MTTF

Wat is MTTF?

MTTF (Mean Time To Failure) is de verwachte gemiddelde bedrijfstijd tot een niet-repareerbare component voor het eerst faalt. Het gaat om onderdelen die bij een defect niet worden gerepareerd maar vervangen, zoals een sensor, een zekering, een lamp of een batterij. MTTF is een statistisch gemiddelde over een grote populatie, geen garantie voor de levensduur van één exemplaar. Samen met MTBF en MTTR is het een van de basisgetallen van betrouwbaarheidstechniek, assetmanagement en machineveiligheid.

🧠 Wat zegt MTTF wel en niet?

MTTF beschrijft hoe lang een type component gemiddeld meegaat onder de opgegeven omstandigheden. Die omstandigheden zijn belangrijk: een fabrikant rekent vaak met een vaste omgevingstemperatuur en nominale belasting. Een sensor in een warme kast naast een frequentieregelaar haalt die waarde zelden.

• Gemiddelde, geen minimum - bij een constante faalfrequentie is op het moment t = MTTF al circa 63% van de populatie uitgevallen en werkt nog maar 36,8% (e⁻¹)
• Alleen de nuttige levensduur - een MTTF uit een datasheet beschrijft meestal de periode met toevallige storingen, niet de slijtage aan het einde van de levensduur
• Geen reparatie - na het eerste falen is de component einde levensduur; voor systemen die na een storing weer in bedrijf gaan gebruikt u MTBF
• Populatiegetal - een MTTF van 1.000.000 uur (ruim 114 jaar) betekent niet dat een sensor een eeuw meegaat, maar dat u in een grote populatie weinig uitval per jaar ziet

🧮 Hoe wordt MTTF berekend?

Bij een constante faalfrequentie λ (failure rate) is de rekenregel eenvoudig:

• MTTF = 1 / λ - een faalfrequentie van 2 × 10⁻⁶ per uur geeft een MTTF van 500.000 uur
• Betrouwbaarheid R(t) = e^(−t / MTTF) - de kans dat een component na t uur nog werkt
• FIT - fabrikanten van elektronica geven de faalfrequentie vaak in FIT (failures in time): het aantal storingen per 10⁹ bedrijfsuren. Dan geldt MTTF = 10⁹ / FIT, dus 5.000 FIT is 200.000 uur

Uit testresultaten of velddata schat u de MTTF met: totale bedrijfstijd van alle exemplaren / aantal uitgevallen exemplaren. Werkten 10 sensoren elk 10.000 uur tot ze uitvielen, dan is de MTTF (10 × 10.000) / 10 = 10.000 uur. Let op: tel ook de draaiuren mee van exemplaren die nog niet zijn uitgevallen. Die schatting is alleen geldig als de faalfrequentie constant is.

Verandert de faalfrequentie in de tijd, dan gebruikt u een Weibull-verdeling met vormparameter β en schaalparameter η. Dan geldt MTTF = η × Γ(1 + 1/β). Bij β < 1 domineren vroege storingen, bij β = 1 is het model gelijk aan de exponentiële verdeling en bij β > 1 overheerst slijtage.

🔄 Wat is het verschil tussen MTTF, MTBF, MTTR en MTTFd?

Sommige bronnen definiëren MTBF als MTTF + MTTR. Omdat de hersteltijd meestal klein is ten opzichte van de bedrijfstijd, is het verschil vaak verwaarloosbaar. MTTF zelf zegt niets over reparatie, alleen over de tijd tot het eerste falen.

📉 Hoe past MTTF in de badkuipkromme?

De faalfrequentie van veel componenten volgt de bekende badkuipkromme met drie fasen:

1. Vroege uitval - productiefouten en montagefouten; de faalfrequentie daalt. Burn-in en een goede inbedrijfstelling vangen deze fase op.
2. Nuttige levensduur - toevallige storingen met een vrijwel constante faalfrequentie. Hier geldt MTTF = 1/λ.
3. Slijtage - de faalfrequentie stijgt, bijvoorbeeld bij elektrolytische condensatoren, ventilatoren, batterijen en relaiscontacten.

Een hoge MTTF in de datasheet beschermt u dus niet tegen slijtage. Voor een UPS-batterij of een ventilator in een embedded besturing is de opgegeven levensduur of het vervangingsinterval vaak belangrijker dan de MTTF. Conditiebewaking en voorspellend onderhoud richten zich juist op het herkennen van die slijtagefase.

🔐 Welke rol speelt MTTF in functionele veiligheid?

Binnen functionele veiligheid gaat het niet om elke storing, maar om storingen die een veiligheidsfunctie uitschakelen. In de machineveiligheid rekent ISO 13849-1 met de MTTFd: de gemiddelde tijd tot een gevaarlijke storing per kanaal. De norm deelt die in als laag (3 tot 10 jaar), middel (10 tot 30 jaar) of hoog (30 tot 100 jaar). Hogere waarden worden per kanaal afgetopt op 100 jaar; alleen in categorie 4 mag sinds de editie van 2015 (en ook in de huidige editie van 2023) tot 2.500 jaar worden gerekend. Samen met categorie, diagnostische dekking en CCF bepaalt de MTTFd de PFHd en daarmee het Performance Level.

Voor slijtagedelen zoals een deurschakelaar of veiligheidsrelais volgt de MTTFd uit de B10d-waarde van de fabrikant: MTTFd = B10d / (0,1 × n_op), met n_op het aantal schakelingen per jaar. Daarnaast is T10d = B10d / n_op het moment waarop u de component preventief vervangt.

In de procesindustrie werken IEC 61508 en IEC 61511 voor een SIL niet met MTTF zelf, maar met faalfrequenties per faalwijze, vooral de gevaarlijke niet-gedetecteerde storingen (λDU). Daaruit volgt de PFDavg of PFH van een SIS. Ook IEC 62061 rekent met faalfrequenties. MTTF is daar dus een afgeleid getal, geen invoer.

🏭 Hoe gebruikt u MTTF in de praktijk?

Typische componenten waarvoor MTTF de juiste maat is: sensoren, relais, lampen, zekeringen, batterijen, embedded elektronica zonder servicemogelijkheid en fail-safe-actuatoren die als geheel worden vervangen. Een praktische aanpak:

1. Verzamel de waarden - haal MTTF, FIT of B10d uit datasheets. Ontbreken die, dan gebruikt een leverancier vaak een voorspellingshandboek zoals MIL-HDBK-217F (laatste update in 1995 en relatief conservatief), Telcordia SR-332, Siemens SN 29500 of IEC 61709.
2. Corrigeer voor de omstandigheden - temperatuur, trillingen, belasting en schakelfrequentie veranderen de werkelijke faalfrequentie.
3. Reken door naar uw installatiebestand - verwachte uitval per jaar = aantal stuks × bedrijfsuren per jaar / MTTF.
4. Vertaal naar reservedelen - koppel de verwachte uitval aan voorraadbeheer en levertijden, en houd voor kritische posities reserve-exemplaren achter de hand.
5. Vergelijk met velddata - registreer storingen in uw CMMS en gebruik oorzaakanalyse als de praktijk duidelijk afwijkt.

Rekenvoorbeeld - een waterbedrijf heeft 500 druksensoren met een MTTF van 1.000.000 uur, continu in bedrijf. Verwachte uitval: 500 × 8.760 / 1.000.000 ≈ 4,4 sensoren per jaar. Wie vier tot vijf reservesensoren op voorraad houdt, dekt de normale toevallige uitval. Na circa 105.000 uur (12 jaar) is volgens het exponentiële model 10% van de oorspronkelijke sensoren uitgevallen, maar slijtage kan dat moment vervroegen.

Rekenvoorbeeld deurschakelaar - een schakelaar met B10d = 2.000.000 cycli op een deur die elke twee minuten opengaat, 16 uur per dag en 220 dagen per jaar, maakt 105.600 schakelingen per jaar. De MTTFd is dan circa 189 jaar (buiten categorie 4 afgetopt op 100 jaar, dus hoog), maar T10d is 18,9 jaar. Dat ligt onder de gebruikelijke missietijd van 20 jaar, dus plan vervanging uiterlijk na 18,9 jaar.

MTTF is ook invoer voor FMEA (de kans op een faalwijze), RAMSHEEP-analyses en het onderbouwen van redundantie of hoge beschikbaarheid. Bij LOPA is de koppeling indirect: daar gaat het om faalfrequenties en de kans op falen per beschermingslaag.

❓ Veelgestelde vragen

Betekent een MTTF van 100 jaar dat een component 100 jaar meegaat?

Nee, MTTF is een gemiddelde over een grote populatie en geen levensduurgarantie voor één exemplaar. Bij een constante faalfrequentie is op het moment t = MTTF al ongeveer 63% van de componenten uitgevallen. Bovendien geldt een MTTF uit een datasheet meestal alleen voor de nuttige levensduur, vóór de slijtagefase.

Wat is het verschil tussen MTTF en MTBF?

MTTF geldt voor niet-repareerbare componenten die na een storing worden vervangen, zoals sensoren en zekeringen. MTBF geldt voor repareerbare systemen die na een storing weer in bedrijf gaan, zoals pompen en machines. De rekenwijze is vergelijkbaar; het verschil zit in wat er na de storing gebeurt.

Hoe reken ik FIT om naar MTTF?

FIT is het aantal storingen per miljard (10⁹) bedrijfsuren. De MTTF in uren is 10⁹ gedeeld door de FIT-waarde, uitgaande van een constante faalfrequentie. Een component met 1.000 FIT heeft dus een MTTF van 1.000.000 uur, ruim 114 jaar.

Wat is MTTFd?

MTTFd (Mean Time To dangerous Failure) is de gemiddelde tijd tot een storing die een veiligheidsfunctie in gevaar brengt. ISO 13849-1 gebruikt de MTTFd per kanaal om het Performance Level van een veiligheidsfunctie te bepalen, met de klassen laag (3 tot 10 jaar), middel (10 tot 30 jaar) en hoog (30 tot 100 jaar).

Hoe bepaal ik de MTTF van een relais of schakelaar?

Voor elektromechanische slijtagedelen geeft de fabrikant meestal een B10- of B10d-waarde in schakelcycli in plaats van een MTTF. De MTTF hangt dan af van het gebruik: MTTF = B10 / (0,1 × aantal schakelingen per jaar), en voor gevaarlijke uitval MTTFd = B10d / (0,1 × aantal schakelingen per jaar). Hoe vaker een relais of schakelaar schakelt, hoe lager de MTTF.

Waarom wijkt de MTTF in de praktijk af van de datasheet?

Fabrikanten bepalen MTTF onder referentieomstandigheden, zoals een vaste temperatuur en nominale belasting. Hogere temperaturen, trillingen, vocht en een hoge schakelfrequentie verkorten de werkelijke levensduur. Daarom is het verstandig om de MTTF uit de datasheet te toetsen aan storingsdata uit uw eigen onderhoudssysteem.

📌 Samengevat

MTTF is de verwachte gemiddelde bedrijfstijd tot een niet-repareerbare component faalt: een populatiegemiddelde, geen levensduurgarantie.

Bij een constante faalfrequentie is MTTF gelijk aan 1/λ en is op dat moment al 63% van de componenten uitgevallen. Gebruik MTTF voor het plannen van reservedelen en voorraadbeheer, combineer het met slijtagegegevens zoals B10d, en reken in de machineveiligheid met de MTTFd volgens ISO 13849-1. Voor repareerbare systemen zijn MTBF en MTTR de juiste maten.