Übungseinheit Fehlerbaumanalyse

Kurzzusammenfassung:

In diesem Lehr-Lern-Arrangement geht es darum, dass Studierende die Fehlerbaumanalyse (Fault Tree Analysis (FTA)) kennenlernen und anhand eines Beispiels anwenden. Ausgangspunkt einer FTA ist ein definierter Systemzustand („Top Event“, z.B. Systemausfall), der weiter „top down“ (von oben nach unten) über Zwischenzustände bis zu Basisereignissen (Komponentenausfälle) aufgeschlüsselt wird. Die Fragestellung bzw. Vorgehensweise ist dabei deduktiv. Im Rahmen einer Übungseinheit zur zugehörigen Software-Engineering Vorlesung sollen die Studierenden die Ansätze der FTA kennenlernen und anhand eines Arbeitsblattes erarbeiten und anwenden.


Übersicht

Ziele:

  • Die Studierenden kennen die Definition der FTA und wissen in welchen Situationen diese Analyse eingesetzt werden kann.
  • Die Studierenden kennen die Grundlagen und den Ablauf der FTA.
  • Die Studierenden kennen die Informationen, die eine FTA liefert.
  • Die Studierenden kennen die grundlegenden Elemente der Syntax eines Fehlerbaums.
  • Die Studierenden können eine Fehlerbaumanalyse basierend auf einer Beispielaufgabe erstellen.

Didaktische Funktion(en):

  • Einstieg & Aktivierung
  • Informationsaneignung

Hintergrund / didaktisch-methodische Einordnung:

Sozialform(en):

Einzelarbeit

Anzahl der Lernenden:

ab 1 Person


Voraussetzungen und Ressourcen

Voraussetzungen:

  • 1 Lehrperson zur Verbesserung der Aufgaben
  • Lehrperson(en) benötigen gute Kenntnisse im Bereich FTA

Ausstattung & Medien:

  • Online-Lernplattform für Abgabe der Aufgabe und Bereitstellung der Aufgaben (bspw. Moodle)
  • Modellierungssoftware für die Erstellung des Fehlerbaumes (bspw. Microsoft Visio o.ä.)
  • Für Online-Veranstaltung: Videokonferenz-Plattform wie z.B. Zoom, Big Blue Button o.ä.

Ablauf

Beispiele oder Materialien:

Creative Commons Lizenzvertrag
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Beispielaufgabe:

Erstellen sie eine Fehlerbaumanalyse auf Basis der oben genannten Beschreibung; zusätzliche Designentscheidungen können im Laufe der Analyse hinzugenommen werden, falls dies notwendig ist. Ebenfalls kann es hilfreich sein vorab einen Zustandsautomaten zum Szenario zu erstellen.

1. Fragen zur Fehlerbaumanalyse

  1. Unter welchen Voraussetzungen bzw. in welchen Situationen sollte eine Fehlerbaumanalyse angewendet werden? In welchen Fällen ist sie wenig sinnvoll?
  2. Welche Informationen liefert eine Fehlerbaumanalyse?
  3. Welches sind die vier grundlegenden Elemente (und deren Bedeutung) der Syntax eines Fehlerbaumes?

2. Eine Frage zum Selbststudium

Was bedeuten Minimal Cut Sets (MCS) und Single Point Failures bei der Fehlerbaumanalyse?

3. Fehlerbaumanalyse einer Ampelschaltung

[Beschreibung der Aufgabe]
Für die Steuerung einer Ampelanlage an einer Straßenkreuzung soll auf Basis des Architekturdesigns (geeignete UML Modelle) eine Sicherheitsanalyse mit der FTA durchgeführt werden. Dabei ist vor allem die Gefahrensituation zu untersuchen, dass zwei Autos zusammenstoßen könnten.

Hinweise zur Vorbereitung:

  • Erstellen der Aufgabenstellung zur Fehlerbaumanalyse
  • Erstellen eines Beispiels zur FTA, sowie eines Templates mit gegebenem „Top Event“ zur Modellierung des Fehlerbaumes
  • Modellierung einer Beispiellösung

Hinweise zur Nachbereitung:

  • Korrektur der Lösungen der Studierenden sowie Bereitstellung des jeweiligen Feedbacks über die Online-Lernplattform
  • Optional: Freischalten der Beispiellösung auf der Online-Lernplattform

Hinweise zur Dauer: Dieses LLA findet innerhalb einer Übungseinheit zur begleitenden Software-Engineering Vorlesung statt und ist als einmalige Übungseinheit von 90 Minuten geplant. Gesamte Bearbeitungszeit der Aufgabe: ca. 1 Woche


Kritische Einordnung

Vorteile und Stärken:

Die Studierenden erlernen mit der Fehlerbaumanalyse die Grundaspekte einer Methodik aus dem Bereich Functional Safety (Funktionaler Sicherheit) und wenden diese praktisch an.

Grenzen und Schwächen:

Die Lösungen der Studierenden können sehr heterogen sein, da nur das „Top Event“ gegeben ist und die identifizierten Basisereignisse sowie Ereigniskombinationen sehr individuell sein können. Dadurch gibt es keine Musterlösung, sondern die Korrektur der Lösungen erfordert Flexibilität.


Literatur und weiterführende Hinweise

Figas, P.; Bartel, A.; Hagel, G. (2015): Task-based Programming Learning in Higher Education, In: Global Engineering Education Conference (EDUCON), Tallinn, IEEE (S. 634- 639).