汽车零部件检测实验室

实例解说：电子电器产品的MTBF平均无故障时间测试

 
分享到：
微信
新浪微博
QQ空间
豆瓣网
百度贴吧
复制网址

  •      GRGT环境可靠性项目包括：霉菌试验，盐雾腐蚀试验，气体腐蚀试验，氙灯老化试验，碳弧灯老化试验，振动试验，冲击试验，高低温试验，温度冲击试验，高低气压试验，耐久性试验，三综合试验，温湿度试验，防尘防水试验，温度循环及冲击等试验。可完成国标、行业标准、国际标准、航空标准的试验，是华南地区最大的综合性实验室。在全国华中、华东、华北、西北地区重要城市均开设有独立的实验室，综合能力在国内排在前三。

  •       MTBF测试作为环境可靠性测试的一种典型试验，GRGT有着多年的经验与方法，不但可以提供最可靠的方案，同时提供最优的测试服务，本文结合例子解读MTBF平均无故障时间“Mean Time Between Failure”

  • 对MTBF的理解

  • 偶尔会有朋友咨询：产品的MTBF是80000小时，我用这个产品，能确保80000小时内不会出故障吗？这是个有点类似于一米的长度和一斤的重量哪个大的问题，好纠结。

  • MTBF（Mean Time Between Failure）：即平均故障间隔时间，是衡量一个产品（尤其是电器产品）的可靠性指标，单位为“小时”。产品的故障总数与寿命单位总数之比为“故障率”，用λ表示，故障率的倒数就是MTBF，即：MTBF=1/λ。

  • 以硬盘为例，查询希捷一款型号为“ST2000NX0263”2TB的硬盘规格书，MTBF指标为140万小时。

  • 140万小时，约为160年，并不是说这种硬盘能用160年不出故障，由MTBF=1/λ可知， λ=1/ MTBF=1/160年，即这个型号硬盘的平均年故障率约为0.6%，一年内，平均1000只硬盘有6只会出故障。

  • 产品质量的浴盆曲线

  • 前人已通过实践证明，大多数设备的故障率是时间的函数，典型故障曲线称之为浴盆曲线(Bathtub curve，失效率曲线) ，如下图。

  • 曲线的形状呈两头高，中间低，具有明显的阶段性，可划分为三个阶段：早期的失效故障（随时间推移快速下降），使用寿命期的故障（故障率较低，且比较稳定），寿命后期的故障（接近产品的使用寿命，故障率剧增）。

  • 由浴盆曲线可知，在早期失效期，产品在开始使用时，失效率很高，但随着产品工作时间的增加，失效率迅速降低，这一阶段失效的原因大多是由于设计、原材料或制造过程中的缺陷造成的。因此，提高MTBF见效较快、投入较低，同时也是很多厂商在做的方法就是：产品在出厂前，先进行老炼筛选测试，以便及早发现、排除故障，或剔除不合格品，以保证产品的供货质量。

  • 例如：拿电源来说，根据产品的不同，出厂前都需做适当的高温老炼，老炼完毕再测试包装入库。

  • 图4 步入式高温老化箱

  • 图5 机械老化带负载
  • 一、通过计算得出MTBF的参考值

  • 以硬盘为例，现在普通硬盘的MTBF达140万小时，不可能连续运行140万小时来检验MTBF参数。事实上，MTBF普遍采用计算的方法来评估，目前国内接受度较高的主要有三个标准：MIL-HDBK-217和GJB/Z299B，用于军工产品；Bellcore，用于民用产品。

  • 图6普通硬盘的MTBF

  • 上述三个标准都包括了IC、二极管、电容器、继电器、连接器等常见元器件的失效模型，但事实上，由于影响元器件失效率的因素众多，包括温度、电应力、环境应力、降额设计余量、机械结构等，且这些因素的不同，相应的影响系数也不一样，导致评估的MTBF结果千差万别，在实际的操作中，会以较差的环境情况来评估，并借助于专业软件和其参数库，得出参考的MTBF值。

  • 二、通过加速寿命试验的方法评估MTBF

  • MTBF除可通过计算得到参考值外，也可以通过加速寿命试验的方法来获得。这种方法可用来预测产品的使用可靠性，但依然不能等同于实际使用的可靠性。

  • 加速寿命的试验，可以用不同的应力或应力组合来筛选。例如，根据美国环境科学学会在1981年及1984年发表的环境应力筛选有效性报告，在各种常用的筛选应力中，按其筛选效率加以比较，依次为温度循环、高温、随机振动、电应力、冷热冲击、定频正弦振动、低温、正弦扫描振动、复合环境、机械冲击、湿度、加速度、高度。其中温度循环和随机振动的效率最佳，如下图所示。

  • 图7应力种类及其筛选效果图

  • 根据加速寿命试验的方法，企业可结合自身的实际条件和产品特性，有针对性的做某些试验，以评估和提高产品的MTBF。
  • 图8 高加速寿命试验设备
  • 人的生命是有限的，可是，为您的服务是无限的，我要把有限的生命，投入到无限的为您服务之中去。
  • 环境技术销售工程师：张先森
  • 技术支持热线：18620908348
  • email：zhanghp@grgtest.com