Wie berechnet man die Ausfallrate?
Definition: Ausfallrate
Die Ausfallrate (λ) berechnet man, indem man die Anzahl der Ausfälle durch die Gesamtbetriebszeit teilt. Je nach Anwendungsbereich unterscheidet man gängige Berechnungswege:
1.Bezogen auf die Betriebszeit (Maschinen & Anlagen)
Hier wird gemessen, wie oft ein System in einem bestimmten Zeitraum ausfällt.
Formel:
λ = Anzahl der Ausfälle / Betriebszeit in Stunden
Beispiel: Eine Anlage läuft insgesamt 10.000 Stunden und fällt dabei 5-mal aus.
In diesem Beispiel beträgt die mittlere Laufzeit zwischen zwei Ausfällen 2000 Stunden.
2.Bezogen auf eine Stückzahl
Hier wird ermittelt, wie viel Prozent einer Charge oder Gruppe in einer bestimmten Zeit versagen.
Formel:
λ = Anzahl der ausgefallenen Objekte / Anzahl der Objekte zu Beginn
Beispiel: Sie starten morgens mit 1.000 Maschinen. Am Abend sind 996 intakt und 4 ausgefallen.
In diesem Beispiel beträgt die Ausfallrate 0,4%.
MTBF-basierte Ausfallvorhersage
Eine dritte Möglichkeit ist es die beiden Berechnungsmethoden zu kombinieren, um beispielsweise über eine komplette Produktgeneration die mittlere Ausfallrate über alle Betriebsstunden zu berechnen. Diese Methode ist Methode-1 sehr ähnlich, liefert aber eine Zuverlässigkeitsaussage über eine komplette Produktgeneration.
MTBF: Mean-Time-Based-Failures (mittlere Betriebszeit zwischen zwei Ausfällen)
Die MTBF-basierte Ausfallvorhersage ist eine Methode der Zuverlässigkeitstechnik, die für industrielle Automatisierungsausrüstungen, Stromversorgungen, Sensoren und Motorantriebe verwendet wird. Mit der mittleren Betriebsdauer zwischen Ausfällen (MTBF) können Sie das zu erwartende Ausfallvolumen eines Produktes aus einer Produktpopulation abschätzen.
Formel:
λ = 1 / MTBF
Beispiel: Mit 8.000 Einheiten im Einsatz und einer MTBF von 3.765.832 Stunden – welches Ausfallvolumen ist über einen bestimmten Betriebszeitraum zu erwarten?
λ = 1 / 37.683 Stunden = 2,654 × 10⁻⁵ Ausfälle/Stunde
λ = 0,233 Ausfälle pro Jahr
Somit ist bei dieser beispielhaften Produktgeneration im Mittel ein Ausfall alle 4,3 Jahre zu erwarten.
Wichtig: Die MTBF gilt für reparierbare Systeme, bei denen die Zeitzählung nach der Reparatur zurückgesetzt wird.
MTBF-basierte Ausfallvorhersage für unsere Pollux V4
λ = 1 / 590.915 Stunden = 1,69 × 10⁻6 Ausfälle/Stunde
λ = 0,015 Ausfälle pro Jahr
Somit ist bei unserer Produktgeneration Pollux-V4 im Mittel theoretisch ein Ausfall alle 67 Jahre zu erwarten. Das ist zwar korrekt gerechnet und soweit stimmig, jedoch reicht die bisherige Laufzeit seit der Geburt der ersten Geräte der V4-Generation im Jahr 2016 offenbar nicht aus, um eine realistische Ausfallrate zu ermitteln. Die verwendeten Bauteile sind einfach zu gut und sind noch nicht ausreichend lange im Betrieb, damit die ersten Komponenten ihr Laufzeitende erreichen. Das Ergebnis spricht für den Hardware-Entwickler und die verwendeten Komponenten.
Mittlerweile wurde die Generation V4 durch die neue Generation V5 abgelöst, die eher noch geringere Ausfallraten verspricht, weil die Wärmeentwicklung der V5-Generation weiter minimiert wurde.