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下，設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備的可靠性，單位為小時。MTBF主要用于可修復設備，是制定維修計劃的重要參考工具之一。理解MTBF對設備的可靠性和可用性有著重要影響。

可靠性與可用性

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

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

MTBF與可靠性

MTBF是衡量系統可靠性的基本指標。一般來說，MTBF值越高，表示該設備的可靠性越好。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^是自然對數的底數（約等于 2.71828），“時間”是在給定時間段內，“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（平均系統停機時間）：指系統停機的平均時間，包括所有類型的停機時間。

MTBCF（平均關鍵故障時間）：專門用于衡量關鍵故障（即導致系統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，通常是由于突發故障引起的。

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

MTBF的計算方式

MTBF的計算方法是將設備的總運行時間（正常運行時間）除以該期間內發生的故障次數。

MTBF= 總運行時間 / 故障次數

假設你有一個倉庫，里面有40個小部件，每個部件經過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：故障次數 = 20次

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

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

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。假設你有一臺瓶裝機，設計為每天運行12小時，這臺瓶裝機在正常運行10天后發生故障。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

如果故障次數增加且故障發生時間跨度較長，那么計算MTBF就需要更多步驟。例如，假設這臺瓶裝機每天運行12小時，10天內發生了兩次故障。第一次故障發生在運行20小時后，修復時間為2小時；第二次故障發生在運行60小時后，修復時間為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（第一次故障修復后的運行時間） + 57小時（第二次故障修復后的運行時間）。

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備的MTBF還是整個過程的MTBF。

1、MTBF假設故障率恒定

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

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

偶然故障期：設備經過早期故障期后，進入相對穩定的故障率階段。

耗損故障期：設備使用一段時間后，由于部件老化、磨損等原因，故障率開始上升。

建議：

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

定期進行設備維護和檢查，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的計算結果。不同的定義可能導致顯著的差異：

設備運行時間：是指設備實際處于工作狀態的時間。

停機時間：包括設備未處于工作狀態的時間，例如設備維護、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、選擇監測的設備（壞演員）

在計算MTBF時，選擇監測的設備會影響結果。特別是“壞演員”（關鍵設備）的影響：

單個設備：針對單個設備進行MTBF計算，可以更準確地反映該設備的可靠性。

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

建議：

如果目的是評估單個設備的可靠性，應單獨測試該設備。

如果目的是評估整個生產過程的可靠性，則應包括所有關鍵設備，并標記出“壞演員”。這有助于識別影響整個系統可靠性的關鍵環節。

如何提高MTBF？

改進預防性維護流程

預防性維護是提高MTBF的關鍵。通過定期檢查和維護，可以在故障發生之前發現問題并及時處理。

具體步驟：

制定詳細的維護計劃：根據設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。

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

監控維護效果：定期評估預防性維護的效果，確保維護計劃的有效性。如果發現某些維護措施未能達到預期效果，應及時調整計劃。

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防措施，避免同樣的故障再次發生。

具體步驟：

記錄故障信息：每次設備出現故障時，詳細記錄故障時間、故障類型、故障現象等信息。

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

采取糾正措施：根據根本原因分析的結果，采取相應的糾正措施。例如，更換質量較差的部件、優化操作流程等。

建立基于狀態的維護

基于狀態的維護是一種通過實時監控設備狀態來預測和預防故障的方法。

具體步驟：

安裝傳感器和監控系統：在關鍵設備上安裝傳感器，實時監控設備的運行狀態。

設置警報閾值：根據歷史數據和專家經驗，設置合理的警報閾值。當設備參數超出閾值時，系統自動發出警報。

及時響應：當收到警報時，及時安排維修人員進行檢查和處理，避免故障發生。

實施全面生產維護計劃（TPM）

TPM是一種綜合性的設備管理方法，旨在提高設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備管理和維護工作，形成全員參與的維護文化。

持續改進：通過持續改進活動，不斷提高設備的性能和可靠性。

定期評估：定期評估TPM的實施效果，根據評估結果調整和優化維護計劃。

部分內容引用自——《工程師和他的朋友們》