MTBF: Definition, Formel, Berechnung & Praxis in der Fertigung

Was ist MTBF (Mean Time Between Failures)?

MTBF (Mean Time Between Failures) ist eine Zuverlässigkeitskennzahl, die die durchschnittliche Betriebszeit eines reparierbaren Systems zwischen zwei aufeinanderfolgenden Ausfällen angibt. Die Einheit ist typischerweise Stunden.

Entscheidend ist ein Punkt, der oft übersehen wird: MTBF gilt ausschließlich für reparierbare Systeme.

Für Komponenten, die nach einem Ausfall ersetzt statt repariert werden (z. B. eine Glühbirne oder ein Kondensator), ist die richtige Kennzahl MTTF (Mean Time To Failure). In der Fertigungspraxis werden beide Begriffe häufig vermischt, was zu falschen Schlussfolgerungen führt.

MTBF-Formel und Berechnung

Die Formel ist einfach. Die Herausforderung liegt in den Eingabedaten.

MTBF = Gesamte Betriebszeit ÷ Anzahl der Ausfälle

250 Stunden MTBF bedeutet: Im Durchschnitt läuft diese Anlage 250 Stunden, bevor der nächste ungeplante Stillstand eintritt. Bei einer Einschichtproduktion mit 8 Produktionsstunden pro Tag entspricht das rund 31 Arbeitstagen.

Die Qualität der MTBF hängt vollständig von der Qualität der Stillstandsdaten ab. Wenn Stillstände manuell im Schichtbuch erfasst werden, fehlen Kurzstillstände unter 5 Minuten regelmäßig in der Dokumentation. Die berechnete MTBF ist dann zu optimistisch. Automatische Stillstandserfassung über ein MES erfasst jeden Stillstand mit exakter Dauer und Zeitstempel, unabhängig davon, ob er 30 Sekunden oder 3 Stunden dauert.

MTBF, MTTR und MTTF: Die drei Zuverlässigkeitskennzahlen im Vergleich

MTBF steht nie allein. Erst im Zusammenspiel mit MTTR und MTTF entsteht ein vollständiges Bild der Anlagenzuverlässigkeit.

Der Zusammenhang: MTBF = MTTF + MTTR. Die Zeit zwischen zwei Ausfällen setzt sich zusammen aus der Betriebszeit bis zum nächsten Ausfall (MTTF) plus der Reparaturzeit (MTTR). In der Praxis ist MTTR oft viel kürzer als MTTF, weshalb MTBF und MTTF häufig als annähernd gleich behandelt werden. Aber bei Anlagen mit langen Reparaturzeiten (z. B. Spezialmaschinen, bei denen Ersatzteile erst beschafft werden müssen) ist der Unterschied erheblich.

Eine Anlage mit einer MTBF von 250 Stunden und einer MTTR von 4 Stunden hat eine technische Verfügbarkeit von:

Verfügbarkeit = MTBF ÷ (MTBF + MTTR) = 250 ÷ 254 = 98,4 %

Das ist der direkte Zusammenhang zur OEE: Der Verfügbarkeitsfaktor der OEE basiert auf genau diesen Kennzahlen.

Die Badewannenkurve: Warum MTBF allein nicht reicht

MTBF ist ein Durchschnittswert. Und wie jeder Durchschnittswert verbirgt er die Verteilung der Ausfälle. Die sogenannte Badewannenkurve beschreibt, wie sich die Ausfallrate eines Systems über seine Lebensdauer verändert:

Die MTBF-Formel unterstellt eine konstante Ausfallrate, also die mittlere Phase der Badewannenkurve. In der Frühausfallphase und in der Verschleißphase ist die Ausfallrate nicht konstant, und die MTBF verliert an Aussagekraft. Wer die MTBF einer Anlage über ihre gesamte Lebensdauer berechnet, ohne die Phasen zu unterscheiden, erhält einen Mittelwert, der für keine der drei Phasen repräsentativ ist.

Die Konsequenz für die Praxis: MTBF sollte immer für einen definierten Zeitraum berechnet werden, nicht pauschal über die gesamte Lebensdauer. Und sie sollte durch eine Analyse der Ausfallmuster ergänzt werden: Häufen sich Ausfälle? Treten sie regelmäßig auf? Gibt es saisonale Muster?

MTBF und OEE: Wie die Kennzahlen zusammenhängen

MTBF beeinflusst den Verfügbarkeitsfaktor der OEE direkt. Je höher die MTBF, desto seltener fällt die Anlage ungeplant aus, desto höher die Verfügbarkeit.

Aber die Verbindung geht tiefer. Die OEE-Stillstandsanalyse liefert die Daten, aus denen die MTBF berechnet wird. Ein MES, das jeden Stillstand automatisch mit Zeitstempel, Dauer und Ursachenkategorie erfasst, erzeugt die Datenbasis für eine aussagekräftige MTBF. Ohne diese automatische Erfassung ist die MTBF eine Schätzung auf Basis unvollständiger Daten.

Bei Neoperl wurde genau diese Verbindung umgesetzt: SPS-basierte Alarmerfassung und automatische Stillstandsüberwachung. Die Anlage begründet technische Stillstände selbst, ohne Eingriff der Mitarbeitenden. Korrelation von SPS-Alarmen mit Stillständen und Qualitätsdefekten. Ergebnis: 10 % weniger Stillstände, 8 % höhere Anlagenverfügbarkeit. Wenn Stillstände automatisch und lückenlos erfasst werden, wird die MTBF zu einer belastbaren Kennzahl statt zu einer Schätzung im Monatsbericht.

MTBF in der Instandhaltungsstrategie: Reaktiv, präventiv, prädiktiv

Der Trend in der Fertigung geht klar Richtung prädiktiver Instandhaltung. Aber auch dort bleibt die MTBF relevant: als Basislinie, gegen die Echtzeitdaten verglichen werden. Wenn die tatsächlichen Ausfallintervalle kürzer werden als die historische MTBF, ist das ein Frühindikator für zunehmenden Verschleiß.

Typische Fehler bei der MTBF-Berechnung

Fehler 1: Geplante Stillstände einrechnen. MTBF bezieht sich ausschließlich auf ungeplante Ausfälle. Geplante Wartung, Rüstzeiten und Pausen dürfen weder in die Betriebszeit noch in die Ausfallzählung einfließen. Wer geplante Stillstände einrechnet, überschätzt die Ausfallhäufigkeit und unterschätzt die MTBF.

Fehler 2: Kurzstillstände ignorieren. Bei manueller Erfassung fallen Stillstände unter 5 Minuten regelmäßig aus der Dokumentation. Aber gerade Mikrostillstände machen in hochautomatisierten Fertigungen 8 bis 12 % der gesamten Verlustzeit aus. Eine MTBF, die auf unvollständigen Daten basiert, ist systematisch zu optimistisch.

Fehler 3: MTBF als Garantie verstehen. Eine MTBF von 500 Stunden bedeutet nicht, dass die Anlage die nächsten 500 Stunden ausfallsicher läuft. Es ist ein statistischer Durchschnitt. Die nächste Störung kann in 10 Stunden oder in 900 Stunden eintreten. Die Verteilung der Ausfallabstände ist oft weit gestreut, besonders bei komplexen Anlagen mit vielen Komponenten.

Fehler 4: MTBF verschiedener Anlagen direkt vergleichen. Eine Spritzgussmaschine mit MTBF 300 Stunden ist nicht „schlechter" als eine CNC-Fräse mit MTBF 500 Stunden. Die Anlagen haben unterschiedliche Komplexität, unterschiedliche Belastungsprofile und unterschiedliche Ausfallmodi. MTBF ist eine Verbesserungskennzahl für die einzelne Anlage, kein Benchmarkwert über Maschinentypen hinweg.

Häufige Fragen zu MTBF

Was ist ein guter MTBF-Wert?
Das hängt vollständig von der Anlage und dem Fertigungsprozess ab. Für eine vollautomatische Montagelinie mit 50+ Stationen sind 100 bis 200 Stunden MTBF ein realistischer Startwert. Für eine einzelne CNC-Maschine liegen typische Werte bei 300 bis 800 Stunden. Entscheidend ist nicht der Absolutwert, sondern der Trend: Steigt die MTBF über Monate, verbessert sich die Anlagenzuverlässigkeit.

Was ist der Unterschied zwischen MTBF und MTTF?
MTBF gilt für reparierbare Systeme und misst die Zeit zwischen zwei Ausfällen. MTTF gilt für nicht reparierbare Komponenten und misst die Zeit bis zum einzigen Ausfall. In der Fertigungspraxis wird MTBF für die Gesamtanlage verwendet, MTTF für einzelne Verschleißteile (Lager, Dichtungen, Riemen).

Wie hängen MTBF und Verfügbarkeit zusammen?
Direkt: Verfügbarkeit = MTBF ÷ (MTBF + MTTR). Je höher die MTBF und je niedriger die MTTR, desto höher die Verfügbarkeit. Dieser Zusammenhang macht MTBF und MTTR zu den beiden zentralen Stellhebeln für den Verfügbarkeitsfaktor der OEE.

Brauche ich ein MES, um MTBF zu berechnen?
Nicht zwingend, aber empfehlenswert. Die MTBF-Formel selbst ist trivial. Die Herausforderung liegt in der lückenlosen Erfassung aller ungeplanten Stillstände mit korrekter Kategorisierung. Ein MES mit automatischer Maschinendatenerfassung liefert diese Daten ohne manuellen Aufwand und erfasst auch Kurzstillstände, die bei manueller Dokumentation verloren gehen.

Über den Autor

Martin Brandel

MES Consultant bei SYMESTIC. Über 30 Jahre industrielle Automatisierung. Dipl.-Ing. Nachrichtentechnik. Spezialist für Maschinendatenerfassung, Brownfield-Anbindung und MES-Projektleitung.