平均故障間隔時間 (MTBF) 是您在產(chǎn)品數(shù)據(jù)表中看到的常見指標,通常作為可靠性和耐用性的標志。但是,盡管 MTBF 被廣泛使用,也是工程學中最容易被誤解的名詞之一。
許多工程師和決策者通常會對不同供應(yīng)商提供的 MTBF 值信以為真。他們直接比較這些數(shù)值。這似乎合乎邏輯,數(shù)值越高,意味著產(chǎn)品越可靠。但事實并非如此。這種做法雖然直觀,卻可能導致誤導性結(jié)論和錯誤選擇。讓我們來解釋一下,為什么價值比較并不像看起來那么簡單,以及為什么深入挖掘很重要。
MTBF 實際上告訴你什么?
平均故障間隔時間是系統(tǒng)中故障間隔時間的統(tǒng)計估計值。它假設(shè)故障率在其使用壽命期間保持不變。
通常,表達式以小時為單位,并根據(jù)以下標準進行計算:
Telcordia SR-332(在電信設(shè)備中很受歡迎)
MIL-HDBK-217(用于軍事和航天航空環(huán)境)
IEC 62380/61709(常見于工業(yè)應(yīng)用)
這些標準包括以下變量:
環(huán)境因素(例如,工作溫度)
器件故障率
系統(tǒng)設(shè)計實踐(如器件降額)
負載和熱應(yīng)力
雖然平均故障間隔時間可以提供特定條件下的預期可靠性,但它并不能說明全部問題,當然也不能保證產(chǎn)品的實際性能。如果供應(yīng)商使用不同的計算方法,就無法比較它們的 MTBF 值,情況就更加棘手了。 為什么 MTBF 的比較會產(chǎn)生誤導?
1. 標準不同,結(jié)果不同
每種 MTBF 計算標準都有自己的一套假設(shè),會對計算結(jié)果產(chǎn)生重大影響。例如:
Telcordia SR-332 假設(shè)電信級環(huán)境相對穩(wěn)定,這可能不適用于更惡劣的工業(yè)或軍事條件。
MIL-HDBK-217 使用更保守的假設(shè),通常會導致 MTBF 值較低。
IEC 62380 可能包括溫度循環(huán)等考慮因素,而其他人則忽略了這些因素。
比較使用這些不同標準計算的 MTBF 值就像比較蘋果和橘子,其基本假設(shè)完全不同。
2. 樂觀的條件會膨脹結(jié)果
供應(yīng)商有時會在理想化的條件下計算平均故障間隔時間,以提出更高的數(shù)字。
例如:
假設(shè)產(chǎn)品將在溫度穩(wěn)定的低壓力環(huán)境中運行。
依賴于可能無法反映典型使用情況的降額器件(工作溫度遠低于其最大額定值)。
如果供應(yīng)商 A 比供應(yīng)商 B 使用了更樂觀的假設(shè),那么他們的 MTBF 值在紙面上看起來會更好,即使產(chǎn)品在實際條件下并不可靠。
3. 器件質(zhì)量和設(shè)計理念
產(chǎn)品的可靠性不僅與數(shù)字有關(guān),還與器件的質(zhì)量和設(shè)計方式有關(guān):
一個供應(yīng)商可能會優(yōu)先考慮成本效益,這可能會增加器件的壓力,降低可靠性。
另一種選擇可能會使用更好的器件。這可能會提高長期性能,但成本可能會更高。
MTBF 計算通常無法捕捉到這些細微差別,因此很難判斷產(chǎn)品的真正穩(wěn)健性。
4. 不同故障率數(shù)據(jù)庫
供應(yīng)商依靠組件故障率數(shù)據(jù)庫來計算 MTBF。這些數(shù)據(jù)庫的準確性可能各不相同:
有些供應(yīng)商可能會使用通用的故障率,而這些故障率并不反映實際的器件性能。
其他供應(yīng)商可能依賴過時或過于樂觀的數(shù)據(jù)。
如果某個供應(yīng)商使用了更好(或更差)的故障率數(shù)據(jù),那么即使產(chǎn)品在其他方面相似,其 MTBF 數(shù)據(jù)也會大相徑庭。
誤讀 MTBF 的風險
誤解或高估平均故障間隔時間會導致若干問題:
對高 MTBF 值的錯誤信任:高 MTBF 值可能看起來很好,但如果基本假設(shè)存在缺陷,它并不能保證可靠性。
錯誤的采購決策:平均故障間隔時間較低的產(chǎn)品實際上可能更可靠,尤其是在更惡劣的條件下。
忽視實際數(shù)據(jù)會導致誤解:現(xiàn)場的實際性能和保修退貨率能讓人更好地了解可靠性。這比依賴 MTBF 理論值更準確。
如何明智使用 MTBF 數(shù)據(jù)
要充分利用 MTBF 數(shù)據(jù)并避免其缺陷,請考慮以下最佳實踐:
1. 了解 MTBF 計算細節(jié)
請務(wù)必檢查計算時使用的標準以及假設(shè)條件(如運行條件、器件質(zhì)量)。RECOM 數(shù)據(jù)表中明確說明了 MTBF 的計算條件。例如,“根據(jù)MIL-HDBK-217F,GB,+25°C”,這意味著使用的標準是軍事手冊第 217 號 F 版,受控環(huán)境條件為地面良性,環(huán)境溫度為 25°C。
2. 驗證可比較的 MTBF 值
僅比較在相同條件下使用相同標準計算的 MTBF 值。如果競爭對手使用相同的計算假設(shè),則 MTBF 計算結(jié)果可以進行比較。但是,如果他們選擇不同的溫度或環(huán)境條件,結(jié)果可能就不一樣了。 這是因為在計算平均故障間隔時間時,使用了器件的基本可靠性乘以若干運行影響因素,如環(huán)境(如溫度、沖擊、振動)、器件相互作用(如交叉干擾或相互加熱)和質(zhì)量(器件公差、質(zhì)量控制等)。例如,最重要的變量之一就是質(zhì)量因素。RECOM 對供應(yīng)商進行審核,我們的生產(chǎn)設(shè)施通過了 ISO 認證,這意味著我們的器件性能始終如一。
3. 考慮現(xiàn)實世界的可靠性指標
評估實際性能指標,如現(xiàn)場故障率、保修退貨率和正常運行時間。MTBF 是一種預測工具。如果電源在使用 2 年后故障率低于 1%,那么所需的MTBF 將為(2 x 365 x 24)/1%=175 萬小時。 因此,舉例來說,如果應(yīng)用需要一個緊湊型 5W AC/DC 電源,并使用 RECOM 的 RECOM’s RAC05-K/277 系列(25°C 時的 MTBF = 225 萬小時),設(shè)計人員就可以確信,在使用兩年后,由于電源引起的現(xiàn)場故障將大大低于百分之一(實際上接近于已安裝設(shè)備的 250 分之一)。
4. 考慮應(yīng)用
如果 MTBF 較低的產(chǎn)品能更好地適應(yīng)環(huán)境(如極端溫度、振動),那么在特定的使用情況下,它的性能可能仍會優(yōu)于 MTBF 較高的產(chǎn)品。回到上述 RAC05-K/277 的例子,在 +40°C 溫度條件下,平均故障間隔時間為 180 萬小時,因此,即使在環(huán)境溫度較高的情況下,經(jīng)過兩年的有效服務(wù),現(xiàn)場故障率預計仍低于已安裝設(shè)備的百分之一。 該部件還符合軍用級沖擊和振動標準 MIL-STD-202G,工作溫度范圍為 -40°C 至 +90°C,并通過了OVCIII 類過電壓認證。這些附加規(guī)格增強了對 MTBF 數(shù)據(jù)的信心。
關(guān)于平均故障時間和可靠性的最終想法
MTBF 是在受控條件下預測可靠性的有用工具,但遠非衡量實際性能的確切標準。在不了解具體的情況下直接比較供應(yīng)商之間的 MTBF 值不僅沒有幫助,反而會產(chǎn)生誤導。不要受限于 MTBF,而要注重對可靠性的整體評估。考慮實際數(shù)據(jù)、設(shè)計實踐和特定應(yīng)用測試。通過超越表面的比較,您將做出更明智的決策,并找到真正適合您需求的產(chǎn)品。
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原文標題:技術(shù)解析 | 產(chǎn)品可靠性的關(guān)鍵指標(MTBF)
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