تحليل شجرة الأحداث

تحليل شجرة الأحداث ( ETA ) هو أسلوب نمذجة منطقية تنازلي، يعتمد على تحليل الأحداث من الأعلى إلى الأسفل ، ويتناول حالات النجاح والفشل على حد سواء، حيث يستكشف الاستجابات من خلال حدث بدء واحد، ويرسم مسارًا لتقييم احتمالات النتائج وتحليل النظام ككل. ^{[ 1 ]} يُستخدم هذا الأسلوب التحليلي لدراسة آثار عمل الأنظمة أو فشلها بعد وقوع حدث معين. ^{[ 2 ]}

تُعدّ تقنية تحليل الأحداث (ETA) أداةً فعّالة لتحديد جميع عواقب النظام التي يُحتمل حدوثها بعد حدثٍ مُسبّب، ويمكن تطبيقها على نطاقٍ واسع من الأنظمة، بما في ذلك محطات الطاقة النووية ، والمركبات الفضائية ، والمصانع الكيميائية . يُمكن تطبيق هذه التقنية على النظام في المراحل الأولى من عملية التصميم لتحديد المشكلات المُحتملة، بدلاً من معالجتها بعد وقوعها. ^{[ 3 ]} وبفضل هذه العملية المنطقية الاستباقية، يُمكن أن يُساعد استخدام تقنية تحليل الأحداث (ETA) كأداةٍ في تقييم المخاطر على منع حدوث النتائج السلبية، وذلك بتزويد مُقيّم المخاطر باحتمالية وقوعها. تستخدم تقنية تحليل الأحداث (ETA) نوعًا من تقنيات النمذجة يُسمى " شجرة الأحداث "، والتي تتفرع من حدثٍ واحد باستخدام المنطق البولياني .

ظهر مصطلح "شجرة الأحداث" لأول مرة خلال دراسة السلامة لمحطة الطاقة النووية WASH-1400 (حوالي عام 1974)، حيث احتاج فريق WASH-1400 إلى طريقة بديلة لتحليل شجرة الأعطال نظرًا لكبر حجمها. وعلى الرغم من عدم استخدام مصطلح "شجرة الأحداث " في ذلك الوقت، فقد أدخلت هيئة الطاقة الذرية البريطانية (UKAEA) تحليل شجرة الأحداث (ETA) لأول مرة في مكاتب التصميم التابعة لها عام 1968، وذلك بهدف استخدام تقييم المخاطر الشامل للمحطة لتحسين تصميم مفاعل الماء الثقيل لتوليد البخار بقدرة 500 ميغاواط . وأظهرت هذه الدراسة أن تحليل شجرة الأحداث (ETA) يُبسّط التحليل إلى شكل قابل للإدارة. ^{[ 1 ]} لم يُطوّر تحليل شجرة الأحداث (ETA) في البداية خلال دراسة WASH-1400، بل كانت هذه إحدى الحالات الأولى التي استُخدم فيها على نطاق واسع. اعتمدت دراسة هيئة الطاقة الذرية البريطانية (UKAEA) على افتراض أن أنظمة الحماية إما تعمل أو تفشل، مع حساب احتمالية الفشل لكل طلب باستخدام أشجار الأعطال أو طرق تحليل مماثلة. يُحدد تحليل شجرة الأحداث (ETA) جميع التسلسلات التي تلي حدثًا مُحفزًا. ويمكن استبعاد العديد من هذه التسلسلات من التحليل لأن تكرارها أو تأثيرها ضئيل جدًا بحيث لا يؤثر على النتيجة الإجمالية. أشارت ورقة بحثية قُدّمت في ندوة CREST في ميونخ، ألمانيا، عام ١٩٧١، إلى كيفية تحقيق ذلك . وتُقرّ استنتاجات دراسة وكالة حماية البيئة الأمريكية (EPA) لمسودة WASH-1400 ^{[ ٣ ]} بدور المرجع ١ وانتقاده لنهج الحد الأقصى للحوادث المحتملة الذي تستخدمه هيئة الطاقة الذرية (AEC). يحدد نهج الحد الأقصى للحوادث المحتملة هدف الموثوقية لنظام الاحتواء، بينما تُحدد أهداف جميع أنظمة السلامة الأخرى بناءً على حوادث أصغر حجمًا ولكنها أكثر تكرارًا، والتي قد لا يشملها هذا النهج.

في عام ٢٠٠٩، أُجري تحليل للمخاطر المتعلقة بحفر نفق تحت الماء أسفل نهر هان في كوريا باستخدام آلة حفر أنفاق تعمل بنظام توازن ضغط التربة . استُخدم تحليل المخاطر البيئية (ETA) لتحديد كمية المخاطر، من خلال توفير احتمالية وقوع حدث ما، في المراحل الأولية لتصميم النفق، وذلك لتجنب أي إصابات أو وفيات، نظرًا لأن بناء الأنفاق في كوريا يُسجل أعلى معدلات الإصابات والوفيات ضمن فئة الإنشاءات. ^{[ ٤ ]}

يبدأ إجراء تقييم المخاطر الاحتمالية بمجموعة من الأحداث الأولية التي تُغير حالة النظام أو تكوينه. ^{[ 3 ]} الحدث الأولي هو حدث يُطلق رد فعل، كما هو الحال مع الشرارة (الحدث الأولي) التي قد تُشعل حريقًا يؤدي إلى أحداث أخرى (أحداث وسيطة) مثل احتراق شجرة، ثم إلى نتيجة نهائية، كأن تتوقف الشجرة المحترقة عن إنتاج التفاح. يؤدي كل حدث أولي إلى حدث آخر، وهكذا دواليك، حيث يُمكن حساب احتمالية وقوع كل حدث وسيط باستخدام تحليل شجرة الأعطال، حتى الوصول إلى حالة نهائية (نتيجة توقف الشجرة عن إنتاج التفاح). ^{[ 3 ]} تُقسم الأحداث الوسيطة عادةً إلى ثنائية (نجاح/فشل أو نعم/لا)، ولكن يُمكن تقسيمها إلى أكثر من اثنين طالما كانت الأحداث متنافية ، أي لا يُمكن أن تحدث في الوقت نفسه. إذا كانت الشرارة هي الحدث المُسبِّب، فهناك احتمال أن تُشعل هذه الشرارة حريقًا أو لا تُشعله (إجابة ثنائية: نعم أو لا)، وكذلك احتمال أن ينتشر الحريق إلى شجرة أو لا ينتشر إليها. تُصنَّف الحالات النهائية إلى مجموعات، قد تكون نجاحات أو شدة عواقب. مثال على النجاح هو عدم اندلاع حريق واستمرار الشجرة في إنتاج التفاح، بينما مثال شدة العواقب هو اندلاع حريق وفقدان التفاح كمصدر للغذاء. يمكن أن تكون حالات الخسارة النهائية أي حالة في نهاية المسار تُمثل نتيجة سلبية للحدث المُسبِّب. تعتمد حالة الخسارة النهائية بشكل كبير على النظام، فعلى سبيل المثال، إذا كنت تقيس جودة عملية في مصنع، فإن حالة الخسارة النهائية ستكون إعادة تصنيع المنتج أو التخلص منه. بعض حالات الخسارة النهائية الشائعة: ^{[ 3 ]}

• الخسائر في الأرواح أو الإصابات/الأمراض التي تصيب الأفراد ^{[ 3 ]}
• تلف أو فقدان المعدات أو الممتلكات (بما في ذلك البرامج) ^{[ 3 ]}
• أضرار غير متوقعة أو جانبية نتيجة للاختبارات
• فشل المهمة ^{[ 3 ]}
• فقدان توافر النظام ^{[ 3 ]}
• الضرر بالبيئة ^{[ 3 ]}

الهدف العام لتحليل شجرة الأحداث هو تحديد احتمالية النتائج السلبية المحتملة التي قد تُسبب ضررًا والناتجة عن الحدث المُبدئ المُختار. من الضروري استخدام معلومات تفصيلية حول النظام لفهم الأحداث الوسيطة، وسيناريوهات الحوادث، والأحداث المُبدئية لبناء مخطط شجرة الأحداث. تبدأ شجرة الأحداث بالحدث المُبدئ، حيث تتبع عواقب هذا الحدث بطريقة ثنائية (نجاح/فشل). يُنشئ كل حدث مسارًا تحدث فيه سلسلة من النجاحات أو الإخفاقات، حيث يُمكن حساب الاحتمالية الإجمالية لحدوث هذا المسار. يُمكن حساب احتمالات الإخفاقات للأحداث الوسيطة باستخدام تحليل شجرة الأعطال ، بينما يُمكن حساب احتمالية النجاح من خلال المعادلة: 1 = احتمالية النجاح (ps) + احتمالية الفشل (pf). ^{[ 3 ]} على سبيل المثال، في المعادلة 1 = (ps) + (pf) إذا كنا نعلم أن pf = 0.1 من تحليل شجرة الأعطال، فمن خلال الجبر البسيط يمكننا حل ps حيث ps = (1) - (pf) ثم سيكون لدينا ps = (1) - (0.1) و ps = 0.9.

يُمثل مخطط شجرة الأحداث جميع المسارات الممكنة انطلاقًا من الحدث المُبدئ. يبدأ الحدث المُبدئ من اليسار بخط أفقي يتفرع رأسيًا. يُمثل الفرع الرأسي نجاح/فشل الحدث المُبدئ. في نهاية الفرع الرأسي، يُرسم خط أفقي في الأعلى والأسفل يُمثل نجاح أو فشل الحدث الأول، حيث يُكتب وصف (عادةً نجاح أو فشل) مع علامة تُمثل المسار، مثل 1s حيث s تعني نجاح و1 هو رقم الحدث، وبالمثل 1f حيث 1 هو رقم الحدث وf تعني فشل (انظر الرسم التوضيحي المرفق). تستمر هذه العملية حتى الوصول إلى حالة النهاية. عندما يصل مخطط شجرة الأحداث إلى حالة النهاية لجميع المسارات، تُكتب معادلة احتمالية النتيجة. ^{[ 1 ] [ 3 ]}

خطوات إجراء تحليل شجرة الأحداث: ^{[ 1 ] [ 3 ]}

1. حدد النظام: حدد ما يجب إشراكه أو أين يتم رسم الحدود.
2. تحديد سيناريوهات الحوادث: إجراء تقييم للنظام للعثور على المخاطر أو سيناريوهات الحوادث داخل تصميم النظام.
3. تحديد الأحداث الأولية: استخدم تحليل المخاطر لتحديد الأحداث الأولية.
4. تحديد الأحداث الوسيطة: تحديد التدابير المضادة المرتبطة بالسيناريو المحدد.
5. قم ببناء مخطط شجرة الأحداث
6. الحصول على احتمالات فشل الحدث: إذا تعذر الحصول على احتمال الفشل، فاستخدم تحليل شجرة الأعطال لحسابه.
7. تحديد مخاطر النتائج: حساب الاحتمالية الإجمالية لمسارات الأحداث وتحديد المخاطر .
8. تقييم مخاطر النتائج: تقييم مخاطر كل مسار وتحديد مدى مقبوليته.
9. التوصية بإجراء تصحيحي: إذا كانت مخاطر نتيجة مسار ما غير مقبولة، فقم بتطوير تغييرات في التصميم من شأنها تغيير المخاطر .
10. توثيق وقت الوصول المتوقع: قم بتوثيق العملية بأكملها على مخططات شجرة الأحداث وقم بتحديثها بالمعلومات الجديدة حسب الحاجة.

1 = (احتمالية النجاح) + (احتمالية الفشل)

يمكن استنتاج احتمالية النجاح من احتمالية الفشل.

احتمالية المسار الإجمالية = (احتمالية الحدث 1) × (احتمالية الحدث 2) × ... × (احتمالية الحدث ن)

يمكن استخدام تحليل شجرة الأحداث في تقييم المخاطر من خلال تحديد احتمالية حدوث الفشل، والتي تُستخدم بدورها لتحديد المخاطر عند ضربها في خطر وقوع الأحداث. يُسهّل تحليل شجرة الأحداث تحديد المسار الذي يُولّد أكبر احتمالية للفشل في نظام مُحدد. من الشائع وجود حالات فشل أحادية النقطة لا تتضمن أي أحداث وسيطة بين الحدث المُسبّب للفشل. باستخدام تحليل شجرة الأحداث، يُمكن استهداف حالات الفشل أحادية النقطة لإضافة خطوة وسيطة تُقلل من الاحتمالية الإجمالية للفشل، وبالتالي تُقلل من مخاطر النظام. يُمكن تطبيق فكرة إضافة حدث وسيط في أي مكان في النظام، لأي مسار يُولّد مخاطر عالية، حيث يُمكن للحدث الوسيط المُضاف أن يُقلل من الاحتمالية، وبالتالي يُقلل من المخاطر.

• يُمكّن من تقييم الأعطال والفشل المتعددة والمتزامنة ^{[ 1 ]}
• يعمل في وقت واحد في حالات الفشل والنجاح ^{[ 1 ]}
• لا حاجة لتوقع الأحداث النهائية ^{[ 1 ]}
• يمكن تحديد وتقييم مناطق الفشل أحادي النقطة، وضعف النظام، والتدابير المضادة ذات العائد المنخفض لنشر الموارد بشكل صحيح ^{[ 1 ].}
• يمكن تحديد المسارات في النظام التي تؤدي إلى الفشل وتتبعها لعرض التدابير المضادة غير الفعالة. ^{[ 1 ]}
• يمكن أتمتة العمل ^{[ 3 ]}
• يمكن تنفيذه على مستويات مختلفة من التفاصيل ^{[ 3 ]}
• العلاقة المرئية بين السبب والنتيجة ^{[ 3 ]}
• سهل التعلم والتنفيذ نسبياً ^{[ 3 ]}
• ^{[ 3 ]}​
• يتبع مسارات الأعطال عبر حدود النظام ^{[ 3 ]}
• يجمع بين الأجهزة والبرامج والبيئة والتفاعل البشري ^{[ 3 ]}
• يسمح بتقييم الاحتمالات ^{[ 3 ]}
• البرامج التجارية متاحة ^{[ 3 ]}

• لا يتناول إلا حدثًا واحدًا في كل مرة. ^{[ 1 ]}
• يجب على المحلل تحديد التحدي المبدئي ^{[ 1 ]}
• يجب على المحلل تحديد المسارات ^{[ 1 ]}
• قد لا يكون من الممكن تمييز مستوى الخسارة لكل مسار دون إجراء مزيد من التحليل ^{[ 1 ]}
• يصعب تحديد احتمالات النجاح أو الفشل. ^{[ 1 ]}
• يمكن التغاضي عن الاختلافات الدقيقة في النظام ^{[ 3 ]}
• لا يمكن التمييز بين النجاحات/الإخفاقات الجزئية ^{[ 3 ]}
• يتطلب محللاً يتمتع بتدريب عملي وخبرة ^{[ 3 ]}

على الرغم من أن تحليل شجرة الأحداث (ETA) قد يكون بسيطًا نسبيًا، إلا أنه يمكن استخدام برامج متخصصة للأنظمة الأكثر تعقيدًا لإنشاء المخطط وإجراء الحسابات بسرعة أكبر مع تقليل الأخطاء البشرية. تتوفر أنواع عديدة من البرامج للمساعدة في إجراء تحليل شجرة الأحداث. في الصناعة النووية، يُستخدم برنامج RiskSpectrum على نطاق واسع، وهو يجمع بين تحليل شجرة الأحداث وتحليل شجرة الأعطال. كما تتوفر حلول برمجية مجانية عالية الجودة على نطاق واسع. يُعد برنامج SCRAM مثالًا على أداة مفتوحة المصدر تُطبّق معيار Open-PSA Model Exchange Format المفتوح لتطبيقات تقييم السلامة الاحتمالية.

• تحليل شجرة الأعطال
• تحليل أنماط الفشل وتأثيراتها