電子失效性：正確理解MTBF

許多人對(duì)失效時(shí)間均勻分布（MTBF）的計(jì)算方法存在誤解，為了幫助解釋這個(gè)常常被誤解的話(huà)題，ZVEI寫(xiě)作了一份指南，目的是通過(guò)使用實(shí)際例子展示各種MTBF協(xié)議之間的差異和相似之處，幫助解釋MTBF數(shù)值是如何推導(dǎo)和應(yīng)用的。MTBF計(jì)算是一個(gè)非常有用的工具，用來(lái)設(shè)計(jì)高度可靠的電源，并為全新產(chǎn)品提供長(zhǎng)期保修，同時(shí)也允許用戶(hù)提前評(píng)估其系統(tǒng)的預(yù)期壽命并制定必要的維護(hù)或更換計(jì)劃。如何應(yīng)用MTBF值，可以作為進(jìn)一步計(jì)算或評(píng)估的基礎(chǔ)，具體確定在領(lǐng)域中已知數(shù)量的產(chǎn)品中每年的故障數(shù)。如果給定的MTBF值適用于特定應(yīng)用和環(huán)境條件，這個(gè)計(jì)算才能有效應(yīng)用。

一）基礎(chǔ)知識(shí)

要理解MTTF（平均失效時(shí)間）、MTBF（平均失效間隔）和壽命之間的區(qū)別，可以通過(guò)汽車(chē)可靠性的例子來(lái)幫助理解：MTTF是車(chē)輛首次故障所需的時(shí)間，可能很短，包括制造和裝配的故障，因此可能只是幾個(gè)月。在汽車(chē)正常使用后，可能需要定期維修，通常每三到四年進(jìn)行一次。隨著汽車(chē)變老，需要維修的頻率變得更加頻繁，最終汽車(chē)變得非常不可靠，被報(bào)廢。定期發(fā)生的MTBF間隔是車(chē)輛基礎(chǔ)故障率的有用度量，忽略了早期故障和老化故障。

電子系統(tǒng)很少被修理，但MTBF仍然是計(jì)算任何電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)可靠性的有用方法，通常以千小時(shí)為單位表示。通常使用MTBF間隔的倒數(shù)，即故障發(fā)生時(shí)間（FIT），關(guān)系很簡(jiǎn)單：FIT = 10^9 / MTBF，以十億個(gè)工作小時(shí)的故障為單位。也可以使用其他可靠性限制，例如B10%，表示樣本失效超過(guò)規(guī)格的時(shí)間，而不是完全故障。

二）MTBF與壽命的比較

MTBF（平均失效間隔）指的是系統(tǒng)或組件連續(xù)故障的平均時(shí)間，是可靠性的一種度量。壽命通常指的是系統(tǒng)或組件在被淘汰或更換之前的總運(yùn)行時(shí)間。MTBF是一個(gè)統(tǒng)計(jì)量，而壽命是實(shí)際持續(xù)時(shí)間，并不相同。

壽命是產(chǎn)品由于使用/磨損而失敗其規(guī)格的時(shí)間。最薄弱的環(huán)節(jié)/部件決定了壽命。MTBF不考慮磨損，而是由于故障而導(dǎo)致的失敗，因此代表產(chǎn)品的統(tǒng)計(jì)失效。

三）為什么MTBF可以大于壽命？

這可能是因?yàn)镸TBF計(jì)算不考慮磨損，而壽命計(jì)算考慮了由于使用引起的磨損。當(dāng)產(chǎn)品被設(shè)計(jì)時(shí)，通常會(huì)采用適當(dāng)?shù)墓こ毯驮O(shè)計(jì)措施來(lái)降低故障率，從而提高M(jìn)TBF。隨著時(shí)間的推移，由于使用和磨損，產(chǎn)品可能逐漸失效，壽命可能會(huì)變得較短。MTBF可以被設(shè)計(jì)得很高，但產(chǎn)品的壽命可能受到磨損等因素的影響而減少。在使用MTBF時(shí)，需要注意這個(gè)差異，以便更好地理解產(chǎn)品的可靠性和壽命。正確的MTBF計(jì)算可以幫助制造商設(shè)計(jì)更可靠的產(chǎn)品，并使用戶(hù)能夠提前了解其系統(tǒng)的壽命，以制定適當(dāng)?shù)木S護(hù)或更換計(jì)劃。

1） 預(yù)測(cè)可靠性（MTBF）

MTBF是一種基于平均組件故障率乘以特定應(yīng)力因素的統(tǒng)計(jì)計(jì)算。MTBF計(jì)算忽略了這些個(gè)體故障的結(jié)果 —— 一個(gè)電源可能仍然可以工作，即使單個(gè)組件有缺陷，可能無(wú)法達(dá)到完全的性能水平?？梢詮腗TBF數(shù)值中計(jì)算出預(yù)測(cè)可靠性。例如，如果在1年的使用后，一個(gè)單元的故障率應(yīng)該小于1%。

2 證明可靠性（dMTBF）

證明性MTBF基于實(shí)際領(lǐng)域中的故障數(shù)據(jù)，因此是確定實(shí)際故障率的更可靠、盡管資源密集的方法。為了在統(tǒng)計(jì)上具有意義，至少需要監(jiān)測(cè)50個(gè)單位，并在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

3 計(jì)算壽命

由于許多電子元件無(wú)法修復(fù)，計(jì)算壽命也可用于預(yù)測(cè)整體可靠性，而不僅僅是MTBF數(shù)值。由于電解電容通常被認(rèn)為是電子電路中最不可靠的組件，計(jì)算它們的壽命是預(yù)測(cè)整個(gè)單元壽命的一種有用方式.如果使用壽命為7000小時(shí)（0.8年）的電容器，以70°C而不是最大105°C的溫度使用，紋波電流為最大紋波電流的一半，工作電壓為最大工作電壓的90%，那么預(yù)測(cè)壽命將為17.4萬(wàn)小時(shí)，20年！

四）可靠性標(biāo)準(zhǔn)

1）MIL-HDBK-217F

美軍標(biāo)于1962年發(fā)布，是第一個(gè)基于標(biāo)準(zhǔn)的程序指導(dǎo)，是電子系統(tǒng)故障率計(jì)算的最古老的程序指導(dǎo)之一，并迅速成為全球標(biāo)準(zhǔn)。由于其在全球的高度認(rèn)可，許多制造商仍然遵循它，即使它自1995年以來(lái)就沒(méi)有公開(kāi)維護(hù)過(guò)。

2）IEC 61709 (SN 29500)

在德國(guó)，西門(mén)子公司解決了可靠性問(wèn)題，通過(guò)零部件、設(shè)備和系統(tǒng)制造商的經(jīng)驗(yàn)，編寫(xiě)了西門(mén)子標(biāo)準(zhǔn)29500“元件失效率”。該標(biāo)準(zhǔn)非常通用，可應(yīng)用于所有電子設(shè)備，包含了一個(gè)包含組件基礎(chǔ)失效率的龐大數(shù)據(jù)庫(kù)。

隨著全球化的增加，在國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）框架內(nèi)創(chuàng)建了一個(gè)統(tǒng)一的程序指導(dǎo)。西門(mén)子標(biāo)準(zhǔn)SN 29500被確定為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)，于1996年10月以IEC 61709“換算的故障率和應(yīng)力模型的參考條件”標(biāo)準(zhǔn)的形式發(fā)布。它描述了定義、參考條件和轉(zhuǎn)換模型，并與已存在的SN29500完全一致。IEC標(biāo)準(zhǔn)僅包括數(shù)學(xué)計(jì)算模型，而組件的基礎(chǔ)故障率必須由制造商或現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)確定。

IEC 61709于1998年3月被采納為歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 61709，并于1999年1月以DIN EN 61709的形式發(fā)布。

3） Belcore/Telcordia SR-332

與軍工行業(yè)平行，電信行業(yè)在20世紀(jì)80年代初制定了自己的實(shí)踐準(zhǔn)則。它們通?；谲娪檬謨?cè)，但更專(zhuān)門(mén)處理特定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。其中一些著名的代表有：

●美國(guó)貝爾通訊研究公司的“電子設(shè)備可靠性預(yù)測(cè)程序”（TR-NWT-332）

●英國(guó)電信的“電信系統(tǒng)中使用的元件可靠性數(shù)據(jù)手冊(cè)”（HRD）

●法國(guó)電信的“CNET可靠性數(shù)據(jù)匯編”（RDF）

審核編輯：湯梓紅