平均故障間隔時(shí)間GB5080.7-MTBF測(cè)試

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MTBF，即平均故障間隔時(shí)間，英文全稱是“Mean Time BetweenFailure”，就是從新的產(chǎn)品在規(guī)定的工作環(huán)境條件下開始工作到出現(xiàn)第一個(gè)故障的時(shí)間的平均值。MTBF越長(zhǎng)表示可靠性越高正確工作能力越強(qiáng)。單位為“小時(shí)”。它反映了產(chǎn)品的時(shí)間質(zhì)量，是體現(xiàn)產(chǎn)品在規(guī)定時(shí)間內(nèi)保持功能的一種能力。

MTBF計(jì)算中主要考慮的是產(chǎn)品中每個(gè)器件的失效率。但由于器件在不同的環(huán)境、不同的使用條件下其失效率會(huì)有很大的區(qū)別，例如，同一產(chǎn)品在不同的環(huán)境下，如在實(shí)驗(yàn)室和海洋平臺(tái)上，其可靠性值肯定是不同的;又如一個(gè)額定電壓為16V的電容在實(shí)際電壓為25V和5V下的失效率肯定是不同的。所以，在計(jì)算可靠性指標(biāo)時(shí)，必須考慮上述多種因素。所有上述這些因素，幾乎無法通過人工進(jìn)行計(jì)算，但借助于軟件如MTBFcal軟件和其龐大的參數(shù)庫(kù)，我們就能夠輕松的得出MTBF值。

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具體來說，是指相鄰兩次故障之間的平均工作時(shí)間，也稱為平均故障間隔。它僅適用于可維修產(chǎn)品。同時(shí)也規(guī)定產(chǎn)品在總的使用階段累計(jì)工作時(shí)間與故障次數(shù)的比值為MTBF。磁盤陣列產(chǎn)品一般MTBF不能低于50000小時(shí)。MTBF值是產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)要考慮的重要參數(shù)，可靠性工程師或設(shè)計(jì)師經(jīng)常使用各種不同的方法與標(biāo)準(zhǔn)來估計(jì)產(chǎn)品的MTBF值。

1、MTBF的計(jì)算方法

失效時(shí)間是指上一次設(shè)備恢復(fù)正常狀態(tài)起，到設(shè)備此次失效那一刻之間間隔的時(shí)間。

MTBF值是產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)要考慮的重要參數(shù)，可靠性工程師或設(shè)計(jì)師經(jīng)常使用各種不同的方法與標(biāo)準(zhǔn)來估計(jì)產(chǎn)品的MTBF值。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)包括MIL-HDBK-217F、TelcordiaSR332、Siemens Norm、Fides或UTE C80-810（RDF2000）等。不過這些方法估計(jì)到的值和實(shí)際的平均故障間隔仍有相當(dāng)?shù)牟罹唷Ｓ?jì)算平均故障間隔的目的是為了找出設(shè)計(jì)中的薄弱環(huán)節(jié)。

2、MTBF 是平均故障間隔時(shí)間

隨著服務(wù)器的廣泛應(yīng)用，對(duì)服務(wù)器的可靠性提出了更高的要求。所謂“可靠性”，就是產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力；反之，產(chǎn)品或其一部分不能或?qū)⒉荒芡瓿梢?guī)定的功能是出故障。概括地說，產(chǎn)品故障少的就是可靠性高，產(chǎn)品的故障總數(shù)與壽命單位總數(shù)之比叫“故障率”（Failurerate），常用λ表示。例如正在運(yùn)行中的100只硬盤，一年之內(nèi)出了2次故障，則每個(gè)硬盤的故障率為0.02次/年。

當(dāng)產(chǎn)品的壽命服從指數(shù)分布時(shí)，其故障率的倒數(shù)就叫做平均故障間隔時(shí)間，簡(jiǎn)稱MTBF。即：MTBF=1/λ 。

標(biāo)準(zhǔn)故障率的曲線可以用眾所周知的“浴盆曲線”來描述。所有元件和系統(tǒng)的曲線形狀都近似相同-只是時(shí)間軸方向上的延伸率不同。它可以分為三個(gè)區(qū)域：早期故障期（I），有效工作期（II），生命終期（III）。MTTF包含了區(qū)域I和II，而MTBF只包含了區(qū)域（II）。

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第I部分描述了早期故障，它通常是由潛在的材料失效或者是在發(fā)貨前的終產(chǎn)品檢測(cè)中沒被發(fā)現(xiàn)的制造缺陷所造成的。早期故障通常持續(xù)的時(shí)間較短，即使是很復(fù)雜的系統(tǒng)在使用了200小時(shí)后也很少再出現(xiàn)早期故障。例如DC-DC轉(zhuǎn)換器來說，大多數(shù)早期故障會(huì)在使用24小時(shí)之內(nèi)發(fā)生。24小時(shí)對(duì)保質(zhì)期為三年的轉(zhuǎn)換器來說可能很短，但是試想一個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換器的工作頻率為100Hz，開關(guān)三極管和變壓器在使用的第一天就會(huì)被操作1億4千萬次以上，因而如果有元件缺陷的話這段時(shí)間內(nèi)就應(yīng)該會(huì)發(fā)生故障。

因?yàn)闊釕?yīng)力也是增加失效率的原因之一，從早期故障到有效工作之間的過渡時(shí)間（T1）可以通過在熱箱中的預(yù)燒處理得到顯著的縮短。如果產(chǎn)品在高溫條件下工作，那么4小時(shí)的預(yù)燒時(shí)間測(cè)試就足以發(fā)現(xiàn)幾乎所有的早期故障。如果在終應(yīng)用中還是出現(xiàn)了早期故障，那么可以增加預(yù)燒時(shí)間。對(duì)于高可靠性的應(yīng)用裝置例如鐵軌，預(yù)燒時(shí)間多為24小時(shí)。

在有效工作壽命階段，區(qū)域II，故障率持續(xù)穩(wěn)定在較低的等級(jí)。第二個(gè)過渡時(shí)間（T2），從有效果工作壽命階段到產(chǎn)品的生命終期，受到許多因素的影響，比如設(shè)計(jì)以及所使用的元件的質(zhì)量，制造時(shí)的組裝質(zhì)量以及應(yīng)用的環(huán)境壓力。區(qū)域III表明了產(chǎn)品壽命周期的末期，其間由于磨損，材料的化學(xué)降解和突發(fā)故障導(dǎo)致產(chǎn)品性能下降。

大多制造商使用預(yù)燒處理來發(fā)現(xiàn)主要的早期故障，MTBF特性通?？梢栽谝?guī)格書中找到。

一些制造商更傾向于使用MTBF失效率的倒數(shù)，基于109小時(shí)，稱為失效時(shí)間（Failures In Time/FIT）：

近看到一款可用于服務(wù)器的硬盤，MTBF高達(dá)120萬小時(shí)，保修5年。120萬小時(shí)約為137年，并不是說該種硬盤每只均能工作137年不出故障。由MTBF=1/λ可知λ=1/MTBF=1/137年，即該硬盤的平均年故障率約為0.7%，一年內(nèi)，平均1000只硬盤有7只會(huì)出故障。