产品可靠度MTBF原理

MTBF指标和计算方法在当今的科技时代，各种设备和系统的可靠性成为了至关重要的考量因素。

而平均故障间隔时间（Mean Time Between Failures，简称MTBF）作为衡量产品可靠性的关键指标，对于评估设备或系统的稳定性、预测维护需求以及优化成本效益等方面都具有重要意义。

MTBF 到底是什么呢？简单来说，MTBF 指的是可修复产品在相邻两次故障之间的平均工作时间。

它反映了产品的耐久性和稳定性，数值越大，表明产品在规定时间内发生故障的频率越低，可靠性越高。

为了更清晰地理解 MTBF，让我们通过一个简单的例子来说明。

假设某台电脑在一段时间内共出现了 5 次故障，每次故障后的修复时间都很短，且相邻两次故障之间的工作时间分别为1000 小时、800 小时、1200 小时、900 小时和 1100 小时。

那么，这台电脑的 MTBF 就等于（1000 ＋ 800 ＋ 1200 ＋ 900 ＋ 1100）÷ 5 ＝ 1000 小时。

这意味着，平均来看，这台电脑每运行 1000 小时就可能会出现一次故障。

那么，MTBF 是如何计算的呢？一般来说，有以下几种常见的计算方法。

第一种是通过实测数据进行计算。

这就像我们刚才举的电脑的例子一样，通过记录设备或系统在实际运行过程中相邻两次故障之间的工作时间，然后取平均值来得到 MTBF。

这种方法的优点是基于真实的运行数据，结果比较可靠。

但缺点是需要较长的时间来收集足够多的数据，而且在实际操作中，可能会受到各种外部因素的干扰，导致数据的准确性受到一定影响。

第二种方法是通过预计的故障率来计算。

在产品设计阶段，根据零部件的可靠性数据和系统的架构，预估出产品的故障率。

然后，MTBF 就等于 1 除以故障率。

例如，如果预计某个产品的故障率为 0001 次/小时，那么 MTBF 就是 1 ÷ 0001 ＝ 1000 小时。

这种方法的优点是可以在产品开发早期进行估算，为设计和决策提供参考。

MTBF简介随着伺服器的广泛应用，对伺服器的可靠性提出了更高的要求。

所谓“可靠性”，就是产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力；反之，产品或其一部分不能或将不能完成规定的功能是出故障。

概括地说，产品故障少的就是可靠性高，产品的故障总数与寿命单位总数之比叫“故障率”（Failure rate），常用λ表示。

例如正在运行中的100只硬碟，一年之内出了2次故障，则每个硬碟的故障率为0.02次/年。

当产品的寿命服从指数分布时，其故障率的倒数就叫做平均故障间隔时间（Mean Time Between Failures），简称MTBF。

即：MTBF=1/λ笔者最近看到一款可用于伺服器的WD Caviar RE2 7200 RPM 硬碟，MTBF 高达 120万小时，保修 5年。

120万小时约为137年，并不是说该种硬碟每只均能工作137年不出故障。

由MTBF=1/λ可知λ=1/MTBF=1/137年，即该硬碟的平均年故障率约为0.7%，一年内，平均1000只硬碟有7只会出故障。

上图所示为著名的“浴盆”曲线，左边斜线部分为早期故障率，其故障率一般较高且随着时间推移很快下降。

曲线中部为使用寿命期，其故障率一般很低且基本固定。

最右部为耗损期，失效率急速升高。

电子产品制造商一般通过测试、老炼、筛选等手段将早期故障尽量剔除，然后提供给客户使用。

当使用寿命期将尽，产品也即将进入故障高发期，需要报废或更新换代了。

温度与器件的寿命明白了MTBF和“浴盆”曲线的基本概念，我们对评估产品的使用寿命有了一定的掌握。

在合适工作条件下器件使用寿命期内的故障率很低。

广大电子爱好者都知道电子元器件的寿命，与工作温度是有密切关系的。

以电脑主板上常用的也常出故障的电解电容器为例，其寿命会受到温度的影响。

因此，应尽可能使电容器在较低的温度之下工作，如果电容器的实际工作温度超过了其规格范围，不仅其寿命会缩短，而且电容器会受到严重的损毁（例如电解液泄漏）。

手把手教你计算MTBF，有实例！•医疗器械质量与检测（medtesting）•实验室经理人（labmanager）•药研检测（drugtest）•嘉峪检测网（anytesting2014）以下为正文：来源：可靠性知识MTBF，即平均故障间隔时间，英文全称是“Mean Time Between Failure”，就是从新的产品在规定的工作环境条件下开始工作到出现第一个故障的时间的平均值。

MTBF越长表示可靠性越高正确工作能力越强。

单位为“小时”。

它反映了产品的时间质量，是体现产品在规定时间内保持功能的一种能力。

具体来说，是指相邻两次故障之间的平均工作时间，也称为平均故障间隔。

它仅适用于可维修产品。

同时也规定产品在总的使用阶段累计工作时间与故障次数的比值为MTBF。

磁盘阵列产品一般MTBF 不能低于50000小时。

MTBF值是产品设计时要考虑的重要参数，可靠性工程师或设计师经常使用各种不同的方法与标准来估计产品的MTBF值。

在军品和民品可靠性指标中，用的比较多的是MTBF，针对此指标如何分析和计算，很多人一直不清楚，本文详细介绍关于MTBF的基础知识和计算实例，供大家学习参考。

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基础知识：MTBF指标和计算方法1、一般常用单位计算在单位时间内（一般以年为单位），产品的故障总数与运行的产品总量之比叫“故障率”（Failure rate），常用λ表示。

例如网上运行了100 台某设备，一年之内出了2次故障，则该设备的故障率为0.02次/年。

当产品的寿命服从指数分布时，其故障率的倒数就叫做平均故障间隔时间（Mean Time Between Failures），简称MTBF。

即：MTBF=1/λ。

标准故障率的曲线可以用众所周知的“浴盆曲线”来描述。

所有元件和系统的曲线形状都近似相同-只是时间轴方向上的延伸率不同。

它可以分为三个区域：早期故障期（I），有效工作期（II），生命终期（III）。

产品的MTBF浅谈MTBF是当前各行业产品的重要可靠性指标，它标识了产品的平均无故障工作时间。

本文讨论了MTBF对于产品的真正意义，并从可靠性工程角度出发分析了获得产品MTBF的方法和技术应用。

前言在电子工业界，几乎每个人都熟悉术语"平均无故障工作时间"（MTBF）。

但是，这个术语经常被错误地解释和误用。

特别是在产品被发运、失效报告被送到目的地和MTBF预计值没有被实际失效报告的造表确认时，确实如此。

今年初，联想扬天商用PC顺利通过了国家MTBF标准测试，平均无故障工作时间达6万小时，从而再度刷新了由其自己创造的"世界纪录"。

那么，这里电脑的MTBF为6万小时对消费者而言究竟意味着什么？1．可靠性的定义在我们考虑可靠性预计之前，让我们来看看可靠性的定义。

普遍被接受的可靠性的定义是产品在其指定应用环境条件下和在规定时间内正常工作的概率。

这就涉及到两个判断问题：怎样才算"正常工作"？什么是"指定的应用条件"？如果一台汽车的收音机具有合适的AM接受功能，但不能接收FM电台，是不是整台汽车不可靠？如果某司机驾驶汽车通过积水的道路，在行进过程中汽车突然走不动，是不是说明汽车不可靠？上述两个问题的回答当然是否定的。

因此，可靠性工程师在计算MTBF之前应对各种不同类型的问题进行分类。

2有几个个普遍被接受的标准可用来计算MTBF。

大多数军品规划都用最新版本的MIL-STD-217 FN2和GJB 299B，而许多商用产品规划则用Bellcore方法来计算MTBF。

MIL-STD-217 FN2是美国可靠性分析中心和罗姆试验室多年开展的工作总结为依据的，GJB 299B是中国国内自己的预计标准，而Bellcore版本则是贝尔电信研究公司即现在的Telcordia Technologies公司对该手册进行修改和简化而成的。

IC、二极管、晶体管、电容器、继电器、开关和连接器。

MTBF 、MTTF 、MTTR详解MTBF (Mean Time Between Failures) =平均故障间隔时间MTTF (Mean Time To Failure) =平均故障时间MTTR (Mean Time To Repair) =平均修复时间1.MTBF(Mean Time between Failure)，产品平均故障间隔时间；对一个可修复的系统而言，从第一次失效时间与随后发生失效时间的平均值，指相邻两次故障之间的平均工作时间，也称为平均故障间隔。

它仅适用于可维修产品。

同时也规定产品在总的使用阶段累计工作时间与故障次数的比值。

通常用来评估系统的可靠性和可维修性，实际应用上常将MTBF定义为在系统故障前之平均时间，实际上就是表示系统的MTTF。

2.MTTF(Mean Time to Failure)，产品故障前平均时间；指一个系统工作直到发生失效的期望时间，这表示此系统仅能失效一次且不可修复，对于不可修复的系统而言，MTTF为系统可靠度中极为重要的指标。

3.获得产品MTBF方法，MTBF推估法：将每一零件之各项参数数据(零件规格表)将相关参数输入至分析软件即可计算出产品MTBF，也可用实际产品在工作时量测其实际参数(如电压,电流等)在将其输入计算软件中亦可获的产品MTBF数值，目前有市售软件(为避免广告嫌疑，软件供货商可自寻上网搜寻)。

优点：可于产品开发初期快速评估产品预期寿命；可得到令人相当兴奋的数字；可以以预估值与产品在市场所回馈值进行预估参数修订。

缺点：软件售价昂贵，软件数据库建置是否跟的上零件发展速度；与产品投入市场之寿命关联性低(过去经验)MTBF实证法：最常被电子产业引用的方法为高温加速(Arrhenius Model)与温度循环(Coffin-Manson Model)，采用加速应力方式来证明产品长期可靠度。

高温加速：Af=e{(1/kEa(1/273+Tmax–1/273+Ttest)}，温度循环加速：Af =(ΔTtest/ΔTuse)m优点：以试验数据来呈现产品可靠度较不容易引起客户质疑缺点：需有一定样品数量(通常需>20)，需Work-in chamber或高速率温度变化柜(当然也可委托专业实验室进行试验证明，但须编列试验预算)MTBF平均无故障工作时间的规定是4000小时，而大陆比较高的MTBF 的大约15000小时左右，国际大厂，基本上是40000小时。

如何正确计算出产品的MTBF？MTBF计算⽅法⼀、定义平均⽆故障⼯作时间:MTBF（Mean Time Between Fail）是指相邻两次故障之间的平均⼯作时间，也称为平均故障间隔。

它仅适⽤于可维修产品。

其度量⽅法为：在规定的条件下和规定的期间内，产品寿命单位总数与故障总次数⽐。

⼆、计算⽅法因为MTBF是⼀个统计值，通过取样、测试、计算后得到的值与真实值有⼀定的差异；⽽且具体到每个产品时，其失效间隔时间与MTBF⼜有⼀定的差异，⼜有置信度的概念，所以要想让客户认可，就必须把计算值与客户的要求⾼出⼀些（如多出1个数量级）。

如客户要求我司产品的MTBF为25年，我们计算出来为50年以上，则可以接受的，如果计算出来刚好是25年，反⽽让⼈觉得是不是⽤不到25年。

计算⽅法⼀：Bellcore计算公式：MTBF＝Ttot/( N*r)；备注：N为失效数（当没有产品失效时N取1）；r为对应的系数（取值与失效数与置信度有关）；Ttot为总运⾏时间。

例如：某⼀产品在“⾼温⾼湿贮存”的结果：11个样品在85%RH、85℃下贮存2000Hrs时没有失效发⽣；采⽤Bellcore推荐的激活能Ea，为0.8eV；计算在温室下的运⾏时间；①因为没有样品失效，所以N＝1；②r取0.92（对应60%的置信度）或2.30（对应90%的置信度）；③产品在室温下运⾏，相当于40℃/85%的贮存；④Ea为0.8eV，计算得到从85℃/85%到40℃/85%的加速倍数为42；⑤60%的置信度下，MTBF＝Ttot/(N*r)＝（11*2000*42）/(1*0.92),结果即为114年；90%的置信度下，MTBF＝Ttot/(N*r)＝（11*2000*41.6）/(1*2.30),结果即为45年；从上⾯的计算可以看出，此计算⽤到了两个条件：进⾏了⾼温⾼湿测试、产品对应的激活能取0.8，这两个条件在Bellcore ⾥、针对光隔离器的⽂件1221中有推荐使⽤。

产品寿命可靠性测试方法概念：• 平均失效时间: MTBF (Mean Time between Failures)，就是失效率的倒数，试验求得的 MTBF 设为θ，是相当于产品总运作时间除以总失效的次数。

• 平均失效时间的最低接收值(θ1) : Minimum Acceptable Mean Time Between Failures,是根据能 够容忍错误接收产品的特定风险而决定出。

• 规定的平均失效时间(θ0): Specified Mean Time Between Failure, 是一种在规格书上所订定 的MTBF 值此值是用平均失效时间的最低接收值θ1乘上判别比率(Discrimination Ratio) θ0/θ1而得。

它是用来限制生产者的冒险率(α)。

• 判别比率(θ0/θ1): Discrimination Ratio, 是规定的平均失效时间与平均失效时间的最低接收 值之比，也即是在可靠性试验下，可视为合格之最坏的可靠性特性值的界限值与尽可能视为不合格之可靠性的特性值的界限值之比。

• 风险(Decision Risks):(1) 消费者的风险(Consumer ’s Decision Risk: β): 消费者接收较差的MTBF(θ1)的机率称之 为消费者的风险。

(2) 生产者的风险(Producer ’s Decision Risk: α): 拒绝接收产品的真实MTBF 为θ0之机率称 之为生产者的风险　．中国可靠性网：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｋｅｋａｏｘｉｎｇ．ｃｏｍ。

1. 寿命可靠性验证试验(Demonstration Test)该试验适用于DMT/PMT 验证时期的产品可靠性测试，建议采用一次抽样可靠性试验(Sequential Reliability Testing)。

一次抽样可靠性测试设计及评估方法：• 首先确认产品Spec.规定的MTBF 值及信赖度水平(1- α)• 依照下列公式与测试计划给予的时间要求确定测试样品的数量及测试时间MTBF Calculation Formula)22,(22+×=R TMTBF αχT = Total Power On Time, R = Total Failure number; 9.011−=−=confidence αReference Table:Confidence LevelFailure Q ’ty90% 10%)22,(2+R αχ )22,(2+R αχ0 4.6 0.21 1 7.78 1.07 2 10.6 2.21 3 13.4 3.49 4 16 4.87•试验接收/拒收曲线：118910764 5321R(失效数 1 2 3 6 0 T.R=T/MTBF (试验比率)2. 寿命可靠性接收试验(Production Acceptance Tests)只有当产品通过寿命可靠性验证试验后，才能做接收测试。

产品寿命可靠性试验MTBF计算规范一、目的：明确元器件及产品在进行可靠性寿命试验时选用标准的试验条件、测试方法二、范围：适用于公司内所有的元器件在进行样品承认、产品开发设计成熟度/产品成熟度（DMT/PMT）验证期间的可靠性测试及风险评估、常规性ORT例行试验三、职责：DQA部门为本文件之权责单位，责权主管负责本档之管制，协同开发、实验室进行试验，并确保供应商提交的元器件、开发设计产品满足本文件之条件并提供相关的报告。

四、内容：MTBF:平均无故障时间英文全称:Mean Time Between Failure定义:衡量一个产品（尤其是电器产品）的可靠性指标,单位为“小时”.它反映了产品的时间质量,是体现产品在规定时间内保持功能的一种能力.具体来说,是指相邻两次故障之间的平均工作时间，也称为平均故障间隔,它仅适用于可维修产品,同时也规定产品在总的使用阶段累计工作时间与故障次数的比值为MTBFMTBF测试原理1.加速寿命试验 (Accelerated Life Testing)1.1执行寿命试验的目的在于评估产品在既定环境下之使用寿命. 1.2 常規试验耗時较长,且需投入大量的金钱,而产品可靠性资讯又不能及时获得并加以改善.1.3 可在实验室时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.1.4 是在物理与时间基础上,加速产品的劣化肇因,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.1.5 一般情況下, 加速寿命试验考虑的三个要素是环境应力,试验样本数和试验时间.1.6 一般电子和工控业的零件可靠性模式及加速模式几乎都可以从美軍规范或相关标准查得,也可自行试验分析,获得其数学经验公式.1.7 如果溫度是产品唯一的加速因素,則可采用阿氏模型(Arrhenius Model),此模式最为常用.1.8 引进溫度以外的应力,如湿度,电压,机械应力等,則为爱玲模型(Eyring Model),此种模式适用的产品包括电灯,液晶显示元件,电容器等.1.9反乘冪法則(Inverse Power Law)适用于金属和非金属材料,如轴承和电子装备等.1.10 复合模式(Combination Model)适用于同時考虑溫度与电压做为环境应力的电子材料(如电容如下式为电解电容器寿命计算公式) 1.11 一般情況下,主动电子零件完全适用阿氏模型,而电子和工控类成品也可适用阿氏模型,原因是成品灯的失效模式是由大部分主动式电子零件所构成.因此,阿氏模型广泛应用于电子,工控产品行业2.加速因子2.1 阿氏模型起源于瑞典物理化学家Svandte Arrhenius 1887年提出的阿氏反应方程式.R:反应速度 speed of reactionA:溫度常数 a unknown non-thermal constantEA:活化能 activation energy (eV)K:Boltzmann常数,等地8.623*10-5 eV/0K.T:为绝对溫度(Kelvin)2.2 加速因子原理：加速因子即为产品在使用条件下的寿命(Luse)和高測试应力条件下(Laccelerated)的寿命的比值.如果产品寿命适用于阿氏模型,则其加速因子為:AF=e[Ea/K×(1/Ts-1/Tu)]Ts:室溫+常数273Tu:高溫+常数273K: :Boltzmann常数,等地8.623*10-5 eV/0K.3.加速因子中活化能Ea的计算3.1 一般电子产品在早夭期失效之Ea为0.2~0.6Ev,正常有用期失效之Ea趋近于1.0Ev;衰老期失效之Ea大于1.0Ev.3.2 根据 HP 可靠度工程部(CRE)的測试規范,Ea是机台所有零件Ea 的平均值.如果新机种的Ea无法计算,可以將Ea设为0.67Ev,做常数处理.3.3如按机台所有零件Ea的平均值来计算,则可按以下例证参考4.MTBF推算方法4.1. 由MTBF定义可知,规定产品在总的使用阶段累计工作时间与故障次数的比值为MTBF, 指数(Exponential)分布是可靠度统计分析中使用最普遍的机率分布.指数分布之MTBF数值为失效率λ的倒数,故一旦知道λ值,即可由可靠度函数估算产品的可靠度.MTBF= 总运行时间Total Operating(Hrs)/总失效次数Total FailuresMTBF的估計值符合卡方分配原理, 其語法為:CHIINV(probability,degrees_freedom)X2(probability,degrees_ freedom)故有以下公式:T= 总时间Total Hoursr=失效总数Number of failuresΦ=信用等级Confidence interval5.DMTBF計算DMTBF:平均无故障时间验证英文全称:Demonstration Mean time Between failures计算方法:以温度为加速寿命试验且采用阿氏加速寿命模式计算公式:(实际使用中,如需要可在分子上乘上24Hrs以方便计算时数)Duration =（MTBFspec* GEMfactor）/(DC*Sample size*Afpowr*AF) Duration:持续测试时间MTBFspec:平均无故障时间GEMfactor: General Exponential Model综合指数DC: Duty cycle占空比Sample size:样本数Afpower:加速系数AF:加速因子5.1. Duration:持续测试时间，即一个单位或几个单位的样品在进行寿命试验时总的需要測試的时间5.2. GEMfactor: General Exponential Model綜合指数，此指数一般取常数,其取值标准为按照Confidence Level信心水准进行取值,常用的值为80%信心水准取3.22;而90%信心水准時取2.3026.5.3. DC: Duty cycle占空比，即在试验进行开关运行过程中,运行时间占总时间的百分比.(如45min ON/15min OFF則其DC值即為:45min/(45min+15min)=0.754. Sample size:样本数，根据实际狀況确认的做寿命试验的样品数5. MTBFSpec:平均无故障时间，实验品規格书上描述的MTBF时间数6. AFpower:加速系数，即在实验品进行开关运行過程中,1小時時間ON和OFF时间之和的比值,如: 实验品选择25min ON/5min OFF則Afpower值为:AFpower=60min/(25+5)min=27. AF:加速因子,产品在使用条件下的寿命(Luse)和高測試应力条件下(Laccelerated)的寿命的比值。

mtbf测试方法MTBF测试方法是指一种可靠度的测试方法，即平均无故障时间测试方法。

它通常用来评估产品的可靠性和稳定性。

MTBF测试方法也可以通过估算产品在使用过程中的无故障时间来预测产品的寿命。

以下是关于MTBF测试方法的一些详细信息和要求：1. 测试基础MTBF 测试基本概念是测量系统或设备所经历的故障次数和使用时间之间的平均时间间隔。

2. 测试过程MTBF测试方法需要收集足够的故障和使用数据，然后计算系统或设备的MTBF。

首先，我们需要定义设备的最小故障时间帧（MFT）和故障率，以便识别故障事件并跟踪它们。

为了收集数据，可以使用手动记录，测试统计数据、错误日志等等方法。

测试过程中应建立一个库存数据范畴，以收集故障发生的相关信息，例如故障模式、时间和位置等。

其次，计算设备的 MTBF。

计算方法如下：MTBF = 1 / （每小时的故障率）MTBF的单位通常为小时。

3. 测试时间与样本数量MTBF测试的时间和样本数量取决于具体情况。

在确定测试计划时，应考虑设备的使用年限和测试过程中可能会受到的外部因素。

通常情况下，根据设备寿命，测试时间应该至少保证到系统的故障模式稳定。

对于可持续使用的设备而言，测试的时间应该比就在设计阶段确定的设备使用时间长。

测试样本数量通常被认为是至少有30台设备，此次需要确保样本的选择具有代表性。

4. 确认MTBF结果的可靠性首先，要确定是否有足够的数据支持MTBF计算。

如果数据量太少，估计的MTBF可能会有重大误差。

同样，数据的准确性也是至关重要的。

如果数据没有记录准确，就不能得到正确的MTBF估计。

因此，应确保故障事件的记录和分类是正确的，并且收集的数据是准确和可靠的。

在MTBF计算过程中，还需要考虑设备的可维护性。

例如，在更换部件和进行维修时，设备可能会出现停机时间和故障模式的变化。

最后，MTBF的计算结果并不是一个绝对值。

即使MTBF高达数百万小时，也不能保证设备不会出现故障。