4,3

G2 G5,1 5,1 5,1

6,1 6,1

Cut Set คอ {2},{3},{4,2},{4,3},{5,1},{6,1}

Minimum Cut Set คอ {2},{3},{5,1},{6,1}

50

ตวอยาง FTA ส าหรบการวเคราะหรอยแตกบนชนงานโลหะ

5) ก าหนดคาเชงปรมาณเหตการณ อตราการเกด คาเชงปรมาณ

1 Temperature reduce rate is too fast 2 ครง ตอ 3 ป 0.66

2 Wrong material Expansion rate 1 ครง ตอ 2 ป 0.50

3 Wrong Particle size 1 ครง ตอ 2 ป 0.50

4 Improper thickness specified 1 ครง ตอ 3 ป 0.33

5 Heater location is not appropriate 2 ครง ตอ 3 ป 0.66

6 Quantity of Heater is not appropriate

1 ครง ตอ 5 ป 0.20

51

ตวอยาง FTA ส าหรบการวเคราะหรอยแตกบนชนงานโลหะ

5) ก าหนดคาเชงปรมาณCut Set คาเชงปรมาณ ล าดบความเสยง

{2} 0.50 2

{3} 0.50 2

{5,1} 0.66*0.66 =0.4356 4

{6,1} 0.20*0.66 =0.132 5

{1} 0.66 1

52

ขอบคณครบ