Mittlere Betriebsdauer zwischen Ausfällen: MTBF berechnen und nutzen

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Die mittlere Betriebsdauer zwischen Ausfällen (MTBF) gibt die durchschnittliche Betriebszeit je Ausfall einer reparierbaren Anlage an. Für eine Produktionsmaschine teilen Sie dazu die gesamten Betriebsstunden durch die Anzahl der Maschinenausfälle, die im selben Beobachtungszeitraum erfasst wurden:

MTBF = gesamte Betriebszeit ÷ Anzahl der Ausfälle

Bei einer Maschine mit 160 Betriebsstunden und vier Ausfällen beträgt die beobachtete MTBF 40 Betriebsstunden. Das bedeutet weder, dass sie alle 40 Stunden ausfällt, noch, dass eine Wartung kurz vor der 40. Betriebsstunde den nächsten Ausfall verhindert.

Entscheidend ist, welche Hinweise das Ausfallmuster für Untersuchungen und Verbesserungen liefert. Sobald Instandhaltung und Produktion eine Maßnahme vereinbart haben, muss der Zeitraum, in dem die Anlage nicht verfügbar ist, auch in die Auftragsplanung einfließen. SkyPlanner APS verknüpft diese Kapazitätsänderung mit den betroffenen Arbeitsgängen und Lieferterminen. So müssen Sie nicht selbst eine Instandhaltungsliste mit den separaten Auftragsreihenfolgen der Maschinen abgleichen.

Legen Sie fest, was Ihre MTBF-Berechnung tatsächlich misst

Die Division ist einfach. Mehr Sorgfalt ist nötig, damit Betriebsstunden und Ausfallzahl auf derselben Grundlage erfasst werden. Klären Sie vor der Berichtserstellung vier Punkte mit den Personen, die die Daten erfassen.

Die betrachtete Anlage abgrenzen

Beginnen Sie mit einer eindeutig benannten Maschine oder einem klar abgegrenzten System. Ein Bearbeitungszentrum, seine Spindel und die gesamte Zerspanungsabteilung bilden jeweils unterschiedliche Betrachtungsgrenzen.

Betrachten Sie die gesamte Maschine, zählt ein Spindelausfall als Maschinenausfall, wenn die Maschine dadurch ihre geforderte Aufgabe nicht mehr erfüllen kann. Wird die Spindel ausgetauscht und die Maschine wieder in Betrieb genommen, wird die Maschine dadurch nicht zu einem nicht reparierbaren Objekt.

Auch eine Kennzahl für eine gesamte Linie ist möglich. Definieren Sie einen Linienausfall dann aber als Verlust der geforderten Funktion der Linie. Wenn Sie sämtliche Alarme einzelner Komponenten addieren, zählen Sie möglicherweise mehrere Meldungen für dieselbe Unterbrechung der Linie.

Ausfälle von bloßen Stillständen unterscheiden

Legen Sie fest, welche Funktion gefordert ist und welches Ereignis als Verlust dieser Funktion zählt. Eine technische Störung kann als Ausfall gelten, wenn die Maschine dadurch den geforderten Betriebszustand nicht mehr erreicht – auch wenn sie nicht vollständig abgeschaltet ist.

Geplante Wartung, eine normale Umrüstung auf ein anderes Produkt, fehlendes Bedienpersonal und Warten auf Material sind nicht automatisch Maschinenausfälle. Erfassen Sie diese Verlustzeiten weiterhin, aber getrennt von der Ausfallzahl.

Legen Sie fest, wie Sie kurze Störungen und wiederholte Rücksetzungen behandeln. Mehrere Alarmmeldungen während eines noch nicht behobenen Ausfalls dürfen nicht als mehrere unabhängige Ausfälle zählen. Tritt nach tatsächlicher Wiederherstellung der Funktion ein neuer Ausfall auf, ist das ein neues Ereignis. Bewahren Sie die ursprünglichen Detaildaten auf, damit Sie wiederkehrende Störungen untersuchen können, statt sie durch eine Erfassungsschwelle aus dem Bericht verschwinden zu lassen.

Die maßgebliche Betriebszeit festlegen

Dieser Leitfaden verwendet die betriebszeitbezogene MTBF: Gezählt werden die Stunden, in denen die Anlage innerhalb der festgelegten Betrachtungsgrenzen tatsächlich läuft. Reparaturzeiten und andere Zeiten ohne Betrieb gehen nicht in den Zähler ein. Das Ergebnis ist also nicht die durchschnittlich verstrichene Kalenderzeit zwischen zwei Ausfallzeitpunkten.

Dokumentieren Sie, was Ihr Laufzeitsignal erfasst. Ein Stundenzähler, der bei eingeschalteter Maschine läuft, ein Signal für den laufenden Bearbeitungszyklus und ein Schichtkalender mit Personalbesetzung können unterschiedliche Summen ergeben. Wenn für die Beanspruchung Ihrer Anlage eher Zyklen oder Anläufe als Betriebsstunden maßgeblich sind, erfassen Sie diese Größe zusätzlich zu den Stunden. Gehen Sie nicht davon aus, dass diese Größen austauschbar sind.

Einen einheitlichen Beobachtungszeitraum verwenden

Verwenden Sie für Betriebsstunden und Ausfallereignisse denselben Berichtszeitraum mit identischem Beginn und Ende. Ordnen Sie Ausfälle nach ihrem Eintrittszeitpunkt zu. Eine Reparatur, die diesen Monat abgeschlossen wird, zählt nicht als neuer Ausfall, wenn der Ausfall bereits im Vormonat eingetreten ist.

Berücksichtigen Sie die gesamte tatsächliche Betriebszeit innerhalb des Zeitraums – auch Laufzeiten, die bis zum Berichtsstichtag nicht mit einem Ausfall enden. Sie erfassen die im Zeitraum beobachtete Betriebszeit und wählen nicht nur abgeschlossene Laufphasen aus, an deren Ende ein Ausfall stand. Für die gesamte Stillstandszeit einer Berichtsperiode zählen Sie nur die Stunden innerhalb dieser Periode, in denen die Anlage nicht verfügbar war. Reicht ein Ausfall über die Berichtsgrenze hinaus, bewahren Sie den vollständigen Ereignisverlauf einschließlich Wiederherstellung separat auf.

Halten Sie für jeden Ausfall die Maschinen-ID, den Eintrittszeitpunkt, den Zeitpunkt der Wiederherstellung, das beobachtete Fehlerbild oder die Ausfallart sowie die relevanten Betriebsbedingungen fest. Mit diesen Details lässt sich der Mittelwert nachvollziehen.

MTBF berechnen: ein Beispiel aus der Fertigung

Nehmen wir an, ein reparierbares Bearbeitungszentrum wird über einen Berichtszeitraum mit 200 personell besetzten Stunden beobachtet. Seine erfassten Zeiten setzen sich wie folgt zusammen. Die Kategorien überschneiden sich nicht, und die vier Ausfälle sind nach der vereinbarten Definition eigenständige Maschinenausfälle.

Zeitkategorie	Stunden im Berichtszeitraum	Berücksichtigung in dieser Berechnung
Geplante Instandhaltung	12	Keine Betriebszeit; kein Ausfall
Normales Einrichten und Umrüsten	8	Keine Betriebszeit; kein Ausfall
Warten auf Material bei stillstehender Maschine	10	Keine Betriebszeit; kein Maschinenausfall
Nicht verfügbar aufgrund der vier Maschinenausfälle	10	Keine Betriebszeit; für die Stillstandsanalyse aufbewahren
Tatsächliche Betriebszeit	160	Zähler der MTBF-Formel
Gesamte personell besetzte Zeit	200	Kontrollsumme, nicht der Zähler

Die Berechnung lautet:

160 Betriebsstunden ÷ 4 Ausfälle = 40 Betriebsstunden je Ausfall

Wenn Sie von der gesamten personell besetzten Zeit ausgehen, ziehen Sie zunächst die Zeiten ohne Betrieb ab: 200 − 12 − 8 − 10 − 10 = 160 Stunden. Liefert Ihre Datenquelle bereits 160 tatsächliche Betriebsstunden, verwenden Sie diesen Wert direkt. Ein erneuter Abzug der Stillstandszeiten würde die MTBF zu niedrig ausweisen.

Das Beispiel zeigt auch, warum ein Schichtkalender allein nicht ausreicht. Wenn Sie 200 personell besetzte Stunden durch vier teilen, erhalten Sie 50 Stunden je Ausfall. Darin wären jedoch Zeiten enthalten, in denen diese Maschine nicht lief.

Geben Sie das Ergebnis mit seinem Kontext an: „Maschine MC-01, Berichtszeitraum, 160 Betriebsstunden, vier Ausfälle, beobachtete MTBF 40 Stunden.“ Beim Vergleich mit einem anderen Zeitraum sind der Zähler und die Ausfallzahl ebenso wichtig wie die Kennzahl selbst.

Keine Ausfälle oder mehrere Maschinen: Ergebnisse ohne Verzerrung ermitteln

Was gilt, wenn keine Ausfälle aufgetreten sind?

Teilen Sie nicht durch null und weisen Sie keine unendliche MTBF als Beleg für vollkommene Zuverlässigkeit aus. Schreiben Sie „keine Ausfälle in 160 Betriebsstunden beobachtet“ und setzen Sie dabei die tatsächlich erfasste Betriebszeit ein.

Das ist eine nützliche Beobachtung, hat aber nicht dieselbe Aussagekraft wie mehrere Jahre ausfallfreier Betrieb. Eine formale untere Konfidenzgrenze erfordert ein statistisches Modell und ein festgelegtes Konfidenzniveau. Für eine übliche Produktionsbesprechung ist es ehrlicher, die Ausfallzahl null zusammen mit der beobachteten Betriebszeit anzugeben, als einen Punktschätzwert zu erfinden.

Was gilt, wenn Daten mehrerer Maschinen einfließen?

Wenn sich vergleichbare Maschinen sachlich begründet zu einer Gruppe zusammenfassen lassen, rechnen Sie mit Summe der Betriebsstunden aller Maschinen ÷ Gesamtzahl der Ausfälle. Teilen Sie nicht einen gemeinsamen Kalenderzeitraum durch die Ausfälle aller Maschinen. Bilden Sie auch keinen ungewichteten Mittelwert ihrer einzelnen MTBF-Werte.

Nehmen wir zwei vergleichbare Maschinen, deren Daten nach denselben Regeln erfasst werden. Die eine liefert 160 Stunden und vier Ausfälle, die andere 240 Stunden und zwei Ausfälle. Für die Gruppe ergibt sich 400 ÷ 6, also etwa 66,7 Betriebsstunden je Ausfall – nicht der einfache Mittelwert aus 40 und 120, der 80 betragen würde.

Bewahren Sie auch die Einzelergebnisse auf. Ein zusammengefasster Wert kann verdecken, welche Maschine die meisten Probleme in der Produktion verursacht. Wenn sich Maschinen in Bauart, Alter oder Einsatzbedingungen unterscheiden, kann es sinnvoll sein, getrennte Gruppen zu bilden, statt die Zuverlässigkeit des gesamten Werks mit einer einzigen Kennzahl zu bewerten.

MTBF einordnen, bevor Sie Maßnahmen festlegen

Eine höhere beobachtete MTBF bedeutet, dass innerhalb der festgelegten Abgrenzung weniger erfasste Ausfälle je Betriebsstunde aufgetreten sind. Ob das eine Verbesserung darstellt, hängt davon ab, was sich sonst noch verändert hat.

Nur Vergleichbares vergleichen

Vergleichen Sie Zeiträume, in denen Ausfälle gleich definiert, Betriebszeiten nach denselben Regeln erfasst und dieselben Anlagenteile betrachtet wurden. Prüfen Sie anschließend, welche Arbeiten die Maschine ausgeführt hat. Wenn sie einen weniger anspruchsvollen Produktmix unter anderen Belastungen fertigt, belegt das nicht zwangsläufig die Wirksamkeit einer geänderten Instandhaltung.

Weisen Sie neben dem Trend auch die tatsächliche Betriebszeit und die Anzahl der Ausfälle aus. Ein kurzer Zeitraum mit nur einem Ausfall kann den Durchschnitt stark verschieben. Längere Beobachtungen helfen, doch wer Jahre mit unterschiedlichen Betriebsbedingungen zusammenfasst, kann eine aktuelle Verschlechterung übersehen. Prüfen Sie deshalb den jüngsten Verlauf und die zugrunde liegenden Bedingungen, nicht nur den Durchschnitt über den gesamten Zeitraum.

Es gibt keinen allgemeingültigen „guten MTBF-Wert“ für jede Produktionsmaschine. Ein sinnvoller Zielwert berücksichtigt vergleichbare Vergangenheitsdaten, die geforderte Beanspruchung und die Folgen eines Ausfalls. Ein hoher Wert bei einer Maschine, deren Arbeit sich leicht anderweitig erledigen lässt, kann für die Liefertreue weniger bedeutsam sein als häufige Unterbrechungen an der einzigen Maschine, die einen kritischen Arbeitsgang ausführen kann.

Der Durchschnitt ist kein Countdown

Eine MTBF von 40 Stunden sagt weder den Zeitpunkt des nächsten Ausfalls noch die verbleibende Lebensdauer der Maschine voraus. Ausfälle können gehäuft auftreten, und einzelne Betriebsphasen können deutlich länger dauern als der Durchschnitt.

Auch ein Intervall für vorbeugende Instandhaltung lässt sich nicht allein aus der MTBF ableiten. Welche Maßnahme geeignet ist, hängt vom Ausfallmechanismus, den Erkenntnissen zum Anlagenzustand, den Vorgaben für die Anlage und den Ausfallfolgen ab. Altersbedingter Verschleiß und zeitweise auftretende Verunreinigungen erfordern beispielsweise unterschiedliche Untersuchungen. Ein Gesamtdurchschnitt zeigt nicht, welches dieser Probleme vorliegt.

Nehmen Sie einen schlechter werdenden Wert zum Anlass, die betreffenden Ausfälle zu ermitteln und gezielter zu fragen: Welche Ausfallart tritt wiederholt auf, unter welchen Bedingungen und mit welcher Änderung ließe sie sich beheben? Prüfen Sie anschließend, ob das Problem nach dem Eingriff unter vergleichbaren Betriebsbedingungen erneut auftritt.

Ausfallhäufigkeit und Stillstandszeit gemeinsam betrachten

Die MTBF sagt nicht aus, wie lange die Produktion nach einem Ausfall stillsteht. Zwei Maschinen mit derselben MTBF können sich sehr unterschiedlich auf die Abarbeitung der Aufträge auswirken: Die eine läuft schnell wieder, während die andere auf eine Fachkraft oder ein Ersatzteil wartet.

Betrachten Sie neben dem Durchschnitt auch die gesamte ausfallbedingte Stillstandszeit und die längeren Einzelunterbrechungen. Verfolgen Sie zudem die Auswirkungen auf nachgelagerte Arbeitsgänge. Eine kurze Unterbrechung unmittelbar vor dem einzigen verfügbaren Zeitfenster für einen kritischen Arbeitsgang kann eine Lieferung stärker gefährden als ein längerer Stillstand mit ausreichend Zeit zum Aufholen.

MTBF, MTTR und MTTF im Vergleich

Diese Kennzahlen beantworten unterschiedliche Fragen. Machen Sie stets deutlich, welches Objekt betrachtet und welche Zeit gemessen wird, statt die Kennzahlen als austauschbare Bewertungen zu behandeln.

Kennzahl	Welche Frage beantwortet sie?	Abgrenzung in der Praxis
MTBF: mittlere Betriebsdauer zwischen Ausfällen	Wie viel tatsächliche Betriebszeit hat eine reparierbare Anlage je Ausfall erreicht?	Die Maschine wird nach der Reparatur wieder in Betrieb genommen.
MTTR: mittlere Reparatur- oder Wiederherstellungsdauer	Wie lange dauert die Reparatur oder Wiederherstellung im Durchschnitt nach der festgelegten Zeitdefinition?	Geben Sie an, ob Wartezeiten, Diagnose, Tests und Wiederanlauf mitgemessen werden; Berichte verwenden unterschiedliche Abgrenzungen.
MTTF: mittlere Lebensdauer bis zum Ausfall	Wie lange hält ein nicht reparierbares Objekt bis zum Ausfall?	Relevant für ein Bauteil oder Objekt, das ersetzt statt repariert wird, nicht automatisch für die gesamte Maschine, in der es verbaut ist.

Für die Produktionsplanung zählt der gesamte Zeitraum, in dem die Anlage nicht verfügbar ist, auch wenn ein Reparaturbericht nur die reine Arbeitszeit erfasst. Der Austausch eines Bauteils kann schnell erledigt sein. Dennoch kann die Maschine deutlich länger ausfallen, weil das Team das Teil erst beschaffen und vor der Wiederaufnahme der Produktion die erforderlichen Prüfungen durchführen muss.

Diese Unterscheidung verhindert einen häufigen Planungsfehler: die durchschnittliche Reparaturdauer als Zusage zu verstehen, dass jeder künftige Ausfall innerhalb dieser Zeit behoben sein wird.

Mit SkyPlanner aus Zuverlässigkeitsanalysen konkrete Produktionsentscheidungen ableiten

Angenommen, die Instandhaltung vereinbart aufgrund der Untersuchung einen dreistündigen Eingriff am Bearbeitungszentrum für den kommenden Mittwoch. Dieses Wartungsfenster wurde auf Grundlage einer technischen Entscheidung gewählt. Es ist kein Ausfalltermin, der aus der MTBF von 40 Stunden vorhergesagt wurde.

Diese Vereinbarung verändert die Kapazität, die für Kundenaufträge zur Verfügung steht. Wird sie nur im Instandhaltungskalender festgehalten, kann der Produktionsplan der Maschine weiterhin Arbeit für einen Zeitraum zuweisen, in dem sie nicht verfügbar sein wird. Der Konflikt fällt dem Planer dann erst auf, wenn er versucht, die Lieferungen der Woche abzusichern.

Erfassen Sie den vereinbarten Zeitraum in SkyPlanner als Ausnahme für eine Arbeitsstation. Durch diese Ausnahme ist die Ressource für den betreffenden Zeitraum nicht verfügbar. Die Planungs-KI Arcturus kann anschließend die planbaren Arbeitsgänge unter Berücksichtigung der geänderten Kapazität neu berechnen. Dabei nutzt sie die konfigurierten Arbeitsstationen, Schichten, Arbeitsgangdauern, Abhängigkeiten, Prioritäten und Sperren. Das Gantt-Diagramm zeigt die daraus resultierende Reihenfolge.

Prüfen Sie für den Eingriff am Mittwoch, ob nach den noch anstehenden Bearbeitungsgängen genügend Zeit für die anschließenden Prüf- und Montagearbeiten bleibt. Wird ein Arbeitsgang auf eine geeignete alternative Ressource verlagert, prüfen Sie auch die dort bereits eingeplanten Arbeiten und Zusagen. Ein freies Zeitfenster hilft nur, wenn der Arbeitsgang dort tatsächlich ausgeführt werden kann und auch die verbleibenden Arbeitsgänge noch in den Zeitplan passen.

Deshalb ist SkyPlanner ein sinnvoller nächster Schritt, sobald Maßnahmen zur Verbesserung der Zuverlässigkeit die Maschinenverfügbarkeit verändern. Die technischen und kaufmännischen Entscheidungen bleiben bei Ihnen; Arcturus berechnet den Zeitplan und berücksichtigt dabei die Zusammenhänge zwischen den Arbeitsgängen. Sie verbringen weniger Zeit damit, die Auftragsreihenfolgen neu aufzubauen. Produktion und Vertrieb erhalten zugleich eine gemeinsame Grundlage für die noch anstehenden Entscheidungen zu Lieferterminen.

Aktualisieren Sie das Wartungsfenster, wenn sich der vereinbarte Termin oder die Dauer ändert. Berechnen Sie den Plan neu und prüfen Sie die betroffenen Zusagen, statt mit einer veralteten Annahme zur Verfügbarkeit in die nächste Schicht zu gehen.

Erkennen Sie, wie sich die Verfügbarkeit einer Maschine auf Ihre Lieferungen auswirkt

Eine sinnvolle MTBF-Auswertung liefert nicht nur eine Zahl, sondern zeigt klarer, was zu tun ist. Legen Sie die Datengrundlage fest, untersuchen Sie die maßgeblichen Ausfälle und übernehmen Sie die vereinbarte Kapazitätsänderung in den Plan, nach dem die Produktion tatsächlich arbeitet.

Wählen Sie SkyPlanner, wenn Sie diese Änderung über mehrere Kundenaufträge hinweg abstimmen müssen, ohne die Reihenfolge an jeder damit verbundenen Maschine manuell nachzubessern. SkyPlanner lässt sich über seine offene REST API mit jedem ERP- oder MES-System integrieren. So kann die verbesserte Feinplanung auf Ihren vorhandenen Auftrags- und Produktionsinformationen aufbauen.

Buchen Sie eine SkyPlanner-Demo und bringen Sie als Beispiel eine Maschine, ihren vereinbarten Stillstandszeitraum und die darauf zu bearbeitenden Aufträge mit. Lassen Sie sich zeigen, welche Arbeitsgänge verschoben werden, wie sich das auf nachgelagerte Schritte auswirkt und bei welchen Lieferzusagen eine Entscheidung nötig ist. Wenn Sie SkyPlanner zunächst selbst erkunden möchten, testen Sie SkyPlanner mit Demodaten und sehen Sie, wie eine Kapazitätsänderung den Produktionsplan verändert.