MTBF 在設備維護考核中的應用

張國華，李曉東，高喜超

（1.鄭州大學管理學院，河南鄭州 450001；2.中國煙草總公司河南省公司物流處，河南鄭州 450018；3.河南省煙草公司三門峽市公司卷煙物流配送中心，河南三門峽 472000；4.河南工程學院管理工程學院，河南鄭州 451191）

1 設備故障停機率和設備故障停機次數

設備是企業重要的生產資料，設備的穩定運行是企業實現收益的根本保證。設備的運行狀況不但與設備本身的性能有關，更與設備的運維管理具有密切關系。由此，設備運維管理的績效評估是每個企業都很重視的工作。

設備管理的考核指標通常有設備利用率、設備完好率、設備故障有效停機率（時間）、有效作業率、設備修理數量及質量、設備新度系數、重大設備事故、設備資產利潤率、設備維修費用、凈產值設備維修費用率、設備損失費用、設備維修計劃完成率等，其中，設備故障停機率是運用最為廣泛的技術考核指標。

設備故障停機率反映設備故障對設備運行的影響，可以衡量設備維護質量、修理水平[1]。

設備故障停機率主要受設備故障停機時間影響，而設備故障停機時間取決于設備故障停機次數和MTTR（Mean Time To Recovery，設備故障平均修復時間），只有減少設備故障停機次數、縮短故障修復時間，才能有效降低設備故障停機率。因此，從指標含義上講，設備故障停機率最能體現設備維護水平。

然而在實際使用中，采集設備故障停機時間和設備實際開動時間，統計過程非常繁瑣。另外，由于臺賬記錄的時間可能有偏差，尤其是設備故障停機時間的記錄偏差可能更大，從而導致計算結果與實際情況有較大出入。鑒于此，設備故障停機率的實際應用效果受到了較大限制[2]。

再者，設備故障停機率隱含有設備故障停機次數的因素，如果在考核指標體系中增加“設備故障停機次數”指標，則有同一因素多重考核的問題。如果不增加“設備故障停機次數”指標，只考核“設備故障停機率”，則可能會使設備維護人員為追求眼前利益，維修時倉促應對，盡量縮短修復時間，以減少“設備故障停機時間”。但由于單次維修質量低，導致設備故障頻繁，對生產可能造成重大影響，也不利于消除設備故障隱患，不利于設備的長期穩定運行。

可見，對于維護簡單、重大事故少發，并且設備故障停機后重啟能立即恢復正常生產狀態的設備，使用“設備故障停機率”指標是可行的選擇。對于其他情況，可以優先考慮簡單易行的“設備故障停機次數”指標。“設備故障停機次數”指標同樣能衡量設備維護質量，并能要求設備維護人員做好設備的保養、維修預防等工作，消除故障潛在隱患，以減少設備故障。并且該指標數據易于采集，準確性較高。

2 MTBF 及計算方法

MTBF（Mean Time Between Failures，平均故障間隔時間）通常用于評價制造系統的可靠性程度，也稱作平均無故障工作時間。

2.1 基于“故障間隔時間”的算法

MTBF 指的是故障的間隔時間，也就是從上次發生故障開始到下次發生故障的平均時長，其中包含設備故障的修復時間。按照這種理解方式，MTBF 的計算公式為[3]：

其中，T 為某時段設備的總運行時間，N 為同一時段內的故障次數。

其中，T1為某時段故障設備累積運行時間，T2為某時段無故障設備累積運行時間，N 為同一時段內的故障設備的臺數。

2.2 基于“無故障工作時間”的算法

MTBF 的另一種理解方式是“平均無故障工作時間”，是從上次故障修復后設備正常運行開始到下次發生故障的平均時長，即不包含設備故障的修復時間。按照這種理解方式，MTBF的計算公式為：

其中，ti為在數據信息采集周期內某類第i 臺設備的實際工作時間（除去故障停機之外的設備正常運行時間），n 為進行數據信息采集的某類設備總臺數，N 為在數據信息采集周期內某類設備累計故障次數。

2.3 基于“分布模型假設”的算法

實踐證明，設備典型故障曲線是浴盆曲線，而故障間隔時間可能服從指數分布或威布爾分布，其中以兩參數威布爾分布較為常用。因此，對于MTBF 的估算也可以通過先假設分布模型，再利用歷史數據估計模型參數、檢驗擬合優度，最后用確定好的模型進行MTBF 估算。

3 基于MTBF 的設備維護評價指標

3.1 MTBF

設備維護的目的是保持設備的可用性，MTBF 從故障角度反映了設備的可用性或可靠性。而MTBF 與設備固有的性能和維護水平有關，假設設備固有性能沒有改變，則MTBF 與維護水平直接相關。因此，MTBF 可直接作為設備維護的評價指標。采集MTBF 評價數據需要較為完整的設備運行與維修記錄，運用前述方法之一進行計算。由于MTBF 數據采集要求較高，導致在實踐中運用受限。

3.2 設備故障停機次數

設備故障停機次數與MTBF 高度相關，在一定時期內，如果不考慮MTTR，則設備故障停機次數與MTBF 成反比，因此設備故障停機次數也反映了設備的維護狀況，可作為設備維護的評價指標。假定已設定目標MTBF 值，則故障次數目標為：

其中，λ 為一定時期內平均設備故障停機次數，MTBF 為用前述方法計算或預測出來的平均故障間隔時間。

采用設備故障停機次數評價指標與MTBF 相比，具有以下優勢：①數據采集簡單易行；②在一定時期內MTBF 具有相對穩定性，可以設定一定的MTBF 目標值，無需每次計算；③MTBF的計算方法可以根據實際情況靈活選用；④如果采用分布模型假設的方法計算MTBF，還具有預測功能，便于科學地制定未來各期的考核目標值。

3.3 設備重大故障次數

由于“設備故障停機次數”未考慮設備修復時間，如果僅考核“設備故障停機次數”，則可能造成“故意延遲小故障、積累大故障”的隱患，對設備造成重大傷害。因此，在“設備故障停機次數”指標基礎上，有必要增加“設備故障平均修復時間（MTTR）”指標。然而，MTTR 的計算需要完整、準確的維修記錄，在實踐中通常無法獲取正確數據。

基于此，可設置“設備重大故障次數”指標代替MTTR，并對“重大故障”的認定制定清晰標準，如修復時間、安全損失、財產損失等。重大故障影響大、修復時間長，能反映出設備維護的深度和長遠性，與“設備故障停機次數”配合可較全面地反映維護水平。

4 設備維護考核方法的制定

4.1 設備故障停機次數的考核

設備故障停機次數的考核指標值可采用前述計算出的λ。通常，以百分制計算單指標分數，傳統的考核方法是：

其中，λ 為由式（5）計算的平均設備故障停機次數，n 為考核期內實際故障停機次數。

考核分數與實際故障停機次數n 成線性關系。有時為了增大考核力度，可能采用倍數考核，如將考核獎懲分數乘以2：

倍數考核分數與實際故障停機次數n 也成線性關系，n 與λ 差值越大，其難度快速增加。為了反映出這一趨勢，可引入概率的方法。通常認為，一定時期內設備故障停機次數服從泊松分布，泊松分布中，當n=λ 時，其概率最大，n 與λ 差值越大，其概率越小。以概率之比作為考核獎懲分數的系數進行調整，既符合難易程度的體現，又能實現獎懲分數非線性化。

采用泊松分布計算的考核分數將快速上升或下降，實踐中通常將考核分數限定在一定范圍內，比如0～200 分。3 種方法下不同n 值的考核分數見表1（λ=10）。

表1 3 種方法不同n 值的考核分數（λ=10）

4.2 設備重大故障次數的考核

設備重大故障次數的考核，可以參照設備故障停機次數考核的3 種方式，也可以采用一票否決制，考核期內出現一次重大故障，即將設備維護考核分數定為零分，以此督促設備預防維修、計劃維修，避免出現重大故障帶來的重大影響。

5 結束語

設備維護意義重大，對其進行考核是每個企業均應重視的工作。本文提出基于MTBF 計算的設備故障停機次數作為考核指標，簡單易行，數據采集容易，運用泊松分布概率計算的考核分數，體現了實際故障停機次數距離平均故障停機次數越遠，其難度越大的特性，能反映出維護工作的難易程度。