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基礎知識三：產品可靠性指標－MTBF基本介紹
日期：2024-11-07 01:12
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摘要：
MTBF即平均無故障時間，英文是“Mean Time Between Failure”，具體是指產品從一次故障到下一次故障的平均時間，是衡量一個產品的可靠性指標（僅用于發(fā)生故障經修理或更換零件能繼續(xù)工作的設備或系統(tǒng)），單位為“小時”。
一、概述
在如今激烈競爭的電子產品市場中，用戶對產品質量和可靠性的要求越來越高。美國電子協(xié)會*近的一項統(tǒng)計表明，在決定高技術產品是否能占據(jù)大的市場份額時，產品的可靠性是其中*重要的因素。而可靠性設計需要貫穿于整個設計的全過程，而不是僅僅對*終產品的驗證。
在中國，對電子產品的質量和可靠性要求也十分嚴格。無論是**或民品，都必須有明確的可靠性指標，并且要明確地標識于產品說明書或其包裝上?？煽啃灾笜说挠嬎愫皖A測，是市場的需要、技術的推動和政策的規(guī)定，作為電子設計人員必須了解和掌握可靠性計算。
關于MTBF值的計算方法，目前*通用的權威性標準是MIL-HDBK-217和Bellcore,它們分別用于**產品和民用產品。其中，MIL-HDBK-217是由美國國防部可靠性分析中心及Rome實驗室提出并成為行業(yè)標準，專門用于**產品MTBF值計算，其*新版本為217-F2，而Bellcore是由AT&TBell實驗室提出并成為商用電子產品MTBF值計算的行業(yè)標準。
可靠性預測工具是評估產品是否可靠的基礎手段，可靠性預測工具為整個產品開發(fā)過程提供指導。事實上，業(yè)界已經將可靠性預測工具形象地改名為可靠性管理工具。因為它在整個開發(fā)周期中監(jiān)視著產品的質量情況。
具體表現(xiàn)在以下幾點：
1．在理論概念設計階段
可靠性預測是十分重要的，它將指導產品能否有可能性實現(xiàn)，為設計者提供方案修改提供技術依據(jù)，從而避免盲目實施具體設計，盡量將潛在的“不可行性”發(fā)現(xiàn)在早期。如果項目尚未實施，就發(fā)現(xiàn)其MTBF值太低，那么就可能要考慮修改計劃了。
2．設計對比
在你具體進行產品初期設計和實驗時，往往會有各種方案和建議供你選擇和決定，終究采用哪一個方案為*好？可能它們的電路功能基本相同。此時可靠性分析工具將幫助你做出決定，因為功能相同時，MTBF值、成本等將是*關鍵的因素，在條件允許時，一定采用高MTBF值的方案。
3．隱患定位
在電子產品調試過程中，可靠性軟件完全可以幫你定位產品中的潛在的“不穩(wěn)定”因素。因為可靠性軟件可以報告整機系統(tǒng)的失效率，以及每一個元器件的失效率，或者某些子電路塊的失效率。電路中可能由參數(shù)不合理，如過壓、過流、過熱等形成某個器件提前失效，(注意，有時往往當時出廠時沒有失效，實驗時也對，但時間一長就壞)。因為任何器件有一個疲勞損傷期，如耐熱指標是90℃，但工作在95℃時不一定馬上就失效，但其失效率為很高，這類隱患經常是工程人員*麻煩的事?，F(xiàn)在有了可靠性分析軟件，馬上就可以指出哪些器件不穩(wěn)定。
4．決定價值
一個產品的*終價值決定于許多因素。但今天，MTBF值將是其中十分重要的一個因素。用戶在了解和評審你的產品價格時，也一定會把MTBF值考慮進去。很多產品其技術指標、市場**性都很好，但由于MTBF值低，也就是說其產品不可靠?；蛘哒f，其產品質量不穩(wěn)定等，從而使其產品的性價比降低。目前衡量產品是否可靠的**標準就是MTBF值(注意，不能依靠手工粗略的不**估算)。
5．質量管理
一個電子產品的可靠性指標MTBF的設計已經是任何人都不可回避的事實了。一方面，國內國際上都有十分嚴格的政策規(guī)定，任何電氣產品都必須有*終的MTBF報告，更何況可靠性軟件還不僅僅有此功能。另一方面，用戶也將迫使廠家必須提供MTBF值，以便“買得放心”。試想，如果用戶得知你的MTBF值是人為估測的，那么他將會怎么想？事實上，今天可靠性軟件是管理一個產品整個開發(fā)周期的主要手段。
二、MTBF和那些因素有關？在如今激烈競爭的電子產品市場中，用戶對產品質量和可靠性的要求越來越高。美國電子協(xié)會*近的一項統(tǒng)計表明，在決定高技術產品是否能占據(jù)大的市場份額時，產品的可靠性是其中*重要的因素。而可靠性設計需要貫穿于整個設計的全過程，而不是僅僅對*終產品的驗證。
在中國，對電子產品的質量和可靠性要求也十分嚴格。無論是**或民品，都必須有明確的可靠性指標，并且要明確地標識于產品說明書或其包裝上?？煽啃灾笜说挠嬎愫皖A測，是市場的需要、技術的推動和政策的規(guī)定，作為電子設計人員必須了解和掌握可靠性計算。
關于MTBF值的計算方法，目前*通用的權威性標準是MIL-HDBK-217和Bellcore,它們分別用于**產品和民用產品。其中，MIL-HDBK-217是由美國國防部可靠性分析中心及Rome實驗室提出并成為行業(yè)標準，專門用于**產品MTBF值計算，其*新版本為217-F2，而Bellcore是由AT&TBell實驗室提出并成為商用電子產品MTBF值計算的行業(yè)標準。
可靠性預測工具是評估產品是否可靠的基礎手段，可靠性預測工具為整個產品開發(fā)過程提供指導。事實上，業(yè)界已經將可靠性預測工具形象地改名為可靠性管理工具。因為它在整個開發(fā)周期中監(jiān)視著產品的質量情況。
具體表現(xiàn)在以下幾點：
1．在理論概念設計階段
可靠性預測是十分重要的，它將指導產品能否有可能性實現(xiàn)，為設計者提供方案修改提供技術依據(jù)，從而避免盲目實施具體設計，盡量將潛在的“不可行性”發(fā)現(xiàn)在早期。如果項目尚未實施，就發(fā)現(xiàn)其MTBF值太低，那么就可能要考慮修改計劃了。
2．設計對比
在你具體進行產品初期設計和實驗時，往往會有各種方案和建議供你選擇和決定，終究采用哪一個方案為*好？可能它們的電路功能基本相同。此時可靠性分析工具將幫助你做出決定，因為功能相同時，MTBF值、成本等將是*關鍵的因素，在條件允許時，一定采用高MTBF值的方案。
3．隱患定位
在電子產品調試過程中，可靠性軟件完全可以幫你定位產品中的潛在的“不穩(wěn)定”因素。因為可靠性軟件可以報告整機系統(tǒng)的失效率，以及每一個元器件的失效率，或者某些子電路塊的失效率。電路中可能由參數(shù)不合理，如過壓、過流、過熱等形成某個器件提前失效，(注意，有時往往當時出廠時沒有失效，實驗時也對，但時間一長就壞)。因為任何器件有一個疲勞損傷期，如耐熱指標是90℃，但工作在95℃時不一定馬上就失效，但其失效率為很高，這類隱患經常是工程人員*麻煩的事?，F(xiàn)在有了可靠性分析軟件，馬上就可以指出哪些器件不穩(wěn)定。
4．決定價值
一個產品的*終價值決定于許多因素。但今天，MTBF值將是其中十分重要的一個因素。用戶在了解和評審你的產品價格時，也一定會把MTBF值考慮進去。很多產品其技術指標、市場**性都很好，但由于MTBF值低，也就是說其產品不可靠?；蛘哒f，其產品質量不穩(wěn)定等，從而使其產品的性價比降低。目前衡量產品是否可靠的**標準就是MTBF值(注意，不能依靠手工粗略的不**估算)。
5．質量管理
一個電子產品的可靠性指標MTBF的設計已經是任何人都不可回避的事實了。一方面，國內國際上都有十分嚴格的政策規(guī)定，任何電氣產品都必須有*終的MTBF報告，更何況可靠性軟件還不僅僅有此功能。另一方面，用戶也將迫使廠家必須提供MTBF值，以便“買得放心”。試想，如果用戶得知你的MTBF值是人為估測的，那么他將會怎么想？事實上，今天可靠性軟件是管理一個產品整個開發(fā)周期的主要手段。
MTBF的計算方法和依據(jù)已經成為標準，其主體是考慮產品中每個元器件的失效率。但是由于電子產品的結構不同，應用環(huán)境不同等，會嚴重影響每個元器件失效率，從而導致總體MTBF值降低。因此在計算中：
首先要考慮的是環(huán)境因素。對于Mil-217標準，環(huán)境因素概括成14種類型，它們是GB，GF，GM，NS，NU，AIC，AIF，AUC，AUF，ARW，SF，MF，ML，CL。如GF表示GroundFixed,即固定在普通地面的情況，而CL表示CannonLaunch，即火炮發(fā)射瞬間的情況。這兩種情況下，同一電路的失效率會相差很大。對于Bellcore商用系統(tǒng)，其環(huán)境概括為5種類型，它們是：GB，GF，GM，AC，和SC。
除環(huán)境因素外，其次十分重要的因素是器件本身的可靠性參數(shù)，包括內部結構、工藝、封裝、應力度等，而每種器件的內部結構不同而其參數(shù)不同，如CPU和電阻的結構差別很大。
此外，要考慮的是電子系統(tǒng)加工工藝和結構，如器件插座、焊接、過孔數(shù)、貼片器件、連線等等。這些因素也會導致系統(tǒng)不可靠。
所有上述這些因素，一般靠人工去建模，去分析，工作量無法想象，但借助于MTBFcal軟件和其龐大的參數(shù)庫，所有工作都變得簡單化。