MTBF:Ein vollständiger Überblick

MTBF ist eine Berechnung, die verwendet wird, um die Zeit zwischen den Ausfällen einer Maschine vorherzusagen. Im Folgenden besprechen wir die MTBF-Berechnung, MTBF-Fallen, die Sie beachten sollten, und wie Sie Ihre MTBF verbessern können.

Was ist MTBF?

Die Mean Time Between Failures (MTBF) ist eine Vorhersage der Zeit zwischen den angeborenen Ausfällen einer Maschine während der normalen Betriebsstunden. Mit anderen Worten, MTBF ist eine Wartungsmetrik, dargestellt in Stunden, die angibt, wie lange ein Gerät ohne Unterbrechung arbeitet. Es ist wichtig zu beachten, dass MTBF nur für reparierbare Gegenstände und als ein Werkzeug verwendet wird, um die Unvermeidlichkeit der Reparatur wichtiger Geräte zu planen.

Bevor Sie die MTBF berechnen, müssen Sie verstehen, wie sich diese auf Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit auswirkt. Hohe Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit gehören normalerweise zusammen, aber die Begriffe sind nicht austauschbar. Zuverlässigkeit ist die Fähigkeit eines Vermögenswerts oder einer Komponente, die erforderlichen Funktionen unter bestimmten Bedingungen für einen vorbestimmten Zeitraum zu erfüllen. Anders ausgedrückt, es ist die Wahrscheinlichkeit, dass eine Maschine ohne Ausfälle tut, was sie soll. Denken Sie an ein Flugzeug; Seine Mission ist es, einen Flug sicher abzuschließen und Passagiere ohne katastrophale Ausfälle an ihr Ziel zu bringen.

Verfügbarkeit ist die Zeit, in der ein Asset oder eine Komponente betriebsbereit und zugänglich ist, wenn sie zur Verwendung benötigt wird. Mit anderen Worten, es ist die Wahrscheinlichkeit, dass eine Maschine zu einem bestimmten Zeitpunkt in der Lage ist, ihre beabsichtigte Funktion zu erfüllen. Die Verfügbarkeit wird durch die Zuverlässigkeit eines Systems und seine Wiederherstellungszeit im Fehlerfall bestimmt. Die Verfügbarkeit wird normalerweise zusammen mit der Zuverlässigkeit betrachtet, da die kritische Variable bei Auftreten eines Fehlers wechselt, um die Anlage so schnell wie möglich in Betrieb zu nehmen.

MTBF ist ein grundlegendes Maß für die Zuverlässigkeit eines Systems; je höher die MTBF, desto höher die Zuverlässigkeit eines Produkts. Diese Beziehung wird in der Gleichung veranschaulicht:Zuverlässigkeit =e-(Zeit/MTBF) .

Es gibt einige Variationen von MTBF, denen Sie begegnen können. Sie sind die mittlere Zeit zwischen Systemabbrüchen (MTBSA), die mittlere Zeit zwischen kritischen Ausfällen (MTBCF) und die mittlere Zeit zwischen ungeplanter Entfernung (MTBUR). Sie werden diese Unterschiede höchstwahrscheinlich feststellen, wenn Sie zwischen kritischen und nicht kritischen Fehlern unterscheiden.

MTBF-Berechnung

Die MTBF wird berechnet, indem die Gesamtlaufzeit eines Assets (Betriebszeit) durch die Anzahl der Ausfälle dividiert wird, die im selben Zeitraum aufgetreten sind.

MTBF =Gesamtbetriebszeit / Anzahl der Pannen

Aufgeschlüsselt könnte die MTBF-Berechnung so aussehen:

• Gesamte Betriebszeit ermitteln: Stellen Sie sich vor, Sie haben ein Lager voller Widgets und 40 davon wurden jeweils 400 Stunden lang getestet. Die gesamten Teststunden entsprechen 16.000 Stunden (40 x 400 =16.000).
• Berechnen Sie die Anzahl der Fehler: Identifizieren Sie die Anzahl der Fehler bei der Gesamtzahl der getesteten Widgets. Stellen Sie sich für dieses Beispiel vor, dass 20 Widget-Fehler aufgetreten sind.
• MTBF berechnen: Da wir nun wissen, dass die Tests 16.000 Stunden mit 20 Widget-Fehlern durchgeführt wurden, können wir die MTBF berechnen:16.000 Stunden / 20 Fehler =800 Stunden .

Also, was sagt uns das? In diesem Beispiel schlägt die MTBF nicht vor, dass jedes Widget 800 Stunden dauern sollte. Es heißt, wenn Sie eine Gruppe von Widgets ausführen, beträgt die durchschnittliche Zeit zwischen Fehlern innerhalb der getesteten Gruppe 800 Stunden. Mit anderen Worten, MTBF soll nicht das Verhalten einer einzelnen Komponente vorhersagen; es sagt das Verhalten einer Gruppe von Komponenten voraus.

Es ist wichtig zu verstehen, dass bei der Definition von "Zeit" nicht immer die Uhrzeit gemeint ist; es könnte die Zeit sein, in der das System tatsächlich verwendet wird. Sie haben beispielsweise eine Maschine, die acht Stunden am Tag in Betrieb ist, was dreimal so lange dauern kann wie die exakt gleiche Maschine, die 24 Stunden am Tag läuft. Die MTBF für beide Maschinen ist gleich, da beide die gleiche Anzahl von Betriebsstunden aushielten.

Schauen wir uns ein weiteres Beispiel für die MTBF-Berechnung an. Nehmen wir an, Sie haben eine Abfüllmaschine, die für 12 Stunden am Tag ausgelegt ist. Die Abfüllmaschine fällt nach 10 Tagen normalem Betrieb aus. Die MTBF in diesem Beispiel beträgt 120 Stunden.

MTBF =(12 Stunden pro Tag x 10 Tage) / 1 Ausfall =120 Stunden

Die MTBF-Berechnung erfordert mehr Schritte, wenn Sie längere Zeiträume mit zunehmendem Auftreten von Fehlern haben. Nehmen wir zum Beispiel an, die Abfüllmaschine, die 12 Stunden am Tag läuft, fällt innerhalb von 10 Tagen zweimal aus. Der erste Fehler trat 20 Stunden nach der Startzeit auf und die Reparatur dauerte zwei Stunden. Der zweite Fehler trat 60 Stunden nach der Startzeit auf und die Reparatur dauerte drei Stunden. Um die Gesamtbetriebszeit für die MTBF-Gleichung zu berechnen, müssen 20 (anfängliche Betriebszeit), 18 (Beginn der ersten Ausfallzeit minus Ende der ersten Ausfallzeit) und 57 Stunden (Beginn der zweiten Ausfallzeit minus Ende der Ausfallzeit) addiert werden.

Die MTBF-Berechnung sieht nun also so aus:MTBF =(20 Stunden + 38 Stunden + 57 Stunden) / 2 Pannen oder 57,5 ​​Stunden / 2 Pannen =57,5 ​​Stunden .

MTBF falsch verstanden

Eines der größten Missverständnisse über MTBF ist, dass es sich um die Anzahl der Betriebsstunden bis zum Ausfall oder die "Lebensdauer" handelt. Wenn Sie eine extrem hohe MTBF-Zahl erhalten (nicht ungewöhnlich), denken Sie vielleicht, dass das System nicht so lange ohne Ausfall arbeiten kann. Der Grund für hohe MTBF-Zahlen ist, dass sie hauptsächlich auf der Ausfallrate des Assets basieren, wenn sich dieses Asset noch in seiner "normalen" oder "nutzbaren" Lebensdauer befindet, vorausgesetzt, es wird für immer mit dieser Rate ausfallen. Aus diesem Grund sollte kein Zusammenhang zwischen Lebensdauer und MTBF bestehen. Sie können ein Gerät mit einer sehr hohen MTBF, aber einer geringen erwarteten Lebensdauer haben.

Ein gutes Beispiel dafür liefern Wendy Torell und Victor Avelar in ihrem Whitepaper Mean Time Between Failure:Explanation Standards using human Beings. Angenommen, Sie haben 500.000 25-Jährige in einer Stichprobenpopulation. Über einen Zeitraum von einem Jahr werden Daten zu Ausfällen (Todesfällen) für diese Population gesammelt. Die Nutzungsdauer der Bevölkerung beträgt 500.000 x 1 Jahr =500.000 Personenjahre. Im Laufe des Jahres sind 625 Menschen ausgefallen (verstorben). Dies bringt die Ausfallrate auf 625 Ausfälle / 500.000 Personenjahre =0,125% / Jahr. Unsere MTBF beträgt also 1 / 0,00125 =800 Jahre.

Dies zeigt uns, dass 25-jährige Menschen zwar hohe MTBF-Werte haben, ihre Lebenserwartung (Servicerate) jedoch viel kürzer ist und nicht korreliert.

Menschen weisen wie Maschinen keine konstante Ausfallrate auf. Wenn der Mensch altert, treten mehr Fehler auf (unser Körper nutzt sich ab). Da dies der Fall ist, lässt sich die MTBF nur so berechnen, dass sie mit der Nutzungsdauer korreliert, indem man auf das Erreichen des Lebensendes der Gesamtbevölkerung der 25-Jährigen wartet; dann kann die durchschnittliche Lebensdauer berechnet werden. Damit liegt diese Zahl bei etwa 75-80 Jahren.

Ist die MTBF für 25-Jährige 80 oder 800? Torell und Avelar erklären, dass es nur um Annahmen geht. In diesem Fall spiegelt die MTBF von 80 Jahren die Lebensdauer des Produkts (Mensch) genauer wider. Wenn es um Dinge wie die Verfolgung von Produkten von Maschinen geht, haben Sie viele weitere Variablen, von denen die größte die Zeit ist.

So verbessern Sie die MTBF

Die Auswirkungen eines Maschinenausfalls können erheblich sein. Dies führt zu Produktionsausfällen und einem erhöhten Wartungsaufwand. Das Auffinden der Ursache von Fehlern ist der beste Weg, um zukünftige Vorfälle zu finden, zu mindern oder sogar zu verhindern, während gleichzeitig Ihre MTBF erhöht wird. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die MTBF zu erhöhen.

• Vorbeugende Wartungsprozesse verbessern: Ein gut durchdachter vorbeugender Wartungsplan kann Ihre MTBF erheblich verbessern. Jedes Mal, wenn Sie bei der Wartung proaktiv statt reaktiv sein können, haben Sie die Möglichkeit, Ausfälle zu stoppen, bevor sie auftreten. Ein schlecht ausgeführter vorbeugender Wartungsplan kann tatsächlich den gegenteiligen Effekt auf die MTBF haben. Schlechte Schulung, fehlende oder schlecht gestaltete Handbücher und Checklisten können zu schnellen Pannen führen.
• Führen Sie eine Ursachenanalyse durch: Herauszufinden, warum etwas fehlgeschlagen ist, gibt Ihnen den Schlüssel, um zu verhindern, dass dieser Fehler in Zukunft oder zumindest so oft auftritt. Wie die vorbeugende Wartung kann die Ursachenanalyse indirekt die MTBF erhöhen, indem sie eine langfristige Lösung bietet. Wenn Sie beispielsweise feststellen, dass ein Teil ziemlich häufig ausfällt, können Sie es durch ein qualitativ hochwertigeres ersetzen.
• Zustandsbasierte Wartung einrichten: Wenn Sie in der Lage sind, ein Frühwarnsystem einzurichten, um Geräteprobleme zu erkennen, bevor sie zu einem Ausfall führen, können Sie die MTBF möglicherweise erhöhen und Ausfallzeiten reduzieren. Auch wenn es nicht immer einfach ist, einen zustandsbasierten Wartungsplan zu erstellen, können Sie zunächst einen produktiven Gesamtwartungsplan implementieren.

Potenzielle Probleme mit MTBF

Es ist wichtig, die potenziellen Probleme zu kennen, die sich aus einer MTBF-Berechnung ergeben können, wenn sie für die Zuverlässigkeitsanalyse verwendet wird. Die MTBF kann unterschiedlich sein, je nachdem, wie Sie bestimmte Dinge wie "Ausfall" und "Betriebszeit" definieren und ob Sie einzelne Geräte oder einen ganzen Prozess messen.

• MTBF geht von einer konstanten Ausfallrate aus: Ein Teil Ihrer MTBF-Gleichung kommt mit der Anzahl der Ausfälle. Das Problem damit tritt auf, wenn es Dinge gibt, die außerhalb Ihrer Kontrolle liegen und zu Ausfällen führen, wie z. B. Stürme, die einen Stromausfall verursachen, Kurzschlüsse aufgrund von Überschwemmungen usw. Diese werden manchmal als "höhere Gewalt" bezeichnet und können die Definition des Scheiterns, die interpretierbar ist. Ist ein Ausfall nur eine Panne? Kommt es immer dann zu einem Ausfall, wenn die Produktion ungeachtet der Ursache stoppt? Sollten Sie bei der Berechnung der MTBF jede Art von Fehler berücksichtigen, um einen niedrigeren MTBF-Wert zu erhalten? Oder sollten Sie bestimmte Kategorien von Unterbrechungen weglassen, was zu einem höheren MTBF-Wert führt? Stellen Sie sicher, dass Sie wissen, welche Fehler bei der Berechnung der MTBF berücksichtigt werden und warum diese Fehler ausgewählt wurden.
• Abweichende Definitionen der Betriebszeit: Wann betrachten Sie einen Vermögenswert in Ihrer Anlage als in Betrieb? Angesichts der Vorstellung, dass Teile oder Komponenten durch die Belastung, der sie während des Betriebs ausgesetzt sind, abgebaut werden, ist die Lebensdauer des Teils umso größer, je höher die Belastung ist. Ein gutes Beispiel dafür ist ein Auto, das an einer roten Ampel anhält. An einer roten Ampel werden Getriebe und Antriebsstrang des Autos nicht genutzt, so dass der Motor am wenigsten belastet und verschleißarm läuft. Wenn Sie die MTBF des Autos im Leerlauf berechnen würden, würden Sie seine Leerlaufzeiten an roten Ampeln oder nur die Zeiten, in denen es beschleunigt und mit hohen Geschwindigkeiten fährt, einbeziehen?

  Sollten Sie in diesem Sinne die Betriebszeit Ihrer Geräte berücksichtigen, wenn die Geräte eingeschaltet sind oder nur, wenn sie unter normaler Arbeitsbelastung betrieben werden? Wenn Sie Ersteres für Ihre MTBF-Berechnung verwenden, wäre Ihr MTBF-Wert höher, aber dieser Wert wäre nicht repräsentativ für Maschinen, die ständig unter normaler Arbeitslast laufen und kaum im Leerlauf laufen. Aus diesem Grund ist es wichtig, die Betriebszeit für alle Assets zu definieren, die Sie mit MTBF verwenden möchten.

• Auswahl der zu überwachenden Geräte (schlechte Akteure): Sie sollten auch festlegen, ob Sie den gesamten Prozess oder die einzelnen Geräte innerhalb dieses Prozesses messen möchten. Zu beachten ist hier, dass ein gesamter Prozess jedes Mal leidet, wenn ein kritischer Vermögenswert ausfällt. Diese kritischen Vermögenswerte werden als „schlechte Akteure“ bezeichnet und sollten als MTBF-Verluste gekennzeichnet werden.

  Wer sich dafür entscheidet, einen ganzen Prozess für eine MTBF-Berechnung zu messen, stellt oft fest, dass er aufgrund von „schlechten Akteuren“ keinen hohen MTBF-Wert erreichen kann. Es wird empfohlen, jedes Gerät zu testen, um dieses Problem zu beheben.

Wenn Sie diese potenziellen Probleme im Voraus berücksichtigen, kann MTBF immer noch ein nützliches Werkzeug bei der Bewertung der Zuverlässigkeit Ihrer Vermögenswerte sein.