MTBF测试介绍

MTBF测试是什么试验？

MTBF，即平均故障间隔时间，是衡量一个产品（尤其是电器产品）的可靠性指标。

通过寿命试验，可以了解产品的寿命特征、失效规律、失效率、平均寿命以及在寿命试验过程中可能出现的各种失效模式。

如结合失效分析，可进一步弄清导致产品失效的主要失效机理，作为可靠性设计、可靠性预测、改进新产品质量和确定合理的筛选、例行（批量保证）试验条件等的依据。

如果为了缩短试验时间可在不改变失效机理的条件下用加大应力的方法进行试验，这就是加速寿命试验。

通过寿命试验可以对产品的可靠性水平进行评价，并通过质量反馈来提高新产品可靠性水平。

寿命试验（MTBF）测试目的

1、对于高频度故障零件的重点对策及延长零件寿命的技术改良依据。
2、零件寿命周期的推定及最合适修理计划的研究。
3、有关点检对象、项目的先定与点检基准的设定、改良。
4、设定备品、备件基准。机械、电气零件的各项常备项目及基本库存数量应由MTBF的记录分析来判断，使其库存达到最经济的状况。

MTBF的三种测试方法

MTBF测试计算方法介绍

MTBF的计算方式主要有三种：预计计算法、实验试验法、失效统计法（实测法）。

（1）预计计算方法为根据产品故障的一般原因以及影响故障率的因素预测计算产品的MTBF。一般该方法都是根据相关的标准计算出来的。目前最通用的预测计算法为MIL-HDBK-217F，对应国内版本为GJB299B。由于影响产品可靠性的因素很多，该方法的局限性很大。

（2）实验试验法为通过改变影响产品故障速率的因素加快产品失效进行实验测试。再根据测试值反推出正常工作情况下的MTBF。该方法相对预计计算的方式更符合实际值，但是工作量相应的也增加了很多，实验周期比较长。

（3）失效统计法值根据产品的实际使用情况统计出产品的MTBF。理论上该方法为真实的MTBF计算方法。由于统计方法的和统计数据的遗漏，该方法也会存在一定的误差。

（1）MTBF预计法：

•可靠性预计是对产品或者系统的可靠性进行定量的估计，推测其可能达到的可靠性水平，是实施可靠性工程的基础

•可靠性预计是依据组成系统的元器件、零部件的可靠性来估计的，是一个自下而上、由局部到整体、由小到大的一种综合过程

•可靠性预计适用于产品设计阶段

可靠性预计法的标准：

标准号	标准名称	说明
MIL-HDBK-217	电子设备可靠性预计手册	美国国防部可靠性分析中心及Rome实验室提出并成为行业标准
GJB/Z299B	电子设备可靠性预计手册	我国军用标准
Bellcore SR-332	电子设备可靠性预计程序	AT&TBell实验室提出并成为商用电子产品MTBF值计算的行业标准

可靠性预计法的步骤：

•客户提供产品BOM表

•依据软件查询各无器件失效率

•统计总失效率

•计算预计MTBF

（2）MTBF实验试验法：

试验方法主要有：全寿命试验、序贯截尾试验、定时截尾试验或定数截尾试验。

1）全寿命试验

全寿命试验要求所有样品都在试验中最终都失效，只需要采用简单的算术平均值就可以计算出MTBF。

2）序贯截尾试验

针对试验对象的特点，在一批数量为N的产品中，任意抽取数量为n的样品，观察发生r个故障出现时的时间，并计算总的测试时间。发生一次故障，就进行一次判决。

3）定数、定时截尾试验

定时截尾试验指试验到规定的时间终止。

定数截尾试验指试验到出现规定的故障数或失效数时而终止。

可靠性试验法的标准：

标准号	标准名称
GB/T 9813.4-2017	计算机通用规范第4部分：工业应用微型计算机
GB/T 5080.7-1986	设备可靠性试验恒定失效率假设的有效性检验

可靠性试验法的步骤：

•确定MTBF下限值

•确定试验方案

•确定样品信息：什么样品，尺寸，重量，可提供的样品数量

•确定可接受失效样品数，推荐可接受失效样品数为0

•计算试验时间

•确认试验条件：温度，电压，功能检查

•进行试验观察失效数

MTBF加速

•常规试验耗时较久，且需投入大量的金钱，而产品可靠度信息又不能及时获得并加以改善

•可在实验室里以加速寿命试验的方法，在可接受的试验时间里评估产品的使用寿命

•是在物理与时间上，加速产品的劣化，以较短的时间试验来推定产品在正常使用状态的寿命或失效率，但基本条件是不能破坏原有设计特性

•电子产品的加速因子主要是温度，温度加湿度，电压等

MTBF加速法试验步骤：

•确定MTBF下限值

•确定可信度系数 A=0.5*χ2（1-a，2（r+1））

•依据具体的测试条件（温度，湿度，电压）计算加速因子

•确认客户能提供的样品数量

•计算试验时间

（3）失效统计法（实测法）

产品在完成设计改进、准备批量生产前，原则上需要通过部分样机进行试验室试验来评价产品的MTBF，再确定是否批量生产。

而实际上，由于新产品在推出时间上的需要，不可能进行长时间的MTBF试验。

对于民用产品来说。试验室试验由于时间和费用的关系根本无法操作；

对于部分军用产品来说，由于生产的数量极有限，不可能抽取过多的试验样品进行MTBF试验，这样通过极少样品评价出的MTBF可信度是个大问题。

同时，由于实验室试验条件的单一性和产品在外场使用条件的多样性，因此，试验室试验的真实性与产品的外场使用会有较大的差异。这时就需要通过现场失效统计的数据来了解产品真实的MTBF当然这种方法带来的时间滞后性是无法克服的，但对于验证实验室的试验数据和连续生产同类产品的生产厂家还是有价值的。

计算MTBF时要注意失效分布在计算中的意义：

1）产品的失效分布不同时，MTBF是有较大差异的，因此，失效分布的形态对MTBF的计算有很大的影响。

2）对设计、制造良好的整机产品来说失效分布多为指数分布。也就是常说的偶然失效的情形。如果不厂解产品的失效分布形态，可以先内接采用指数分布的公式计算。

3）正态分布常用来表示磨损失效的情形，通常设计、制造不良的产品在较短的时间内就会进入磨损损耗期，如果在试验中发现失效分布呈现的是正态分布，且寿命时间较短时要注意产品本身存在的问题。

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审核编辑 黄宇