Lernfeld 13 · Prüfung Teil 2

Verfügbarkeit, MTBF und OEE

Verfügbarkeit, MTBF, MTTR, Ausfallrate in FIT, Reihen- und Parallelsysteme, Weibull und OEE mit Formeln und typischen Prüfungsfehlern.

21 Aufgaben dazu übenKostenlos, ohne Anmeldung, mit Lösungsweg

Darum geht es

Die Verfügbarkeit gibt an, welchen Anteil der Zeit ein System betriebsbereit ist. Sie hängt von zwei Kennzahlen ab: der mittleren Betriebszeit zwischen Ausfällen MTBF und der mittleren Instandsetzungsdauer MTTR. Längere MTBF bekommst du durch bessere Bauteile, vorbeugenden Tausch und Ursachenbeseitigung, kürzere MTTR durch Ersatzteile vor Ort, gute Dokumentation und geschultes Personal.

Bei konstanter Ausfallrate ist diese der Kehrwert der MTBF. Für Bauteile gibt man sie oft in FIT an, das sind Ausfälle je $1 0^{9}$ Bauteilstunden. Die Weibull-Auswertung zeigt, in welcher Lebensphase ein Bauteil ausfällt: Ein Formparameter $b < 1$ steht für Frühausfälle, $b = 1$ für Zufallsausfälle mit konstanter Rate und $b > 1$ für Verschleiß.

Müssen alle Komponenten arbeiten, damit das System funktioniert, liegt eine Reihenschaltung vor; die Gesamtverfügbarkeit ist das Produkt der Einzelverfügbarkeiten und damit kleiner als die schlechteste. Bei redundanten Komponenten in Parallelschaltung fällt das System erst aus, wenn alle ausgefallen sind; die Verfügbarkeit steigt.

Die OEE einer Linie multipliziert Verfügbarkeit, Leistungsgrad und Qualitätsrate. Kurzstopps und verringerte Taktgeschwindigkeit mindern den Leistungsgrad, längere Stillstände die Verfügbarkeit, Ausschuss und Nacharbeit die Qualitätsrate.

Das solltest du dir merken

Verfügbarkeit ist MTBF geteilt durch MTBF plus MTTR.
In Reihe multiplizierst du Verfügbarkeiten, parallel multiplizierst du die Nichtverfügbarkeiten.
FIT sind Ausfälle je eine Milliarde Stunden.
Weibull b größer 1 heißt Verschleiß, dann lohnt vorbeugender Tausch.
Kurzstopps zählen zum Leistungsgrad, nicht zur Verfügbarkeit.

Formeln

Verfügbarkeit: $A = \frac{M T B F}{M T B F + M T T R}$; $A$ Verfügbarkeit als Dezimalzahl, $M T B F$ und $M T T R$ in h
Ausfallrate: $λ = \frac{1}{M T B F}, λ_{FIT} = λ \cdot 1 0^{9} h$; $λ$ Ausfallrate in 1/h bei konstanter Rate, $λ_{FIT}$ Ausfälle je $1 0^{9}$ Stunden
Reihenschaltung: $A_{ges} = A_{1} \cdot A_{2} \cdot \dots \cdot A_{n}$; $A_{1}$ bis $A_{n}$ Verfügbarkeiten der Komponenten als Dezimalzahl
Parallelschaltung (Redundanz): $A_{ges} = 1 - (1 - A_{1}) \cdot (1 - A_{2})$; $A_{1}$ , $A_{2}$ Verfügbarkeiten der redundanten Komponenten als Dezimalzahl

Typische Fehler in der Prüfung

Verfügbarkeit als MTTR durch MTBF berechnet.
Verfügbarkeiten in Reihe gemittelt statt multipliziert.
Prozentwerte direkt multipliziert, ohne sie als Dezimalzahl zu schreiben.
Beim Umstellen nach MTTR das Ergebnis nicht auf Plausibilität geprüft.

Tipps aus der Werkstatt

Verfügbarkeit = MTBF / (MTBF + MTTR), oder in der Schicht: Laufzeit geteilt durch geplante Zeit. OEE ist das Produkt aus Verfügbarkeit, Leistungsgrad und Qualitätsrate, alle als Dezimalzahl multiplizieren und erst am Ende in Prozent.
Badewannenkurve: Frühausfälle sinken, dann lange konstante Zufallsausfälle, zum Schluss steigende Verschleißausfälle. MTTR senkst du mit Ersatzteilen vor Ort, guter Diagnose und geschultem Personal; MTBF steigt durch bessere Technik und Wartung.

Sitzt das Thema? Teste dich mit echten Prüfungsfragen.

21 Aufgaben zu „Verfügbarkeit, MTBF und OEE“, falsche Antworten kommen in der Runde noch einmal.

Jetzt üben

Grundlage: KMK-Rahmenlehrplan Elektroniker/-in für Geräte und Systeme 18.12.2020, Lernfeld 13; DIN EN 13306, DIN EN 61703 (Zuverlässigkeitskenngrößen). Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.