Que nous apprend le MTBF (« Mean Time Between Failures »), temps moyen entre deux pannes ?

Le terme MTBF apparaît dans les fiches techniques de nombreux composants systèmes techniques. Il est souvent source de confusion, notamment à cause des différentes méthodes de calcul et du risque de confusion avec la durée de vie d’un appareil. Chez PULS, de nombreux spécialistes R&D ont affaire à ces deux paramètres quotidiennement. Forts de ces connaissances, nous fournissons quelques éclaircissements à ce sujet dans l’article du blog.

Qu’est-ce que le MTBF ?

Le terme MTBF est l’abréviation de « Mean Time Between Failures », c’est-à-dire le temps moyen entre deux pannes. La valeur permet de mesurer la fiabilité des appareils électroniques, assemblages ou systèmes.

Les utilisateurs obtiennent donc une valeur prévue correspondant à la fréquence de panne d’un appareil basée sur une moyenne statistique. Évidemment, la plupart des fabricants essaient d’obtenir un nombre de pannes le plus faible possible. Cependant, un appareil technique tombera inévitablement en panne avec une certaine probabilité. Connaître cette valeur est particulièrement important pour la maintenance de l’équipement.

Comment se calcule le MTBF ?

Le MTBF est la réciproque du taux de panne λ (lambda). Ce taux de panne λ indique le nombre de pannes envisagées d’un point de vue statistique lorsqu’un certain nombre d’unités fonctionnent pendant un certain temps. En raison de la spécification d’1/heure, λ est un très petit nombre.

Exprimé en heures, le MTBF est quant à lui plus facile à utiliser en pratique, ce qui explique pourquoi cette valeur est devenue un indicateur usuel de la fiabilité.

La corrélation entre le taux de panne et le MTBF devient plus claire en prenant un exemple de calcul.

Dans une usine, 1 000 unités identiques sont installées et fonctionnent pendant 2 000 heures, pour un total de 2 millions d’heures de fonctionnement. Si 4 unités tombent en panne durant cette période, on applique le calcul suivant pour le taux de panne λ :

Pour le MTBF, comme réciproque du taux de pannes, la formule suivante s’applique :

Il faut noter que le taux de pannes et le MTBF expriment tous deux des pannes statistiques. Ceux-ci s’appliquent à partir de la première heure de fonctionnement.

Comment visualiser le MTBF ?

La représentation graphique la plus connue du MTBF correspond à ce qu’on appelle la courbe en baignoire (voir illustration 1).

Les pannes précoces (voir phase A) ne sont pas prises en compte dans le MTBF, car le fabricant est censé les exclure avant livraison aux clients, grâce aux tests de qualité effectués en interne.

Durant la phase opérationnelle (voir phase B), des températures plus élevées peuvent notamment accélérer les processus conduisant à une panne. Le stress thermique, auquel sont soumis les composants dans de tels cas, augmente le taux de panne. C’est pourquoi les développeurs système et les spécialistes de la maintenance sont particulièrement vigilants à maintenir des températures basses dans l’application, afin de garder le taux de panne le plus bas possible.

D’ailleurs, les effets d’usure (voir phase C) ne sont pas intégrés dans le MTBF, puisque seule la phase de la durée de vie est prise en compte où aucune panne liée à l’âge ne peut se produire.

Illustration 1 : la courbe en baignoire est une représentation graphique du MTBF.

Comment détermine-t-on le taux de panne λ dans la pratique ?

Le taux de panne λ peut être déterminé de différentes manières, en fonction desquelles les résultats varieront. Les utilisateurs doivent donc toujours se référer à la spécification et aux conditions de fonctionnement sous-jacentes pour déterminer les valeurs du taux de panne ou du MTBF indiquées dans la fiche technique du produit.

Utilisons l’exemple d’une{{widget type= »MagentoCatalogBlockCategoryWidgetLink » anchor_text= »alimentation électrique sur rail DIN » title= »Obtenez un aperçu de notre portefeuille d’alimentations électriques sur rail DIN. » template= »category/widget/link/link_inline.phtml » id_path= »category/8″}} pour observer les deux approches différentes de calcul.

La manière la plus rapide et la plus simple de déterminer λ est ce qu’on appelle le « comptage des composants ». Dans cette méthode, seuls les composants individuels dans l’alimentation électrique sont comptés et multipliés par un taux de panne moyen. Le résultat est ensuite évalué comme le taux de panne de l’alimentation électrique dans son ensemble. Cependant, cette méthode n’est pas précise.

Une alternative beaucoup plus complexe consiste à déterminer le taux de panne pour chaque composant individuel. À cet égard, la charge électrique est calculée pour chaque composant et le stress thermique est déterminé par des mesures. En se basant sur ces valeurs, le taux de panne par composant est déterminé à l’aide d’un logiciel. Il s’agit de la procédure courante chez PULS.

De nombreuses normes peuvent s’appliquer pour le calcul du taux de panne. Le MIL Handbook 217F est fréquemment utilisé pour le calcul à l’échelle mondiale. Cependant, les taux de panne déterminés sur la base du MIL doivent plutôt être évalués comme conventionnels. Les valeurs basées sur la méthode de calcul de la norme Siemens SN 29500 conformément à IEC 61709 sont plus réalistes.

Le taux de panne total λ de l’alimentation électrique est donc la somme des taux de panne par composant individuel. Le MTBF de l’alimentation électrique peut ensuite être calculé, comme décrit ci-dessus.

Quelle est la différence entre le MTBF et la durée de vie ?

Les informations des fiches techniques relatives à la durée de vie ne concernent pas les pannes statistiques survenant au cours de la durée de fonctionnement. La durée de vie indique la durée à l’issue de laquelle les composants deviennent inutilisables en raison de l’usure.

Dans une alimentation électrique, il faut être vigilant aux condensateurs électrolytiques. En effet, ces composants sont considérés comme essentiels en matière de durée de vie, car ils perdent leur capacité au fil du temps en raison de la diffusion d’électrolytes.

Les fabricants de condensateurs électrolytiques précisent une fin de vie dans leurs fiches techniques. À ce stade, des paramètres importants tels que la capacitance et la résistance interne proviennent dans une certaine mesure de la valeur initiale.

Les condensateurs électrolytiques réagissent de manière particulièrement sensible à des températures ambiantes élevées. Chaque augmentation de 10°C réduit la durée de vie des condensateurs électrolytiques par 2, influant donc directement sur la durée de vie de l’alimentation électrique.

Pourquoi le MTBF et la durée de vie d’une alimentation électrique sont-ils importants ?

Les alimentations électriques industrielles doivent être fiables dès la première minute de fonctionnement, mais aussi garantir l’alimentation électrique d’un système pendant de nombreuses années. Par conséquent le MTBF et la durée de vie sont tous les deux d’importants indicateurs de la qualité d’une alimentation électrique et doivent être de niveau supérieur.

PULS a toujours accordé une priorité très élevée à la fiabilité et la durée de vie de ses alimentations électriques. Les valeurs correspondantes pour le MTBF et la durée de vie sont décrites en détails dans les fiches techniques des appareils et spécifiées de manière précise pour différentes conditions de fonctionnement.

Ces valeurs fiables permettent aux clients et aux utilisateurs de facilement planifier et réaliser des systèmes complexes comptant plusieurs centaines de composants systèmes.

Des alimentations électriques fiables et durables sont également bénéfiques pour notre planète. En effet, des alimentations électriques ayant besoin d’être moins souvent remplacées permettent de conserver les ressources et de produire moins de déchets électroniques.