SAPHIRE es una herramienta de software de evaluación probabilística de riesgos y confiabilidad. SAPHIRE significa Programas de análisis de sistemas para evaluaciones prácticas integradas de confiabilidad . El sistema fue desarrollado para la Comisión Reguladora Nuclear de los Estados Unidos (NRC) por el Laboratorio Nacional de Idaho .
El desarrollo comenzó a mediados de la década de 1980 cuando la NRC comenzó a explorar dos nociones: 1) que la información de evaluación probabilística de riesgos (PRA) podía mostrarse y manipularse utilizando la tecnología de microcomputadoras emergente de la época y 2) el rápido avance de la tecnología PRA requería una relativa Plataforma económica y fácilmente disponible para enseñar conceptos de PRA a los estudiantes.
La historia de SAPHIRE
1987 La versión 1 del código llamado IRRAS (ahora conocido como SAPHIRE) introdujo una forma innovadora de dibujar, editar y analizar árboles de fallas gráficas .
1989 Se lanza la versión 2 que incorpora la capacidad de dibujar, editar y analizar árboles de eventos gráficos .
1990 Las mejoras en el análisis de IRRAS llevaron al lanzamiento de la Versión 4 y la formación del Grupo de Usuarios de IRRAS.
1992 La creación de IRRAS de 32 bits, versión 5, resultó en una disminución de orden de magnitud en el tiempo de análisis. Las nuevas características incluyeron: análisis del estado final; módulos de incendio, inundación y sísmica; procesamiento de conjuntos de cortes basados en reglas; y enlace de árbol de fallas basado en reglas a árbol de eventos.
1997 Se lanza SAPHIRE para Windows, versión 6.x. El uso de una interfaz de usuario de Windows hace que SAPHIRE sea fácil de aprender. La nueva función de "complemento" permite a los analistas ampliar los cálculos de probabilidad integrados.
1999 SAPHIRE para Windows, versión 7.x, se lanza. Se realizan mejoras en las "reglas de vinculación" del árbol de eventos y en el uso de la capacidad de lenguaje dual dentro de la base de datos SAPHIRE.
2005 SAPHIRE para Windows, versión 8.x, está en desarrollo.
2008 SAPHIRE para Windows, versión 8.x, lanzamiento como versión beta.
2010 SAPHIRE para Windows, versión 8.x, lanzamiento para uso industrial y del gobierno de EE. UU.
La evolución del software y los métodos de análisis relacionados ha llevado a la generación actual de la herramienta SAPHIRE. La base de código del software SAPHIRE actual comenzó a mediados de la década de 1980 como parte de las actividades generales de riesgo de la NRC. En 1986, se comenzó a trabajar en el precursor del software SAPHIRE: este paquete de software se denominó Sistema Integrado de Confiabilidad y Análisis de Riesgos, o IRRAS. IRRAS fue la primera herramienta de análisis de riesgos basada en PC compatible con IBM desarrollada en el Laboratorio Nacional de Idaho , lo que permitió a los usuarios trabajar en una interfaz gráfica en lugar de con tarjetas perforadas de mainframe. Si bien se limita al análisis de solo árboles de fallas de tamaño mediano, la versión 1 de IRRAS fue el paso inicial en el progreso que hoy ha llevado al software SAPHIRE, un software que es capaz de ejecutarse en múltiples procesadores simultáneamente y es capaz de manejar procesos extremadamente grandes. análisis.
Uso de la NASA
Históricamente, la NASA se basó en el análisis de efectos y modos de falla en el peor de los casos para la evaluación de la seguridad. Sin embargo, este enfoque tiene problemas, ya que es cualitativo y no agrega riesgo a nivel de sistema o misión. El 29 de octubre de 1986, la investigación del accidente del Challenger criticó a la NASA por no "estimar la probabilidad de falla de los diversos elementos [del Transbordador]". Además, en enero de 1988, la investigación Post-Challenger recomendó que “se apliquen enfoques de evaluación de riesgos probabilísticos al programa de gestión de riesgos de Shuttle”.
En consecuencia, los métodos probabilísticos se están utilizando ahora en la NASA. Específicamente, los siguientes proyectos han utilizado el software SAPHIRE como la principal herramienta de análisis de riesgo:
- PRA para la Estación Espacial Internacional
- PRA para el transbordador espacial
- Estudios de PRA en apoyo de misiones nucleares
- PRA para diseños conceptuales (por ejemplo, Constellation)
- PRA para el Mars Exploration Rover
Análisis avanzado
SAPHIRE contiene un motor avanzado de resolución de conjuntos de cortes mínimos. Este solucionador, que se ha ajustado y optimizado con el tiempo, tiene una variedad de técnicas de análisis, que incluyen:
- Uso extensivo de rutinas recursivas
- Reestructuración y ampliación del modelo lógico
- Conversión de puertas complementadas y tratamiento de ramas de éxito
- Poda lógica debido a eventos de la casa VERDADEROS o FALSOS
- Puertas coalescentes e identificación de módulos y subárboles independientes
- Almacenamiento en caché de resultados intermedios
- Absorción booleana de tabla de bits
El uso de estos y otros métodos de optimización ha dado como resultado que SAPHIRE tenga uno de los motores de análisis más potentes en uso para la evaluación probabilística de riesgos en la actualidad.
Probabilidades básicas de eventos
Las capacidades generales de probabilidad de eventos básicos para SAPHIRE incluyen:
- Cuatro modelos de Markov diferentes para representar la falla de un solo componente
- Un módulo de causa común para determinar una probabilidad de falla de causa común de grupo para grupos de hasta seis componentes redundantes
- Un cálculo de capacidad de carga que permite al usuario especificar una distribución de carga y capacidad para determinar P (Capacidad
) - Una calculadora de análisis de confiabilidad humana para determinar la probabilidad de un evento de falla humana basada en el tipo de tarea y los factores de configuración del desempeño compuestos
- El uso de eventos de plantilla que permiten compartir la información de fallas cuando corresponda
- Un método de fragilidad sísmica que utiliza un nivel de aceleración de terremoto asociado para determinar la probabilidad de falla de un componente.
- Eventos de la casa para establecer eventos básicos en lógicamente verdaderos o falsos o para ignorar el evento
- Un módulo para determinar la frecuencia de pérdida de energía fuera del sitio y la capacidad de recuperación.
SAPHIRE ha sido diseñado para manejar grandes árboles de fallas, donde un árbol puede tener hasta 64,000 eventos y puertas básicos. Para manejar los árboles de fallas, se encuentran disponibles dos mecanismos para desarrollar y modificar el árbol de fallas: un editor gráfico y un editor de lógica jerárquica. Los analistas pueden utilizar cualquiera de los dos editores; si se modifica la lógica, SAPHIRE puede volver a dibujar el gráfico del árbol de fallas. Por el contrario, si el usuario modifica el gráfico del árbol de fallas, SAPHIRE actualiza automáticamente la lógica asociada. Los objetos aplicables disponibles en los editores del árbol de fallas incluyen eventos básicos y varios tipos de puertas, que incluyen: OR, AND, NOR, NAND y N-of-M. Además de estos objetos, SAPHIRE tiene una característica única conocida como "eventos de tabla" que permite al usuario agrupar hasta ocho eventos básicos en el gráfico del árbol de fallas, compactando así el tamaño del árbol de fallas en la página impresa o en la pantalla de la computadora. . Sin embargo, todos estos objetos representan modelos lógicos booleanos tradicionales de tipo estático. Los modelos que capturan explícitamente situaciones dinámicas o dependientes del tiempo no están disponibles en las versiones actuales de SAPHIRE.