평균 고장 간격(MTBF)의 이해

MTBF 계산 표준은 각각 나름대로 일련의 가정을 기반으로 하는데, 이로 인해 결과에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.
예를 들면 아래와 같습니다.

이렇게 서로 다른 표준을 사용해 계산한 MTBF를 서로 비교하는 것은 근본적인 가정이 완전히 다르기 때문에 사과와 오렌지를 비교하는 것과 마찬가지입니다.

공급업체에서는 때때로 더 큰 값을 제시하기 위해 이상적인 조건에서 평균 고장 간격을 계산합니다.
예를 들어 보겠습니다.

• 어느 한 제품이 안정적인 온도 그리고 응력이 낮은 환경에서 작동한다고 가정합니다.
• 이때 전력 서지, 기계적 진동이나 온도 변동과 같은 실질적인 요인을 간과합니다.
• 정격이 감소된(최대 정격보다 훨씬 낮은 수준에서 작동) 구성품을 사용하여 일반적인 사용 추세를 반영하지 않을 수 있습니다.

공급업체 A에서 공급업체 B보다 낙관적인 가정을 사용한다면, 실제 환경에서는 A 회사의 제품이 그만큼 안정적이지 않더라도 MTBF 값이 서류상으로 더 나아 보일 수 있습니다.

어떤 제품의 안정성은 숫자만으로 규정할 수 없고, 내장된 구성품의 품질과 설계 방식이 관건입니다.

• 한 공급업체에서는 비용 효율성을 우선시하여 구성품에 가해지는 스트레스가 크고 안정성이 떨어질 수 있습니다.
• 좀 더 고품질의 구성품을 사용할 수도 있습니다. 이 경우 장기적인 성능은 개선될 수 있으나, 원가가 인상될 수 있습니다.

MTBF 계산치는 이런 미묘한 의미를 포착하지 못할 때가 많기 때문에, 주어진 제품의 진정한 견고성을 판단하기 어렵습니다.

공급업체에서는 MTBF를 계산할 때 구성품 고장률 데이터베이스에 의존합니다. 그런데 이러한 데이터베이스의 정확도가 각기 다를 수 있습니다.

• 일부 공급업체는 실제 구성품 성능을 반영하지 않는 포괄적인 고장률을 사용할 수 있습니다.
• 또 어떤 공급업체는 오래되었거나 지나치게 낙관적인 데이터를 사용할 수도 있습니다.

한 공급업체에서 다른 곳보다 더 나은(또는 나쁜) 고장률 데이터를 사용한다면 실제로는 여러 제품이 비슷하더라도 그 업체의 MTBF 수치가 큰 차이를 보이는 것으로 나타날 수 있습니다.

항상 계산할 때 어떤 표준을 사용했고, 어떤 가정을 했는지 확인해야 합니다(예: 작동 조건, 구성품 품질 등). RECOM 데이터 시트에는 MTBF 계산 조건이 명확하게 기재되어 있습니다. 예를 들어 "MIL-HDBK-217F, GB, +25°C"라고 쓰여 있다면 이 수치를 계산할 때 사용한 표준이 Military Handbook 217호 F판이며, 통제된 환경 조건 Ground Benign에서 주변 온도 25°C를 사용했다는 뜻입니다.

같은 표준을 사용해서 동일한 조건에서 계산한 MTBF 값끼리만 비교해야 합니다. 경쟁사에서 같은 계산 가정을 사용한 경우, MTBF 계산치를 서로 비교해도 됩니다. 하지만 경쟁사에서 온도나 환경 조건을 다른 것으로 선택하는 경우, 결과가 같지 않을 수 있습니다.

평균 고장 간격을 계산할 때는 구성품의 기본 안정성을 여러 가지 작동에 영향을 미치는 요인, 즉 환경(예: 온도, 충격, 진동), 구성품의 상호 작용(예: 교차 간섭이나 상호 가열)과 품질(구성품 허용 오차, 품질 관리 등)을 곱하기 때문입니다. 가장 중요한 변수 중 하나인 품질 인수를 예로 들어보겠습니다. RECOM에서는 공급업체 감사를 실시하고, 당사 제조 시설은 ISO 인증을 취득했으므로 구성품 성능이 일관되게 유지됩니다.

현장 고장률, 보증 반품, 작동 업타임과 같은 실제 성능 지표를 평가해야 합니다. MTBF는 예측 도구입니다. 전원 공급장치의 고장률이 사용 2년 후 1% 미만이라면, 여기에 필요한 MTBF는 (2 x 365 x 24) / 1% = 175만 시간이 됩니다.

따라서 어떤 응용 분야에 소형 5W AC/DC 전원 공급장치가 필요하고 RECOM의 RAC05-K/277 시리즈를 사용한다고 가정할 때(25°C에서 MTBF = 225만 시간) 전원 공급장치로 인한 현장 고장률이 작동 2년 후 1/100보다 한참 낮다고 확신해도 됩니다(실제로는 설치된 장치 250대 중 한 대의 비율에 가까움).

MTBF가 낮은 제품이라도, 특정 환경에 더 적합한 설계인 경우(예: 극한의 온도, 진동 등) 해당 사용 사례에서 더 우수한 성능을 발휘할 수 있습니다. 위에서 언급한 RAC05-K/277을 다시 예로 들자면, 이 제품의 +40°C에서 평균 고장 간격은 180만 시간입니다. 따라서 주변 온도가 높아지더라도 현장 고장률은 작동 2년 후 설치된 장치 100대 중 한 대 미만으로 유지될 것으로 예상할 수 있습니다.

이 부품은 군용 등급의 충격 및 진동 표준 MIL-STD-202G에 부합하며, 작동 온도 범위가 -40°C~+90°C이고 과전압 카테고리 OVCIII에 맞춰 인증된 제품이기도 합니다. 이러한 추가적인 각 사양이 MTBF 수치의 신뢰도를 보강합니다.