什么是MTBF？

MTBF（Mean Time Between Failures，平均故障間隔時間）是指在正常工作狀態(tài)下，設(shè)備從一次故障到下一次故障之間的平均時間。這個指標通常用來評估設(shè)備的可靠性，單位為小時。MTBF主要用于可修復(fù)設(shè)備，是制定維修計劃的重要參考工具之一。理解MTBF對設(shè)備的可靠性和可用性有著重要影響。

可靠性與可用性

可靠性指的是設(shè)備在給定條件和預(yù)定時間內(nèi)，能夠無故障地執(zhí)行其預(yù)期功能的能力。例如，飛機的主要任務(wù)是安全地完成飛行任務(wù)并將乘客安全送達目的地，而不會發(fā)生嚴重的故障。因此，飛機的可靠性意味著它能在不出現(xiàn)故障的情況下順利完成任務(wù)。

可用性則是指設(shè)備在需要使用時能夠正常工作的概率。簡單來說，就是設(shè)備在任何時候都能執(zhí)行其預(yù)定功能的能力。可用性取決于設(shè)備的可靠性以及故障后恢復(fù)的速度。如果一個設(shè)備非常可靠但修復(fù)時間很長，那么它的可用性可能會受到影響。

MTBF與可靠性

MTBF是衡量系統(tǒng)可靠性的基本指標。一般來說，MTBF值越高，表示該設(shè)備的可靠性越好。可靠性可以通過以下公式來表達：

可靠性時間可靠性=e^?(時間/MTBF)

其中，e^是自然對數(shù)的底數(shù)（約等于 2.71828），“時間”是在給定時間段內(nèi)，“MTBF”是平均故障間隔時間。

MTBF的變體

除了標準的MTBF之外，還有幾種類似的指標，它們用于更具體的情況：

MTBSA（平均系統(tǒng)停機時間）：指系統(tǒng)停機的平均時間，包括所有類型的停機時間。

MTBCF（平均關(guān)鍵故障時間）：專門用于衡量關(guān)鍵故障（即導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常工作的故障）的平均時間。

MTBUR（平均非計劃停機時間）：指非計劃停機的平均時間，通常是由于突發(fā)故障引起的。

這些變體有助于更精確地描述系統(tǒng)的性能和可靠性，特別是在區(qū)分不同類型的故障時。

MTBF的計算方式

MTBF的計算方法是將設(shè)備的總運行時間（正常運行時間）除以該期間內(nèi)發(fā)生的故障次數(shù)。

MTBF= 總運行時間 / 故障次數(shù)

假設(shè)你有一個倉庫，里面有40個小部件，每個部件經(jīng)過400小時的測試。所有測試時間總和為16,000小時（40 x 400 = 16,000）。在這次測試中，共有20次小部件發(fā)生故障。

計算總運行時間：所有部件的總運行時間 = 16,000小時

確定故障次數(shù)：故障次數(shù) = 20次

計算MTBF：MTBF=總運行時間?故障次數(shù)，即：16000小時?20次=800小時

這意味著在這一組部件中，平均每800小時會發(fā)生一次故障。MTBF并不是預(yù)測單個部件的行為，而是預(yù)測一組部件的行為。

MTBF計算中的“時間”并不總是指實際的時鐘時間；它也可能是系統(tǒng)實際運行的時間。例如，你可能有一臺機器每天運行8小時，它的使用壽命可能是全天24小時運行的同一臺機器的三倍。盡管如此，兩臺機器的MTBF仍然是相同的，因為它們的總運行時間是相等的。

再來看一個MTBF計算的例子。假設(shè)你有一臺瓶裝機，設(shè)計為每天運行12小時，這臺瓶裝機在正常運行10天后發(fā)生故障。在這個例子中，MTBF為120小時。

MTBF= (12小時/天 x 10天) / 1次故障 = 120小時

如果故障次數(shù)增加且故障發(fā)生時間跨度較長，那么計算MTBF就需要更多步驟。例如，假設(shè)這臺瓶裝機每天運行12小時，10天內(nèi)發(fā)生了兩次故障。第一次故障發(fā)生在運行20小時后，修復(fù)時間為2小時；第二次故障發(fā)生在運行60小時后，修復(fù)時間為3小時。為了計算MTBF，我們需要先計算總的正常運行時間。

總的正常運行時間為：20小時（第一次故障前的運行時間） + 18小時（第一次故障修復(fù)后的運行時間） + 57小時（第二次故障修復(fù)后的運行時間）。

因此，MTBF的計算如下：MTBF = (20小時 + 38小時 + 57小時) / 2次故障 = 57.5小時 / 2次故障 = 57.5小時。

MTBF潛在問題？

在使用MTBF進行可靠性分析時，了解潛在的問題非常重要。MTBF的計算結(jié)果可能會因“故障”和“運行時間”的定義不同而有所差異，并且還取決于你是計算單個設(shè)備的MTBF還是整個過程的MTBF。

1、MTBF假設(shè)故障率恒定

MTBF的基本假設(shè)之一是設(shè)備的故障率在整個運行時間內(nèi)是恒定的。然而，實際情況往往并非如此。設(shè)備的故障率可能隨時間變化，表現(xiàn)出不同的階段：

早期故障期（嬰兒死亡期）：設(shè)備在剛剛投入使用時，可能會因為設(shè)計缺陷或制造缺陷出現(xiàn)較高的故障率。

偶然故障期：設(shè)備經(jīng)過早期故障期后，進入相對穩(wěn)定的故障率階段。

耗損故障期：設(shè)備使用一段時間后，由于部件老化、磨損等原因，故障率開始上升。

建議：

使用更為復(fù)雜的可靠性模型，如浴缸曲線（Bathtub Curve），來更準確地描述設(shè)備的故障率變化。

定期進行設(shè)備維護和檢查，以減少早期故障期的影響。

2、操作時間的定義不同

操作時間的定義會影響MTBF的計算結(jié)果。不同的定義可能導(dǎo)致顯著的差異：

設(shè)備運行時間：是指設(shè)備實際處于工作狀態(tài)的時間。

停機時間：包括設(shè)備未處于工作狀態(tài)的時間，例如設(shè)備維護、待機、等待原材料等。

建議：

明確操作時間的定義，并確保一致性和透明性。在計算MTBF時，只包括設(shè)備在正常工作負荷下的運行時間。例如，對于車輛，只計算車輛在加速并在高速下運行的時間，而不包括在紅燈下停駐的時間。

3、選擇監(jiān)測的設(shè)備（壞演員）

在計算MTBF時，選擇監(jiān)測的設(shè)備會影響結(jié)果。特別是“壞演員”（關(guān)鍵設(shè)備）的影響：

單個設(shè)備：針對單個設(shè)備進行MTBF計算，可以更準確地反映該設(shè)備的可靠性。

整個過程：針對整個生產(chǎn)過程進行MTBF計算，可以反映整個系統(tǒng)的可靠性，但受制于“壞演員”的影響。

建議：

如果目的是評估單個設(shè)備的可靠性，應(yīng)單獨測試該設(shè)備。

如果目的是評估整個生產(chǎn)過程的可靠性，則應(yīng)包括所有關(guān)鍵設(shè)備，并標記出“壞演員”。這有助于識別影響整個系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

如何提高MTBF？

改進預(yù)防性維護流程

預(yù)防性維護是提高MTBF的關(guān)鍵。通過定期檢查和維護，可以在故障發(fā)生之前發(fā)現(xiàn)問題并及時處理。

具體步驟：

制定詳細的維護計劃：根據(jù)設(shè)備類型和制造商的建議，制定詳細的維護計劃。包括定期檢查、潤滑、更換易損件等。

培訓(xùn)維護人員：確保維護人員接受充分的培訓(xùn)，了解如何正確執(zhí)行維護任務(wù)。提供詳細的操作手冊和檢查清單。

監(jiān)控維護效果：定期評估預(yù)防性維護的效果，確保維護計劃的有效性。如果發(fā)現(xiàn)某些維護措施未能達到預(yù)期效果，應(yīng)及時調(diào)整計劃。

進行根本原因分析

找出故障的根本原因可以幫助你采取有效的預(yù)防措施，避免同樣的故障再次發(fā)生。

具體步驟：

記錄故障信息：每次設(shè)備出現(xiàn)故障時，詳細記錄故障時間、故障類型、故障現(xiàn)象等信息。

進行根本原因分析：使用工具如魚骨圖、5 Why分析法等，找出導(dǎo)致故障的根本原因。

采取糾正措施：根據(jù)根本原因分析的結(jié)果，采取相應(yīng)的糾正措施。例如，更換質(zhì)量較差的部件、優(yōu)化操作流程等。

建立基于狀態(tài)的維護

基于狀態(tài)的維護是一種通過實時監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)來預(yù)測和預(yù)防故障的方法。

具體步驟：

安裝傳感器和監(jiān)控系統(tǒng)：在關(guān)鍵設(shè)備上安裝傳感器，實時監(jiān)控設(shè)備的運行狀態(tài)。

設(shè)置警報閾值：根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和專家經(jīng)驗，設(shè)置合理的警報閾值。當設(shè)備參數(shù)超出閾值時，系統(tǒng)自動發(fā)出警報。

及時響應(yīng)：當收到警報時，及時安排維修人員進行檢查和處理，避免故障發(fā)生。

實施全面生產(chǎn)維護計劃（TPM）

TPM是一種綜合性的設(shè)備管理方法，旨在提高設(shè)備的整體效率和使用壽命。

具體步驟：

全員參與：鼓勵所有員工參與設(shè)備管理和維護工作，形成全員參與的維護文化。

持續(xù)改進：通過持續(xù)改進活動，不斷提高設(shè)備的性能和可靠性。

定期評估：定期評估TPM的實施效果，根據(jù)評估結(jié)果調(diào)整和優(yōu)化維護計劃。

部分內(nèi)容引用自——《工程師和他的朋友們》