產(chǎn)品可靠度MTBF原理ppt課件

1、MTBF&產(chǎn)品可靠度驗(yàn)證 編寫: 劉法芝 Date:Sep.03.2004.隨著電子技術(shù)的開展,對電子設(shè)備也提出了更高的要求,由于設(shè)備技術(shù)性能和構(gòu)造要求等方面的提高,可靠性問題愈顯突出,假設(shè)沒有可靠性保證,高性能目的是沒有任何意義的. 一.可靠度的根本概念現(xiàn)代用戶買產(chǎn)品就是買可靠性,對消費(fèi)廠家來說,可靠性就是信譽(yù),就是市場,就是經(jīng)濟(jì)效益.從整機(jī)來講,可靠性貫穿于設(shè)計(jì)、消費(fèi)、管理中,從部件、元器件的角度來講,電子元器件的可靠性程度決議了整機(jī)的可靠性程度。.可靠性屬于質(zhì)量的范疇,是產(chǎn)質(zhì)量量的時(shí)間函數(shù),從根本概念上講,可靠性目的與質(zhì)量的性能目的所強(qiáng)調(diào)的內(nèi)容是不同的,可靠性的根本概念與時(shí)間有關(guān),這些根

2、本概念的詳細(xì)化,就是產(chǎn)品缺點(diǎn)或壽命特征的數(shù)學(xué)模型化,只需經(jīng)過可靠性實(shí)驗(yàn)才干確定產(chǎn)品缺點(diǎn)或壽命特征符合哪一種數(shù)學(xué)分布,才可以決議產(chǎn)品的可靠性目的,進(jìn)而推算產(chǎn)品的可靠程度,在可靠性工程中,最常見的壽命分布函數(shù)有指數(shù)分布,威布爾分布,對數(shù)正態(tài)分布和正態(tài)分布. 二.可靠性試驗(yàn)的特點(diǎn)和分類電子設(shè)備的可靠性目的是一些綜合性、統(tǒng)計(jì)性的目的，與質(zhì)量性能目的完全不同，不能夠用儀表、儀器或其它手段得到結(jié)果，而是要經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，從實(shí)驗(yàn)的過程中獲得必要的數(shù)據(jù)，然后經(jīng)過數(shù)據(jù)分析，處置才干得到可靠性目的的統(tǒng)計(jì)量?？煽啃阅康牡膶?shí)現(xiàn)主要依托現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)或模擬現(xiàn)場條件實(shí)驗(yàn)，普通說電子設(shè)備的可靠性實(shí)驗(yàn)可以分為研制階段的實(shí)驗(yàn)，可靠性驗(yàn)收實(shí)

3、驗(yàn)，可靠性增長實(shí)驗(yàn)，元器件老煉實(shí)驗(yàn)，極限實(shí)驗(yàn)，負(fù)荷及過負(fù)荷實(shí)驗(yàn)，過載才干實(shí)驗(yàn)等，這類實(shí)驗(yàn)的目的是了解設(shè)計(jì)能否滿足了可靠性目的的要求，找出或排除設(shè)計(jì)與制造過程中的缺限和缺乏，證明設(shè)計(jì)可靠性能否實(shí)現(xiàn).對于不同的電子設(shè)備，所要到達(dá)的目的不同，可以進(jìn)展的可靠性實(shí)驗(yàn)方式也就各異.因此可靠性實(shí)驗(yàn)對于電子設(shè)備來說是一個(gè)系統(tǒng)工程，溫度、振動(dòng)、沖擊及高溫壽命、加速壽命等實(shí)驗(yàn)在實(shí)踐運(yùn)用中較為廣泛。. 三.MTBF術(shù)語MTBF:即平均無缺點(diǎn)時(shí)間英文全稱:Mean Time Between Failure定義:衡量一個(gè)產(chǎn)品尤其是電器產(chǎn)品的可靠性目的,單 位為“小時(shí).它反映了產(chǎn)品的時(shí)間質(zhì)量,是表達(dá)產(chǎn)品在 規(guī)定時(shí)間內(nèi)堅(jiān)持

4、功能的一種才干.詳細(xì)來說,是指相鄰 兩次缺點(diǎn)之間的平均任務(wù)時(shí)間，也稱為平均缺點(diǎn)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)任務(wù)時(shí)間與缺點(diǎn)次數(shù)的比值為MTBF ,磁 盤陣列產(chǎn)品普通MTBF不能低于50000小時(shí)。 . 四. MTBF測試原理1.加速壽命試驗(yàn) (Accelerated Life Testing) 1.1 執(zhí)行壽命試驗(yàn)的目的在於評估產(chǎn)品在既定環(huán)境下之運(yùn)用 壽命. 1.2 常規(guī)試驗(yàn)耗時(shí)較久,且需投入大量的金錢,而產(chǎn)品可靠度 資訊又不能及時(shí)獲得並加以改善. 1.3 可在實(shí)驗(yàn)室裡以加速壽命試驗(yàn)的方法,在可接受的試驗(yàn)時(shí) 間裡評估產(chǎn)品的運(yùn)用壽命. 1.4 是在物理與時(shí)間上,

5、加速產(chǎn)品的劣化肇因,以較短的時(shí)間 試驗(yàn)來推定產(chǎn)品在正常運(yùn)用狀態(tài)的壽命或失效率.但根本 條件是不能破壞原有設(shè)計(jì)特性. . 1.5 普通情況下, 加速壽命試驗(yàn)考慮的三個(gè)要素是環(huán)境應(yīng) 力,試驗(yàn)樣本數(shù)和試驗(yàn)時(shí)間. 1.6 普通電子和資訊業(yè)的零件可靠度方式及加速方式幾乎 都可以從美軍規(guī)範(fàn)或相關(guān)文獻(xiàn)查得,也可自行試驗(yàn)分析, 獲得其數(shù)學(xué)經(jīng)驗(yàn)公式. 1.7 假設(shè)溫度是產(chǎn)品獨(dú)一的加速要素,則可採用阿氏模型 (Arrhenius Model),此方式最為常用. 1.8 引進(jìn)溫度以外的應(yīng)力,如濕度,電壓,機(jī)械應(yīng)力等,則為 愛玲模型(Eyring Model),此種方式適用的產(chǎn)品包括電燈, 液晶顯示元件,電容器等.1

6、.9 反乘冪法則(Inverse Power Law)適用於金屬和非金屬材 料,如軸承和電子裝備等.1.10 復(fù)合方式(Combination Model)適用於同時(shí)考慮溫度 與電壓作為環(huán)境應(yīng)力的電子資料(如電容如下式為電 解電容器壽命計(jì)算公式)1.11 普通情況下,主動(dòng)電子零件完全適用阿氏模型,而電子 和資訊類廢品也可適用阿氏模型,緣由是廢品類的失 效方式是由大部分主動(dòng)式電子零件所構(gòu)成.因此,阿氏 模型廣泛應(yīng)用於電子,資訊行業(yè).2. 阿氏模型的加速因子 2.1 阿氏模型來源於瑞典物理化學(xué)家Svandte Arrhenius 1887 年提出的阿氏反應(yīng)方程式. R:反應(yīng)速度 speed of

7、reaction A:溫度常數(shù) a unknown non-thermal constant EA:活化能 activation energy (eV) K:Boltzmann常數(shù),等於8.623*10-5 eV/0K. T:為絕對溫度(Kelvin). 2.2 加速因子 加速因子即為產(chǎn)品在運(yùn)用條件下的壽命(Luse)和高測試應(yīng) 力條件下(Laccelerated)的壽命的比值. 假設(shè)產(chǎn)品壽命適用於阿氏模型,則其加速因子為:AF=eEa/K(1/Ts-1/Tu) Ts:室溫+常數(shù)273 Tu:高溫+常數(shù)273 K: :Boltzmann常數(shù),等於8.623*10-5 eV/0K. 2.3 加速

8、因子中活化能Ea的計(jì)算 2.3.1 普通電子產(chǎn)品在早夭期失效之Ea為0.20.6Ev,正 常有用期失效之Ea趨近於1.0Ev;衰老期失效之Ea 大於1.0Ev. 2.3.2 根據(jù) HP 可靠度工程部(CRE)的測試規(guī)範(fàn),Ea是機(jī) 臺一切零件Ea的平均值.假設(shè)新機(jī)種的Ea無法計(jì) 算,可以將Ea設(shè)為0.67Ev,做常數(shù)處理. 2.3.3 但是,Dell和Motorola機(jī)種的Ea因客戶有特殊要求 須設(shè)為0.6Ev. 2.3.4 如按機(jī)臺一切零件Ea的平均值來計(jì)算,則可按以 以例證參考進(jìn)行.注:對各類電子零部件其Ev值可按上述參考值進(jìn)行計(jì)算. 五. MTBF推算方法 1. 由MTBF定義可知,規(guī)定產(chǎn)

9、品在總的運(yùn)用階段累計(jì)任務(wù) 時(shí)間與缺點(diǎn)次數(shù)的比值為MTBF, 指數(shù)(Exponential)分布 是可靠度統(tǒng)計(jì)分析中運(yùn)用最普遍的機(jī)率分布.指數(shù)分布 之MTBF數(shù)值為失效率的倒數(shù),故一旦知道值,即可 由可靠度函數(shù)估算產(chǎn)品的可靠度. MTBF= Total Operating(Hrs)/Total Failures . 2. MTBF的估計(jì)值符合卡方分配原理, 其語法為: CHIINV(probability,degrees_freedom)或2X(probability,degrees_freedom) 故有以下公式:T= Total Hoursr=Number of failures =Conf

10、idence interval注: If there are no failures then:(假設(shè)未有不良發(fā)生) MTBFlower = T/-ln(Confidence Interval). 六.DMTBF計(jì)算DMTBF:平均無缺點(diǎn)時(shí)間驗(yàn)證英文全稱:Demonstration Mean time Between failures 計(jì)算方法:以溫度為加速壽命實(shí)驗(yàn)且采用阿氏加速壽命方式 (Arrhenius Model) 計(jì)算公式:(實(shí)際運(yùn)用中,如需求可在分子上乘上24Hrs以方便計(jì)算時(shí)數(shù))Duration =(MTBFspec/2)* GEMfactor/(DC*Sample size*A

11、fpowr*AF) Duration:持續(xù)測試時(shí)間 MTBFspec:平均無缺點(diǎn)時(shí)間 GEMfactor: General Exponential Model綜合指數(shù) DC: Duty cycle占空比 Sample size:樣本數(shù) Afpower:加速系數(shù) AF:加速因子謝經(jīng)理:此公式是華億現(xiàn)行的公式,但和LITOIN企業(yè)的不一樣,LITOIN的公式里沒有2這個(gè)分母,所以按此公式算,華億在做壽命測試時(shí)時(shí)間要比LITOIN的短,請確認(rèn).1. Duration:持續(xù)測試時(shí)間 即一個(gè)單位或幾個(gè)單位的樣品在進(jìn)行壽命試驗(yàn)時(shí)總的需 要測試的時(shí)間2. GEMfactor: General Exponen

12、tial Model綜合指數(shù) 此指數(shù)普通取常數(shù),其取值標(biāo)準(zhǔn)為按照Confidence Level進(jìn) 行取值,常用的值為80%自信心水準(zhǔn)取3.22;而90%自信心水準(zhǔn) 時(shí)取2.3026.(華億現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)均采用80%自信心水準(zhǔn))3. DC: Duty cycle占空比 即在機(jī)臺進(jìn)行開關(guān)運(yùn)行過程中,運(yùn)行時(shí)間占總時(shí)間的百 分比.(如45min ON/15min OFF則其DC值即為: 45min/(45min+15min)=0.75.4. Sample size:樣本數(shù) 根據(jù)實(shí)際狀況確認(rèn)的作壽命試驗(yàn)的機(jī)臺數(shù)5. MTBFSpec:平均無缺點(diǎn)時(shí)間 規(guī)格書上訂明的機(jī)臺MTBF時(shí)間數(shù)6. AFpower:加速

13、系數(shù) 即在機(jī)臺進(jìn)行開關(guān)運(yùn)行過程中,1小時(shí)時(shí)間和一個(gè)Cycle的 ON和OFF時(shí)間之和的比值,如: 機(jī)臺選擇25min ON/5min OFF則Afpower值為: AFpower=60min/(25+5)min=27. AF:加速因子,產(chǎn)品在運(yùn)用條件下的壽命(Luse)和高測試應(yīng) 力條件下(Laccelerated)的壽命的比值(見2.2所述) . 七.進(jìn)行可靠性試驗(yàn)時(shí)時(shí)間和取樣數(shù)的變異技巧 在進(jìn)行機(jī)種可靠性驗(yàn)證計(jì)劃時(shí),如算得的實(shí)驗(yàn)時(shí)數(shù)過長,可 以以添加驗(yàn)證機(jī)臺數(shù)量按比例來減少壽命測試的時(shí)間的 修正方法,如: 在進(jìn)行可靠性計(jì)劃時(shí)假設(shè)算得的1個(gè)單位的機(jī)臺其壽命測 試時(shí)間為1280Hrs,則可以添加實(shí)驗(yàn)機(jī)臺數(shù),如運(yùn)用10個(gè)單 位的機(jī)臺進(jìn)行測試,而1個(gè)單位的總測試時(shí)間可平均分配 至10個(gè)單位的機(jī)臺上,即1280Hrs/10=128Hrs或7 Days. 八.實(shí)例1.根據(jù)客訴/退不良計(jì)