MTBF：完全な概要

MTBF は、機械の故障間の時間を予測するために使用される計算です。以下では、MTBFの計算、注意すべきMTBFトラップ、およびMTBFを改善する方法について説明します。

MTBFとは何ですか？

平均故障間隔（MTBF）は、通常の稼働時間中の機械の本質的な故障間の時間の予測です。言い換えると、MTBFは、時間で表されるメンテナンスメトリックであり、機器が中断することなく動作する時間を示します。 MTBFは修理可能なアイテムにのみ使用され、主要な機器の修理の必然性を計画するのに役立つ1つのツールとしてのみ使用されることに注意してください。

MTBFを計算する前に、MTBFが信頼性と可用性にどのように影響するかを理解する必要があります。通常、高い信頼性と可用性は両立しますが、用語を交換することはできません。 信頼性 資産またはコンポーネントが、特定の条件下で所定の期間、必要な機能を実行する能力です。言い換えれば、機械の一部が故障することなく本来の目的を果たす可能性があります。飛行機のことを考えてみてください。その使命は、安全に飛行を完了し、壊滅的な障害なしに乗客を目的地に連れて行くことです。

可用性 資産またはコンポーネントが操作可能であり、使用する必要があるときにアクセスできる時間です。言い換えれば、ある機械がいつでも意図した機能を実行できる状態にある可能性があります。可用性は、システムの信頼性と、障害が発生したときのシステムの回復時間によって決まります。可用性は通常、信頼性と並行して検討されます。これは、障害が発生すると、重要な変数がアセットの起動と実行に可能な限り迅速に切り替わるためです。

MTBFは、システムの信頼性の基本的な尺度です。 MTBFが高いほど、製品の信頼性は高くなります。この関係は、次の式で表されます。信頼性=e-（時間/ MTBF） 。

遭遇する可能性のあるMTBFにはいくつかのバリエーションがあります。これらは、システムアボート間の平均時間（MTBSA）、重大な障害間の平均時間（MTBCF）、および予定外の削除間の平均時間（MTBUR）です。重大な障害と重大でない障害を区別するときに、これらのバリエーションが見られる可能性があります。

MTBF計算

MTBFは、資産が実行されている合計時間（稼働時間）を取得し、それを同じ期間に発生した故障の数で割ることによって計算されます。

MTBF =合計稼働時間/故障数

内訳を見ると、MTBFの計算は次のようになります。

• 合計稼働時間を確認します： ウィジェットでいっぱいの倉庫があり、そのうちの40個がそれぞれ400時間テストされたと想像してください。テストに費やされた合計時間は16,000時間に相当します（40 x 400 =16,000）。
• 失敗の数を把握する： テストされたウィジェットの総数全体の障害の数を特定します。この例では、20個のウィジェットの障害があったと考えてください。
• MTBFを計算します： テストが16,000時間実行され、20個のウィジェットが失敗したことがわかったので、MTBFを計算できます。 16,000時間/ 20回の失敗=800時間 。

それで、これは私たちに何を伝えますか？この例では、MTBFは、各ウィジェットが800時間続くことを示唆していません。ウィジェットのグループを実行する場合、テストされたグループ内の平均故障間隔は800時間です。言い換えると、MTBFは単一のコンポーネントの動作を予測することを意図したものではありません。コンポーネントのグループの動作を予測します。

「時間」を定義するとき、それは必ずしも時計の時間を意味するわけではないことを理解することが重要です。システムが実際に使用されている時間である可能性があります。たとえば、1日8時間稼働しているマシンがあり、これは1日24時間稼働しているまったく同じマシンの3倍の長さである可能性があります。両方のマシンのMTBFは、両方が同じ稼働時間に耐えたため、同じです。

MTBF計算の別の例を見てみましょう。 1日12時間稼働するように設計された瓶詰め機があるとします。瓶詰め機は、10日間正常に作動した後に故障します。この例のMTBFは120時間です。

MTBF =（1日あたり12時間x 10日）/ 1つの内訳=120時間

MTBFの計算では、障害の発生が増加する期間が長くなると、より多くのステップが必要になります。たとえば、1日12時間稼働する瓶詰め機が、10日間で2回故障したとします。最初の障害は開始時刻から20時間後に発生し、修復に2時間かかりました。 2回目の障害は、開始時刻から60時間後に発生し、修復に3時間かかりました。 MTBF方程式の合計稼働時間を計算するには、20（初期稼働時間）、18（最初のダウンタイム期間の開始から最初のダウンタイム期間の終了）、および57時間（2番目のダウンタイム期間の開始からダウンタ​​イム期間の終了）を加算する必要があります。

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したがって、MTBFの計算は次のようになります。 MTBF =（20時間+38時間+57時間）/ 2回の故障または57.5時間/ 2回の故障=57.5時間 。

MTBFの誤解

MTBFに関する最大の誤解の1つは、故障または「耐用年数」までの稼働時間数と同じであるということです。 MTBF数が非常に高い場合（珍しいことではありません）、システムがこれほど長く障害なく動作できる方法はないと思うかもしれません。 MTBF数が高い理由は、資産が「通常」または「耐用年数」にあるときの資産の故障率に基づいており、その率で永久に故障すると想定しているためです。このため、耐用年数とMTBFの間に相関関係はありません。 MTBFは非常に高いが、期待される耐用年数は短い機器を使用できます。

この良い例は、WendyTorellとVictorAvelarのホワイトペーパー「平均故障間隔：説明人間を使用した標準」に示されています。サンプル母集団に50万人の25歳がいるとします。 1年間にわたって、この母集団の失敗（死亡）に関するデータが収集されます。人口の運用寿命は500,000x1年=500,000人年です。年間を通じて、625人が失敗（死亡）しました。これにより、故障率は625回/ 500,000人年=0.125％/年になります。したがって、MTBFは1 / 0.00125 =800年です。

これは、25歳の人間のMTBF値が高いにもかかわらず、平均余命（サービス率）がはるかに短く、相関関係がないことを示しています。

機械のように、人間は一定の故障率を示しません。人間が年をとるにつれて、より多くの失敗が起こります（私たちの体はすり減ります）。これが事実であるため、MTBFを計算して耐用年数と相関させる唯一の方法は、25歳の全人口が寿命に達するのを待つことです。次に、平均寿命を計算できます。これにより、その数は約75〜80年になります。

では、25歳のMTBFは80または800ですか？ TorellとAvelarは、それはすべて仮定に関するものだと説明しています。この場合、80年のMTBFは、製品（人間）の寿命をより正確に反映します。機械からの製品の追跡などに関しては、さらに多くの変数があり、その最大のものは時間です。

MTBFを改善する方法

マシン障害の影響は重大な場合があります。それは生産の損失とメンテナンスに費やされる時間の増加につながります。障害の根本原因を突き止めることは、プロセスでMTBFを増やしながら、将来の発生を見つけ、軽減し、さらには防止するための最良の方法です。 MTBFを増やす方法はいくつかあります。

• 予防保守プロセスを改善する： よく考えられた予防保守計画は、MTBFを大幅に改善することができます。メンテナンスに関しては、事後対応ではなく事前対応が可能な場合はいつでも、障害が発生する前に障害を停止する機会が与えられます。不十分に実行された予防保守計画は、実際にはMTBFに逆の影響を与える可能性があります。不十分なトレーニング、不十分な、または不十分な設計のマニュアルとチェックリストはすべて、迅速な故障につながる可能性があります。
• 根本原因分析を実施します： 何かが失敗した理由を理解することで、その失敗が将来発生するのを防ぐ、または少なくとも頻繁に発生するのを防ぐための鍵が得られます。予防保守と同様に、根本原因分析は、長期的な解決策を考え出すことにより、間接的にMTBFを増加させることができます。たとえば、部品がかなり頻繁に故障していることに気付いた場合は、より高品質の部品と交換できるかどうかを確認することができます。
• 条件ベースのメンテナンスを確立する： 機器の問題が故障につながる前にそれを検出するための早期警告システムを導入する能力があれば、MTBFを増やし、ダウンタイムを減らすことができる可能性があります。条件ベースの保守計画を立てるのは必ずしも簡単ではありませんが、総合的生産的保守計画を実装することから始めることができます。

MTBFに関する潜在的な問題

MTBF計算を信頼性分析に使用する場合、MTBF計算から発生する可能性のある潜在的な問題を知ることが重要です。 MTBFは、「故障」や「稼働時間」などの特定のものをどのように定義するか、および個々の機器を測定するか、プロセス全体を測定するかによって異なります。

• MTBFは一定の故障率を想定しています： MTBF方程式の一部は、失敗の数を考え出すことです。これに関する問題は、暴風雨による停電、洪水による短絡など、制御不能な障害が発生した場合に発生します。これらは「神の行為」と呼ばれることもあり、失敗の定義は解釈の余地があります。失敗は単なる故障ですか？原因に関係なく、生産が停止するたびに障害が発生しますか？ MTBFを計算するときに、あらゆる種類の障害を含めて、MTBF値を低くする必要がありますか？または、特定のカテゴリの停止を除外して、MTBF値を高くする必要がありますか？ MTBFを計算するときに含まれる障害と、それらの障害が選択された理由を必ず確認してください。
• 稼働時間の定義の違い： プラントの資産はいつ稼働していると思いますか？部品またはコンポーネントが動作中に耐える応力によって劣化するという概念を考えると、応力が大きいほど、部品の動作寿命の影響が大きくなります。この良い例は、赤信号で停止した車です。赤信号で座っているときは、車のギアボックスとドライブトレインが使用されていないため、エンジンは最小限のストレスで動作し、摩耗や損傷はほとんどありません。アイドリングカーのMTBFを計算する場合、赤信号で停止したアイドル時間を含めますか、それとも加速して高速で動作している時間だけを含めますか？

  これらの同じ方針に沿って、機器の電源がオンになっているとき、または通常のワークロードで動作しているときのみ、機器の動作時間を考慮する必要がありますか？ MTBFの計算に前者を使用することを選択した場合、MTBF値は高くなりますが、その値は、通常のワークロードで継続的に稼働し、アイドリングがほとんどない機械を表すものではありません。そのため、MTBFで使用する予定のすべての資産の稼働時間を定義することが重要です。

• 監視する機器の選択（悪意のある人物）： また、プロセス全体を測定するか、そのプロセス内の個々の機器を測定するかを決定する必要があります。ここで注意すべきことの1つは、1つの重要な資産に障害が発生すると、プロセス全体が影響を受けることです。これらの重要な資産は「悪意のある人物」と呼ばれ、MTBFの損失を引き起こすものとしてフラグを立てる必要があります。

  MTBF計算のプロセス全体を測定することを選択した人は、「悪意のある人物」のために高いMTBF値を達成できないことに気付くことがよくあります。この問題を解決するには、各機器をテストすることをお勧めします。

これらの潜在的な問題を事前に検討している場合でも、MTBFは資産の信頼性を評価する際に役立つツールになる可能性があります。