MTBF介绍与计算实例

可靠性定义:

1966年美国的MIL-STD-7218给出的可靠性定义：“产品在规定的条件下和规定的韶光内完成规定功能的能力”。
它只反响了任务成功的能力，在实际运用中存在局限性。

1980年美国颁发的MIL-STD-785B将可靠性分为任务可靠性和基本可靠性。
任务可靠性：“产品在规定的任务剖面内完成规定功能的能力”。
它反响产品的实行任务成功的概率，它只统计危及任务成功的致命故障。
基本可靠性：“产品在规定条件下，无端障的持续韶光或概率”。
它包括了全寿命单位的全部故障，它能反响产品维修人力和后勤保障哀求。

可靠性干系术语:

可靠度：用概率表示的产品的可靠性程度。

故障：产品不能实行规定功能的状态。

失落效：是指产品损失完成规定功能的能力的事宜。
不仅指规定功能的完备损失，亦包括规定功能的降落。

可靠性指标：亦称可靠性参数，描述产品可靠性的量。
如：产品的“寿命”，“利用寿命”,“储存寿命”，“储存可靠性”，MTTF，MTBF。

可靠性的三大要素：耐久性，维修性，利用性。

MTBF: 即均匀无端障韶光，英文全称是“Mean Time Between Failure”。
是衡量一个产品（尤其是电器产品）的可靠性指标。
单位为“小时”。
它反响了产品的韶光质量，是表示产品在规定韶光内保持功能的一种能力。
详细来说，是指相邻两次故障之间的均匀事情韶光，也称为均匀故障间隔。
它仅适用于可维修产品。
同时也规定产品在总的利用阶段累计事情韶光与故障次数的比值为MTBF

产品可靠度指标-指数分布:

对付利用大多是标准化或已经发展成熟的零组件的电子产品而言，均以MTBF值为其可靠度指标。

一样平常而言，指数分布的失落效率函数，公式如下：

l可靠度函数：R(t) = e(-t) = 1-F(t)

lMTBF = 1/

l失落效率函数：F(t) = 1-R(t) = 1- e(-t) = 1-e(-t/MTBF)

指数分布是失落效率对韶光t天生一定值的分布，为随机失落效。

产品可靠度指标-指数分布运用范例

例：MTBF=70000小时的产品在利用4年后，其失落效的机率？（假设产品均匀每天利用10小时）

解：F(t)=1-R(t) = 1- e-t =1-e-t/MTBF

t=10小时 365天 4年=14600小時

MTBF= 1/=70000

四年後失落效機率:

F(14600)=1-e-14600/70000=1-e-0.21=0.1882=18.82%

四年後可靠度:

R(14600)=1-0.19=0.8118=81%

例：MTBF=70000小时的产品在利用6个月后，其失落效的机率？（假设产品均匀每天利用10小时）

解：F(t)=1-R(t) = 1- e-t =1-e-t/MTBF

t=10h 30天 6个月=1800小時

MTBF= 1/=70000

6个月後失落效機率:

F(14600)=1-e-1800/70000=1-e-0.0257=0.0254=2.54%

6个月後可靠度:

R(14600)=1-0.0254=0.9746=97.46%

MTBF打算公式:

AF：Accelerate Factor，加速因子

T：Total Power on Time，总的开机运行韶光

X2(,2r+2)：卡方公式

C：Confidential Level，信心度水平

：生产者的冒险率，即：1-C

r：失落效数，Number of Failures

加速因子AF ：

加速因子即为产品在正常利用条件下的寿命和高测试应力条件下的寿命的比值。

如果温度是产品唯一的加速成分，一样平常采取Arrhenius Model（阿氏模型）。
当产品寿命适用于阿氏模型，则其加速因子公式为：AF=e{ Ea/Kb[1/Tn-1/Ta]}。

Ea：活化能，单位eV

Kb：Boltzmann Constant波茲曼常数，(0.00008623eV/k)

Tn：正常操作条件绝对温度(k)

Ta：加速寿命试验条件绝对温度(k)

活化能Ea：

活化能Ea定义：是分子与化学或物理浸染中需具备的能量，单位为eV (electron-Volts)。
用以超越阻隔潜在故障与实际失落效所需的能量。

活化能高，表示对温度变革影响比较显著。
当试验的温度与利用温度差距范围不大时，Ea可设为常数。

一样平常电子产品在早夭期失落效的Ea为0.2~0.6eV，正常有用期失落效的Ea趋近于1.0eV；朽迈期失落效的Ea大于1.0eV。

根据Compaq可靠度工程部（CRE）的测试规范，Ea是机台所有零件Ea的均匀值。
如果新机种的Ea无法计算，可以将Ea设为0.67eV，做常数处理。

加速因子打算范例:

例1：Ea=0.50eV，Kb= 0.00008623eV/k, Tn=25℃+273=298k，Ta=40℃+273=313k

AF=e{ Ea/Kb[1/Tn-1/Ta]}=2.540817563

例2：Ea=0.65eV，Kb= 0.00008623eV/k, Tn=35℃+273=308k，Ta=40℃+273=313k

AF=e{ Ea/Kb[1/Tn-1/Ta]}=1.478396175

MTBF打算范例:

例1：某机型为例：30台样品，信心度为0.6，MTBF目标值为240000小时，用户利用温度为35度，测试温度为40度。

（1）假设在测试结束前不失落效，求总的运行韶光T及MTBF测试要用的天数D。

解： MTBF=240000h，AF=1.47，C=0.6，=1-C=0.4，r=0， X2(,2r+2)=1.83

MTBF=AF

240000=1.472T/1.83 T=148748.88h

D=T/(3024)=148748.88/720=206.60天

（2）假设在测试11天后，有一台失落效，不更换失落效样品，即29台接着测试，求连续测试时须要的总韶光t及MTBF测试要用的天数d。

解： MTBF=240000h，AF=1.47，C=0.6，=1-C=0.4，r=1， X2(,2r+2)=4.04

MTBF=AF

把稳：此时总的运行韶光T=112430+t ，由于此时已经测了11天

240000=1.472T/4.04 T=328298.45h, t=320378.45h

d=t/(2924)=320378.45/696=460.31天

D=d+11=460.31 + 11=471.31天

（3）假设在测试11天后，有一台失落效，更换失落效样品，即仍旧是30台接着测试，求连续测试时须要的总韶光t及MTBF测试要用的天数d。

解： MTBF=240000h，AF=1.47，C=0.6，=1-C=0.4，r=1， X2(,2r+2)=4.04

MTBF=AF

a: 240000=1.472T/4.04 T=328298.45h, t=320378.45h D=T/(3024)=320378.45/720=455.97天 d=D-11=444.97天

b: 此时总的运行韶光T=112430+t ，由于此时已经测了11天

240000=1.472T/4.04 T=328298.45h, t=320378.45h

d=t/(2924)=320378.45/696=444.97天

D=d+11=444.97 + 11=455.97天

MTBF测试，Burn-in测试，ALT差异:

MTBF测试Burn-in测试ALT加速寿命测试测试环境高温房高温房高温房测试温度37.5℃2.5℃37.5℃2.5℃37.5℃2.5℃测试韶光是非长，但比MTBF短测试目的验证产品符合所设计的功能及用户的可靠性哀求。
剔除不合格或有可能早期失落效的产品。
采取加大应力的方法匆匆使样品在短期内失落效，以不雅观测在正常事情条件或储存条件下的可靠性。

Burn-in：“老化”测试，指产品在规定的应力条件下，使其特性达到稳定的方法。

ALT：Accelerated life test，加速寿命测试，是在超过利用环境条件的应力水平下对样品进行的寿命试验。