MÓDULO 6 ÁRVORE DE FALHAS. Curso de Especialização em Transporte Ferroviário de Carga

Transcrição

1 MÓDULO 6 ÁRVORE DE FALHAS

2 . Árvore de Falhas O Método de Análise da Árvore de Falhas (FailureTree Analysis - FTA) foi desenvolvido por volta de 96, por W.A.Watson, da Bell Laboratories e aperfeiçoada pela Boeing Corporation. Consiste em um processo lógico e dedutivo que, partindo de um evento indesejado e pré-definido (EVENTO TOPO), busca-se as possíveis causas de tal evento (pensamento reverso).

3 . Árvore de Falhas Visa melhorar a confiabilidade de produtos e de processos por intermédio da análise sistemática de possíveis falhas e suas conseqüências, orientando na adoção de medidas corretivas ou preventivas. A elaboração da Árvore de Falhas trás uma série de OUTROS benefícios, tais como o aumento do domínio das características técnicas dos equipamentos que compõem o sistema, a identificação da seqüência das falhas críticas e a melhor interação entre os integrantes das equipes de projeto, operação e manutenção.

4 . Árvore de Falhas É aplicável tanto para a análise de um projeto quanto para sistemas que já estão em operação. Pode ser utilizada para avaliação qualitativa (determinação das falhas básicas) e quantitativa (cálculo da probabilidade de ocorrência do evento). Pode ser desenvolvida em diferentes níveis de complexidade. É de interpretação simples por pessoas distantes do assunto sob análise.

5 . Árvore de Falhas É uma ferramenta de fácil aprendizado pois utiliza símbolos para caracterizar os diversos eventos e auxilia na determinação da causa de falhas e verifica a ligação entre as causas. Os eventos interagem para produzir outros eventos, que são relacionados através de operadores lógicos simples (AND, OR etc.). É uma técnica top-down, pois deve-se partir de eventos gerais para eventos mais específicos.

6 Evento Símbolos Falha básica ou limite de resolução da árvore. É possível obter informações de probabilidade. Evento não desenvolvido por falta de informação. Devem ser removidos antes da avaliação quantitativa. Casa dos Eventos: pode ser ligado ou desligado de acordo com a análise do especialista. Ex.: um grupo gerador inserido em um sistema, energizado ou não. Evento Saída Evento de Entrada Recebe o dado de... Transfere o dado para... Evento Condicional Porta lógica de Inibição.

7 . Árvore de Falhas Tanto o MAMFE quanto a Árvore de Falhas são métodos para previsão de falhas em processos e produtos; Tanto o MAMFE quanto a Árvore de Falhas Podem ser utilizados para analisar problemas existentes; A Árvore de Falhas pode subsidiar o MAMFE; Cada falha básica da Árvore de Falhas pode ser um item do MAMFE, facilitando a avaliação dos efeitos e da causa; da falha.

8 Analisar falhas Múltiplas Analisar Falhas Isoladas Identificar Influências Externas Prover um Formato para Validação dos Planos Análise Quantitativa Melhor para... Evitar a Análise de Falhas não Críticas Identificar os Eventos de Alto Nível Causado por Eventos de Nível mais Baixo Ter uma Abrangência Maior ao Analisar a Falha Ter Menos Restrições e ser mais Fácil de Seguir Identificar Características Críticas Árvore de Falhas X X X X X X MAMFE X X X X Fonte: Lafraia (2)

9 Avaliar Redundâncias Melhor para... Não há Necessidade de se Garantir que a Falha de Cada Componente seja Analisada Informação é limitada às Características do Sistema e as suas Funções Básicas Informações de Projeto Detalhadas em Desenhos e Especificações Avaliar as Alternativas de Projeto Avaliar a Integridade do Projeto, incluindo: detecção de falhas e failure-safe Análises Dedutivas de Cima para Baixo Análise Indutivas de Baixo para Cima Árvore de Falhas X X X X MAMFE X X X X Fonte: Lafraia (2)

10 . Árvore de Falhas PORTA "E" PORTA "OU" EVENTO INTERMEDIÁRIO EVENTO TOPO FALHA DO SISTEMA Saída Entradas A FALHA BÁSICA C B FALHAS BÁSICAS

11 . Árvore de Falhas PORTA "OU" FONTE DE IGNIÇÃO PERTO DO FLUÍDO PEGOU FOGO PORTA "E" A FALHA BÁSICA C B FALHAS BÁSICAS A Vazamento de Gasolina B Aconteceu a Faísca C Operador está Fumando

12 . Árvore de Falhas EM FALHA DISJUNTOR NÃO DISPARA SEM SINAL DE DISPARO EVENTO TOPO PORTA "OU" DANIFICADO POR FOGO

13 . Árvore de Falhas SEM SINAL DE DISPARO PORTA "E" CONTATO DO RELÉ "A" FECHADO CONTATO DO RELÉ "B" FECHADO

14 . Árvore de Falhas O operador não desligou o sistema O operador acionou a chave errada quando ouviu o alarme O alarme soou

15 . Árvore de Falhas Corte de Força Desnecessário B A B C A Monitor gera o sinal errado. B Idem Monitor 2. C Idem Monitor 3. O evento de saída ocorre se o evento B ocorrer.

16 Fonte Fusível Resistência Motor Falha topo: Motor falha ao dar a partida Falha primária: falhas por erros de projeto. Falha secundária: falhas devido a causas externas ao projeto (trabalho em condição anormal, fora da especificação e por manutenção imprópria). Falha de comando: erro ou ruído ao comandar um componente. Observando-se o circuito nota-se três possíveis causas: falha primária do motor; falha secundária do motor e; falha do comando do motor. Relembrando...

17 A construção de uma Árvore de Falhas é um misto de arte e de ciência. Professor Apostalikisapud Scapin (999) Considerando que diferentes especialistas podem elaborar árvore de falhas diferentes, para um mesmo sistema, pode-se observar a solução a seguir.

18 Primeira Versão

19 . Árvore de Falhas Motor Falha ao dar a Partida No Motor A Não há corrente no Motor Condutor não está energizado B O desdobramento serve para explicar melhor o evento da falha. Não interferem no cálculo da confiabilidade. A Falha básica no motor. B Falha secundária no motor.

20 . Árvore de Falhas No Condutor C Não há corrente no Condutor D A Chave não está energizada 2 C Falha básica no Condutor. D Falha secundária no Condutor.

21 . Árvore de Falhas 2 Na Chave E Não há corrente na Chave F A Fonte não está energizada 3 E Falha básica na Chave. F Falha secundária na Chave.

22 . Árvore de Falhas G 3 Não há corrente na Fonte O Fusível não dá continuidade ao circuito Na Fonte H 4 G Falha básica na Fonte. H Falha secundária na Fonte.

23 . Árvore de Falhas I 4 No Fusível J I Falha básica no Fusível. J Falha secundária no Fusível.

24 Segunda Versão

25 Motor Falha ao dar a Partida. Árvore de Falhas A Falha na Alimentação Elétrica B Pode ser melhor elaborada? C D G E F A Falha básica no motor B Falha secundária no motor. C Fonte não fornece energia D Fusível queimado E Resistência aberta F Fiação interrompida G - Chave aberta

26 Regras da Álgebra de Boole Tipo de Porta Forma Algébrica para as saídas A e B Processamento A B Resultado OR A + B A B (F) (V) (V) (V) AND A. B (F) (F) A B (F) (V) NOT A` (V) (F) Falha Não Falha

27 Regras da Álgebra de Boole Tipo de Porta Forma Algébrica para as saídas A e B Processamento A B Resultado NOR (A + B)` (V) (F) (F) (F) NAND (A. B)` (V) (V) (V) (F) Falha Não Falha

28 Regras da Álgebra de Boole Tipo de Porta Forma Algébrica para as saídas A e B Processamento A B Resultado XOR (A + B). (A. B)` = A B OU Exclusivo (F) (V) (V) (F) XNOR ((A + B). (A. B)`)` (V) (F) (F) (V) Falha Não Falha

29 . Árvore de Falhas Propriedades da Álgebra de Boole - Lei Comutativa: X.Y = Y.X X+Y = Y+X 2 - Lei Associativa: X(Y.Z) = (X.Y)Z X+(Y+Z) = (X+Y)+Z 3 - Lei Idempotente: X.X = X X+X = X 4 - Lei de Absorção: X(X+Y) = X X+X.Y = X

30 . Árvore de Falhas Propriedades da Álgebra de Boole 5 - Lei Distributiva: X(Y+Z) = X.Y+X.Z (X+Y). (X+Z) = X+Y. Z 6 - Complementar: X. X = X+X = 7 - Teorema de "De Morgan": X. Y = X+Y X+Y = X. Y 8 - De uso freqüente: X+X. Y = X+Y X(X+Y) = X. Y

31 DEFINIR O SISTEMA Tópicos. Árvore de Falhas Procedimento para a Análise por Árvore de Falhas DEFINIR O EVENTO TOPO COLETAR DADOS SOBRE O SISTEMA CONSTRUIR A ÁRVORE DEFINIR OS OBJETIVOS DO SISTEMA VALIDAR A ÁRVORE DE FALHAS AVALIAÇÃO QUALITATIVA AVALIAÇÃO QUANTITATIVA DECISÕES E RECOMENDAÇÕES AÇÕES CORRETIVAS Fonte: Adaptado de Seixas (2)

32 . Árvore de Falhas Definir o Sistema Caracterizar o sistema e definir as suas funções; Avaliar a operação do sistema (controles, interfaces etc.); Identificar os procedimentos operacionais do sistema; Identificar os procedimentos de teste e de manutenção do sistema; Analisar as especificações técnicas (limites operacionais, necessidade de monitoração etc.) dos componentes do sistema.

33 . Árvore de Falhas Definir o Evento Topo Geralmente está relacionado com alguma situação crítica; Deve-se preocupar com a sua seleção: Não pode ser muito geral, pois a análise pode se tornar dispersa (pouco valor prático) e Não pode ser muito específico, pois a análise pode não fornecer uma visão suficientemente ampla do problema.

34 . Árvore de Falhas Construir a Árvore Determinar o Evento Topo; Determinar os Fatores Contribuintes; Elaboração da Diagramação Lógica;... Determinação das Falhas Básicas; Simplificação Booleana; Aplicação dos Dados Quantitativos; Determinação da Probabilidade de Ocorrência.

35 . Árvore de Falhas Validar a Árvore de Falhas O objetivo da validação da árvore de falhas é avaliar a precisão e a veracidade das suas informações. Geralmente é efetuada por um analista que não tenha participado da sua elaboração.

36 . Árvore de Falhas A determinação dos cortes mínimos viabiliza a análise qualitativa da árvore de falhas Denomina-se corte de uma arvore de falhas a um conjunto de falhas básicas cuja a ocorrência implica na ocorrência do evento topo. Denomina-se corte mínimo quando o corte não puder ser reduzido sem perder a sua condição de corte. Os cortes mínimos são os pontos fracos do sistema sob análise.

37 A B C Conjunto de Cortes (,); (,3); (,4); (2,); (2,3); (2,4) Conjunto de Cortes Mínimos (); (2,3); (2,4) Um corte mínimo de ª ordem e dois de 2ª ordem. Quanto menor a ordem mais crítico é o corte.

38 . Árvore de Falhas Algoritmo para Determinar os Conjuntos de Corte Mínimo Algoritmo de Vesely-Fussel Foi desenvolvido por Jerry Fussel e Willian Vesely e pode ser utilizado para eventos não repetidos. Parte-se da primeira porta antes do evento topo; Para Portas tipo E aumenta-se o tamanho de um corte mínimo e para Portas tipo OU aumenta-se a quantidade de um corte mínimo; Deve-se substituir cada porta pelas suas entradas até que todas as portas tenham sido substituídas.

39 . Árvore de Falhas Linhas Quantidade de Cortes: aumenta com a porta OU. Colunas Ordem do corte: aumenta com a porta E.

40 . Árvore de Falhas 2 A B 2 D C E F 3 G

41 C B 2 C D G 2 C C C 3 F E 3 F Conjunto dos Cortes Mínimos 4 cortes mínimos de ª ordem e 3 de 2ª ordem.

42 . Árvore de Falhas A análise quantitativa pode ser efetuada independentemente da análise qualitativa. Considerar-se-á na análise quantitativa, as taxas de falha e de reparo como constantes.

43 A Análise Top-Down A = B.C; B = F+D; D = F2+F3; B C C = F3+E; E = F.F2 A = (F+D). (F3+E) F D F3 E A = F.F3 + F.E + D.F3 + D.E A = F.F3 + F(F.F2) + F3(F2+F3) + (F2+F3)(F.F2) F2 F3 F F2 A = F.F3 + F.F.F2 + F2.F3 + F3.F3 + F2.F2.F+ F3.F.F2 Lei Idempotente

44 Análise Top-Down A = B.C; B = F+D; D = F2+F3; C = F3+E; E = F.F2 A = (F+D). (F3+E) A = F.F3 + F.E + D.F3 + D.E A = F.F3 + F(F.F2) + F3(F2+F3) + (F2+F3)(F.F2) A = F.F3 + F.F.F2 + F2.F3 + F3.F3 + F2.F2.F+ F3.F.F2 A = F.F3 + F.F2 + F2.F3 + F3 + F2.F+ F3.F.F2 De acordo com a Lei de Absorção ( ): F.F3 + F2.F3 + F.F2.F3 + F3 = F3. Sendo assim: A = F3 + F.F2 F2 X+X.Y = X F3 A F.F2 F F2

45 Helman Horácio e Andery, Paulo Roberto Pereira. Análise de Falhas - Aplicação dos Métodos de FMEA FTA, 56 pgs., Editora Fundação Christiano Ottoni Escola de Engenharia da UFMG, Belo Horizonte, 995. Lafraia, João Ricardo Barusso. Manual de Confiabilidade, Mantenabilidade e Disponibilidade. 374 pgs, Editora Qualitymark, ISBN , Rio de Janeiro, 2. Rausand, Marvin e Oien, Knut. The Basic Concepts of Failure Analysis Reliability. Engineering and System Safety. Vol. 53, p , 996 Scapin, Carlos Alberto. Análise Sistêmica de Falhas. 3 pgs, Editora de Desenvolvimento Gerencial, ISBN , Belo Horizonte, 999. Seixas, Eduardo de Santana. Construção de Árvores de Falhas. Qualytek - Qualidade, Tecnologia e Sistemas LTDA, 2.