So berechnen Sie die MTBF

MTBF (Mean Time Between Failure) ist ein wichtiger Parameter für verschiedene Analysen:

  • Zuverlässigkeits-/Verfügbarkeitsanalyse – Wahrscheinlichkeit eines Missionsfehlers oder eines Systemausfalls
  • Sicherheit – Eintrittswahrscheinlichkeit eines Sicherheitsereignisses
  • Ersatzteilbereitstellung – benötigte Ersatzteile zur Sicherstellung der Anlagenverfügbarkeit
  • Garantie – Ausfallwahrscheinlichkeit vor Ablauf der Garantie

Für diese Analysen wird die mittlere Anzahl der Ausfälle verwendet.

Ausschreibungen für Versorgungs-, Verteidigungs-, Luft- und Raumfahrt-, Schienen- und Telekommunikationssysteme enthalten häufig eine MTBF-Anforderung, die der Konstrukteur erfüllen muss.

Zunächst ordnet der Designer die Ausfallraten den Subsystembaugruppen zu.

Wenn ein detaillierter Entwurf vorliegt, muss eine genauere MTBF-Berechnung durchgeführt werden, um die Einhaltung der Anforderung zu überprüfen.

Schließlich erfolgt während der Feldtests eine MTBF-Demonstration durch die Erfassung von Feldfehlerdaten.

 

So wird MTBF berechnet:

Wenn Sie Feldausfalldaten haben, dividieren Sie die Gesamtbetriebsstunden durch die Gesamtzahl der Ausfälle. Dies ist das Feld MTBF.

Du kannst auch Berechnen Sie die Feld-MTBF anhand bestimmter Konfidenzniveaus.

Hinweis: Diese MTBF gilt nur für ähnliche Betriebsbedingungen.

Wenn Sie keine Felddaten haben, müssen MTBF-Vorhersagemethoden verwendet werden.

 

MTBF wird normalerweise von unten nach oben in einem Produkt-/System-Aufschlüsselungsbaum berechnet.
Die Berechnungsschritte sind wie folgt:

  1. Berechnen Sie die MTBF der „Endprodukte“ am Ende des Aufschlüsselungsbaums.
  2. Verwenden Sie die MTBF der niedrigeren Ebene, um die MTBF auf der nächsthöheren Ebene zu berechnen.
  3. Wiederholen Sie den Vorgang, bis der gesamte Baum berechnet ist.

 

„Enditem“ MTBF kann aus verschiedenen Quellen bezogen werden:

  • Statistische Analyse von Feldausfalldaten
  • Standardvorhersagemethoden (MIL HDBK 217, Telcordia 3, SN29500, FIDES usw.)
  • OEM-Datenblätter
  • Fehlerdatenbanken wie NPRD und OREDA

Hinweis: Der MTBF-Wert der Ausrüstung stellt die erwartete Ausfallrate bei einem bestimmten Betriebsprofil und unter bestimmten Umgebungsbedingungen dar. Um den MTBF-Wert an unterschiedliche Bedingungen anzupassen, können Umrechnungsfaktoren erforderlich sein.

Vorhersagemethoden liefern in der Regel die „Endpunkt“-MTBF gemäß der folgenden MTBF-Formel:

MTBF=1/(λ0·ΠS·ΠD·ΠE·ΠT.)

 

Parameter Bedeutung
λ0 Artikelbasis-Fehlerrate
ΠS Belastungsfaktor, der beispielsweise das Verhältnis der tatsächlich an einen Widerstand angelegten Leistung zur Nennleistung des Widerstands berücksichtigt
ΠD Auslastungsgrad
ΠE Umgebungsfaktor, z. B. Boden / Mobil / Marine / Luft / Weltraum
ΠT. Temperaturfaktor, üblicherweise in Form einer Arrhenius-Gleichung, der eine Aktivierungsenergie berücksichtigt

 

Zusätzlich Π Zu den Faktoren, die in Vorhersagemethoden auftauchen, zählen die Herstellungs- und Prüfqualität, die Verpackung elektronischer Komponenten, die Luftfeuchtigkeit und mehr.

Die MTBF der höheren Ebene wird als Funktion der MTBF des Artikels der niedrigeren Ebene berechnet:

MTBFElternteil=1/∑ich(1/MTBFich)

 

Wo MTBFich ist die MTBF des iTh direktes Kind.
Die obige Gleichung berücksichtigt den Ausfall eines beliebigen untergeordneten Elements. Dies ist gut für:

  • Worst-Case-Annahme
  • Serielles Zuverlässigkeitsmodell
  • Wartungsberechnungen

Wenn Sie Redundanzen berücksichtigen möchten, müssen Sie MTBCF (Mean Time Between Critical Failures) berechnen. Zuverlässigkeitsblockdiagramm (RBD) kann für die MTBCF-Analyse verwendet werden.

 

So berechnen Sie die MTBF – Beispiel:

Spezifische Basisausfallraten und -faktoren werden in den Prognosestandards definiert.

Es gibt zwei Methoden zur Berechnung der MTBF elektronischer Produkte gemäß MIL HDBK 217 F2:

  • Anzahl der Teile – unter der Annahme des Standardwerts ΠS = ΠT. = ΠD= 1
  • Teilespannung – Berücksichtigung von ΠS , ΠT. und ΠD

Die Anzahl der Teile kann mit der Online-Anwendung von BQR berechnet werden: BQR-Digital:

Screenshot of MTBF prediction software

Die Anzahl der Teile kann mit berechnet werden Das ECAD-Pug-In von BQR und fiXtress-Desktop-Software:

MTBF software screenshot

So verbessern Sie die MTBF:

Wenn Sie die MTBF nach der Teilezählmethode berechnet haben, können Sie wahrscheinlich einen besseren MTBF-Wert erhalten, indem Sie nach der Teilespannungsmethode berechnen. Während dies die Eingabe der Bauteilspannungen erfordert, kann aus einer solchen Analyse ein tatsächlicher technischer Wert gewonnen werden. Beispiel: Eine überbeanspruchte Komponente weist eine sehr niedrige MTBF auf. Durch die Betrachtung einer Pareto-Ansicht der Fehlerverursacher können überbeanspruchte Komponenten identifiziert werden.

Noch besser: Führen Sie eine Komponenten-Derating-Analyse durch und nutzen Sie die Daten dann für die MTBF-Vorhersage.

BQRs fiXtress Pro Bietet eine einfache Plattform für die Durchführung von Komponenten-Derating und MTBF-Vorhersage.

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