MTBF是當(dāng)前各行業(yè)產(chǎn)品的重要可靠性指標(biāo),它標(biāo)識了產(chǎn)品的平均無故障工作時(shí)間。本文討論了MTBF對于產(chǎn)品的真正意義,并從可靠性工程角度出發(fā)分析了獲得產(chǎn)品MTBF的方法和技術(shù)應(yīng)用。在電子工業(yè)界,幾乎每個(gè)人都熟悉術(shù)語"平均無故障工作時(shí)間"(MTBF)。但是,這個(gè)術(shù)語經(jīng)常被錯(cuò)誤地解釋和誤用。特別是在產(chǎn)品被發(fā)運(yùn)、失效報(bào)告被送到目的地和MTBF預(yù)計(jì)值沒有被實(shí)際失效報(bào)告的造表確認(rèn)時(shí),確實(shí)如此。
1.可靠性的定義在我們考慮可靠性預(yù)計(jì)之前,讓我們來看看可靠性的定義。普遍被接受的可靠性的定義是產(chǎn)品在其指定應(yīng)用環(huán)境條件下和在規(guī)定時(shí)間內(nèi)正常工作的概率。這就涉及到兩個(gè)判斷問題:1.怎樣才算"正常工作"?2.什么是"指定的應(yīng)用條件"?如果一臺汽車的收音機(jī)具有合適的AM接受功能,但不能接收FM電臺,是不是整臺汽車不可靠?如果某司機(jī)駕駛汽車通過積水的道路,在行進(jìn)過程中汽車突然走不動,是不是說明汽車不可靠?上述兩個(gè)問題的回答當(dāng)然是否定的。因此,可靠性工程師在計(jì)算MTBF之前應(yīng)對各種不同類型的問題進(jìn)行分類。
2.通過預(yù)計(jì)計(jì)算來得到MTBF有幾個(gè)個(gè)普遍被接受的標(biāo)準(zhǔn)可用來計(jì)算MTBF。大多數(shù)軍品規(guī)劃都用版本的MIL-STD-217 FN2和GJB 299B,而許多商用產(chǎn)品規(guī)劃則用Bellcore方法來計(jì)算MTBF。MIL-STD-217 FN2是美國可靠性分析中心和羅姆試驗(yàn)室多年開展的工作總結(jié)為依據(jù)的,GJB 299B是中國國內(nèi)自己的預(yù)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),而Bellcore版本則是貝爾電信研究公司即現(xiàn)在的Telcordia Technologies公司對該手冊進(jìn)行修改和簡化而成的。每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都包括用于典型電子產(chǎn)品中元器件的失效率模型,比如IC、二極管、晶體管、電容器、繼電器、開關(guān)和連接器。失效率是以實(shí)際應(yīng)用中獲得的最適用的數(shù)據(jù)為依據(jù)的。這兩種方法之間有幾個(gè)不同點(diǎn),其中最明顯的一個(gè)不同點(diǎn)是失效率的表示法,MIL-STD-217和GJB 299B中都將失效率表示為失效次數(shù)106h,而Bellcore失效率表示為失效次數(shù)109h。作為MTBF計(jì)算的實(shí)例,應(yīng)假定一個(gè)具有4個(gè)元器件的產(chǎn)品。對這些元器件在給定溫度下估計(jì)出的失效數(shù)106h應(yīng)從制造商那里獲得。加入估計(jì)出的失效率,我們就得到整個(gè)產(chǎn)品的失效率。為了測定MTBF,我們用106除于產(chǎn)品的失效率,這樣就能估計(jì)出兩個(gè)失效數(shù)之間的平均小時(shí)數(shù)(見表 1)。表 1 典型的產(chǎn)品MTBF計(jì)算元器件 數(shù)量 失效率(失效次數(shù)106h)A 1 0.50B 1 0.30C 1 0.15D 1 0.05總失效率=1.00 106hMTBF估計(jì)=106 1.00=1,000,000h盡管多數(shù)MTBF預(yù)計(jì)值是以單一產(chǎn)品為依據(jù)的,但表示結(jié)果的較理想的方法是以100或1000個(gè)產(chǎn)品為依據(jù)的。如果我們有個(gè)產(chǎn)品失效率 106h,那么,100個(gè)產(chǎn)品就有100個(gè)產(chǎn)品的失效率 106h。那么,在上例中,100件的MTBF被預(yù)計(jì)為10,000h。在這點(diǎn)上,必須作一些假定,并與計(jì)算一起用文件來證明:元器件具有一致的可靠性,盡管我們知道有差別元器件數(shù)是正確的,盡管設(shè)計(jì)可能未完成4個(gè)元器件的估計(jì)失效率是有效的失效率。
盡管我們知道它們只是估計(jì)值我們確定元器件失效的工作溫度對于我們的應(yīng)用來說是正確的預(yù)計(jì)產(chǎn)品的MTBF有兩個(gè)好處。首先,這樣可滿足客戶的要求;其次,這種預(yù)計(jì)是在設(shè)計(jì)方案用于生產(chǎn)之前要花較長時(shí)間來做的工作,它甚至揭示產(chǎn)品的弱點(diǎn),這樣就可使制造商以最少的費(fèi)用來對這些弱點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)。隨著科技進(jìn)步和軟件行業(yè)的迅速發(fā)展,當(dāng)代的可靠性工程師可利用軟件來簡化可靠性計(jì)算。計(jì)算機(jī)使人們能選擇諸如工作電壓和工作溫度之類的應(yīng)力等級來模擬產(chǎn)品將要經(jīng)受的實(shí)際工作條件。
3.通過失效報(bào)告來評估失效率產(chǎn)品已經(jīng)交付使用幾個(gè)月之后,真實(shí)情況初見端倪。失效報(bào)告所顯示的失效率可能高于或低于預(yù)計(jì)值。如果是這樣,那是什么原因?是否意味著你的MTBF計(jì)算是一個(gè)無效的過程?答案是否定的。如果失效在幾個(gè)小數(shù)點(diǎn)內(nèi)匹配,這是否意味著不必分析現(xiàn)場失效報(bào)告?答案同樣是否定的。失效分析的兩種方法都是重要的,任何重大差別都是有其原因的。
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