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Ausfallraten sind ein wichtiger Gesichtspunkt im Engineering. Sie werden verwendet, um die Zuverlässigkeit eines Systems oder einer Komponente in einem System zu bestimmen. Um eine Ausfallrate zu berechnen, müssen Sie das System oder die Komponente beobachten und die Zeit für den Ausfall aufzeichnen. Wie bei jeder Statistik ist die Berechnung der Ausfallrate umso genauer, je mehr Daten Sie haben. Wenn Sie beispielsweise die Fehlerrate eines bestimmten USB-Kabeltyps berechnen, ist Ihre Berechnung genauer, wenn Sie 1.000 Kabel pro Jahr und nicht nur ein Kabel über einige Tage getestet haben.
Berechnung konstanter Ausfallraten
Um die Ausfallraten zu messen, benötigen Sie eine Stichprobe identischer Komponenten oder Systeme, die über einen längeren Zeitraum beobachtet werden können. Angenommen, Sie haben fünf Glühbirnen an einen automatischen Stromkreis angeschlossen, den Sie 1.000 Stunden lang einmal pro Stunde ein- und ausschalten können, um folgende Daten zu erhalten:
Dies ergibt 4 Ausfälle über insgesamt 3.647 Stunden.
Teilen Sie zur Berechnung der Fehlerrate die Anzahl der Fehler durch die Gesamtstundenzahl, z. B. 4 / 3.647 = 0,0011 Fehler pro Stunde.
In diesem Beispiel ist die Ausfallrate pro Stunde so gering, dass sie nahezu unbedeutend ist. Das Multiplizieren der Zahl mit 1.000 würde es für jemanden aussagekräftiger machen, der über den Kauf einer Glühbirne nachdenkt. Das wären 1,1 Ausfälle pro 1.000 Stunden. Da es in einem Jahr 8.760 Stunden gibt, können Sie 3.647 durch 8.760 dividieren, um 0,41 Ausfälle pro Jahr oder etwa 2 Ausfälle alle fünf Jahre zu erhalten.
Berechnung der MTBF
Eine andere Möglichkeit, Fehlerraten auszudrücken, ist die Verwendung der mittleren Zeit zwischen Fehlern. MTBF wird in der Regel in hochwertigen Systemen eingesetzt, in denen nur selten Ausfälle zu erwarten sind und die auf ein Mindestmaß beschränkt werden müssen, z. B. im Leitsystem eines Verkehrsflugzeugs oder in Airbags eines Personenkraftwagens. Die Kenntnis der MTBF gibt den Herstellern die Möglichkeit zu empfehlen, wie oft Komponenten überprüft, gewartet und ausgetauscht werden sollten.
Zur Berechnung der MTBF dividieren Sie die Anzahl der Stunden durch die Anzahl der Ausfälle. Bei den fünf getesteten Glühlampen mit einer Ausfallrate von 4 pro 3.647 ergibt sich eine MTF von 3.647 / 4 = 909. Die MTBF beträgt somit 909 Stunden.
Verschlechterung der Systeme im Laufe der Zeit
In den meisten realen Szenarien steigt die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls mit der Zeit, wenn Komponenten ausfallen und Teile abgenutzt sind. Beispielsweise ist es weniger wahrscheinlich, dass eine Kfz-Bremsanlage im ersten Betriebsjahr ausfällt als nach fünf Jahren ohne Wartung. In der Regel ist es daher für Ingenieure erforderlich, Bauteile für längere Zeiträume zu testen und die Ausfallraten für verschiedene Intervalle zu berechnen.