MTBF测试介绍

  新闻资讯     |      2024-05-28 15:02:17

一、MTBF的含义


MTBF英文全称是“mean time between failures”,中文翻译为平均故障间隔时间,是产品的一个可靠性测试指标。MTBF衡量硬件产品或者组件的可靠性的度量度量指标。对于大多数产品,尤其是电子产品平均故障间隔时间以千甚至数万小时表示,MTBF越长表示可靠性越高,保持正确工作能力越强,单位为“小时”。通常也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(不可维修产品我们用MTTF定义)。当产品的寿命服从指数分布时,失效率的倒数表示两个失效之间的时间间隔。λ=1/MTBF。

如:某产品SSD MTBF值标称为150万小时,保修5年;150万小时约为171年,并不是说该产品SSD每块盘均能工作171年不出故障。由MTBF=1/λ可知λ=1/MTBF=1/171年,即该固态硬盘的平均年故障率约为0.6%,一年内,平均1000块固态硬盘可能有6块会出故障。

因此:MTBF是指可修复产品使用可靠性的数值要求,主要的计算方法是在规定的条件下和规定的时间内,产品的寿命单位总数和故障总次数之比。是产品设计师在产品设计过程中参考的重要依据,目的是计算平均故障间隔来找出产品设计中的薄弱地方。


二、MTBF的验证:


引用标准:GB/T 5080.7-1986《设备可靠性试验 恒定失效率假设下的失效率与平均无故 障时间的验证试验方案》

试验方案:截尾序贯试验方案4:9

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现采用序贯试验方案4:9,举例说明

1.可靠性指标:MTBF值的M0≥50000h

2.试验方案:按GB/T 5080.7-1986中序贯试验方案4:9进行

         α=30%       β=30%        Dm=2

相关失效数      总试验时间(h)

0                     T=0.86m0

1                     T=1.55m0

2                     T=2.25m0

3                     拒收

3.试验条件

(1)电应力:受试样品在额定电压下工作或可在额定电压下进行通断电测试;

(2)温度应力:受试样品在室温下;

(3)电应力与温度应力应同时进行;

(4)样品数据,至少5PCS以上(特殊情况下,样本数可以是1PC)。

4.试验判决

当失效次数r为0时,每台试验时间:T=T总/n=50000*0.86/50=860h

当失效次数r为1时,每台试验时间:T=T总/n=50000*1.55/50=1550h

当失效次数r为2时,每台试验时间:T=T总/n=50000*2.25/50=2250h  

当失效次数或为0,为1,为2时,只要样品测试中功能正常,即通过MTBF为50000小时的测试,该批样品可接受;

当失效次数为3时,该批样品拒收。

备注:该试验方案 ,能真实反应产品的MTBF值,但由于不允许加速, 一般要求测试样品数较多,验证时间较长。


三、MTBF的测定(加速试验方案)


1、加速试验方案

引用标准GB T 34986-2017 产品加速试验方法

在加速试验方案中,允许对温度应力、湿度应力、机械应力、电应力等因子进行加速。本例中,对温湿度进行加速。加速因子模型如下:    

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式中,T*为总累计试验时间 ,N为样品数,AF为加速因子,TAF为温度加速因子,HAF为湿度加速因子;

Ea为激活能(eV),电子产品一般取0.6eV,k为玻尔兹曼常数且k=8.6×10-5eV/K;

T为绝对温度、RH为相对湿度(单位%),一般情况下n取为2;  

备注:加速试验方案能大大缩小测试时间,但由加速测试推算出的MTBF可能和产品的MTBF真值之间存在一定的差距。

 2、抽样统计方案

引用标准GB/T 5080.4-1985 设备可靠性试验  可靠性测定试验的点估计和区间估计方法

(指数分布)

在本例中,置信度取90%

MTBF=m=T*/GEM Factor,式中,T*总为累计试验时间,GEM Factor指数模型因子(General exponential model Factor)

当失效数r为0时,仅能确定单边置信下限;

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当失效数不为0时,双边置信区间为:    

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式中,卡方分布,请查阅卡方分布表。

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