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以下內(nèi)容為可靠性知識(shí)共享學(xué)習(xí)會(huì)的會(huì)員朋友(黃永兆)的經(jīng)驗(yàn)分享,非常感謝其支持與共享,謝謝!



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五、產(chǎn)品MTBF評(píng)估方法

1、MTBF測(cè)試法

? ? ? ?MTBF測(cè)試方式主要有:全壽命試驗(yàn)、定時(shí)截尾試驗(yàn)、定數(shù)截尾試驗(yàn)。

? ? ? ?全壽命試驗(yàn)要求所有樣品都在試驗(yàn)中最終都失效,只需要采用簡(jiǎn)單的算術(shù)平均值就可以計(jì)算出MTBF。但事實(shí)上需要試驗(yàn)樣品在試驗(yàn)過(guò)程中全部失效,所需要的試驗(yàn)時(shí)間可能長(zhǎng)達(dá)幾年、十幾年甚至上百年。因此,此方法只可能使用于產(chǎn)品的壽命時(shí)間比較短的產(chǎn)品。

定時(shí)截尾試驗(yàn)指試驗(yàn)到規(guī)定的時(shí)間終止。

定數(shù)截尾試驗(yàn)指試驗(yàn)到出現(xiàn)規(guī)定的故障數(shù)或失效數(shù)時(shí)而終止。

定時(shí)截尾試驗(yàn)和定數(shù)截尾實(shí)驗(yàn)采用的MTBF計(jì)算公式為:

Confirmation?time,總的樣品測(cè)試時(shí)間

Acceleration factor,加速因子

Likelihood,基于某種置信度水平下定時(shí)截尾試驗(yàn)和定數(shù)截尾實(shí)驗(yàn)因子


2、MTBF計(jì)算法目前用于MTBF預(yù)計(jì)計(jì)算的主要標(biāo)準(zhǔn)為MIL-HDBK-217F。該標(biāo)準(zhǔn)是由美國(guó)國(guó)防部可靠性中心及Rome實(shí)驗(yàn)室提出并成為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),專門(mén)用于軍工產(chǎn)品MTBF值計(jì)算。該標(biāo)準(zhǔn)從95年發(fā)布最后一版后不再對(duì)其進(jìn)行更新維護(hù),這本身也反應(yīng)了標(biāo)準(zhǔn)本身的局限性。MIL-HDBK-217F對(duì)應(yīng)的國(guó)內(nèi)版本為GJB299C,目前最新標(biāo)準(zhǔn)為GJB299C-2006,據(jù)說(shuō)要出GJB299D但一直沒(méi)出來(lái)。MIL-HDBK-217F采用了應(yīng)力分析法和元件計(jì)數(shù)法分析產(chǎn)品的MTBF。該方法通過(guò)元器件的數(shù)量以及零件的故障率評(píng)估產(chǎn)品的無(wú)故障時(shí)間。

商用電子產(chǎn)品通常使用Telcordia SR-332標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行MTBF預(yù)測(cè)。該方法是從貝爾實(shí)驗(yàn)室通信研究中心發(fā)展起來(lái)的用于評(píng)估電信設(shè)備可靠性預(yù)計(jì)方法。目前最新版本為issue4-2016。該方法給出了三種預(yù)計(jì)方法,即元器件計(jì)數(shù)法,實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)法以及基于現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的預(yù)計(jì)法。商用電子產(chǎn)品還可以使用SN29500預(yù)測(cè)手法。這一模型是由西門(mén)子公司專門(mén)為西門(mén)子與西門(mén)子有關(guān)的人員而研制,作為進(jìn)行可靠性預(yù)計(jì)的統(tǒng)一基礎(chǔ)。文件中的標(biāo)準(zhǔn)是以規(guī)定條件下的失效率為基礎(chǔ)。失效率根據(jù)應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)而確定,外部來(lái)源(如217,322)也可以加以考慮。


六、產(chǎn)品MTBF測(cè)試法實(shí)例1、全壽命測(cè)試法

假設(shè)10臺(tái)手機(jī)每天24小時(shí)不間斷運(yùn)行規(guī)定的測(cè)試,測(cè)試內(nèi)容包括2G/3G語(yǔ)音呼叫、短彩信、瀏覽器上網(wǎng)、電話本操作。測(cè)試過(guò)程中出現(xiàn)的測(cè)試用例失敗情況都會(huì)記錄下來(lái),然后用10臺(tái)手機(jī)總的運(yùn)行時(shí)間除以全部手機(jī)出現(xiàn)的測(cè)試失敗次數(shù),即得到MTBF值。比如,測(cè)試100小時(shí)出現(xiàn)1臺(tái)失效,測(cè)試200小時(shí)出現(xiàn)2臺(tái)失效,測(cè)試300小時(shí)出現(xiàn)3臺(tái)失效,測(cè)試400小時(shí)剩下4臺(tái)全部失效。那么此款手機(jī)的MTBF=(100*1 200*2 300*3 400*4)/10=300。即300小時(shí)。


2、定時(shí)截尾試驗(yàn)測(cè)試法

假設(shè)10臺(tái)手機(jī)每天24小時(shí)在40攝氏度溫度下不間斷運(yùn)行規(guī)定的測(cè)試,測(cè)試內(nèi)容包括2G/3G語(yǔ)音呼叫、短彩信、瀏覽器上網(wǎng)、電話本操作。測(cè)試到規(guī)定時(shí)間1000小時(shí),沒(méi)有出現(xiàn)失效。那么按照90%置信度的MTBF是多少。40攝氏度溫度的加速因子為3.4(相較于一般25攝氏度用戶使用環(huán)境,通常采用Arrhenius Mode)

MTBF=1000*10*3.4/2.303=14763小時(shí)


3、定數(shù)截尾試驗(yàn)測(cè)試法

假設(shè)10臺(tái)手機(jī)每天24小時(shí)在40攝氏度溫度下不間斷運(yùn)行規(guī)定的測(cè)試,測(cè)試內(nèi)容包括2G/3G語(yǔ)音呼叫、短彩信、瀏覽器上網(wǎng)、電話本操作。測(cè)試到1000小時(shí),一臺(tái)出現(xiàn)失效,測(cè)試停止。那么按照90%置信度的MTBF是多少。40攝氏度溫度的加速因子為3.4(相較于一般25攝氏度用戶使用環(huán)境)

MTBF=1000*10*3.4/3.891=8738小時(shí)

除了上面介紹的三種方法以外,還有運(yùn)用《GB/T 5080.7-1986 設(shè)備可靠性試驗(yàn)恒定失效率假設(shè)下的失效率與平均無(wú)故障時(shí)間的驗(yàn)證試驗(yàn)方案》的測(cè)試方案來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。


七、產(chǎn)品MTBF計(jì)算預(yù)測(cè)法實(shí)例1、217預(yù)測(cè)實(shí)例

217預(yù)測(cè)法主要采用應(yīng)力分析法和元件計(jì)數(shù)法分析產(chǎn)品的MTBF。下面主要列舉運(yùn)用元件計(jì)數(shù)法分析預(yù)測(cè)產(chǎn)品的MTBF。例如:某電子產(chǎn)品由五類元件組成,分別為集成電路、晶體管、二極管、電容以及電阻組成,元件數(shù)量分別為2146、507、1268、416以及2063,那么按照217預(yù)測(cè)該系統(tǒng)的MTBF如下:

系統(tǒng)總的失效率 λ=9.815*10??/h ? ? MTBF=1/λ

所以系統(tǒng) MTBF(Prediction)=1.018*10? h


2、SR332預(yù)測(cè)實(shí)例

依靠可得到的數(shù)據(jù)量,對(duì)器件i的穩(wěn)態(tài)失效率λSSi可使用如下三種方法中一種方法進(jìn)行預(yù)測(cè):?

1、黑箱法(零件計(jì)數(shù))?

這種方法假設(shè)不能從實(shí)驗(yàn)室或者現(xiàn)場(chǎng)得到數(shù)據(jù),其預(yù)測(cè)完全基于從本文件中可得到的通用數(shù)據(jù)。

2、結(jié)合實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)的黑箱法

這種方法假設(shè)可得到相關(guān)的器件的實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù),該方法使用實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)對(duì)通用數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)以產(chǎn)生精確的失效率預(yù)測(cè)。

3、結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的黑箱法

這種方法假設(shè)可得到相關(guān)的器件的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù),該方法使用現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)對(duì)通用數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)以產(chǎn)生精確的失效率預(yù)測(cè)。

注意這三種方法都需要對(duì)失效率進(jìn)行黑箱法預(yù)測(cè),其他兩種方法使用輔助數(shù)據(jù)是為了提高預(yù)測(cè)的精度。所以這里也主要介紹黑箱法。

黑箱法對(duì)器件穩(wěn)態(tài)失效率的預(yù)測(cè)建立在器件的基礎(chǔ)穩(wěn)態(tài)失效率基礎(chǔ)上,這些基礎(chǔ)的失效率的值通過(guò)質(zhì)量、應(yīng)力、環(huán)境和溫度來(lái)進(jìn)行修正。

λ p= 器件的穩(wěn)態(tài)失效率

λ b=器件的基礎(chǔ)失效率

πE=?環(huán)境因素:Environment factor

πS=電應(yīng)力因素:Electrical Stress factor

πT=?溫度因素:Temperature factor

πQ=品質(zhì)因素:Quality factor


八、MTBF計(jì)算預(yù)測(cè)法缺點(diǎn)

由上面的舉例可以看出,計(jì)算預(yù)測(cè)法主要考慮的是產(chǎn)品中每個(gè)器件的失效率;應(yīng)力影響因素包括:πE 環(huán)境因素Environment factor)、πQ品質(zhì)因素:(Quality factor)、πA 應(yīng)用因素:(Application factor)、πC復(fù)雜性因素:(Quality factor)、πL 累計(jì)因素:(Learning factor)、πS電應(yīng)力因素:(Electrical Stress factor)、πT 溫度因素:(Temperature factor)等。這種方法假設(shè)了產(chǎn)品的器件都工作在預(yù)期的工作應(yīng)力下,比如我們通常會(huì)假設(shè)所有元器件的電壓應(yīng)力都是50%,溫度應(yīng)力都是40攝氏度,但是實(shí)際上每個(gè)零件都是獨(dú)立的,它的溫度應(yīng)力,電壓應(yīng)力都是不同的。

另外,由于種種不可預(yù)期的因素,產(chǎn)品中某些元器件可能會(huì)有瞬間的過(guò)應(yīng)力情況發(fā)生。還有一種情況就是很多對(duì)產(chǎn)品壽命有影響的應(yīng)力因素我們難以評(píng)估的周全,比如沒(méi)有充分考慮產(chǎn)品的制造工藝、采購(gòu)策略、質(zhì)量管理水平、人為因素等對(duì)產(chǎn)品可靠性的影響。同時(shí)在計(jì)算參數(shù)的選擇上受計(jì)算人員對(duì)系數(shù)的掌握和了解程度影響很大,例如很多可靠性工程師不了解元件特性,通常會(huì)把三極管和MOS管當(dāng)作同類器件處理,還有即使是同樣是MOS管,開(kāi)關(guān)mode和線性mode都會(huì)不同,因此和實(shí)際值相比會(huì)有很大的差異。


未完待續(xù)......下一篇預(yù)告:主要介紹產(chǎn)品MTBF預(yù)測(cè)的現(xiàn)實(shí)意義、MTBF與設(shè)計(jì)結(jié)合、結(jié)尾等!


以上內(nèi)容,若有不正確,請(qǐng)指導(dǎo)修正,歡迎持續(xù)討論,謝謝!




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