汽車零部件檢測實驗室

實例解說：電子電器產品的MTBF平均無故障時間測試

 
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  •      GRGT環境可靠性項目包括：霉菌試驗，鹽霧腐蝕試驗，氣體腐蝕試驗，氙燈老化試驗，碳弧燈老化試驗，振動試驗，沖擊試驗，高低溫試驗，溫度沖擊試驗，高低氣壓試驗，耐久性試驗，三綜合試驗，溫濕度試驗，防塵防水試驗，溫度循環及沖擊等試驗?？赏瓿蓢鴺?、行業標準、國際標準、航空標準的試驗，是華南地區最大的綜合性實驗室。在全國華中、華東、華北、西北地區重要城市均開設有獨立的實驗室，綜合能力在國內排在前三。

  •       MTBF測試作為環境可靠性測試的一種典型試驗，GRGT有著多年的經驗與方法，不但可以提供最可靠的方案，同時提供最優的測試服務，本文結合例子解讀MTBF平均無故障時間“Mean Time Between Failure”

  • 對MTBF的理解

  • 偶爾會有朋友咨詢：產品的MTBF是80000小時，我用這個產品，能確保80000小時內不會出故障嗎？這是個有點類似于一米的長度和一斤的重量哪個大的問題，好糾結。

  • MTBF（Mean Time Between Failure）：即平均故障間隔時間，是衡量一個產品（尤其是電器產品）的可靠性指標，單位為“小時”。產品的故障總數與壽命單位總數之比為“故障率”，用λ表示，故障率的倒數就是MTBF，即：MTBF=1/λ。

  • 以硬盤為例，查詢希捷一款型號為“ST2000NX0263”2TB的硬盤規格書，MTBF指標為140萬小時。

  • 140萬小時，約為160年，并不是說這種硬盤能用160年不出故障，由MTBF=1/λ可知， λ=1/ MTBF=1/160年，即這個型號硬盤的平均年故障率約為0.6%，一年內，平均1000只硬盤有6只會出故障。

  • 產品質量的浴盆曲線

  • 前人已通過實踐證明，大多數設備的故障率是時間的函數，典型故障曲線稱之為浴盆曲線(Bathtub curve，失效率曲線) ，如下圖。

  • 曲線的形狀呈兩頭高，中間低，具有明顯的階段性，可劃分為三個階段：早期的失效故障（隨時間推移快速下降），使用壽命期的故障（故障率較低，且比較穩定），壽命后期的故障（接近產品的使用壽命，故障率劇增）。

  • 由浴盆曲線可知，在早期失效期，產品在開始使用時，失效率很高，但隨著產品工作時間的增加，失效率迅速降低，這一階段失效的原因大多是由于設計、原材料或制造過程中的缺陷造成的。因此，提高MTBF見效較快、投入較低，同時也是很多廠商在做的方法就是：產品在出廠前，先進行老煉篩選測試，以便及早發現、排除故障，或剔除不合格品，以保證產品的供貨質量。

  • 例如：拿電源來說，根據產品的不同，出廠前都需做適當的高溫老煉，老煉完畢再測試包裝入庫。

  • 圖4 步入式高溫老化箱

  • 圖5 機械老化帶負載
  • 一、通過計算得出MTBF的參考值

  • 以硬盤為例，現在普通硬盤的MTBF達140萬小時，不可能連續運行140萬小時來檢驗MTBF參數。事實上，MTBF普遍采用計算的方法來評估，目前國內接受度較高的主要有三個標準：MIL-HDBK-217和GJB/Z299B，用于軍工產品；Bellcore，用于民用產品。

  • 圖6普通硬盤的MTBF

  • 上述三個標準都包括了IC、二極管、電容器、繼電器、連接器等常見元器件的失效模型，但事實上，由于影響元器件失效率的因素眾多，包括溫度、電應力、環境應力、降額設計余量、機械結構等，且這些因素的不同，相應的影響系數也不一樣，導致評估的MTBF結果千差萬別，在實際的操作中，會以較差的環境情況來評估，并借助于專業軟件和其參數庫，得出參考的MTBF值。

  • 二、通過加速壽命試驗的方法評估MTBF

  • MTBF除可通過計算得到參考值外，也可以通過加速壽命試驗的方法來獲得。這種方法可用來預測產品的使用可靠性，但依然不能等同于實際使用的可靠性。

  • 加速壽命的試驗，可以用不同的應力或應力組合來篩選。例如，根據美國環境科學學會在1981年及1984年發表的環境應力篩選有效性報告，在各種常用的篩選應力中，按其篩選效率加以比較，依次為溫度循環、高溫、隨機振動、電應力、冷熱沖擊、定頻正弦振動、低溫、正弦掃描振動、復合環境、機械沖擊、濕度、加速度、高度。其中溫度循環和隨機振動的效率最佳，如下圖所示。

  • 圖7應力種類及其篩選效果圖

  • 根據加速壽命試驗的方法，企業可結合自身的實際條件和產品特性，有針對性的做某些試驗，以評估和提高產品的MTBF。
  • 圖8 高加速壽命試驗設備
  • 人的生命是有限的，可是，為您的服務是無限的，我要把有限的生命，投入到無限的為您服務之中去。
  • 環境技術銷售工程師：張先森
  • 技術支持熱線：18620908348
  • email：zhanghp@grgtest.com
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