Наработка на отказ (MTBF): что это, как считать и зачем снабжению

Средняя наработка на отказ кажется простой цифрой, но вокруг неё больше всего ошибок в планировании ремонтов и закупок. Её путают со сроком службы, принимают за гарантию и сравнивают между узлами, работающими в разных условиях. Ниже порядок расчёта и то, что из него действительно следует для склада.

MTBF считают делением наработки на число отказов

Формула одна: суммарная наработка группы восстанавливаемых объектов за период наблюдения, делённая на число отказов за тот же период. Наработку берут в тех единицах, в которых узел изнашивается: моточасах, циклах, километрах.

Пример (условные цифры): на участке 12 одинаковых центробежных насосов, каждый за год отработал около 6 000 часов, всего 72 000 насосо-часов. За год по журналу зафиксировано 18 отказов торцевых уплотнений. MTBF уплотнения на этом участке равна 72 000 / 18 = 4 000 часов. Интенсивность отказов, обратная величина, составляет 1 / 4 000 = 0,00025 отказа в час на насос.

Расчёт по группе даёт устойчивую цифру быстрее, чем по одному узлу: у одного насоса за год может быть один-два отказа, и случайность исказит результат. Поэтому MTBF ведут по однотипным узлам в похожих условиях и обновляют раз в квартал или год.

Как рассчитать наработку на отказ?

Наработку на отказ рассчитывают по журналу: складывают наработку всех однотипных восстанавливаемых узлов за период в часах, циклах или километрах и делят на число отказов, зафиксированных за этот же период. Например, 72 000 насосо-часов при 18 отказах дают MTBF 4 000 часов. Простои, ремонт и хранение в наработку не включают, а отказы считают только по одной причине или узлу, если MTBF нужна для конкретной запчасти.

MTBF, MTTF и MTTR обозначают разные величины

Разница принципиальна для заказа. Манжета или кольцо после отказа не ремонтируется, её меняют, и к ней относится наработка до отказа. Насос с этой манжетой ремонтируют и запускают снова, и для насоса считают наработку на отказ. Время восстановления относится уже к ремонтопригодности оборудования, и вместе с MTBF оно даёт коэффициент готовности.

Термины задаёт ГОСТ Р 27.102-2021

Межгосударственный ГОСТ 27.002-2015 «Надёжность в технике. Термины и определения» в России перестал применяться с 1 января 2022 года. Вместо него действует национальный ГОСТ Р 27.102-2021 «Надёжность в технике. Надёжность объекта. Термины и определения» (приказ Росстандарта № 1104-ст). В технической документации, договорах и регламентах ссылаться на отменённую редакцию не следует, а термины берут из действующей.

Стандарт различает восстанавливаемые и невосстанавливаемые объекты, среднюю наработку между отказами (в примечании к ней прямо сказано, что её называют средней наработкой на отказ) и среднюю наработку до отказа, а также показатели ремонтопригодности. Для предприятия это важно, когда в договоре поставки или техзадании пишут требование вида «средняя наработка на отказ не менее …»: нужно указать, к какому объекту и в каких единицах она относится и как её будут подтверждать.

Средняя наработка не обещает срок до отказа

Если отказы случайны, а их интенсивность постоянна, вероятность проработать время t без отказа равна exp(−t / MTBF). Это экспоненциальная модель, и она даёт результат, который многих удивляет.

На отрезке в одну десятую MTBF без отказа работает около 90 % узлов, на половине MTBF около 61 %, на полной MTBF около 37 %, на двух MTBF около 14 %. Поэтому интервал плановой замены, равный MTBF, означает, что почти две трети узлов откажут раньше плановой замены. Если отказ дорог, интервал берут заметно короче MTBF или переходят на замену по состоянию.

Для уплотнений и других изнашиваемых деталей модель часто неточна: у них интенсивность отказов растёт с наработкой, потому что резина стареет, а кромка стирается. Тогда отказы группируются вокруг среднего значения, и разброс меньше, чем у экспоненты. Проверить это можно по своему журналу: если большинство отказов манжеты попадает в узкий диапазон часов, замена по наработке работает хорошо.

Миллион часов в паспорте описывает партию, а не изделие

В паспортах электроники и некоторых комплектующих встречается MTBF в сотни тысяч и миллион часов, что больше ста лет непрерывной работы. Эта цифра не означает, что изделие прослужит век. Она означает, что в большой партии одновременно работающих изделий в период нормальной эксплуатации отказ в среднем случается раз в миллион суммарных часов: из 1 000 изделий примерно одно за 1 000 часов работы.

Срок службы изделия при этом может быть 5 или 10 лет, после чего начинается износ, и интенсивность отказов резко растёт. Поэтому паспортную MTBF применяют для оценки числа отказов в парке, а не для оценки ресурса одного узла.

Интенсивность отказов переводит MTBF в число замен за год

Для снабжения из MTBF получают ожидаемое число замен. Ожидаемое число отказов за период равно суммарной наработке за период, делённой на MTBF.

Пример (продолжение): 12 насосов, 6 000 часов в год каждый, MTBF уплотнения 4 000 часов. Ожидаемое число замен в год 72 000 / 4 000 = 18 комплектов. Если к каждому отказу добавляется замена двух колец и прокладки крышки, годовая потребность составит 18 уплотнений, 36 колец и 18 прокладок, плюс детали на плановые ремонты по графику ППР. Это основа для годового заказа и для повторного заказа по артикулам.

Страховой запас считают по разбросу отказов

Среднее число отказов не учитывает, что отказы приходят неравномерно. Если время поставки запчасти составляет два месяца, за это время в среднем будет 18 × 2 / 12 = 3 отказа. При случайных отказах их число подчиняется распределению Пуассона, и запас считают по нужной вероятности не остаться без детали.

При среднем 3 отказа за срок поставки запас из 3 деталей закроет потребность только в двух случаях из трёх, а из 6 деталей почти всегда. Сокращение срока поставки снижает и страховой запас: при поставке за две недели среднее падает до 0,7 отказа, и двух-трёх деталей на складе хватает с вероятностью выше 95 %. Набор деталей, которые держат на складе по узлам, удобно оформить как комплект ЗИП.

Расчёт искажают три вещи в журнале отказов

Первая: в наработку включают простой. Если насос стоял полгода, а его считали работающим, MTBF вырастет вдвое без всякого улучшения. Вторая: в отказы записывают плановые замены. Плановая замена не отказ, и если её считать, MTBF занижается. Третья: в одну группу сводят узлы в разных условиях. Насос на горячем конденсате и насос на холодной воде дадут разные MTBF уплотнений, и средняя цифра не подойдёт ни одному.

Для сравнения поставщиков деталей или материалов MTBF считают отдельно по каждой партии и каждому изготовителю, а условия работы записывают рядом. Иначе разница в ресурсе может оказаться разницей в нагрузке.

Карточка изделия хранит данные для MTBF

Чтобы считать наработку на отказ по своим данным, каждой изнашиваемой детали нужна карточка: чертёж или образец, материал, место установки, дата установки и снятия, наработка, причина замены, номер партии. С такими карточками MTBF уплотнения считается за минуты, а смена материала или изготовителя сразу видна по изменению наработки. Удобнее всего, когда у детали есть один код для склада, журнала и заказа, как в каталоге РТИ предприятия.

Наша компания присваивает изготовленной детали артикул вида P-000123, и повторный заказ делается по нему. Если рядом с артикулом в вашей карточке записаны даты установки и снятия, через год работы видно, сколько реально служит деталь в каждом узле и сколько штук нужно заказать на следующий год. Номер партии и фото партии перед отгрузкой, которые входят в контроль качества, помогают связать отказ с конкретной поставкой, если наработка вдруг упала.