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Der Betrieb der Einheit liegt zwischen dem Ergeignis der Inbetriebnahme (up-time) und dem Ereignis des Ausfalls (down - time).Formal lässt sich die MTBF über einen langen Zeitraum, in welchen mit vielen Ausfällen und Inbetriebnahmen zu rechnen ist, ausdrücken als: wobei der Wert n die Anzahl der Ausfälle über den betrachteten, langen Zeitabschnitt angibt.
Für den Fall, dass die Betriebsdauern exponentialverteilt sind, erhält man während der Brauchbarkeitsdauer einer Einheit die MTBF aus dem Kehrwert der dann konstanten Ausfallrate λ: Je höher der MTBF - Wert, desto „zuverlässiger“ ist das Gerät. Ein Gerät mit einer MTBF von 100 Stunden wird im Mittel öfter ausfallen als ein gleichartiges Gerät mit einer MTBF von 1.000 Stunden. Werden MTBF - Angaben gemacht, so sollten zusätzlich die umgebungs- und funktionsbedingten Beanspruchungen, die Ausfallkriterien und die Geltungsdauer mit angegeben werden(z. B. Umgebungstemperatur, Anzahl der Start-/Stop Zyklen pro Tag, Einhaltung von Wartungsvorschriften, etc.). Unter ungünstigen Betriebsbedingungen können wesentlich geringere MTBF - Werte (höhere Ausfallraten) auftreten. Andererseits kann durch ein Derating die MTBF größer (Ausfallrate kleiner)sein. Aussagen über MTBF - Werte sind nur während der geplanten Geltungsdauer (z. B. Brauchbarkeitsdauer) gültig, danach kann die Ausfallrate aufgrund von Abnutzungserscheinungen deutlich ansteigen.
Die MTBF muss weiters unterschieden werden von derBrauchbarkeitsdauer (engl. useful life) eines Geräts: Die Brauchbarkeitsdauer gibt die Zeitdauer an, auf die ein Gerät bei der Entwicklung ausgelegt wurde. Sie ist u.a. auch durch die Dimensionierung von Verschleißteilen bestimmt.
Ermittlung
Die MTBF kann zur Abschätzung von Ausfällen in Zeitintervallen verwendet werden: Beispielsweise sind bei einer DDE MTBF-Werte von 500.000 Stunden üblich, dies entspricht 57,07 Jahren. Aus dieser Zahl kann die Wahrscheinlichkeit berechnet werden, dass es während der Nutzungsdauer zu einem Ausfall kommt. Schätzwerte für die MTBF können durch Lebensdauerversuche –fallweise auch mit erhöhten Beanspruchungen – ermittelt werden, in denen das Gerät z.B. Strahlungen, Feuchtigkeit, Erschütterungen, Hitze und Ähnlichem ausgesetzt wird. Konkret heisst das, dass zum Beispiel eine DME auf einem HIL Prüfstand 24 Stunden ununterbrochen betrieben wird, um zu schauen, wie viele Kilometer diese ohne Fehler zurücklegen kann. Tests sind nicht standardisiert, deshalb sind alle angegebenen Werte in der Regel nur innerhalb der Produktreihen eines Herstellers vergleichbar.
Eine andere Möglichkeit der Ermittlung der MTBF, die oft in den frühen Entwicklungsphasen angewendet wird, ist die Zuverlässigkeitsprognose. Damit lässt sich abschätzen, ob gesetzte Zuverlässigkeitsziele erreicht werden können. Dazu sind genaue Kenntnisse des Aufbaus des Gerätes und der verwendeten Bauelemente notwendig. Für viele Bauelemente existieren in Handbüchern Ausfallraten (Werte oft in FIT angegeben (1FIT=10-9 1/h) , Failor in Time bezeichnet). Die MTBF ist der Kehrwert der berechneten Ausfallrate der Baugruppe/Einheit, die sich aus der Summe der in Abhängigkeit von der Beanspruchung gewichteten Bauelementeausfallraten ergibt. Die MTBF wird auch für die Berechnung der „stationären Verfügbarkeit (engl. Availability) eingesetzt. Die Verfügbarkeit gibt an, wie groß die Wahrscheinlichkeit ist, dass ein System bei Anforderung den spezifizierten Dienst anbietet.
Mathematisch betrachtet beträgt die Ausfallwahrscheinlichkeit bei MTTF 63,2%, exakt (1-1/e), oder anders ausgedrückt bei der Zeit MTTF sind etwa 2/3 der Geräte ausgefallen. Def. Verfügbarkeit: der Anteil der Zeit, zu der man über ein System verfügen kann
Begriffe
MTBM Mean Time Between Maintenance
MTTF Mean Time To Failure
MTTR Mean Time To Recover
Hazardrate
Maßeinheit Angaben über die Lebensdauer technischer Produkte werden in Power-On Hours (POH) gemacht, zum Beispiel: "MTBF: 60.000 POH".
Normen
Für die Berechnung existieren Normen, beispielsweise DIN EN/IEC61709 SN 29500 der Siemens AG (wird laufend aktualisiert, neben elektronischen auch vermehrt elektromechanische Komponenten wie Relais, Schütze, Leistungsschalter, Überlastrelais, Zeitrelais usw. Befehls- und Meldegeräte, Drucktaster, Leuchtmelder, Positionsschalter sind in Arbeit) SR-332 von Telecordia Technologies MIL-HDBK-217 des Militärs (wird nicht mehr gepflegt)
Mean Time To Recover (MTTR) wird als die mittlere Zeit zur Wiederherstellung nach einem Ausfall eines Systems definiert. Sie ist somit ein wichtiger Parameter für die Systemverfügbarkeit. Dagegen hängt die Systemzuverlässigkeit stark von der Mean Time Between Failures ab. In dieser Zeit ist auch das Planen der Aufgaben sowie der Betriebsmittel enthalten. Sie sollte so kurz wie möglich gehalten werden. Mean Time To Recover wird als die mittlere Zeit zur Wiederherstellung nach einem Ausfall eines Systems definiert. Sie ist somit ein wichtiger Parameter für die Systemverfügbarkeit. Dagegen hängt die Systemzuverlässigkeit stark von der Mean Time Between Failures ab. In dieser Zeit ist auch das Planen der Aufgaben sowie der Betriebsmittel enthalten. Sie sollte so kurz wie möglich gehalten werden.
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