MTBF 在设备维护考核中的应用

张国华，李晓东，高喜超

（1.郑州大学管理学院，河南郑州 450001；2.中国烟草总公司河南省公司物流处，河南郑州 450018；3.河南省烟草公司三门峡市公司卷烟物流配送中心，河南三门峡 472000；4.河南工程学院管理工程学院，河南郑州 451191）

1 设备故障停机率和设备故障停机次数

设备是企业重要的生产资料，设备的稳定运行是企业实现收益的根本保证。设备的运行状况不但与设备本身的性能有关，更与设备的运维管理具有密切关系。由此，设备运维管理的绩效评估是每个企业都很重视的工作。

设备管理的考核指标通常有设备利用率、设备完好率、设备故障有效停机率（时间）、有效作业率、设备修理数量及质量、设备新度系数、重大设备事故、设备资产利润率、设备维修费用、净产值设备维修费用率、设备损失费用、设备维修计划完成率等，其中，设备故障停机率是运用最为广泛的技术考核指标。

设备故障停机率反映设备故障对设备运行的影响，可以衡量设备维护质量、修理水平[1]。

设备故障停机率主要受设备故障停机时间影响，而设备故障停机时间取决于设备故障停机次数和MTTR（Mean Time To Recovery，设备故障平均修复时间），只有减少设备故障停机次数、缩短故障修复时间，才能有效降低设备故障停机率。因此，从指标含义上讲，设备故障停机率最能体现设备维护水平。

然而在实际使用中，采集设备故障停机时间和设备实际开动时间，统计过程非常繁琐。另外，由于台账记录的时间可能有偏差，尤其是设备故障停机时间的记录偏差可能更大，从而导致计算结果与实际情况有较大出入。鉴于此，设备故障停机率的实际应用效果受到了较大限制[2]。

再者，设备故障停机率隐含有设备故障停机次数的因素，如果在考核指标体系中增加“设备故障停机次数”指标，则有同一因素多重考核的问题。如果不增加“设备故障停机次数”指标，只考核“设备故障停机率”，则可能会使设备维护人员为追求眼前利益，维修时仓促应对，尽量缩短修复时间，以减少“设备故障停机时间”。但由于单次维修质量低，导致设备故障频繁，对生产可能造成重大影响，也不利于消除设备故障隐患，不利于设备的长期稳定运行。

可见，对于维护简单、重大事故少发，并且设备故障停机后重启能立即恢复正常生产状态的设备，使用“设备故障停机率”指标是可行的选择。对于其他情况，可以优先考虑简单易行的“设备故障停机次数”指标。“设备故障停机次数”指标同样能衡量设备维护质量，并能要求设备维护人员做好设备的保养、维修预防等工作，消除故障潜在隐患，以减少设备故障。并且该指标数据易于采集，准确性较高。

2 MTBF 及计算方法

MTBF（Mean Time Between Failures，平均故障间隔时间）通常用于评价制造系统的可靠性程度，也称作平均无故障工作时间。

2.1 基于“故障间隔时间”的算法

MTBF 指的是故障的间隔时间，也就是从上次发生故障开始到下次发生故障的平均时长，其中包含设备故障的修复时间。按照这种理解方式，MTBF 的计算公式为[3]：

其中，T 为某时段设备的总运行时间，N 为同一时段内的故障次数。

其中，T1为某时段故障设备累积运行时间，T2为某时段无故障设备累积运行时间，N 为同一时段内的故障设备的台数。

2.2 基于“无故障工作时间”的算法

MTBF 的另一种理解方式是“平均无故障工作时间”，是从上次故障修复后设备正常运行开始到下次发生故障的平均时长，即不包含设备故障的修复时间。按照这种理解方式，MTBF的计算公式为：

其中，ti为在数据信息采集周期内某类第i 台设备的实际工作时间（除去故障停机之外的设备正常运行时间），n 为进行数据信息采集的某类设备总台数，N 为在数据信息采集周期内某类设备累计故障次数。

2.3 基于“分布模型假设”的算法

实践证明，设备典型故障曲线是浴盆曲线，而故障间隔时间可能服从指数分布或威布尔分布，其中以两参数威布尔分布较为常用。因此，对于MTBF 的估算也可以通过先假设分布模型，再利用历史数据估计模型参数、检验拟合优度，最后用确定好的模型进行MTBF 估算。

3 基于MTBF 的设备维护评价指标

3.1 MTBF

设备维护的目的是保持设备的可用性，MTBF 从故障角度反映了设备的可用性或可靠性。而MTBF 与设备固有的性能和维护水平有关，假设设备固有性能没有改变，则MTBF 与维护水平直接相关。因此，MTBF 可直接作为设备维护的评价指标。采集MTBF 评价数据需要较为完整的设备运行与维修记录，运用前述方法之一进行计算。由于MTBF 数据采集要求较高，导致在实践中运用受限。

3.2 设备故障停机次数

设备故障停机次数与MTBF 高度相关，在一定时期内，如果不考虑MTTR，则设备故障停机次数与MTBF 成反比，因此设备故障停机次数也反映了设备的维护状况，可作为设备维护的评价指标。假定已设定目标MTBF 值，则故障次数目标为：

其中，λ 为一定时期内平均设备故障停机次数，MTBF 为用前述方法计算或预测出来的平均故障间隔时间。

采用设备故障停机次数评价指标与MTBF 相比，具有以下优势：①数据采集简单易行；②在一定时期内MTBF 具有相对稳定性，可以设定一定的MTBF 目标值，无需每次计算；③MTBF的计算方法可以根据实际情况灵活选用；④如果采用分布模型假设的方法计算MTBF，还具有预测功能，便于科学地制定未来各期的考核目标值。

3.3 设备重大故障次数

由于“设备故障停机次数”未考虑设备修复时间，如果仅考核“设备故障停机次数”，则可能造成“故意延迟小故障、积累大故障”的隐患，对设备造成重大伤害。因此，在“设备故障停机次数”指标基础上，有必要增加“设备故障平均修复时间（MTTR）”指标。然而，MTTR 的计算需要完整、准确的维修记录，在实践中通常无法获取正确数据。

基于此，可设置“设备重大故障次数”指标代替MTTR，并对“重大故障”的认定制定清晰标准，如修复时间、安全损失、财产损失等。重大故障影响大、修复时间长，能反映出设备维护的深度和长远性，与“设备故障停机次数”配合可较全面地反映维护水平。

4 设备维护考核方法的制定

4.1 设备故障停机次数的考核

设备故障停机次数的考核指标值可采用前述计算出的λ。通常，以百分制计算单指标分数，传统的考核方法是：

其中，λ 为由式（5）计算的平均设备故障停机次数，n 为考核期内实际故障停机次数。

考核分数与实际故障停机次数n 成线性关系。有时为了增大考核力度，可能采用倍数考核，如将考核奖惩分数乘以2：

倍数考核分数与实际故障停机次数n 也成线性关系，n 与λ 差值越大，其难度快速增加。为了反映出这一趋势，可引入概率的方法。通常认为，一定时期内设备故障停机次数服从泊松分布，泊松分布中，当n=λ 时，其概率最大，n 与λ 差值越大，其概率越小。以概率之比作为考核奖惩分数的系数进行调整，既符合难易程度的体现，又能实现奖惩分数非线性化。

采用泊松分布计算的考核分数将快速上升或下降，实践中通常将考核分数限定在一定范围内，比如0～200 分。3 种方法下不同n 值的考核分数见表1（λ=10）。

表1 3 种方法不同n 值的考核分数（λ=10）

4.2 设备重大故障次数的考核

设备重大故障次数的考核，可以参照设备故障停机次数考核的3 种方式，也可以采用一票否决制，考核期内出现一次重大故障，即将设备维护考核分数定为零分，以此督促设备预防维修、计划维修，避免出现重大故障带来的重大影响。

5 结束语

设备维护意义重大，对其进行考核是每个企业均应重视的工作。本文提出基于MTBF 计算的设备故障停机次数作为考核指标，简单易行，数据采集容易，运用泊松分布概率计算的考核分数，体现了实际故障停机次数距离平均故障停机次数越远，其难度越大的特性，能反映出维护工作的难易程度。