Ein genauerer Blick auf die mittlere Zeit zwischen Ausfällen, Zuverlässigkeit und Lebenserwartung

Inhaltsverzeichnis

1. Was ist Zuverlässigkeit?
2. Interpretieren der mittleren Zeit zwischen Ausfällen und der Zuverlässigkeit
3. Die mittlere Zeit zwischen Ausfällen und die Lebenserwartung
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Digitale Elektronik ist allgegenwärtig – sie durchdringt alle Bereiche unseres Lebens. Von Mobiltelefonen und Tablets, Fitnessmonitoren und digitalen Assistenten für zu Hause bis hin zu Internet- und Telekommunikationsinfrastrukturen, Rechenzentren, Transportmanagement und Fly-by-Wire-Flugzeugen: Wir sind von digitalen Technologien umgeben und voll auf sie konzentriert. Diese Abhängigkeit hat ein wachsendes Bewusstsein für die Zuverlässigkeit der darin verwendeten elektronischen Komponenten geweckt.

Angesichts dieses Trends ist es nicht verwunderlich, dass Ingenieure bei der Auswahl der Komponenten einen größeren Wert auf die Zuverlässigkeit legen. Sie nutzen wichtige Datenpunkte von Komponentenherstellern, wie etwa die mittlere Zeit zwischen Ausfällen (Mean Time Between Failures, MTBF), um Konstruktionsentscheidungen zu treffen.

Die MTBF kann eine nützliche Metrik zur Einschätzung der Zuverlässigkeit sein, insbesondere wenn Komponenten von mehreren Anbietern verglichen werden. Doch viele tappen in die Falle, fälschlicherweise davon auszugehen, dass die MTBF-Zahl direkt mit der erwarteten Lebensdauer der Komponente übereinstimmt. Da es beim elektronischen Design viele Missverständnisse rund um dieses Thema gibt, ist es wichtig, die Verbindung zwischen der Zuverlässigkeit und der Lebensdauer elektronischer Komponenten erneut zu untersuchen.

Was ist Zuverlässigkeit?

Zuverlässigkeit ist definiert als die Wahrscheinlichkeit, dass eine einzelne Einheit des Produkts, die unter festgelegten Bedingungen arbeitet, für eine bestimmte Zeitspanne korrekt arbeitet. Dies kann statistisch ausgedrückt werden als:

R(t) = e^-λt

Wobei λ die intrinsische Ausfallrate ist, mit Ausnahme frühzeitiger Ausfälle (Säuglingssterblichkeit) und Verschleißausfälle (Ende der Lebensdauer).

Die Zuverlässigkeit ist daher die Ausfallwahrscheinlichkeit im flachen zentralen Teil der unten gezeigten vertrauten Badewannenkurve.

Die Umkehrung von λ, 1/λ gibt die mittlere Zeit bis zum Ausfall (MTTF) an, die häufiger als die mittlere Zeit zwischen Ausfällen (MTBF) ausgedrückt wird, insbesondere in der Energiewirtschaft. Es kann verlockend sein zu glauben, dass die Berechnung der MTBF die typische erwartete Lebensdauer des Produkts ergibt, aber dies ist ein weit verbreitetes Missverständnis.

Interpretieren der mittleren Zeit zwischen Ausfällen und der Zuverlässigkeit

Betrachten Sie eine Komponente mit einer intrinsischen Fehlerrate (λ) von 10^-6 Ausfällen/Stunde. Obwohl die mittlere Zeit zwischen Ausfällen (Mean Time Between Failures, MTBF) 1 Million Stunden ist, erzählt uns die Kurve R(t) = e^-λt, die im nachfolgenden Diagramm dargestellt wird, dass lediglich 36,7 % der Einheiten statistisch wahrscheinlich so lange arbeiten werden. 60,6 % werden wahrscheinlich 500.000 Stunden lang arbeiten und wir können außerdem damit rechnen, dass 90,5 % eine Lebensdauer von 100.000 Stunden aufweisen werden.

Anhand dieser Informationen für jede Komponente müssen wir dann die individuellen Ausfallraten aller Komponenten, aus denen das System besteht, zusammenfassen, um zu verstehen, wie lange ein gesamtes Produkt halten wird (λ_A = λ₁n₁ + λ₂n₂ + … + λ_in_i).

Selbst wenn die Mehrheit der Komponenten eine robuste Zuverlässigkeit aufweist, kann ein einziges anfälliges Glied die Zuverlässigkeit des gesamten Systems gefährden. Die Zuverlässigkeit eines Systems kann nicht besser sein als seine am wenigsten zuverlässige Komponente. Für Designer kann die strategische Konzentration auf die schwächeren Komponenten die Gesamtleistung und Zuverlässigkeit erheblich verbessern.

Die mittlere Zeit zwischen Ausfällen und die Lebenserwartung

Die wichtige Botschaft lautet, dass die MTBF, obwohl sie eine vertrauenswürdige Basis für die Analyse und den Vergleich von Produkten und Komponenten darstellt, nicht als direkter Ausdruck der Lebenserwartung interpretiert werden sollte.

Das Verlangen nach Zuverlässigkeit in den digitalen Produkten, die jetzt in das Gewebe von Leben und Arbeit eingewoben sind, wird weiter zunehmen. Als Branche können wir Ingenieuren zu einem besseren Design-Erlebnis verhelfen, indem wir uns klar mit dem Thema Zuverlässigkeit, MTBF und der tatsächlichen Lebenserwartung in Bezug auf unsere Produkte auseinandersetzen.

Kategorien: Prüfung und Fehleranalyse

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