MTBF计算方法概论
MTB F計算方法概論
MTBF: Mean Time Between Failure 1. 意義:可修復之產品~兩次相鄰故障的平均工作時間,是一種可靠度之統計數值.通常均以小時為計算單位.
2. 通常以小時為單位. EX. 100,000 hours.
3. 若為故障而不可修復之產品,則不適用MTBF之計算.但可計算其MTTR (Mean Time To Repair). 稱之為:
平均維修時間.
4. 若為產品在正常環境及條件下,連續性測試從一而終,所計算之時間為:壽命試驗(Life Cycle)
1.11.1加速壽命試驗加速壽命試驗(Accelerated Life Testing)
1.1 執行壽命試驗的目的在於評估產品在既定環境下之使
用壽命.
1.2 常規試驗耗時較久,且需投入大量的金錢,而產品可靠度
資訊又不能及時獲得並加以改善.
1.3 可在實驗室裡以加速壽命試驗的方法,在可接受的試驗
時間裡評估產品的使用壽命.
1.4 是在物理與時間上,加速產品的劣化肇因,以較短的時間
試驗來推定產品在正常使用狀態的壽命或失效率.但基本條件是不能破壞原有設計特性.
1.1.MTBF MTBF MTBF測試原理測試原理
1.5 一般情況下, 加速壽命試驗考慮的三個要素是環境應
力,試驗樣本數和試驗時間.
1.6如果溫度是產品唯一的加速因素,則可採用阿氏模型
(Arrhenius Model),此模式最為常用.
1.7引進溫度以外的應力,如濕度,電壓,機械應力等,則為
愛玲模型(Eyring Model).產品包括電燈,液晶顯示元件,電容器等適用此模式.
1.8.一般情況下,主動電子零件完全適用阿氏模型,而電子
和資訊類成品也可適用阿氏模型,原因是成品類的失效模式是由大部分主動式電子零件所構成.因此,阿氏模型,廣泛應用於電子﹑資訊行業.
1.1.MTBF MTBF MTBF測試原理測試原理
2.MTBF 2.MTBF分析与分析与分析与计计算
MTBF 是一种统计平均值，它的确定通常采用两种方法：
1，理论统计法：根据器件、组件及约束条件的实际情况，累计平均得到
2，经验统计法：根据工厂或实验室破坏性记录，累计得到的数据。
3.MTBF 3.MTBF计计算
目前两个最通用的权威性标准可用来计算MTBF ：
1，MIL-STD-217，是美国国防部可靠性分析中心及ROME 实验室提出并成为行业标准的，用于军工品。
2，Bellcore ，贝尔电信研究公司总结得出，用于商用产品规划。
4.1. 阿氏模型起源於瑞典物理化學家Svandte Arrhenius
1887年提出的阿氏反應方程式.
R
為反應速度speed of reaction
A 為未知之非溫度常數a unknown non-thermal constant E A 為活化能activation energy (eV)
K 為Boltzmann 常數,等於8.625*10-5eV/0K.
T 為絕對溫度(Kelvin)
4.4.MTBF MTBF MTBF測試原理測試原理
4.2 4.2 加速因子加速因子
加速因子即為產品在使用條件下的壽命和高測試應力條件下的壽命的比值.
如果產品壽命適用於阿氏模型,則其加速因子為:
Vu為使用條件下的絕對溫度
Va為加速條件下的絕對溫度
B=E A /K 1.1.MTBF MTBF MTBF測試原理
測試原理
例如
1.以25度为操作温度，40度为加速环境温度，则计算加速因子为3.21.
2.以25度为操作温度，50度为加速环境温度，则计算加速因子为4.91.
4.3.4.3.加速因子中活化能加速因子中活化能加速因子中活化能Ea Ea Ea的計算的計算
活化能是分子與化學或物理作用中需具備的能量,單位是電子伏特Ev. 當試驗的溫度與使用溫度差距範圍不大時,則Ea可設為常數.
Ea= K* (Inλa –Inλn)/(1/Tn-1/Ta)
λa為加速溫度時的失效率
λn為正常溫度時的失效率
Tn, Ta均為絕對溫度0K
λa和λn可以以試驗的方式的得出,但需要較長的試驗時間.而且新機種的失效率很難在短時間內得出.
4.4.MTBF MTBF MTBF測試原理測試原理
一般電子產品在早夭期失效之Ea為0.2~0.6e V ,正常有用期失效之Ea 趨近於1.0e V;衰老期失效之Ea大於1.0e V .
目前,D ell和HP ,Mo t orola等機種的Ea設為0.6e V .後續將統一定為0.67e V .
4.4.MTBF MTBF MTBF測試原理測試原理
5.举例一
通过高温高湿储存计算MTBF：
第一步：找到计算公式
Bellcore推荐的公式：MTBF=Ttot/(N*r)
N:为失效率，r为对应的系数
第二步：找到可靠性测试的数据
11个样品在85度，85%rh下存储2000hrs无失效
5.举例一
第三步：找到合适的活化能
Bellcore推荐的Ea为0.8eV
第四步：计算在室温下运行的时间
1.N=1
2.r取0.92（对应60%的置信度）或r取2.3（对应90%的置信度）
3.此产品在室温下运行相当于40度，85%RH 存储
5.举例一
4 ：Ea为0.8，计算加速因子为42 5：60%的置信度下
MTBF=(11*2000*42)/（1*0.92)
=114年
90%的置信度下
MTBF=(11*2000*42)/（1*2.3)
=45年
6.举例二
另外统计的结果是：
统计时间：1999.1.1~2000.12.31
500套1+0微波设备来统计
共得到了35次故障报告，其中16次为高频部分故障，15次为低频部分故障，4次为天线故障
总的MT BF及各部分的MT BF均可由：
总的时间/故障次数得出
7.可靠性的计算
得出一个产品的MTBF 后，即可由以下公式计算产品的可靠性：
R=EXP（-T/MTBF）
例如：一个产品的MTBF已被证明为25000小时，则无故障工作24小时的概率为：
R=EXP（-24/25000）
=0.99904