MTBF:полный обзор

MTBF это расчет, используемый для прогнозирования времени наработки на отказ оборудования. Ниже мы обсудим расчет MTBF, ловушки MTBF, о которых следует знать, и способы улучшения вашего MTBF.

Что такое MTBF?

Средняя наработка на отказ (MTBF) - это прогноз времени между внутренними отказами части оборудования в течение обычных часов работы. Другими словами, MTBF - это показатель технического обслуживания, выраженный в часах и показывающий, как долго оборудование работает без перебоев. Важно отметить, что MTBF используется только для ремонтируемых элементов и как один из инструментов, помогающих спланировать неизбежный ремонт основного оборудования.

Прежде чем рассчитывать MTBF, необходимо понять, как это влияет на надежность и доступность. Обычно высокая надежность и доступность идут рука об руку, но термины не взаимозаменяемы. Надежность это способность актива или компонента выполнять свои требуемые функции при определенных условиях в течение заранее определенного периода времени. Другими словами, это вероятность того, что часть оборудования будет делать то, для чего предназначена, без сбоев. Представьте себе самолет; его миссия - безопасно завершить рейс и доставить пассажиров к месту назначения без катастрофических сбоев.

Доступность это время, когда актив или компонент находятся в рабочем состоянии и доступны, когда они необходимы для использования. Другими словами, это вероятность того, что часть оборудования находится в состоянии, позволяющем выполнять предполагаемую функцию в любой момент времени. Доступность определяется надежностью системы и временем ее восстановления после сбоя. Доступность обычно рассматривается в тандеме с надежностью, потому что в случае сбоя критическая переменная переключается на максимально быстрое включение и запуск актива.

Среднее время безотказной работы является основным показателем надежности системы; чем выше MTBF, тем выше надежность продукта. Эта взаимосвязь проиллюстрирована уравнением: Надежность =e- (время / MTBF) .

Вы можете встретить несколько вариантов MTBF. Это среднее время между прерываниями системы (MTBSA), среднее время между критическими отказами (MTBCF) и среднее время между незапланированным удалением (MTBUR). Скорее всего, вы увидите эти различия при различении критических и некритических отказов.

Расчет MTBF

Среднее время безотказной работы рассчитывается путем деления общего времени работы актива (времени безотказной работы) на количество отказов, произошедших за тот же период времени.

MTBF =Общее время безотказной работы / количество отказов

В разбивке по времени расчет MTBF может выглядеть следующим образом:

• Найдите общее время безотказной работы: Представьте, что у вас есть склад, полный виджетов, и 40 из них были протестированы по 400 часов каждый. Общее количество часов, затраченных на тестирование, составляет 16 000 часов (40 x 400 =16 000).
• Определите количество сбоев: Определите количество отказов по всему количеству протестированных виджетов. В этом примере предположим, что было 20 сбоев виджетов.
• Рассчитайте MTBF: Теперь, когда мы знаем, что тестирование проводилось в течение 16 000 часов с 20 отказами виджетов, мы можем рассчитать MTBF: 16 000 часов / 20 отказов =800 часов .

Итак, что это нам говорит? В этом примере MTBF не предполагает, что каждый виджет должен длиться 800 часов. Это говорит о том, что если вы запускаете группу виджетов, среднее время наработки на отказ в тестируемой группе составляет 800 часов. Другими словами, MTBF не предназначен для прогнозирования поведения отдельного компонента; он предсказывает поведение группы компонентов.

Важно понимать, что при определении «времени» оно не всегда может иметь в виду часы; это может быть время, когда система фактически используется. Например, у вас может быть машина, которая работает восемь часов в день, что может быть в три раза дольше, чем та же самая машина, работающая 24 часа в сутки. Среднее время безотказной работы для обеих машин одинаковое, потому что они оба отработали одинаковое количество часов работы.

Давайте посмотрим на другой пример расчета MTBF. Допустим, у вас есть разливочная машина, рассчитанная на работу 12 часов в сутки. Разливочная машина выходит из строя после нормальной работы в течение 10 дней. Среднее время безотказной работы в этом примере составляет 120 часов.

Среднее время безотказной работы =(12 часов в день x 10 дней) / 1 сбой =120 часов

Расчет MTBF требует большего количества шагов, если у вас есть более длительные периоды времени с увеличением количества отказов. Например, предположим, что машина для розлива в бутылки, которая работает по 12 часов в день, выходит из строя дважды за 10 дней. Первая неисправность произошла через 20 часов с момента запуска, а на ремонт потребовалось два часа. Вторая неисправность произошла через 60 часов с момента запуска, и на ремонт потребовалось три часа. Для расчета общего времени безотказной работы для уравнения наработки на отказ необходимо добавить 20 (начальный период безотказной работы), 18 (начало первого периода простоя минус конец первого периода простоя) и 57 часов (начало второго периода простоя минус конец периода простоя).

Итак, теперь расчет MTBF выглядит так: MTBF =(20 часов + 38 часов + 57 часов) / 2 выхода из строя или 57,5 ​​часов / 2 выхода из строя =57,5 ​​часов .

Непонимание MTBF

Одно из самых больших заблуждений о MTBF состоит в том, что это то же самое, что и количество часов работы до отказа или «срок службы». Если вы получаете чрезвычайно высокое значение MTBF (не редкость), вы можете подумать, что система не сможет работать так долго без сбоев. Причина высоких значений MTBF заключается в том, что они в основном основаны на частоте отказов актива, когда этот актив все еще находится в «нормальном» или «полезном» сроке службы, предполагая, что он будет отказывать с такой скоростью навсегда. По этой причине не должно быть корреляции между сроком службы и MTBF. У вас может быть оборудование с очень высокой средней наработкой на отказ, но с низким ожидаемым сроком службы.

Хороший пример этого изложен Венди Торелл и Виктором Авеларом в их техническом документе «Среднее время наработки на отказ:Стандарты объяснения с использованием людей». Допустим, у вас есть 500 000 25-летних в выборке. В течение одного года собираются данные о сбоях (смертельных исходах) для этой популяции. Срок службы населения 500 000 х 1 год =500 000 человеко-лет. За год потерпели неудачу (погибли) 625 человек. Таким образом, частота отказов составляет 625 отказов / 500 000 человеко-лет =0,125% / год. Итак, наша наработка на отказ составляет 1 / 0,00125 =800 лет.

Это показывает нам, что, хотя у 25-летних людей высокие значения MTBF, их ожидаемая продолжительность жизни (скорость обслуживания) намного короче и не коррелирует.

Люди, как и машины, не демонстрируют постоянной скорости отказов. С возрастом у людей происходит больше неудач (наши тела изнашиваются). Так как это так, единственный способ рассчитать MTBF, чтобы он коррелировал со сроком службы, - это дождаться, когда все 25-летние люди доживут до конца своей жизни; тогда можно рассчитать среднюю продолжительность жизни. Таким образом, это число составляет около 75–80 лет.

Итак, какая наработка на отказ для 25-летних - 80 или 800? Торелл и Авелар объясняют, что все дело в предположениях. В этом случае MTBF 80 лет более точно отражает срок службы продукта (человека). Когда дело доходит до отслеживания продуктов с оборудования, у вас есть гораздо больше переменных, самая большая из которых - время.

Как улучшить MTBF

Последствия отказа машины могут быть значительными. Это приводит к потерям в производстве и увеличению времени, затрачиваемого на техническое обслуживание. Выявление основной причины сбоев - лучший способ найти, смягчить или даже предотвратить их появление в будущем, одновременно увеличивая при этом время наработки на отказ в процессе. Есть несколько способов увеличить наработку на отказ.

• Улучшение процессов профилактического обслуживания: Хорошо продуманный план профилактического обслуживания может значительно сократить время наработки на отказ. В любое время, когда вы можете проявлять упреждающую, а не реактивную деятельность, когда дело доходит до обслуживания, это дает вам шанс остановить сбои до того, как они произойдут. Плохо выполненный план профилактического обслуживания может фактически иметь противоположный эффект на MTBF. Плохая подготовка, отсутствие или плохо разработанные руководства и контрольные списки - все это может привести к быстрым сбоям в работе.
• Проведите анализ первопричин: Понимание того, почему что-то не удалось, дает вам ключ к тому, чтобы предотвратить такой сбой в будущем или, по крайней мере, повторяться так же часто. Как и профилактическое обслуживание, анализ первопричин может косвенно увеличить наработку на отказ, предлагая долгосрочное решение. Например, если вы довольно часто замечаете, что какая-то деталь выходит из строя, вы можете попробовать заменить ее на деталь более высокого качества.
• Внедрение обслуживания по состоянию: Если у вас есть возможность внедрить систему раннего предупреждения для обнаружения проблем с оборудованием до того, как они приведут к отказу, вы потенциально можете увеличить наработку на отказ и сократить время простоя. Хотя составить план обслуживания на основе условий не всегда легко, вы можете начать с реализации плана общего продуктивного обслуживания.

Возможные проблемы с MTBF

Важно знать потенциальные проблемы, которые могут возникнуть в результате расчета MTBF при его использовании для анализа надежности. Среднее время безотказной работы может отличаться в зависимости от того, как вы определяете такие вещи, как «отказ» и «время работы», а также от того, измеряете ли вы отдельные единицы оборудования или весь процесс.

• Среднее время безотказной работы предполагает постоянную частоту отказов: Часть вашего уравнения наработки на отказ зависит от количества отказов. Проблема с этим проявляется, когда есть вещи вне вашего контроля, которые приводят к сбоям, такие как штормы, вызывающие отключение электроэнергии, короткие замыкания из-за наводнения и т. Д. Это иногда называют «стихийными бедствиями» и могут оставить определение отказа открыто для толкования. Неудача - это только поломка? Возникает ли сбой при остановке производства независимо от причины? Следует ли учитывать все типы отказов при расчете наработки на отказ, чтобы получить более низкое значение наработки на отказ? Или вам следует исключить определенные категории остановок, что приведет к более высокому значению MTBF? Убедитесь, что вы знаете, какие сбои учитываются при расчете MTBF и почему были выбраны именно эти сбои.
• Разные определения времени работы: Когда вы считаете, что актив на вашем предприятии работает? Учитывая представление о том, что детали или компоненты деградируют из-за нагрузки, которую они выдерживают во время работы, чем больше напряжение, тем больше влияние на срок службы детали. Прекрасный пример этого - машина, остановившаяся на красный свет. Когда вы садитесь на красный свет, коробка передач и трансмиссия автомобиля не используются, поэтому двигатель работает с минимальной нагрузкой и мало изнашивается. Если бы вы рассчитали MTBF автомобиля на холостом ходу, включили бы вы его время простоя, остановленного на красный свет, или просто время разгона и работы на высоких скоростях?

  В том же духе, следует ли рассматривать время работы вашего оборудования как в любое время, когда оборудование включено, или только когда оно работает при обычных рабочих нагрузках? Если вы решите использовать первое для расчета MTBF, ваше значение MTBF будет выше, но это значение не будет репрезентативным для оборудования, постоянно работающего при нормальных рабочих нагрузках и почти никогда не работающего на холостом ходу. Вот почему важно определить время работы для всех активов, которые вы собираетесь использовать с MTBF.

• Выбор оборудования для наблюдения (злоумышленники): Вы также должны определить, хотите ли вы измерить весь процесс или отдельные единицы оборудования в рамках этого процесса. Здесь следует отметить, что при выходе из строя одного критического актива страдает весь процесс. Эти критически важные активы называются «плохими участниками» и должны быть помечены как вызывающие потери в MTBF.

  Те, кто предпочитает измерять весь процесс для расчета MTBF, часто обнаруживают, что не могут достичь высокого значения MTBF из-за «плохих исполнителей». Рекомендуется протестировать каждую часть оборудования, чтобы устранить эту проблему.

Если вы заранее обдумаете эти потенциальные проблемы, MTBF все равно может быть полезным инструментом при оценке надежности ваших активов.