Fehlermetriken sind ein Messinstrument, mit dem die Lebensdauer von Geräten, Maschinen oder deren Komponenten geschätzt oder vorhergesagt werden kann. In der modernen Welt der Industrie 4.0 und einer Ära ständiger Kommunikation und Kontrolle sind technische Vorfälle und Geräteausfälle weitaus kritischer als früher. Ausfallzeiten kosten Geld und können zu schwerwiegenden Folgen wie Terminversäumnissen, Projektverzögerungen und letztendlich Zahlungsverzug führen.
Für Unternehmen ist es daher wichtig, sowohl die Betriebszeit als auch die Ausfallzeit zu verfolgen und zu bewerten, wie schnell und effektiv Leistungsprobleme behoben werden. MTTF gehört zu einer Gruppe häufig verwendeter Kennzahlen für wichtige Leistungsindikatoren, mit denen Analysten die Wartung und / oder den Austausch von Geräten planen können. Diese Metriken umfassen:
- MTTF (Mittlere Zeit bis zum Ausfall)
- MTBF (mittlere Zeit zwischen Ausfällen)
- MTTR (Mittlere Zeit bis zur Wiederherstellung, Reparatur, Reaktion oder Auflösung)
Es kann zwar argumentiert werden, dass solche Metriken an sich nicht besonders nützlich sind (hauptsächlich, weil die wichtigere Frage nach dem ‚Wie‘? kann nicht gemessen werden), bieten sie eine gute Grundlage, um diese Frage zu untersuchen.
Was ist MTTF?
MTTF steht für Mean Time To Failure und ist ein Sicherheitswert, der nach bestimmten Parametern berechnet wird, z. B. der Anzahl der Jahre, die eine Maschine oder Komponente benötigt, um auszufallen oder gefährlich auszufallen (MTTF mit einem Index D steht für Mean Time To Dangerous Failure). Diese Sicherheitswerte sind von der International Standards Organisation unter ISO 13849-1 vorgeschrieben und können anhand der bereitgestellten Tabellen berechnet werden. Es ist auch möglich, Durchschnittswerte anhand von B10-Werten zu berechnen, die die erwarteten Sicherheitswerte bis zum Ausfall von 10% der Komponenten darstellen. Für pneumatische Geräte und Komponenten werden die B10-Werte durch Dauertest der Geräte gemäß ISO 19973-Tabellen bestimmt.
Jedes Gerät wird irgendwann ausfallen, aber der intelligente Ansatz besteht darin, dies zu planen und zu handeln, bevor es passiert (vorausschauende Wartung). Der Ausfall kann auch relativ sein, da er teilweise auftreten kann, wenn nur eine Komponente ausfällt und die Maschine weiterlaufen kann. Alternativ kann das Ganze untergehen, in diesem Fall ist es Totalausfall. In der einfachsten Definition bedeutet Ausfall, dass eine Komponente, ein Gerät oder ein System nicht mehr in der Lage ist, die spezifischen Ergebnisse zu erzielen, die Sie benötigen. Dies gilt auch für abstraktere Ausfälle wie eine Verringerung der erwarteten Stückleistung, selbst wenn eine Maschine noch funktioniert.
Das Antizipieren und der korrekte Umgang mit Fehlern kann deren negative Auswirkungen erheblich reduzieren, und hier kommt die Überwachung dieser kritischen Metriken ins Spiel. Wenn Sie wissen, wie MTTF berechnet wird, werden Vermutungen durch zuverlässige harte Daten für die Analyse ersetzt. Dies führt dann zu fundierten Entscheidungen über Wartungsplanung und Reparaturen. Das Protokollieren all dieser Informationen kann mühsam sein, ist jedoch eine wesentliche Routine, wenn der Betrieb verbessert werden soll. Es ist auch zeitaufwändig, dies manuell zu tun, aber es gibt jetzt Apps, mit denen diese Informationen auf einem Gerät aufgezeichnet werden können und die die erforderlichen Berechnungen automatisch durchführen. Entscheidend ist, dass die Daten vollständig, genau und zuverlässig sein müssen, da die Einführung von Fehlern oder Auslassungen bei der Aufzeichnung die Informationen unbrauchbar macht. Schlimmer noch, die Reaktion auf fehlerhafte Daten kann zu neuen und unvorhergesehenen Problemen führen.
Die meisten Branchen und Geschäftsanwendungen verlassen sich auf diese MTBF-, MTTF- und MTTR-Metriken, obwohl die Daten nur dann wirklich zuverlässig sind, wenn sie über die gesamte Lebensdauer des Elements gemessen werden. Kurzfristige Geräteausfälle, wie Glühbirnen, werden offensichtlich leichter zu verfolgen sein als eine komplexe Maschine mit einer Lebensdauer von vielen Jahren, so dass am Ende des Tages viele dieser Vorhersagen nur Durchschnittswerte sind, die auf Wahrscheinlichkeiten basieren.
Damit Fehlerstatistiken wirklich aussagekräftig sind, benötigen sie eine beträchtliche Menge zuverlässiger und relevanter Daten. Im Allgemeinen muss die Eingabe bei der Berechnung von Metriken für die Analyse eine Wartungshistorie mit mindestens den folgenden Informationen enthalten:
- Betriebszeit (basierend auf der erwarteten Gesamtbetriebszeit abzüglich der Gesamtausfallzeit)
- Anzahl irreparabler Geräteausfälle
Wenn Kosten in Ihre Berechnungen einbezogen werden, sollten Sie auch die Anzahl der für die Wartung aufgewendeten Arbeitsstunden einbeziehen.
Berechnung der MTTF
MTTF ist ein arithmetischer Durchschnitt, der berechnet wird, indem die Gesamtbetriebszeit durch die Anzahl der Einheiten dividiert wird, die irreparabel ausfallen.
Um einen vernünftigen Durchschnitt zu erhalten, müssen Sie Proben vergleichen, da eine Einheit möglicherweise viel länger hält als eine andere. Ein einfaches Beispiel sind Glühbirnen (weil Sie sie ständig laufen lassen können, bis sie durchbrennen). Sie möchten wissen, wie lange eine bestimmte Glühlampenmarke im Durchschnitt hält. Sie benötigen eine Stichprobe guter Größe, um zu statistisch signifikanten Daten zu gelangen, also nennen wir sie zu Demonstrationszwecken 100. Sie müssen auch die gleichen Betriebsbedingungen für jedes Element erstellen, so dass es Parität in den Tests gibt, und es kann beträchtliche Zeit dauern, bis die Glühbirne irreparabel ausfällt.
Beim Testen stellen Sie fest, dass 25 der Glühbirnen 1.000 Stunden hielten, 25 von ihnen 1.050 Stunden lang angingen, 25 nach 990 Stunden durchbrannten und 25 nur 950 Stunden erreichten. Insgesamt summiert sich die Anzahl der funktionsfähigen Glühbirnenstunden auf 3.990. Dividiert man diese Zahl durch vier, ergibt sich eine MTTF von 997,5 Stunden. Dies ist eindeutig eine vereinfachte Berechnung, und in Wirklichkeit müssten Sie alle 100 verschiedenen Zeiten addieren, aber es dient dazu, das Prinzip zu demonstrieren.
Offensichtlich sind Glühbirnen ein sehr einfaches Beispiel, und die meisten Fehlermetriken werden für komplexere Geräte verwendet. In der Elektronik beispielsweise besteht eine Sicherheitsfunktion typischerweise aus Eingangs-, Ausgangs- und Logikkanälen sowie deren Verbindungen, und MTTF sollte vom Hersteller angegeben werden. Die Verfolgung der MTTF ist jedoch ein kritischer Teil des Wartungszyklus und sollte dazu beitragen, die technischen Praktiken vom traditionellen reaktiven Ansatz abzuwenden und hin zu einer vorausschauenderen Wartung.