MTBF (mean time between failure): un calcolo utilizzato per prevedere quanto tempo intercorre tra i guasti di un macchinario. Di seguito parleremo del calcolo del MTBF, delle trappole da tenere a mente e di come migliorare l’MTBF.

Cos’è l’MTBF?

L’intervallo tra i guasti, o MTBF, è una previsione del tempo che intercorre tra i guasti innati di un macchinario durante il normale orario di funzionamento. In altre parole, è una metrica di manutenzione, rappresentata in ore, che mostra per quanto tempo un’apparecchiatura funziona senza interruzioni. È importante notare che l’MTBF viene utilizzato solo per articoli riparabili, e come strumento per aiutare a pianificare le inevitabili riparazioni delle apparecchiature più importanti.

Prima di calcolare l’MTBF, è necessario capire come questo influisce sui fattori di affidabilità e disponibilità. Di solito, un’elevata affidabilità va di pari passo con un’elevata disponibilità, ma i termini non sono intercambiabili.

L’affidabilità è la capacità di un asset o di un componente di svolgere le funzioni richieste in determinate condizioni per un predeterminato periodo di tempo. In altre parole, è la probabilità che un macchinario faccia ciò per cui è stato progettato senza guastarsi. Pensate a un aereo: la sua missione è completare un volo in sicurezza e portare i passeggeri a destinazione senza guasti catastrofici.

La disponibilità è l’intervallo di tempo in cui un asset o un componente è operativo e accessibile nel momento in cui deve essere utilizzato. In altre parole, è la probabilità che un macchinario sia in grado di svolgere la sua funzione prevista in un dato momento. La disponibilità è determinata dall’affidabilità di un sistema e dalla sua tempistica di ripristino quando si verifica un guasto. La disponibilità viene solitamente considerata insieme all’affidabilità, perché, una volta che si verifica un guasto, la variabile critica diventa il rendere l’asset operativo il più rapidamente possibile.

L’MTBF è una misura fondamentale dell’affidabilità di un sistema; maggiore è l’MTBF, maggiore è l’affidabilità di un prodotto. Questa relazione è illustrata nell’equazione:

Affidabilità = e – (tempo/MTBF)

Esistono alcune varianti di MTBF che potresti incontrare, come l’intervallo tra aborti del sistema (mean time between system aborts – MTBSA), l’intervallo tra guasti critici (mean time between critical failures – MTBCF) e l’intervallo tra rimozioni non programmate (mean time between unscheduled removal – MTBUR). Molto probabilmente noterai queste variazioni nella distinzione tra guasti critici e non critici.

Come calcolare l’MTBF

L’MTBF si calcola dividendo il tempo totale di funzionamento di un asset (uptime) per il numero di guasti verificatisi nello stesso periodo di tempo.

MTBF = Tempo di attività totale / Numero di guasti

In sintesi, il calcolo MTBF potrebbe apparire così:

Calcola il tempo di attività (uptime) totale: immagina di avere un magazzino pieno di widget, 40 dei quali sono stati testati per 400 ore ciascuno. Il totale delle ore trascorse a effettuare i test è pari a 16.000 ore (40 x 400 = 16.000).
Calcola il numero di guasti: identifica il numero di guasti in tutti i widget testati. Per questo esempio, consideriamo che si sono verificati 20 errori nei widget.
Calcola l’MTBF: ora che sappiamo che i test sono stati eseguiti per 16.000 ore con 20 errori del widget, possiamo calcolare l’MTBF: 16.000 ore / 20 errori = 800 ore.

In questo esempio, l’MTBF non suggerisce che ogni widget debba durare 800 ore. Significa piuttosto che se si esegue un gruppo di widget, il tempo medio tra un guasto e l’altro all’interno del gruppo testato è di 800 ore. In altre parole, l’MTBF non ha lo scopo di prevedere il comportamento di un singolo componente, ma prevede il comportamento di un gruppo di componenti.

È importante capire che quando si definisce il “tempo”, non sempre potrebbe essere basato sull’indicazione dell’orologio; potrebbe invece essere basato sulla tempistica in cui il sistema viene effettivamente utilizzato. Ad esempio, una macchina tenuta in funzione per 8 ore al giorno potrebbe durare tre volte più a lungo della stessa identica macchina tenuta in funzione 24 ore al giorno. L’MTBF per entrambe le macchine è lo stesso, perché entrambe hanno sopportato lo stesso numero di ore di funzionamento.

Diamo un’occhiata a un altro esempio del calcolo MTBF. Supponiamo di avere una macchina imbottigliatrice progettata per lavorare 12 ore al giorno. La macchina si rompe dopo aver funzionato normalmente per 10 giorni. L’MTBF in questo esempio è di 120 ore.

MTBF = (12 ore al giorno x 10 giorni) / 1 guasto = 120 ore

Il calcolo MTBF richiede più passaggi quando si hanno periodi di tempo più lunghi con un numero crescente di guasti. Ad esempio, supponiamo che la macchina imbottigliatrice tenuta in funzione per 12 ore al giorno si guasti 2 volte in 10 giorni. Il primo guasto si è verificato dopo 20 ore di lavoro e la riparazione ha richiesto 2 ore. Il secondo guasto si è verificato dopo 60 ore di lavoro e la riparazione ha richiesto 3 ore. Per calcolare il tempo di attività totale in un’equazione MTBF è necessario aggiungere 20 ore (periodo di attività iniziale), 18 ore (inizio del primo periodo di inattività meno la fine del primo periodo di inattività) e 57 ore (inizio del secondo periodo di inattività meno la fine del periodo di inattività).

In questo caso, il calcolo MTBF si presenta così:

MTBF = (20 ore + 38 ore + 57 ore) / 2 guasti
o 57.5 ore / 2 guasti = 57.5 ore

Fraintendimenti del MTBF

Uno dei più grandi equivoci sull’MTBF è che equivalga al numero di ore di funzionamento prima del guasto, ovvero la “durata di servizio”. Quando si ottiene un numero MTBF estremamente elevato (che non è raro), può sembrare impossibile che il sistema possa funzionare così a lungo senza guasti. Il motivo per cui i numeri MTBF sono elevati è che si basano principalmente sul tasso di guasto di un asset quando è ancora nella sua vita “normale” o “utile”, supponendo che avrà quel tasso di guasto per sempre. È per questo motivo che non dovrebbe esserci alcuna correlazione tra durata utile e MTBF. Puoi avere un’attrezzatura con un MTBF molto elevato ma una bassa previsione di vita utile.

Un buon esempio di ciò è esposto da Wendy Torell e Victor Avelar nel loro whitepaper “Mean Time Between Failure: Explanation Standards using human beings”. Supponiamo di avere 500.000 venticinquenni in una popolazione campione. Nell’arco di un anno vengono raccolti dati sui guasti (decessi) di questa popolazione. La vita operativa della popolazione è di 500.000 x 1 anno = 500.000 anni umani. Nel corso dell’anno, 625 persone si sono guastate (sono morte). Ciò porta il tasso di guasto a 625 guasti/500.000 anni umani = 0,125% / anno. Quindi, il nostro MTBF è 1 / 0,00125 = 800 anni.

Ciò ci dimostra che, nonostante gli esseri umani di 25 anni abbiano valori MTBF elevati, la loro aspettativa di vita (tasso di servizio) è molto più breve e non è correlata.

Gli esseri umani, come le macchine, non presentano un tasso di guasto costante. Man mano che gli esseri umani invecchiano, si verificano più guasti (i nostri corpi si consumano). Per questo, l’unico modo per calcolare l’MTBF in modo che sia correlato alla vita utile sarebbe aspettare che l’intera popolazione di 25enni raggiunga la fine della propria vita; sarà quindi possibile calcolare la durata media della vita. Ciò colloca quel numero intorno ai 75-80 anni.

Quindi, l’MTBF per i 25enni è 80 o 800? Torell e Avelar spiegano che è tutta una questione di supposizioni. In questo caso, l’MTBF di 80 anni riflette più accuratamente la vita del prodotto (esseri umani). Quando si tratta di tracciare i prodotti dai macchinari, hai molte più variabili, la maggiore delle quali è il tempo.

Come migliorare l’MTBF

Gli impatti dei guasti delle macchine possono essere significativi, portando a perdite di produzione e ad un aumento dei tempi di manutenzione.

Arrivare alla causa principale dei guasti è il modo migliore per individuare, mitigare e addirittura prevenire guasti futuri, aumentando nel contempo l’MTBF. Ci sono alcuni modi in cui è possibile aumentare l’MTBF.

Migliorare i processi di manutenzione preventiva: un piano di manutenzione preventiva ben ponderato può migliorare notevolmente il tuo MTBF. Ogni volta che usi la manutenzione proattiva invece che reattiva, hai la possibilità di fermare i guasti prima che si verifichino. Un piano di manutenzione preventiva mal eseguito può in realtà avere l’effetto opposto sul calcolo MTBF. Avere una formazione scadente, una scarsa progettazione o una mancanza di manuali e checklist, può portare rapidamente a guasti.
Effettuare un’analisi delle cause profonde: capire il motivo di un guasto fornisce la chiave per evitare che tale guasto si verifichi in futuro, o almeno per evitare che si verifichi con la stessa frequenza. Come la manutenzione preventiva, l’analisi delle cause profonde può aumentare indirettamente l’MTBF trovando una soluzione a lungo termine. Ad esempio, se noti che un componente si guasta abbastanza frequentemente, potresti provare a sostituirlo con un pezzo di qualità superiore.
Stabilire una manutenzione basata sulle condizioni: se si è in grado di implementare un sistema di allerta precoce per rilevare problemi alle apparecchiature prima che si verifichino guasti, è potenzialmente possibile aumentare l’MTBF e ridurre i tempi di fermo. Anche se non è sempre facile stabilire un piano di manutenzione basato sulle condizioni, è possibile iniziare implementando un piano di manutenzione totalmente produttivo, o total productive maintenance plan.

MTBF: potenziali problemi

È importante conoscere i potenziali problemi che potrebbero derivare da un calcolo MTBF quando lo si utilizza per l’analisi dell’affidabilità. L’MTBF può variare a seconda di come si definiscono determinati aspetti, come “guasto” e “tempo di funzionamento”, nonché se si misurano singole apparecchiature o un intero processo.

Il calcolo MTBF presuppone un tasso di guasto costante: parte dell’equazione MTBF consiste nel determinare il numero di guasti. Il problema si presenta quando ci sono elementi fuori dal tuo controllo che provocano guasti, come interruzioni di corrente e cortocircuiti dovuti a disastri naturali, etc. Questi sono talvolta definiti “atti di Dio” e possono lasciare la definizione di guasto aperta ad interpretazione. Come definisci un guasto? Il guasto si verifica ogni volta che la produzione si interrompe, indipendentemente dalla causa? Serve includere ogni tipo di guasto nel calcolo MTBF, ottenendo un valore inferiore? Oppure è meglio tralasciare alcune categorie di interruzioni, con conseguente valore MTBF più elevato? Assicurati di sapere quali guasti sono inclusi nel calcolo MTBF e perché sono stati inclusi.
Diverse definizioni di tempo di funzionamento: quando consideri operativo un asset nel tuo impianto? Considerando che alcuni componenti vengono degradati dallo stress a cui sono sottoposti durante il funzionamento, un maggiore stress equivale ad un maggiore impatto sulla durata operativa del componente. Un ottimo esempio di ciò è un’auto ferma al semaforo. Quando si è in attesa, il cambio e la trasmissione dell’auto non vengono utilizzati, quindi il motore funziona con il minimo stress e subisce poca usura. Se dovessi calcolare l’MTBF dell’auto in folle, includeresti i suoi tempi di inattività come questi o solo i tempi in cui accelera e funziona ad alte velocità?
Sulla stessa linea, consideri il tempo di funzionamento della tua apparecchiatura come qualsiasi momento in cui l’apparecchiatura è accesa o solo quando è in funzione con carichi di lavoro normali? Se si sceglie di utilizzare il primo per il calcolo, il valore MTBF sarà più alto, ma tale valore non sarà rappresentativo dei macchinari che funzionano continuamente con carichi di lavoro normali e che non sono quasi mai in folle. Ecco perché è importante definire i tempi operativi per tutti gli asset che si intende utilizzare con il calcolo MTBF.
Scelta dell’apparecchiatura da monitorare (cattivi attori): dovresti anche determinare se desideri misurare l’intero processo o le singole apparecchiature all’interno di quel processo. Una cosa da notare qui è che un intero processo soffre ogni volta che un asset critico si guasta. Questi asset critici sono definiti “cattivi attori” e dovrebbero essere segnalati come cause di perdite nel calcolo MTBF.
Chi sceglie di misurare un intero processo per un calcolo MTBF spesso scopre di non riuscire a raggiungere un valore MTBF elevato a causa dei “cattivi attori”. Si consiglia di testare ogni apparecchiatura per eliminare questo problema.

Se consideri questi potenziali problemi in anticipo, l’MTBF può comunque essere uno strumento utile quando valuti l’affidabilità dei tuoi asset.

Mean Time Between Failure: A Complete Overview – Jonathan Trout, Noria Corporation

Intervallo tra i guasti (MTBF): una panoramica completa