MTBF berechnen: Formel, MES-Daten und Nutzen
Die MTBF zeigt, wie lange eine reparierbare Maschine durchschnittlich störungsfrei läuft.
MTBF steht für Mean Time Between Failures.
Auf Deutsch: Mittlere Betriebszeit zwischen zwei Ausfällen
Was sagt die MTBF aus?
Die MTBF beantwortet die Frage:
„Wie viele Betriebsstunden liegen durchschnittlich zwischen zwei technischen Ausfällen?“
Eine hohe MTBF spricht grundsätzlich für eine zuverlässige Maschine.
Eine niedrige MTBF kann beispielsweise entstehen durch:
- verschlissene Bauteile
- unzureichende Wartung
- ungeeignete Betriebsbedingungen
- falsche Maschineneinstellungen
- Material- oder Werkzeugprobleme
- wiederkehrende technische Schwachstellen
- Bedienfehler
- fehlende vorbeugende Maßnahmen
Die MTBF zeigt die Häufigkeit technischer Ausfälle bezogen auf die Betriebszeit. Sie sagt nicht, wie lange eine Reparatur dauert.
Wie wird die MTBF berechnet?
Die Formel lautet:
MTBF = gesamte Betriebszeit ÷ Anzahl der technischen Ausfälle
Dabei gilt:
Betriebszeit: Summe der tatsächlichen Betriebszeiten zwischen den betrachteten technischen Ausfällen
technischer Ausfall: ungeplantes technisches Ereignis, das eine Reparatur erfordert
Geplante Wartungen und normale Rüstvorgänge zählen in der Regel nicht als technischer Ausfall.
Beispiel für die Berechnung
Eine Maschine wurde während eines Zeitraums insgesamt 1.200 Stunden betrieben.
In dieser Zeit traten vier technische Ausfälle auf.
| Wert | Ergebnis |
|---|---|
| Gesamte Betriebszeit | 1.200 Stunden |
| Technische Ausfälle | 4 |
Die MTBF beträgt:
| 1.200 ÷ 4 = 300 Stunden |
Damit lagen durchschnittlich 300 Betriebsstunden zwischen zwei technischen Ausfällen.
Welche Daten werden benötigt?
| Benötigte Daten | Typische Datenquelle |
|---|---|
| Maschinenbetriebszeit | Maschine, SPS, MDE oder MES |
| Beginn eines technischen Ausfalls | Maschine, MDE oder Instandhaltungssystem |
| Ende des technischen Ausfalls | Instandhaltungssystem, MDE oder MES |
| Anzahl der Ausfälle | Instandhaltungssystem oder MES |
| Ausfallgrund | Instandhaltungssystem, MES oder Bedienereingabe |
| Maschine und Komponente | Anlagenverwaltung oder Instandhaltungssystem |
| Auftrag und Artikel | ERP oder MES |
| Wartungsmaßnahmen | Instandhaltungssystem |
| Ersatzteile | Instandhaltungssystem oder ERP |
| Betriebsbedingungen | Maschine, SPS oder MES |
Was bedeutet das Ergebnis?
Eine MTBF von 300 Stunden bedeutet nicht, dass die Maschine nach genau 300 Stunden ausfällt.
Die Kennzahl ist ein statistischer Durchschnitt.
Ein Ausfall kann bereits nach wenigen Stunden auftreten. Ein anderer erst deutlich später.
Die MTBF eignet sich deshalb besonders für:
- langfristige Vergleiche
- Erkennung wiederkehrender Probleme
- Bewertung von Wartungsmaßnahmen
- Vergleich ähnlicher Maschinen
- Planung von Ersatzteilen und Instandhaltung
Was muss vor der Berechnung festgelegt werden?
Das Unternehmen muss unter anderem klären:
- Wann beginnt und endet die Betriebszeit?
- Was gilt als technischer Ausfall?
- Werden Mikrostörungen berücksichtigt?
- Müssen Ausfälle eine Mindestdauer überschreiten?
- Wie werden wiederholte Ausfälle derselben Ursache gezählt?
- Werden Bedienfehler als Ausfall bewertet?
- Wie werden Werkzeug- oder Materialprobleme behandelt?
- Werden geplante Wartungen ausgeschlossen?
- Wird je Maschine, Komponente oder Anlagengruppe gerechnet?
- Welcher Betrachtungszeitraum wird verwendet?
Ohne einheitliche Regeln sind MTBF-Werte nicht zuverlässig vergleichbar.
Welchen Vorteil bietet ein MES?
Die MTBF kann auch ohne MES berechnet werden.
Dafür müssen Betriebszeiten, Störungen und Reparaturmeldungen jedoch häufig manuell aus unterschiedlichen Systemen zusammengeführt werden.
Ein MES kann Maschinenzustände und Betriebszeiten automatisch erfassen.
In Verbindung mit einem Instandhaltungssystem entstehen folgende Vorteile:
- automatische Ermittlung der Betriebszeit
- eindeutige Zuordnung von Ausfällen zur Maschine
- aktuelle MTBF je Maschine oder Anlagengruppe
- Auswertung nach Komponente und Ausfallgrund
- Erkennung wiederkehrender Schwachstellen
- Vergleich ähnlicher Maschinen
- Verbindung mit Auftrags- und Prozessdaten
- Kontrolle von Wartungsmaßnahmen
- weniger manuelle Listen und Berechnungen
- nachvollziehbare historische Entwicklung
Der wichtigste Nutzen liegt nicht allein im Durchschnittswert.
MES und Instandhaltungssystem können zusätzlich zeigen:
- welche Bauteile häufig ausfallen
- unter welchen Bedingungen Ausfälle entstehen
- welche Produkte oder Aufträge betroffen waren
- welche Stillstands- und Reparaturkosten entstanden
- ob Wartungsmaßnahmen die Zuverlässigkeit verbessert haben
Ein MES erhöht die MTBF jedoch nicht automatisch. Die Verbesserung entsteht durch technische und organisatorische Maßnahmen.
Unterschied zwischen MTBF und MTTR
Die MTBF zeigt die durchschnittliche Betriebszeit zwischen technischen Ausfällen.
Die MTTR zeigt die durchschnittliche Zeit bis zur Wiederherstellung der Maschine.
Beispiel:
- hohe MTBF: Ausfälle treten selten auf
- niedrige MTTR: Ausfälle werden schnell behoben
Beide Kennzahlen werden benötigt, um die technische Zuverlässigkeit und Wiederherstellbarkeit zu bewerten.
Zusammenhang mit der technischen Verfügbarkeit
MTBF und MTTR können zur näherungsweisen Berechnung der technischen Verfügbarkeit verwendet werden:
Technische Verfügbarkeit = MTBF ÷ (MTBF + MTTR) × 100
Beispiel:
- MTBF: 300 Stunden
- MTTR: 3 Stunden
300 ÷ (300 + 3) × 100 = 99,0 %
Diese Berechnung betrachtet vor allem technische Ausfälle. Andere Stillstandsursachen wie Materialmangel oder fehlende Aufträge sind darin nicht enthalten.
Unterschied zwischen MTBF und Störhäufigkeit
Die Störhäufigkeit zeigt, wie oft Störungen innerhalb eines Zeitraums auftreten.
Die MTBF bezieht die Anzahl der Ausfälle auf die tatsächliche Betriebszeit.
Dadurch ist die MTBF besser geeignet, Maschinen mit unterschiedlichen Laufzeiten zu vergleichen.
Wie ist die MTBF zu bewerten?
Eine hohe MTBF ist grundsätzlich positiv.
Sie kann bedeuten:
- seltenere technische Ausfälle
- stabilere Produktionsprozesse
- geringere Stillstandsverluste
- bessere Planbarkeit
- geringerer Reparaturaufwand
Die Kennzahl sollte dennoch gemeinsam betrachtet werden mit:
- MTTR
- Maschinenverfügbarkeit
- Stillstandsquote
- Störhäufigkeit
- Instandhaltungskosten
- Ersatzteilkosten
- Produktionsverlusten
Eine Maschine kann selten ausfallen, aber bei einem Ausfall sehr lange stillstehen.
Welcher MTBF-Wert ist gut?
Es gibt keinen allgemeingültigen Zielwert.
Der sinnvolle Wert hängt unter anderem ab von:
- Maschinenart
- Bauteilen und Komponenten
- Maschinenalter
- Betriebsstunden
- Belastung
- Umgebungsbedingungen
- Wartungsstrategie
- Produktionsverfahren
- Sicherheitsanforderungen
Wichtiger als ein pauschaler Branchenwert ist die Entwicklung vergleichbarer Maschinen unter einheitlichen Bedingungen.
Wie lässt sich die MTBF verbessern?
Geeignete Maßnahmen sind beispielsweise:
- wiederkehrende Ausfallursachen analysieren
- technische Schwachstellen dauerhaft beseitigen
- vorbeugende Wartung verbessern
- zustandsorientierte Wartung einführen
- kritische Bauteile überwachen
- Wartungsintervalle anpassen
- Ersatzteilqualität prüfen
- Maschinenparameter stabilisieren
- Bediener gezielt qualifizieren
- Betriebsbedingungen überwachen
- Fehlerursachen vollständig dokumentieren
Die Maßnahmen sollten sich auf Ausfälle mit hoher Häufigkeit oder großer wirtschaftlicher Wirkung konzentrieren.
Welchen Nutzen hat das Unternehmen?
Eine belastbare MTBF hilft Unternehmen:
- technische Schwachstellen zu erkennen
- Ausfälle zu reduzieren
- Produktionskapazität zu sichern
- Wartungen gezielter zu planen
- Ersatzteile besser zu bevorraten
- Liefertermine besser einzuhalten
- Instandhaltungskosten zu senken
- Maschineninvestitionen zu bewerten
- Wartungsmaßnahmen nachzuweisen
- Ausfallrisiken wirtschaftlich zu bewerten
Eine steigende MTBF zeigt, dass Maschinen über längere Zeiträume stabiler betrieben werden können.
MTBF im MES-Lastenheft definieren
Die Anforderung
„Das MES muss die MTBF berechnen.“
ist für ein MES-Lastenheft nicht ausreichend.
Zusätzlich sollte festgelegt werden:
- verwendete Berechnungsformel
- Definition der Betriebszeit
- Definition eines technischen Ausfalls
- Behandlung von Mikrostörungen
- Ausschluss geplanter Wartungen
- Behandlung wiederholter Störungen
- verbindliche Ausfall- und Störgründe
- Zuordnung zu Maschine und Komponente
- automatische und manuelle Datenquellen
- Auswertung nach Maschine, Komponente und Zeitraum
- Vergleich ähnlicher Anlagen
- gemeinsame Darstellung mit MTTR
- Filter-, Vergleichs- und Exportmöglichkeiten
- historische Speicherung
- Meldung bei Unterschreitung definierter Zielwerte
Nur mit diesen Festlegungen können MES-Anbieter die Anforderung eindeutig bewerten.
Häufige Fragen zur MTBF
MTBF steht für Mean Time Between Failures. Die Kennzahl zeigt die durchschnittliche Betriebszeit zwischen zwei technischen Ausfällen.
Die gesamte Betriebszeit wird durch die Anzahl der technischen Ausfälle geteilt.
Nein. Die MTBF ist ein statistischer Durchschnitt zwischen Ausfällen. Sie gibt nicht die Lebensdauer einer Maschine an.
Benötigt werden insbesondere Maschinenbetriebszeit, Anzahl der Ausfälle, Ausfallzeitpunkte und Ausfallgründe.
Die MTBF bewertet die Zeit zwischen Ausfällen. Die MTTR bewertet die durchschnittliche Wiederherstellungszeit.
Ja. Ohne MES müssen Betriebs- und Ausfalldaten jedoch häufig manuell zusammengeführt werden.
Nein. Ein MES macht Ausfälle und Zusammenhänge sichtbar. Die Verbesserung entsteht durch Wartungs- und Verbesserungsmaßnahmen.
Weitere Informationen
Weitere passende Kennzahlen sind:
Weitere Grundlagen finden Sie auf der Übersichtsseite MES-Kennzahlen und unter MES-Lastenheft erstellen.