FTA (결함 원인 분석법)

I. 시스템 안전 공학의 대표 기법, FTA

가. FTA(Fault Tree Analysis)의 개념

  • 특정 예상 사고에 대해 원인이 되는 결함이나 오류를 연역적으로 분석하는 안전성 평가 방법

나. FTA의 특징

트리 구조 표현– AND, OR 게이트를 사용하여 설비나 공정의 위험성을 트리 구조로 표현하는 방법
정량 평가– 중간 및 정상(TOP) 사상에 대한 확률을 차례로 계산하여 논리적, 정량적 결과 도출

 

II. FTA 수행 절차 및 순서도

가. FTA 수행 절차

① 정상 사상 설정 (Top Event)– 위험도를 고려하여 해석할 재해 결정
– 재해 발생 확률의 목표 값 수립
② 대상 공정, 프로세스 특성 파악– 해석하려는 공정과 작업 내용 파악
– 재해 관련 설비 배치, 지침서 등 준비
– 예상 재해의 사례/통계 폭넓은 조사
– 재해 관련 실수의 원인 및 영향 조사
③ FT 작성– 정상 사상의 1차 원인 분석
– 정상-1차 원인관계 논리게이트로 연결
– 1차 원인 대한 2차 원인(결함) 분석
– 1, 2차 원인 관계를 논리게이트로 연결
– 원인 관계를 기본 사상까지 반복 분석
④ FT 구조 해석– 작성 FT를 수학적처리로 간소화
– 최소 컷 세트, 최소 패스 세트를 구분
– 정상 사상에 영향 주는 사상 파악
⑤ FT 정량화– 기본 사상 기반 발생빈도 확률 계산
– 과거 발생률과 현격한 차이 시 재검토
⑥ 해석 결과의 평가– 재해 확률이 허용 가능한 위험수준 초과 시 감소 대책 수립

나. FTA 수행 순서도

 

III. FTA 트리 기호 설명 및 구조

가. FTA 기호 설명

나. FTA 트리 구조

 

IV. 최소 컷셋과 최소 패스셋

가. 최소 컷셋과 최소 패스셋의 개념

최소 컷셋– 모든 기본 사상 발생 시 정상 사상을 발생 시키는 기본 사상의 최소 집합
최소 패스셋– 기본 사상이 일어나지 않으면 정상 사상이 발생하지 않는 기본 사상의 집합
  • 정상 사상의 위험성을 효과적이고 경제적으로 감소시키기 위해 사용되는 방법

나. 확률의 평가

 

V. FTA 활용의 장점 및 고려사항

가. FTA 활용의 장점

장점설명
사고원인
규명 간편화
– 사고의 세부적 원인 목록 작성하여 비전문가도 목록 기반 사고 구조 파악 가능
사고원인
분석의 일반화
– 재해 발생의 모든 원인들의 연쇄를 한 눈에 알기 쉽게 Tree 형태로 표현
사고원인
분석의 정량화
– 재해발생 원인의 정량적 해석과 예측, 컴퓨터 처리 및 통계적 처리가 가능
노력, 시간의
절감
– 최소 컷셋/패스셋으로 사고 발생에 기여도 높은 원인파악, 사고예방 노력 절감
시스템의
결함 진단
– 복잡한 시스템 결함의 효과적 교정을 통해 재해발생 초기 필요(예방) 조치 가능
안전점검
Check List 작성
– 최소 컷셋, 기본 사상 파악으로 안전점검 상 중요 부분 Check List 작성 가능

나. FTA 활용 시 고려사항

고려사항설명
숙련된 전문가
필요
– 해당 분야 전문 지식 숙련자 필요
– 통계, 확률 및 공정 지식/경험 필요
시간 및 경비의
소요
– 정성 평가 비해 막대한 시간, 경비 소요
– 정성평가 후 위험 대상 수행이 바람직
고장율 자료
확보
– 정확한 고장율 확보가 전제 조건
– 환경 따라 고장율 상이, 통계 처리 필요
단일 사고 해석– 최악의 사고 시나리오 가정 확률 규명
– 예상 못한 사고, 사소한 위험 간과 쉬움
논리게이트 선택의 신중– 잠재된 확률 감소 따른 AND 게이트 선택 시 논리적 타당성 신중한 검토 필요

 

VI. FTA 활용 사례

타이어 결함: Pa = 10%
타이어 마모: Pb = 20%
타이어 파손: Px = ?
도로 파편: Py = 10%
타이어 바람 빠짐(펑크): Pf = ?
Px = Pa + Pb – (Pa x Pb)
= 0.1 + 0.2 – (0.1 x 0.2) = 0.28
 
Pf = Px + Py – (Px x Py)
= 0.28 + 0.1 – (0.28 x 0.1) = 0.352
Flat tire의 확률: 35.2%

 

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