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环保设备工程-MTBF平均无故障运行时间可靠性-CCIC

2020-10-09 15:59:31

环保设备工程-MTBF平均无故障运行时间可靠性-CCIC

在电子工业界,几乎每个人都熟悉的一个术语叫“平均无故障工作时间”(简称MTBF),这是表征产品可靠性的一个重要参数。MTBF,即平均故障间隔时间,英文全称是“Mean Time Between Failure”,就是从新的产品在规定的工作环境条件下开始工作到出现第1个故障的时间的平均值。MTBF越长表示可靠性越高正确工作能力越强 。单位为“小时”。它反映了产品的时间质量,是体现产品在规定时间内保持功能的一种能力。

具体来说,是指相邻两次故障之间的平均工作时间,也称为平均故障间隔。它仅适用于可维修产品。同时也规定产品在总的使用阶段累计工作时间与故障次数的比值为MTBF。MTBF值是产品设计时要考虑的重要参数,可靠性工程师或设计师经常使用各种不同的方法与标准来估计产品的MTBF值。

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实验室试验和计算MTBF

产品设计后必须通过元器件的采购控制和生产工艺的保证,才能生产出好的产品,这时产品具有的可靠性被称为“固有可靠性”,这是生产制造和使用者都需要了解的。在产品定型和量产结果,一般是通过实验室试验来对产品进行可靠性寿命评估的。实验室的可靠性寿命评估是从同型号或同批次有限的产品中抽取一部分产品来进行试验。抽取的样品越多,就越能真实反映该批产品的可靠性水平。

实验室试验测试MTBF的方法一般采用加速老化的办法,使用阿氏模型中的反应方程式来计算:


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阿氏加速模型:

其中Lnormal 为正常应力下的寿命,Lstress 为高温下的寿命,Tnormal 为室温一定温度, Tstress 为高温下的一定温度,反应的活化能(eV),k为Boltzmann常数,实践表明绝大多数电子元器件的失效符合Arrhenius。一般电子产品在早夭期失效之Ea为0.2~0.6eV, 正常有用期失效之Ea趋近于1.0eV; 衰老期失效之Ea大于1.0eV。如果新机种的Ea无法计算,可以将Ea设为0.6。

大普通信某TCXO产品的加速老化计算如下表-2


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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 )


大部分的可靠性试验方法和MTBF的计算,以及大量有关可靠性的工作内容都会在实验室完成。但是实验室试验条件还是不能完全和实际使用的条件一样,如高温老化试验就很难暴露出潮湿、振动、不同的电应力等多因素造成的失效,因此实验室的MTBF结果还是有待现场使用来验证。

现场失效数据统计计算

产品在完成设计、批量生产前,原则上需要通过部分样机进行实验室试验来评价产品的MTBF再确定是否批量生产。实际上,实验室由于时间和费用的关系根本无法操作,对于部分军用产品来说,由于生产数量有限,不可能抽取过多的样品进行MTBF试验;同时由于实验室试验条件的单一性和产品在外场使用条件的多样性,实验室试验的真实性与产品在外场使用会存在较大的差异。这时就需要通过统计外场现场失效的数据来了解产品真实的MTBF。当然对于这种方法带来的时间滞后性是无法克服的,但对于验证实验室的试验数据和连续生产同类产品的生产还是有价值的。

对于大量投入市场的产品,可以通过对维修率的统计,求出MTBF的大致水平。在对现场统计的研究中,根据不同的情况还是有需要不同的计算方法都是可以参考的。


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