O que é análise de árvore de falhas?
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Em instalações de fabricação, compreender as possíveis causas de falhas no sistema é fundamental para evitá-las.A análise de árvore de falhas (FTA) oferece uma abordagem à análise de causa-raiz, identificando e analisando a raiz dos problemas de ativos antes que o equipamento se divida. 

A análise de árvore de falhas é uma metodologia dedutiva que parte do topo para identificar a causa de um evento indesejado em um sistema complexo. Isso envolve decompor a causa raiz de uma falha em seus fatores contribuintes e representá-la por meio de um modelo gráfico chamado árvore de falhas, o que auxilia gestores e engenheiros a identificar modos potenciais de falha, e a probabilidade de cada modo de falha, em análises de segurança e confiabilidade.

Desenvolvido pela primeira vez no início dos anos pela Bell Laboratories para ajudar a Força Aérea dos Estados Unidos a entender possíveis falhas no sistema de mísseis Minuteman, o FTA tem sido amplamente usado em várias indústrias, incluindo o aeroespacial, energia nuclear, indústria química e automotiva, entre outras.t

Os gerentes de manutenção podem utilizar a análise de árvore de falhas para:

  • Projetar e/ou instalar um novo sistema
  • Fazer alterações nos sistemas existentes
  • Investigar a segurança do sistema ou confiabilidade do sistema
  • Avaliar conformidade regulamentar
  • Otimizar orçamentos de manutenção

Conforme os ambientes de fabricação continuam a evoluir e se tornam mais complexos, a importância de ferramentas eficazes de gerenciamento de riscos, como a Análise de Árvore de Falhas (FTA), aumenta significativamente.A integração de análises de árvore de falhas nas análises de segurança e nas práticas de engenharia de confiabilidade da organização pode proporcionar uma compreensão mais profunda das causas potenciais de falha do sistema, melhorando o desempenho global e reduzindo a probabilidade de incidentes custosos e potencialmente catastróficos.

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Executando uma análise de árvore de falhas

Realizar uma análise de árvore de falhas é um processo complexo que envolve sete etapas principais.

Passo 1: Definir o evento indesejado

Antes de executar sua análise, você deve definir claramente o evento indesejado que deseja analisar. O evento deve ser algo específico e mensurável, como uma falha de componente ou um mau funcionamento do sistema.Também é importante definir o evento em termos claros e consistentes, uma vez que ele servirá como ponto de partida para o seu diagrama de árvore de falhas.

Passo 2: identificar os eventos e fatores contribuintes.

Uma vez que você definiu o evento indesejado, é necessário iniciar a identificação dos fatores e eventos que poderiam contribuir para a sua ocorrência.Os fatores que contribuem geralmente se dividem em duas categorias principais: eventos básicos e eventos intermediários.

Eventos básicos, aqueles eventos que não podem ser divididos em eventos mais simples, são os eventos mais fundamentais em uma árvore de falhas, representando o nível mais baixo de eventos que você pode analisar.Um evento básico em uma árvore de falhas para um acidente de carro, por exemplo, pode ser que o " motorista perca o controle do veículo. "

Os eventos intermediários estão localizados entre os eventos básicos de nível inferior e o evento principal (o evento indesejado primário em análise). Eventos intermediários são causados por outros eventos na árvore de falhas e, por sua vez, causam outros eventos. Eles representam eventos de alto nível que podem ser analisados mais detalhadamente. Utilizando o mesmo acidente de carro como exemplo, um evento intermediário na árvore de falhas poderia ser "estouro do pneu."

Não deixe de considerar eventos internos e externos, como falhas de componentes, erro humano e condições ambientais. Você pode precisar consultar especialistas no assunto e/ou revisar dados históricos, relatórios de incidentes e registros de manutenção, nesta fase da análise.

Etapa 3: construa a árvore de falhas

Com a utilização de símbolos de portas padrão e símbolos de eventos, elabore uma representação gráfica das relações entre o evento indesejado (ou de saída) e seus fatores contribuintes (também conhecidos como eventos de entrada). A árvore de falhas deve ser organizada hierarquicamente, com o evento indesejado no topo e os fatores contribuintes ramificando-se abaixo dele.

A disposição dos eventos básicos é relativamente direta, já que esses eventos não têm a capacidade de produzir outros eventos.A inclusão de eventos intermediários, no entanto, é um pouco mais complexa, pois eventos intermediários exigirão portas lógicas booleanas que indiquem as relações entre eventos de nível superior, intermediários e básicos.

Existem dois tipos principais de portas lógicas usadas em árvores de falhas: Portões E e Portões OU.

  • Portões E portas: use E portas quando todos os eventos contribuintes devem ocorrer simultaneamente para que o evento indesejado ocorra. Por exemplo, se uma falha do sistema requer tanto uma falha de componente quanto um erro do operador, uma porta E seria usada para conectar os eventos na árvore de falhas.
  • Portões OU: use um portão OU quando qualquer um dos eventos de entrada for suficiente para causar o evento de saída. Em outras palavras, o evento de saída ocorrerá se pelo menos um dos eventos de entrada conectados à porta OU ocorrer.Se, por exemplo, uma falha do sistema pudesse resultar tanto de uma falha de componente quanto de um erro do operador, uma porta OU (OR) seria usada para conectar os eventos.

Embora menos comumente usado, NÃO portas, Portões XOR, Portões K/N e INHIBIT portões também podem ajudar a identificar relacionamentos específicos entre eventos de entrada e saída.

  • SEM portas: SEM portas representam a inversa de um evento de entrada. Se o evento de entrada não ocorrer, o evento de saída ocorrerá. Essas portas são menos comuns na análise de árvore de falhas, uma vez que modelam a ausência de um evento ou a ocorrência de um evento complementar.

  • Portões XOR (Exclusivo OU portões): use um portão XOR quando ocorrer exatamente um dos eventos de entrada para que o evento de saída aconteça. Se nenhum ou mais dos eventos de entrada ocorrerem, o evento de saída não acontecerá.

  • Portas K/N: as portas K/N, também chamadas de portas de votação ou portas de limite, são utilizadas quando é necessário que um número específico de eventos de entrada (K) entre todos os eventos de entrada possíveis (N) ocorra para que o evento de saída aconteça.Portões de E/S podem ajudá-lo a ilustrar relacionamentos mais complexos em uma análise de árvore de falhas.

  • Portões INHIBIT: como uma porta AND, uma porta INHIBIT indica que ocorrerá um evento de saída se ocorrerem eventos de entrada e um evento condicional (uma condição ou restrição que possa ser aplicada a qualquer porta).

Os eventos intermediários também podem incluir eventos não desenvolvidos, que são eventos que não são totalmente compreendidos ou não foram totalmente analisados.

Utilizar as diversas portas disponíveis ajudará você a criar uma árvore de falhas abrangente que captura as interações complexas entre os diversos eventos e fatores que precipitaram o evento indesejado.

É importante lembrar que a construção de uma árvore de falhas é um processo iterativo, portanto, você continuará a decompor os eventos contribuintes em seus subeventos básicos até que os eventos não possam ser mais subdivididos.Conforme você obtém novas informações e/ou as condições do sistema se alteram, pode ser necessário fazer diversas adaptações para aperfeiçoar a árvore de falhas.

Etapa 4: coletar dados de falha

Para quantificar os riscos associados ao evento indesejado, será necessário coletar dados de falhas (de registros históricos, bancos de dados da indústria, opiniões de especialistas, etc.) para os eventos básicos na árvore de falhas.Os dados de falha devem ser expressos como probabilidades de falha ou taxas de falha, dependendo do tipo de análise que você está realizando.

Etapa 5: Realizar a análise

Após construir a árvore de falhas e coletar os dados de falhas, você realizará a análise, na qual calculará a probabilidade de ocorrência do evento indesejado e identificará os fatores contribuintes mais críticos.Use um método qualitativo ou quantitativo de análise de dados.

Uma análise qualitativa tem como foco compreender a estrutura da árvore de falhas, as relações entre os eventos e a identificação de caminhos críticos e conjuntos mínimos (o menor conjunto de eventos que pode levar ao evento indesejado).A análise qualitativa pode ajudar a priorizar ações corretivas e identificar áreas para investigação adicional.

Uma metodologia quantitativa envolve o cálculo da probabilidade de ocorrência do evento indesejado com base nas probabilidades de falha dos eventos básicos. A análise quantitativa pode ajudar a informar as decisões de gestão de riscos e avaliar a eficácia das melhorias propostas.

Etapa 6: interpretar os resultados

Após realizar a análise, é hora de interpretar os resultados e comunicar qualquer informação relevante às partes interessadas necessárias.

É fundamental ter em mente que os resultados de uma análise de árvore de eventos dependem da qualidade dos dados de entrada e das suposições feitas durante a análise.Dessa forma, você deve ver os resultados como um ponto de partida para uma investigação e validação adicionais, em vez de uma conclusão definitiva.

Passo 7: implemente melhorias e monitore o progresso

Com base nos resultados da análise de árvore de falhas, serão implementadas medidas preventivas e/ou melhorias para eliminar ou reduzir a probabilidade de um evento indesejado.Certifique-se de monitorar o desempenho dessas melhorias e atualizar continuamente a árvore de falhas para refletir quaisquer alterações no projeto do sistema, nas condições operacionais ou no desempenho dos componentes, de modo que a árvore permaneça precisa e, portanto, útil para a sua organização.

Benefícios da análise da árvore de falhas
  • O FTA fornece uma representação visual dos fatores e eventos contribuintes que podem levar a uma falha do sistema, facilitando a compreensão das interações complexas entre os componentes do sistema.

  • O FTA permite calcular a probabilidade de um evento de falha ocorrer, permitindo uma melhor gestão de riscos e tomada de decisões e ajudando as equipes a serem proativas em relação às ações corretivas.

  • Como você só pode analisar um evento de saída de cada vez, a análise de árvore de falhas ajuda as equipes a se manterem organizadas enquanto avaliam os níveis do sistema e trabalham metodicamente por meio das análises de efeitos.

  • Ao contrário de outras abordagens para análises de modo e efeitos de falha (FMEAs), o FTA leva em conta o erro humano, o que pode ajudar as equipes a entender se os problemas estão relacionados a desvios do procedimento operacional padrão.

  • O FTA identifica quais falhas são mais prováveis de ocorrer, ajudando as equipes a decidir quais problemas exigem atenção urgente.

Limitações da análise da árvore de falhas
  • A precisão e a eficácia do FTA dependem fortemente da experiência dos analistas, de sua capacidade de identificar causas relevantes de falha e de sua compreensão das complexidades da própria árvore de falhas.
  • O FTA é mais adequado para análises de sistemas menores. Sistemas grandes e complexos provavelmente exigirão árvores de falhas grandes e complexas, tornando a análise demorada e desafiadora.
  • A disponibilidade e qualidade dos dados de falha determinarão a precisão das probabilidades calculadas em uma árvore de falhas.
  • A análise da árvore de falhas só permite examinar um evento principal de cada vez.
Produtos de análise de árvore de falhas
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