什么是MTBF？

MTBF（Mean Time Between Failures，平均故障间隔时间）是指在正常工作状态下，设备从一次故障到下一次故障之间的平均时间。这个指标通常用来评估设备的可靠性，单位为小时。MTBF主要用于可修复设备，是制定维修计划的重要参考工具之一。理解MTBF对设备的可靠性和可用性有着重要影响。

可靠性与可用性

可靠性指的是设备在给定条件和预定时间内，能够无故障地执行其预期功能的能力。例如，飞机的主要任务是安全地完成飞行任务并将乘客安全送达目的地，而不会发生严重的故障。因此，飞机的可靠性意味着它能在不出现故障的情况下顺利完成任务。

可用性则是指设备在需要使用时能够正常工作的概率。简单来说，就是设备在任何时候都能执行其预定功能的能力。可用性取决于设备的可靠性以及故障后恢复的速度。如果一个设备非常可靠但修复时间很长，那么它的可用性可能会受到影响。

MTBF与可靠性

MTBF是衡量系统可靠性的基本指标。一般来说，MTBF值越高，表示该设备的可靠性越好。可靠性可以通过以下公式来表达：

可靠性时间可靠性=e^−(时间/MTBF)

其中，e^是自然对数的底数（约等于 2.71828），“时间”是在给定时间段内，“MTBF”是平均故障间隔时间。

MTBF的变体

除了标准的MTBF之外，还有几种类似的指标，它们用于更具体的情况：

MTBSA（平均系统停机时间）：指系统停机的平均时间，包括所有类型的停机时间。

MTBCF（平均关键故障时间）：专门用于衡量关键故障（即导致系统无法正常工作的故障）的平均时间。

MTBUR（平均非计划停机时间）：指非计划停机的平均时间，通常是由于突发故障引起的。

这些变体有助于更精确地描述系统的性能和可靠性，特别是在区分不同类型的故障时。

MTBF的计算方式

MTBF的计算方法是将设备的总运行时间（正常运行时间）除以该期间内发生的故障次数。

MTBF= 总运行时间 / 故障次数

假设你有一个仓库，里面有40个小部件，每个部件经过400小时的测试。所有测试时间总和为16,000小时（40 x 400 = 16,000）。在这次测试中，共有20次小部件发生故障。

计算总运行时间：所有部件的总运行时间 = 16,000小时

确定故障次数：故障次数 = 20次

计算MTBF：MTBF=总运行时间➗故障次数，即：16000小时➗20次=800小时

这意味着在这一组部件中，平均每800小时会发生一次故障。MTBF并不是预测单个部件的行为，而是预测一组部件的行为。

MTBF计算中的“时间”并不总是指实际的时钟时间；它也可能是系统实际运行的时间。例如，你可能有一台机器每天运行8小时，它的使用寿命可能是全天24小时运行的同一台机器的三倍。尽管如此，两台机器的MTBF仍然是相同的，因为它们的总运行时间是相等的。

再来看一个MTBF计算的例子。假设你有一台瓶装机，设计为每天运行12小时，这台瓶装机在正常运行10天后发生故障。在这个例子中，MTBF为120小时。

MTBF= (12小时/天 x 10天) / 1次故障 = 120小时

如果故障次数增加且故障发生时间跨度较长，那么计算MTBF就需要更多步骤。例如，假设这台瓶装机每天运行12小时，10天内发生了两次故障。第一次故障发生在运行20小时后，修复时间为2小时；第二次故障发生在运行60小时后，修复时间为3小时。为了计算MTBF，我们需要先计算总的正常运行时间。

总的正常运行时间为：20小时（第一次故障前的运行时间） + 18小时（第一次故障修复后的运行时间） + 57小时（第二次故障修复后的运行时间）。

因此，MTBF的计算如下：MTBF = (20小时 + 38小时 + 57小时) / 2次故障 = 57.5小时 / 2次故障 = 57.5小时。

MTBF潜在问题？

在使用MTBF进行可靠性分析时，了解潜在的问题非常重要。MTBF的计算结果可能会因“故障”和“运行时间”的定义不同而有所差异，并且还取决于你是计算单个设备的MTBF还是整个过程的MTBF。

1、MTBF假设故障率恒定

MTBF的基本假设之一是设备的故障率在整个运行时间内是恒定的。然而，实际情况往往并非如此。设备的故障率可能随时间变化，表现出不同的阶段：

早期故障期（婴儿死亡期）：设备在刚刚投入使用时，可能会因为设计缺陷或制造缺陷出现较高的故障率。

偶然故障期：设备经过早期故障期后，进入相对稳定的故障率阶段。

耗损故障期：设备使用一段时间后，由于部件老化、磨损等原因，故障率开始上升。

建议：

使用更为复杂的可靠性模型，如浴缸曲线（Bathtub Curve），来更准确地描述设备的故障率变化。

定期进行设备维护和检查，以减少早期故障期的影响。

2、操作时间的定义不同

操作时间的定义会影响MTBF的计算结果。不同的定义可能导致显著的差异：

设备运行时间：是指设备实际处于工作状态的时间。

停机时间：包括设备未处于工作状态的时间，例如设备维护、待机、等待原材料等。

建议：

明确操作时间的定义，并确保一致性和透明性。在计算MTBF时，只包括设备在正常工作负荷下的运行时间。例如，对于车辆，只计算车辆在加速并在高速下运行的时间，而不包括在红灯下停驻的时间。

3、选择监测的设备（坏演员）

在计算MTBF时，选择监测的设备会影响结果。特别是“坏演员”（关键设备）的影响：

单个设备：针对单个设备进行MTBF计算，可以更准确地反映该设备的可靠性。

整个过程：针对整个生产过程进行MTBF计算，可以反映整个系统的可靠性，但受制于“坏演员”的影响。

建议：

如果目的是评估单个设备的可靠性，应单独测试该设备。

如果目的是评估整个生产过程的可靠性，则应包括所有关键设备，并标记出“坏演员”。这有助于识别影响整个系统可靠性的关键环节。

如何提高MTBF？

改进预防性维护流程

预防性维护是提高MTBF的关键。通过定期检查和维护，可以在故障发生之前发现问题并及时处理。

具体步骤：

制定详细的维护计划：根据设备类型和制造商的建议，制定详细的维护计划。包括定期检查、润滑、更换易损件等。

培训维护人员：确保维护人员接受充分的培训，了解如何正确执行维护任务。提供详细的操作手册和检查清单。

监控维护效果：定期评估预防性维护的效果，确保维护计划的有效性。如果发现某些维护措施未能达到预期效果，应及时调整计划。

进行根本原因分析

找出故障的根本原因可以帮助你采取有效的预防措施，避免同样的故障再次发生。

具体步骤：

记录故障信息：每次设备出现故障时，详细记录故障时间、故障类型、故障现象等信息。

进行根本原因分析：使用工具如鱼骨图、5 Why分析法等，找出导致故障的根本原因。

采取纠正措施：根据根本原因分析的结果，采取相应的纠正措施。例如，更换质量较差的部件、优化操作流程等。

建立基于状态的维护

基于状态的维护是一种通过实时监控设备状态来预测和预防故障的方法。

具体步骤：

安装传感器和监控系统：在关键设备上安装传感器，实时监控设备的运行状态。

设置警报阈值：根据历史数据和专家经验，设置合理的警报阈值。当设备参数超出阈值时，系统自动发出警报。

及时响应：当收到警报时，及时安排维修人员进行检查和处理，避免故障发生。

实施全面生产维护计划（TPM）

TPM是一种综合性的设备管理方法，旨在提高设备的整体效率和使用寿命。

具体步骤：

全员参与：鼓励所有员工参与设备管理和维护工作，形成全员参与的维护文化。

持续改进：通过持续改进活动，不断提高设备的性能和可靠性。

定期评估：定期评估TPM的实施效果，根据评估结果调整和优化维护计划。

部分内容引用自——《工程师和他的朋友们》