242646071 Fault Tree Analysis 6g6v4y

Tugas Perancangan Pabrik Kimia FTA

Fault Tree Analysis

Disusun oleh : Annisa Shanti R

(I0510004)

Donny Chandra

(I0510011)

Gilang Cahya Widi P

(I0510017)

Oky Ruslan Wijaya

(I0510028)

Dosen Pengampu : Mujtahid Kaavessina, S.T., M.T.

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2013

1

Fault Tree Analysis ( FTA ) adalah analisis kegagalan deduktif di mana keadaan yang tidak diinginkan dari suatu sistem dianalisis menggunakan logika boolean untuk menggabungkan rangkaian di tingkat yang lebih rendah. Metode analisis ini terutama digunakan dalam bidang teknik keselamatan dan teknik rekayasa

untuk

memahami

bagaimana

sistem

bisa

gagal,

untuk

mengidentifikasikan cara terbaik untuk mengurangi risiko atau untuk menentukan tingkat terjadi kecelakaan keselamatan atau kegagalan sistem. FTA digunakan di ruang angkasa, tenaga nuklir, kimia dan proses, farmasi, petrokimia dan industri lainnya yang mempunyai tingkat bahaya yang tinggi. Di ruang angkasa , istilah yang lebih umum "sistem Kegagalan Kondisi". Kondisi ini diklasifikasikan berdasarkan tingkat keparahan efek yang terjadi. Kondisi paling parah memerlukan analisis pohon kesalahan yang paling luas . Ini "sistem Kegagalan Kondisi" dan klasifikasi mereka sering ditentukan sebelumnya dalam analisis Hazard fungsional. FTA dapat digunakan untuk : 

memahami logika yang menyebabkan kondisi yang tidak diinginkan . menampilkan kesesuaian dengan sistem keamanan / kehandalan yang disyaratkan



memprioritaskan kontributor utama untuk kondisi terbaik



memantau dan mengontrol kinerja keselamatan sistem yang kompleks



meminimalkan dan mengoptimalkan sumber daya membantu dalam merancang sebuah sistem.



berfungsi sebagai alat diagnostik untuk mengidentifikasi dan memperbaiki penyebab Top Event

 SEJARAH Fault Tree Analysis ( FTA ) pada awalnya dikembangkan pada tahun 1962 di Bell Laboratories oleh HA Watson, di bawah Angkatan Udara balistik kontrak Divisi Sistem AS untuk mengevaluasi Minuteman I Intercontinental Ballistic Missile ( ICBM ) Sistem Launch Control. Penggunaan pohon kesalahan sejak mendapat dukungan luas dan sering digunakan sebagai alat analisis kegagalan oleh para ahli reliabilitas. Setelah penggunaan pertama yang diterbitkan atas FTA 2

di 1962 Minuteman I Launch Control Study Keselamatan, Boeing dan Avco memperluas penggunaan FTA untuk seluruh sistem Minuteman II pada 19631964. FTA mendapat liputan luas pada 1965 Sistem Keamanan Simposium di Seattle disponsori oleh Boeing dan University of Washington Boeing mulai menggunakan FTA untuk desain pesawat sipil sekitar tahun 1966 . Pada tahun 1970, Federal AS. Aviation istration ( FAA ) menerbitkan perubahan ke 14 CFR 25,1309 peraturan kelaikan udara untuk pesawat kategori transportasi di federal pada 35 FR 5665. Perubahan ini mengadopsi kriteria probabilitas kegagalan sistem pesawat dan peralatan dan menyebabkan meluasnya penggunaan FTA di penerbangan sipil. Dalam industri tenaga nuklir, Komisi Pengaturan Nuklir AS mulai menggunakan probabilistik penilaian (PRA) metode risiko termasuk FTA pada tahun 1975, dan secara signifikan memperluas penelitian PRA setelah kejadian tahun 1979 di Three Mile Island . Hal ini akhirnya menyebabkan 1.981 publikasi NRC Patahan pohon Handbook NUREG - 0492, dan wajib menggunakan PRA bawah otoritas NRC. Bencana industri proses berikut seperti bencana Bhopal 1984 dan ledakan Piper Alpha 1988, pada tahun 1992 Amerika Serikat Departemen Tenaga Kerja Keselamatan dan Kesehatan istrasi (OSHA) yang dipublikasikan di Federal pada 57 FR 6356 (1992/02/24) Proses nya Keselamatan Manajemen (PSM) standar dalam 19 CFR 1910,119 PSM OSHA mengakui FTA sebagai metode yang dapat diterima untuk analisis bahaya proses (PHA). Fault Tree Analysis (FTA) mencoba untuk memodelkan dan menganalisis proses kegagalan teknik dan biologi sistem. FTA pada dasarnya terdiri dari diagram logika yang menampilkan keadaan sistem dan dibangun menggunakan teknik desain grafis. Awalnya, insinyur yang bertanggung jawab untuk pengembangan Fault Tree Analysis, sebagai pengetahuan yang mendalam dari sistem di bawah analisis diperlukan. Seringkali, FTA didefinisikan sebagai bagian lain, atau teknik, teknik reliabilitas. Meskipun kedua model aspek utama yang sama, mereka telah muncul dari dua perspektif yang berbeda. Keandalan rekayasa adalah, untuk sebagian

3

besar, yang dikembangkan oleh matematikawan, sementara FTA, sebagaimana disebutkan di atas, dikembangkan oleh para insinyur. Fault Tree Analysis biasanya melibatkan acara dari hardware aus, kegagalan material atau malfungsi atau kombinasi kontribusi deterministik ke acara yang berasal dari menetapkan tingkat kegagalan hardware/sistem untuk cabang atau set dipotong. Biasanya tingkat kegagalan secara hati-hati berasal dari data historis dibuktikan seperti waktu yang berarti antara kegagalan komponen , satuan, subsistem atau fungsi. Data Predictor dapat ditugaskan, menetapkan tingkat kegagalan perangkat lunak sulit dipahami dan tidak mungkin. Karena perangkat lunak merupakan kontributor penting dan termasuk sistem operasi diasumsikan perangkat lunak akan berfungsi secara normal sebagaimana dimaksud.

Tidak

ada

hal

seperti

pohon

kesalahan

software

kecuali

dipertimbangkan dalam konteks sistem. Software adalah instruksi set ke perangkat keras atau sistem secara keseluruhan untuk operasi yang benar . Sejak peristiwa software dasar tidak gagal dalam arti fisik, mencoba untuk memprediksi manifestasi dari kesalahan perangkat lunak atau kesalahan coding dengan keandalan atau ketepatan adalah mustahil, kecuali asumsi yang dibuat . Memprediksi dan menetapkan tingkat kesalahan manusia bukanlah tujuan utama dari analisis pohon kesalahan, tetapi mungkin berusaha untuk mendapatkan beberapa pengetahuan tentang apa yang terjadi dengan input manusia yang tidak tepat atau intervensi pada waktu yang salah. FTA dapat digunakan sebagai alat desain yang berharga, dapat mengidentifikasi potensi kecelakaan, dan dapat menghilangkan perubahan desain mahal. Hal ini juga dapat digunakan sebagai alat diagnostik, memprediksi kegagalan sistem yang paling mungkin dalam gangguan sistem. FTA digunakan dalam keselamatan dan rekayasa keandalan dan di semua bidang utama teknik .

4

 METODOLOGI Metodologi FTA dijelaskan dalam standar industri dan pemerintah pada umumnya, termasuk NRC NUREG - 0492 untuk industri tenaga nuklir, review berorientasi kedirgantaraan untuk NUREG - 0492 untuk digunakan oleh NASA, SAE ARP4761 untuk kedirgantaraan sipil, MIL - HDBK - 338 untuk sistem militer. IEC standar IEC 61025 yang digunakan untuk lintas-industri dan telah digunakan pula sebagai Norm Eropa EN 61025. Karena tidak ada sistem yang sempurna, berurusan dengan kesalahan subsistem adalah suatu keharusan, dan setiap sistem kerja kadangkala akan mengalami kegagalan di beberapa tempat. Namun, probabilitas untuk sukses seluruhnya atau sebagian lebih besar daripada probabilitas kegagalan seluruhnya atau kegagalan sebagian. Malthus. Membuat FTA ini tidak membosankan seperti merakit pohon keberhasilan yang dapat sangat memakan waktu . Membuat FTA bisa menjadi pengalaman mahal dan rumit sehingga metode ini merupakan metode yang sempurna untuk mempertimbangkan subsistem. Dengan cara ini untuk sistem yang lebih sederhana dapat memperkecil probabilitas kesalahan dengan sedikit analisis sistem. Sehingga, dengan cara mengintegrasikan subsistem akan membentuk analisa yang bagus pada sistem yang lebih besar dan kompleks. Efek yang tidak diinginkan diambil sebagai root (top event) dari pohon logika. Logika untuk sampai ke top event bisa beragam. Salah satu jenis analisis yang dapat dibantu dengan ini adalah analisis bahaya fungsional, berdasarkan pada Aerospace Recommended Practise. Harus ada satu top event dan semua kepentingan harus dituliskan di bawah membentuk pohon. Kemudian, setiap situasi yang dapat menimbulkan pengaruh itu akan ditambahkan ke pohon sebagai rangkaian dari ekspresi logika. Ketika pohon kesalahan diberi label dengan angka aktual pada probabilitas kegagalan, program komputer dapat menghitung probabilitas kegagalan dari pohon kesalahan. Pohon ini biasanya ditulis dengan menggunakan simbol logic gate konvensional . Rutenya melalui pohon antara sebuah event dan sebuah inisiator di pohon yang disebut Cut Set. Cara kredibel yang paling sederhana melalui pohon dari kesalahan hingga ke kejadian awal disebut Minimal Cut Set. 5

Pada beberapa industri menggunakan pohon kesalahan dan pohon event. Pohon event dimulai dari inisiator yang tidak diinginkan (kehilangan pasokan kritis, kegagalan komponen, dll) dan kemungkinan kejadian sistem lebih lanjut melalui serangkaian konsekuensi akhir yang sangat penting. Karena setiap peristiwa baru akan dibahas, node baru di pohon tersebut akan ditambahkan dengan split probabilitas. Probabilitas berbagai top event timbul dari kejadian awal yang terlihat. Program klasik meliputi Electric Power Research Institute ( EPRI ) software CAFTA, yang digunakan oleh banyak pembangkit listrik tenaga nuklir AS dan oleh mayoritas AS dan produsen kedirgantaraan internasional, dan Laboratorium Nasional Idaho SAPHIRE, yang digunakan oleh Pemerintah AS untuk mengevaluasi keselamatan dan kehandalan reaktor nuklir, Space Shuttle, dan Stasiun Luar Angkasa Internasional. Di luar AS , perangkat lunak Risk Spectrum adalah yang paling populer untuk Fault Tree Analysis dan Event Tree Analysis terlisensi digunakan di hampir setengah dari pembangkit listrik tenaga nuklir dunia untuk Analisis keselamatan probabilistik.

Gambar Ilustrasi Metodologi Fault Tree Analysis Di samping untuk menunjukkan hubungan logis antara peristiwa kegagalan dalam kaitannya dengan top event, FTA dapat digunakan untuk menghitung probabilitas acara puncak, dengan cara yang sama seperti pada analisis diagram blok. Kegagalan probabilitas berasal dari nilai-nilai prediksi 6

kehandalan dapat memprediksi peristiwa kegagalan, dan dapat diterapkan untuk mengevaluasi probabilitas kegagalan sistem. FTA ditampilkan di sini adalah sangat sederhana, untuk FTA untuk sistem perwakilan: seperti ini, menunjukkan semua mode kegagalan komponen, atau untuk sistem besar, sistem kontrol penerbangan: seperti proses kimia atau tanaman, dapat sangat kompleks dan tidak praktis untuk mengevaluasi manual. Program komputer yang digunakan untuk menghasilkan dan mengevaluasi FTA kompleks dengan cara melakukan analisis dan membuat grafik pohon kegagalan. Kunci utama dalam Fault Tree Analysis ada 4, yaitu 1. Top Event 

Berdasarkan sistem kegagalan tertentu yang akan dianalisa.



Harus menjelaskan apa kejadian utama dan kapan kejadian itu terjadi



Seringkali digunakan untuk kegagalan sistem tetapi dapat juga untuk kejadian lainnya.



Harus diselesaikan dalam penyebab peristiwa dasar



Mendefinisikan puncak acara yang salah akan mengakibatkan penilaian salah dan kesimpulan.

2. Boundary 

Mendefinisikan apa yang ada dalam analisis dan apa yang di luar analisis.



Diambil dari diagram logika sistem



Mendefinisikan interface yang harus dimasukkan atau tidak.

3. Resolution 

Mendefinisikan penyebab dasar yang harus diselesaikan.



Mendefinisikan apa jenis acara yang dimodelkan.

4. Initial State 

Keadaan

awal

untuk

FTA

mendefinisikan

keadaan

awal

komponen

yang

komponen, kondisi awal, dan asumsi awal masukan. 

Keadaan

awal

untuk

komponen

mencakup

diasumsikan sebagai operasional awal. 

Keadaan awal juga dapat mencakup deskripsi komponen. 7



Asumsi kondisi awal meliputi lingkungan dan kondisi operasional



Masukan awal, asumsi meliputi perintah, asumsi kegagalan yang ada, dan asumsi kejadian yang telah terjadi.



Tergantung pada mode kegagalan sistem untuk dianalisa.

Metode Evaluasi Probabilitas Salah satu tujuan utama analisis pohon kesalahan adalah untuk mengevaluasi probabilitas top event. Ada beberapa pendekatan untuk masalah ini Pendekatan ini dikategorikan menjadi dua kelompok, yaitu metode menggunakan Cut Set dan metode tanpa menggunakan Cut Set. Cut Set adalah seperangkat peristiwa yang menyebabkan top event terjadi. Metode analisis tanpa menggunakan Cut Set memiliki keuntungan dari waktu dan penghematan memori untuk pohon-pohon yang kompleks, karena penentuan Cut Set mungkin memakan waktu yang lama dan dapat mengkonsumsi banyak memori. Sedangkan metode tanpa menggunakan Cut Set dapat menentukan nilai yang tepat dari probabilitas Top Event. Pada saat yang sama berlaku untuk sistem jenis tertentu. Distribusi non-eksponensial kegagalan dan waktu perbaikan dan dependensi antara komponen dan peristiwa berulang adalah beberapa kendala untuk metode ini. Kesalahan evaluasi pohon berdasarkan pendekatan Cut Set minimal yang paling populer untuk analisis kehandalan sistem. Sebuah Cut Set Minimal (MCS) adalah himpunan terkecil peristiwa, yang jika terjadi semua, menyebabkan Top Event terjadi. Metode MCS pertama menentukan cut set minimal pohon berdasarkan Logic Gate dan menggunakan informasi Cut Set untuk menghitung probabilitas. Dengan cara ini probabilitas dari Top Gates atau setiap Gates di pohon dapat dihitung.

8

Gambar Fault Tree Analysis pada Aerospace Combustion Engine  Graphic Symbols Fault

Tree

Analysis adalah

suatu

teknik

yang

digunakan untuk

mengidentifikasi resiko yang berperan terhadap terjadinya kegagalan. Metode ini dilakukan dengan pendekatan yang bersifat top down, yang diawali dengan asumsi kegagalan atau kerugian dari kejadian puncak (Top Event) kemudian merinci sebab-sebab suatu Top Event sampai pada suatu kegagalan dasar (root cause). Gerbang logika menggambarkan kondisi yang memicu terjadinya kegagalan, baik kondisi tunggal maupun sekumpulan dari berbagai macam kondisi. Konstruksi dari fault tree analysis meliputi gerbang logika yaitu gerbang AND dan gerbang OR. Setiap kegagalan yang terjadi dapat digambarkan ke dalam suatu bentuk pohon analisa kegagalan dengan mentransfer atau memindahkan komponen kegagalan ke dalam bentuk simbol (Logic Transfer Components) dan Fault Tree Analysis. Simbol dasar yang digunakan dalam FTA dikelompokkan sebagai event, gate, dan transfer symbol.

9

1. Event symbol

Basic event

External event

Conditioning event 

Undeveloped Event

Top Event

Basic event - Kejadian yang tidak diharapkan yang dianggap sebagai penyebab dasar sehingga tidak perlu dilakukan analisa lebih lanjut.



External event - biasanya diharapkan terjadi (tidak dengan sendirinya kesalahan)



Undeveloped event - Kejadian dasar (Basic Event) yang tidak akan dikembangkan lebih lanjut karena tidak tersedianya informasi.



Condtioning event - kondisi yang membatasi atau mempengaruhi gerbang logika (contoh: modus operasi yang berlaku)



Top event - Kejadian yang dikehendaki pada “puncak” yang akan diteliti lebih lanjut ke arah kejadian dasar lainnya dengan menggunakan gerbang logika untuk menentukan penyebab kegagalan

2. Gate Symbol Simbol gerbang menggambarkan hubungan antara input dan acara output. Simbol yang berasal dari simbol logika Boolean.

OR gate

AND gate

10

Exclusive OR gate

Priority AND gate

Inhibit gate



OR gate - output terjadi jika terjadi masukan apapun



AND gate - output hanya terjadi jika semua input terjadi (input independen)



Exclusive OR gate - output terjadi jika terjadi tepat satu masukan



Priority AND gate - output terjadi jika input terjadi dalam urutan tertentu yang ditentukan oleh peristiwa pengkondisian.



Inhibit gate - output terjadi jika input terjadi di bawah kondisi yang memungkinkan ditentukan oleh peristiwa pengkondisian

3. Transfer Symbol. Transfer simbol yang digunakan untuk menghubungkan input dan output dari pohon kesalahan terkait, seperti pohon kesalahan subsistem ke sistem.

Transfer in 

Transfer out

Transferred event - Segitiga yang digunakan simbol transfer. Simbol ini menunjukkan bahwa uraian lanjutan kejadian berada di halaman lain. Secara umum langkah-langkah prosedur penggunaan Fault Tree dapat

disederhanakan seperti berikut: 1. Identifikasi sumber bahaya yang dapat mengakibatkan kecelakaan (membahayakan kehidupan atau property). 2. Identifikasi awal muasal peristiwa yang dapat mengakibatkan terjadinya bahaya kecelakaan. 11

3. Tetepakan urutan kejadian yang mungkin terjadi setelah terjadinya kejadian awal menggunakan pohon kejadian (event trees). 4. Kuantifikasi setiap rentetan kejadian. 5. Tentukan resiko secara keseluruhan. Contoh : •

Analisis fault tree untuk kerusakan pada start mesin pemotong rumput dimulai dari peristiwa awal dan kemudian tentukan peristiwa kontribusi yang menunjang peristiwa awal.

12

 ANALISIS Banyak pendekatan yang berbeda dapat digunakan untuk model FTA , tapi cara yang paling umum dan populer dapat diringkas dalam beberapa langkah. Sebuah pohon kesalahan tunggal digunakan untuk menganalisis satu dan hanya satu kejadian yang tidak diinginkan atau kejadian utama, yang dapat kemudian dimasukkan ke pohon kesalahan lainnya sebagai basic event. Meskipun sifat dari kejadian yang tidak diinginkan dapat bervariasi secara dramatis, FTA mengikuti prosedur yang sama untuk setiap kejadian yang tidak diinginkan, baik itu penundaan 0,25 msec untuk pembangkit tenaga listrik, sebuah kargo terdeteksi terbakar di teluk,atau bahkan peluncuran yang tidak diinginkan dari suatu ICBM . Karena biaya tenaga kerja, FTA biasanya hanya dilakukan untuk kejadian yang tidak diinginkan lebih serius. Analisis FTA melibatkan lima langkah : 1. Tentukan kejadian yang tidak diinginkan untuk dipelajari Definisi dari kejadian yang tidak diinginkan bisa sangat sulit untuk dimengerti, meskipun beberapa peristiwa yang sangat mudah dan jelas untuk diamati. Seorang insinyur dengan pengetahuan yang luas tentang desain sistem atau analis sistem dengan latar belakang teknik adalah orang terbaik yang dapat membantu menentukan peristiwa yang tidak diinginkan. Peristiwa yang tidak diinginkan yang digunakan kemudian untuk membuat FTA, satu peristiwa untuk satu FTA, tidak ada dua peristiwa digunakan untuk membuat satu FTA . 2. Memperoleh pemahaman tentang sistem Setelah

kejadian

yang

tidak

diinginkan

dipilih,

semua

kemungkinan penyebab yang mempengaruhi kejadian yang tidak diinginkan dipelajari dan dianalisis. Mendapatkan jumlah kemungkinan yang tepat yang sekiranya mengarah ke kejadian ini biasanya tidak mungkin karena itu mungkin sangat mahal dan memakan waktu untuk melakukannya. Software komputer dapat digunakan untuk mempelajari probabilitas sehingga analisis sistem tidak begitu mahal. Analis sistem dapat membantu dengan memahami sistem secara keseluruhan . Perancang sistem memiliki pengetahuan penuh dari sistem 13

dan pengetahuan ini sangat penting agar tidak melewatkan kehilangan apapun penyebab yang mempengaruhi kejadian yang tidak diinginkan. Untuk kejadian yang dipilih, semua penyebab tersebut kemudian diberikan nomor dan diurutkan dalam urutan kejadian dan kemudian digunakan untuk langkah berikutnya yakni menggambar atau membangun pohon kesalahan. 3. Membangun pohon kesalahan Setelah memilih kejadian yang tidak diinginkan dan setelah sistem dianalisa sehingga diketahui semua penyebab dan dampak (dan jika mungkin probabilitasnya) sekarang dapat dibangun pohon kesalahan. Pohon kesalahan didasarkan pada AND dan gerbang OR yang mendefinisikan karakteristik utama dari pohon kesalahan. 4. Mengevaluasi pohon kesalahan Setelah pohon kesalahan telah dibuat untuk kejadian tertentu, maka kemudian dievaluasi dan dianalisis untuk setiap perbaikan yang mungkin atau dengan kata lain mempelajari manajemen risiko dan menemukan cara untuk perbaikan sistem. Langkah ini adalah pengantar untuk langkah terakhir yang akan mengontrol bahaya yang telah diidentifikasi. Singkatnya, dalam langkah ini kita mengidentifikasi semua bahaya yang mungkin mempengaruhi sistem baik secara langsung atau tidak langsung. 5. Mengontrol bahaya yang teridentifikasi Langkah ini sangat spesifik dan berbeda sebagian besar dari satu sistem

ke

sistem

lain.

Poin

utamanya

adalah

bahwa

setelah

mengidentifikasi bahaya, semua metode yang mungkin diterapkan untuk pengurangan kemungkinan terjadinya bahaya. Perbandingan dengan Metode Analisis Lainnya FTA adalah metode deduktif, top-down bertujuan untuk menganalisis pengaruh kesalahan dan kejadian awal dalam sistem yang kompleks. Hal ini kontras dengan modus kegagalan dan analisis efek (FMEA), yang merupakan metode analisis bottom-up induktif yang bertujuan untuk menganalisis efek dari komponen tunggal atau kegagalan fungsi pada peralatan atau subsistem. FTA sangat baik untuk menunjukkan seberapa tahan sistem terhadap satu atau beberapa kesalahan awal, namun tidak baik dalam mengidentifikasi semua kesalahan awal 14

yang mungkin. FMEA baik dalam mengkatalogkan kesalahan awal dan mengidentifikasi efek lokalnya, namun tidak baik untuk mengkaji beberapa kegagalan atau efek kesalahan pada sistem. FTA turut memperhitungkan kejadian eksternal, FMEA tidak. Dalam penerbangan sipil, biasa dilakukan FTA dan FMEA, yakni dengan efek modus kegagalan ringkasan (FMES) sebagai antarmuka antara FMEA dan FTA. Alternatif untuk FTA di antaranya diagram ketergantungan (Dependency Diagram/ DD) yang juga dikenal sebagai diagram blok keandalan (Realibility Block Diagram/ RBD) dan analisis Markov. Sebuah diagram ketergantungan setara dengan analisis pohon sukses (Success Tree Analysis/ STA), kebalikan logis dari FTA. DD menggambarkan sistem menggunakan jalan bukan gerbang. DD dan STA menghasilkan probabilitas keberhasilan (yaitu menghindari kejadian utama) bukannya probabilitas kejadian utama.

15

DAFTAR PUSTAKA “Fault Tree Handbook with Aerospace Applications’, Version 1.1, NASA Publication, August 2002. www.fault-tree.net/tutorials.html www.en.m.wikipedia.org/wiki/Fault_tree_analysis

16