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環保設備工程-MTBF平均無故障運行時間可靠性-CCIC
在電子工業界,幾乎每個人都熟悉的一個術語叫“平均無故障工作時間”(簡稱MTBF),這是表征產品可靠性的一個重要參數。MTBF,即平均故障間隔時間,英文全稱是“Mean Time Between Failure”,就是從新的產品在規定的工作環境條件下開始工作到出現第1個故障的時間的平均值。MTBF越長表示可靠性越高正確工作能力越強 。單位為“小時”。它反映了產品的時間質量,是體現產品在規定時間內保持功能的一種能力。
具體來說,是指相鄰兩次故障之間的平均工作時間,也稱為平均故障間隔。它僅適用于可維修產品。同時也規定產品在總的使用階段累計工作時間與故障次數的比值為MTBF。MTBF值是產品設計時要考慮的重要參數,可靠性工程師或設計師經常使用各種不同的方法與標準來估計產品的MTBF值。
實驗室試驗和計算MTBF
產品設計后必須通過元器件的采購控制和生產工藝的保證,才能生產出好的產品,這時產品具有的可靠性被稱為“固有可靠性”,這是生產制造和使用者都需要了解的。在產品定型和量產結果,一般是通過實驗室試驗來對產品進行可靠性壽命評估的。實驗室的可靠性壽命評估是從同型號或同批次有限的產品中抽取一部分產品來進行試驗。抽取的樣品越多,就越能真實反映該批產品的可靠性水平。
實驗室試驗測試MTBF的方法一般采用加速老化的辦法,使用阿氏模型中的反應方程式來計算:
阿氏加速模型:
其中Lnormal 為正常應力下的壽命,Lstress 為高溫下的壽命,Tnormal 為室溫一定溫度, Tstress 為高溫下的一定溫度,反應的活化能(eV),k為Boltzmann常數,實踐表明絕大多數電子元器件的失效符合Arrhenius。一般電子產品在早夭期失效之Ea為0.2~0.6eV, 正常有用期失效之Ea趨近于1.0eV; 衰老期失效之Ea大于1.0eV。如果新機種的Ea無法計算,可以將Ea設為0.6。
大普通信某TCXO產品的加速老化計算如下表-2
加速因子 (A) ≒ 58.11
Failure Rate ( L ) ≒ 3.41E-08( 60% Confidence Level)
FITS ≒ 34 ( failure per billion hrs )
MTBF ≒ 29.4( million hrs )
大部分的可靠性試驗方法和MTBF的計算,以及大量有關可靠性的工作內容都會在實驗室完成。但是實驗室試驗條件還是不能完全和實際使用的條件一樣,如高溫老化試驗就很難暴露出潮濕、振動、不同的電應力等多因素造成的失效,因此實驗室的MTBF結果還是有待現場使用來驗證。
現場失效數據統計計算
產品在完成設計、批量生產前,原則上需要通過部分樣機進行實驗室試驗來評價產品的MTBF再確定是否批量生產。實際上,實驗室由于時間和費用的關系根本無法操作,對于部分軍用產品來說,由于生產數量有限,不可能抽取過多的樣品進行MTBF試驗;同時由于實驗室試驗條件的單一性和產品在外場使用條件的多樣性,實驗室試驗的真實性與產品在外場使用會存在較大的差異。這時就需要通過統計外場現場失效的數據來了解產品真實的MTBF。當然對于這種方法帶來的時間滯后性是無法克服的,但對于驗證實驗室的試驗數據和連續生產同類產品的生產還是有價值的。
對于大量投入市場的產品,可以通過對維修率的統計,求出MTBF的大致水平。在對現場統計的研究中,根據不同的情況還是有需要不同的計算方法都是可以參考的。