可靠性强化试验与MTBF的关系
电子产品的可靠性与故障分析
电子产品的可靠性与故障分析近年来，电子产品在我们的日常生活中扮演着越来越重要的角色。
从智能手机到电视机，我们几乎无时无刻不与各种电子产品相伴。
然而，随着电子产品的不断普及和多样化，人们开始越来越关注它们的可靠性和故障分析问题。
本文将深入探讨电子产品的可靠性与故障分析，以帮助读者更好地理解这一话题。
一、电子产品的可靠性电子产品的可靠性是指其在特定时间和条件下正常工作的能力。
可靠性是衡量一个产品性能的重要指标，对于电子产品来说尤为关键。
在电子产品领域，可靠性通常通过故障率、平均无故障时间（MTTF）和平均故障间隔时间（MTBF）来衡量。
1. 故障率故障率是指在单位时间内产品出现故障的概率。
通常以每百万小时为单位进行统计。
较低的故障率代表着较高的可靠性。
2. MTTF平均无故障时间（MTTF）是指产品平均正常工作的时间，以小时为单位。
MTTF越长，代表产品的可靠性越高。
3. MTBF平均故障间隔时间（MTBF）是指产品在发生故障后到下一次故障之间的平均时间间隔。
与MTTF类似，MTBF越长，说明产品的可靠性越高。
二、电子产品故障分析尽管电子产品的可靠性在不断提高，但故障仍然难以避免。
故障分析是为了找到故障原因并采取相应措施来修复故障的过程。
下面是电子产品故障分析的几个常见方法：1. 统计学分析统计学是一种常见的故障分析方法。
通过收集大量的产品故障数据并进行统计学分析，可以找出一些常见的故障规律和特点。
这有助于制造商更好地改进产品设计并提高可靠性。
2. 故障树分析故障树分析是一种通过将故障事件分解为一系列基本故障事件，并分析它们之间的逻辑关系来进行故障分析的方法。
通过构建故障树模型，我们可以找到导致故障的根本原因，并采取相应的修复措施。
3. 人工智能算法近年来，人工智能算法在故障分析领域的应用得到了越来越多的关注。
通过使用机器学习和深度学习等技术，可以对大量的故障数据进行自动分析和判断，并提供修复建议。
MTBF,MTTR,MTTF三个可靠性指标的区别
MTBF,MTTR,MTTF三个可靠性指标的区别MTBF（MeanTimeBetweenFailures，平均故障间隔时间)定义为，失效或维护中所需要的平均时间，包括故障时间以及检测和维护设备的时间。
对于一个简单的可维护的元件，MTBF=MTTF+MTTR。
因为MTTR通常远小于MTTF，所以MTBF近似等于MTTF，通常由MTTF替代。
MTBF用于可维护性和不可维护的系统。
MTTF（MeanTimetoFailure，平均失效前时间)，定义为随机变量、出错时间等的"期望值"。
但是，MTTF经常被错误地理解为，"能保证的最短的生命周期"。
MTTF的长短，通常与使用周期中的产品有关，其中不包括老化失效。
MTTR（MeanTimetoRestoration，平均恢复前时间），源自于IEC61508中的平均维护时间（MeanTimetoRepair），目的是为了清楚界定术语中的时间的概念，MTTR是随机变量恢复时间的期望值。
它包括确认失效发生所必需的时间，以及维护所需要的时间。
MTTR也必须包含获得配件的时间，维修团队的响应时间，记录所有任务的时间，还有将设备重新投入使用的时间。
MTTR也必须包含获得配件的时间，维修团队的响应时间，记录所有任务的时间，还有将设备重新投入使用的时间。
是一个缩写的平均时间恢复或平均修复时间代表的平均时间将有缺陷的部件或系统恢复工作秩序。
它是衡量一个系统的可维护性和可预测的平均所需的时间让系统工作的情况下再次出现系统故障。
MTTR可以从几个毫秒，如不间断电源（UPS）的许多数小时甚至数天的情况下的应用软件或复杂的机制。
所需要的时间来恢复系统恢复正常，包括期间的诊断中的问题以及其整改。
当失败率是可预见的和有据可查的MTTR可以大大减少。
另一方面，如果系统没有意外，所需要的时间来诊断问题本身可能是相当高的首要原因。
有时不适当的诊断会导致错误的修理，可以使问题复杂化，延长恢复期。
可靠性定义
一、可靠性定义产品的可靠性是指：产品在规定的条件下、在规定的时间内完成规定的功能的能力。
从定义本身来说，它是产品的一种能力，这是一个很抽象的概念；我们可以用个例子（100个学生即将参加考试）来理解这个定义，可靠性就是指：100个学生的考分的平均是多少？对这个平均分的准确性有多大把握？分数越高、把握越大，可靠性就越高。
我国的可靠性工作起步较晚，20世纪70年代才开始在电子工业和航空工业中初步形成可靠性研究体系，并将其应用于军工产品。
其他行业可靠性工作起步更晚，差距更大，与先进国家差距20～30年，虽然国家已制订可靠性标准，但尚未引起所有企业的足够重视。
对产品而言，可靠性越高就越好。
可靠性高的产品，可以长时间正常工作（这正是所有消费者需要得到的）；从专业术语上来说，就是产品的可靠性越高，产品可以无故障工作的时间就越长。
二、可靠性的重要性调查结果显示（如某公司市场部2001年调查记录）：“对可靠性的重视度，与地区的经济发达程度成正比”。
例如，英国电讯（BT）关于可靠性管理/指标要求有产品寿命、MTBF 报告、可靠性框图、失效树分析（FTA）、可靠性测试计划和测试报告等；泰国只有MTBF 和MTTF的要求；而厄瓜多尔则未提到，只是提出环境适应性和安全性的要求。
产品的可靠性很重要，它不仅影响生产公司的前途，而且影响到使用者的安全（前苏联的“联盟11号”宇宙飞船返回时，因压力阀门提前打开而造成三名宇航员全部死亡）。
可靠性好的产品，不但可以减少公司的维修费用，而且可以很快就打出品牌，大幅度提升公司形象，增加公司收入。
随着市场经济的发展，竞争日趋激烈，人们不仅要求产品物美价廉，而且十分重视产品的可靠性和安全性。
日本的汽车、家用电器等产品，虽然在性能、价格方面与我国彼此相仿，却能占领美国以及国际市场。
主要的原因就是日本的产品可靠性胜过我国一筹。
美国的康明斯、卡勃彼特柴油机，大修期为12000小时，而我国柴油机不过1000小时，有的甚至几十小时、几百小时就出现故障。
MTBF是什么和MTBF计算的方法（转载）
MTBF是什么和MTBF计算的方法（转载）MTBF是什么和MTBF计算的方法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例如某型号YY产品的MTBF时间高达16万小时。
16万小时约为18年，并不是说YY产品每台均能工作18年不出故障。
由MTBF=1/λ可知λ=1/MTBF=1/18年（假如YY产品的寿命服从指数分布），即YY产品平均年故障率约为5.5%，一年内，平均1000台设备有55台会出故障。
整机可靠性指标用平均故障间隔时间表示：MTBF=（T1+T2+…Tn）/ rn式中：MTBF——整机的平均故障间隔时间，h；Ti——第i台被试整机的累计工作时间，h；rn——被试整机在试验期间内出现的故障总数。
2）通信上通过单个模块计算总值MTBF－平均无故障时间，是指两次故障之间所经历的时间，是一种统计平均值，MTBF值的确定，通常采用两种方式:1) 理论统计法：根据器件、组件及约束条件的实际情况，累计平均得到的。
2) 经验统计法：根据工厂或实验室破坏性记录，累计平均得到的数据。
1+0单机系统MTBF统计值根据1+0单机系统的组成框图，总的MTBF统计值由以下公式给出：1/MTBF总=1/MTBF发高频 +1/MTBF收高频 +1/MTBF调制+1/MTBF基带 +1/MTBF电源3）通信网络中串并联部件所导致的MTBF不同λ=1/MTBF (h)如果两个部件串联工作，其中一个发生失效，整个功能就失效了，串联结构的：λ总=λ1+λ2或MTBF总=1/（λ1+λ2）对于并联或冗余的结构，虽然一个部件失效，但仍然维持功能的完整性(100%)；1/λ总=（1/λ1）+（1/λ2）+（1/（λ1+λ2））或 MTBF总=（λ21 + λ1λ2 +λ22）/（λ21λ2 +λ1λ22）4）一般产品的MTBF计算平均失效（故障）前时间(MTTF)设N0个不可修复的产品在同样条件下进行试验，测得其全部失效时间为T1,T2,……TN0。
电源产品可靠度MTBF原理
2.根据spec MTBF计算可靠性验证时数和取样数(EA值参考14页)
3.当样品不足导致测试时间过长时采用分批验证:
(1)经推算TG-3008其1个单位的样品寿命测试时数如下:
(2)因为样机不能在一个批次同时取到,每次只能取部分样品, 所以,必须采用分批实验的方法进行,分批实验的方法如 下:
2.2 加速因子 加速因子即为产品在使用条件下的寿命(Luse)和高测试应
力条件下(Laccelerated)的寿命的比值.
如果产品寿命适用于阿氏模型,则其加速因子为:
AF=e
[Ea/K× (1/Ts-1/Tu)]
Ts:室温+常数273 Tu:高温+常数273
K: :Boltzmann常数,等于8.623*10-5 eV/0K.
此指数一般取常数,其取值标准为按照Confidence Level进 行取值,常用的值为80%信心水平取3.22;而90%信心水平 时取2.3026.(华亿现行标准均采用80%信心水平) 3. DC: Duty cycle占空比
即在机台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则其DC值即为:
可靠性属于质量的范畴,是产品质量的时间函数,从基本 概念上讲,可靠性指标与质量的性能指标所强调的内容是 不同的,可靠性的基本概念与时间有关,这些基本概念的 具体化,就是产品故障或寿命特征的数学模型化,只有通 过可靠性试验才能确定产品故障或寿命特征符合哪一种 数学分布,才可以决定产品的可靠性指标,进而推算产品 的可靠程度,在可靠性工程中,最常见的寿命分布函数有 指数分布,威布尔分布,对数正态分布和正态分布.
2. 阿氏模型的加速因子 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.
可靠性试验介绍解读
Kichler China 2/26/2013
可靠性
概念：元件、产品、系统在一定时间内、在一定条 件下无故障地执行指定功能的能力或可能性。 评估方式：产品在规定条件下、规定时间内，完成 规定功能的概率（能力）
可靠性
MTBF（Mean Time Between Failure) 指发生第一次失效，但是维修后可以继续使用到再 次失效的工作时间。
环境应力与失效的关系
2 湿度对产品的影响 高温高湿条件作用试验样品上，可以构成水气吸附、吸收和扩散等作 用。许多材料在吸湿后膨胀、性能变坏、引起物质强度降低及其他主要 机械性能的下降，吸附了水气的绝缘材料不但会引起电性能下降，在一 定条件下还会引发各种不同的失效，是影响电子产品最主要的失效环境。 湿度对产品的影响：腐蚀、离子迁移、扩散、水解、爆裂、霉菌
MTTF（Mean Time To Failure) 指发生失效到不可以维修的使用的工作时间
影响产品可靠性的因素及其比率分配
设计技术 40%
内在可靠性 产品可靠性
零部件、原材料 30% 制造技术 10% 使用、操作
使用可靠性
维修等
20%
产品可靠性是设计、制造、管理出来的
可靠性试验目的
为了评价分析电子产品可靠性而进行的试验称为可靠性试验。试验目的通常有如下 几方面 ：
：寿命
β：常数 V：电压
加速寿命实验
4.3.5 温差加速 半导体包括各种各样的材料的组合，并且这些材料的热膨胀系数也广泛的 变化。每次器件经历温差因每种材料的热胀系数之间的差异导致损坏 （内部力量） 累积 （或突然崩溃），导致最终失效。根据温度区别的加 速测试被用于知道寿命。 应用对试验器件是有效的比那些通常遇到更大的温度差的温度循环加速测 试评价由温度差异所引起的损坏。 当暴露于高低温，温度循环试验用于评估器件抵抗的测试，和抗暴露于在 两个极限温度的温度变化的能力。这些测试允许确认半导体产品抗市场上 温度的应力。(例如,经历白天到夜间汽车内遗留的设备所经历的温度变化， 电源开启或关闭器件从高温到自身温度的冷却。). 有关温差的寿命由Coffin-Manson模式定义，, 且表示如下：
产品寿命可靠性测试方法MTBF计算公式
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。
汽车可靠性强化试验的探讨及失效分析
试验与研究汽车可靠性强化试验的探讨及失效分析北汽福田车辆股份有限公司技术研究院 丁祖学1 前言汽车强化试验是考核汽车产品可靠性的基本试验方法,是汽车在比正常使用环境苛刻的条件下进行的寿命试验。
其中强化的通常含义是指采用增加工作应力的方法加速汽车零部件的失效,从而缩短试验时间。
此后还须根据加速寿命模型和强化试验的结果来推算正常使用条件下汽车的使用寿命,即确立强化系数。
大量实践证明,强化试验对于那些以零部件的疲劳破坏为主要失效形式的汽车寿命分析预测是合适的、科学的。
所谓的汽车可靠性是指汽车系统(人—机)、总成或零部件的功能在一定时间内,在特定使用条件下的稳定程度。
它是系统、总成或零部件的时间质量的抽象化。
简而言之,汽车的可靠性直接反映汽车的质量,而通过对可靠性强化试验所产生的失效进行分析则是提高产品质量最有效的手段之一。
2 可靠性指标与失效率曲线图1 F (t )、R (t )和Κ(t )之间的关系 从可靠性的定义可知,汽车可靠性是汽车系统、总成、零部件时间质量的抽象化。
衡量可靠性的指标也可分为时间指标和概率指标。
衡量汽车可靠性的常用指标有:(1)时间指标:故障间隔时间M TB F (M ean T i m e B etw een Failu re );失效前的平均时间M T T F (M ean T i m e To Failu re );故障平均持续时间M T TR (M ean T i m e To R ep air );(2)概率指标:可靠度R (t );不可靠度F (t );维修度Λ(t );有效度v (t );失效率密度函数f (t );失效率Κ(t )。
上述汽车可靠性指标之间是有着相互联系的,其中R (t )、F (t )、Κ(t )之间的关系如图1所示。
图2 失效率与使用时间曲线图 上述汽车概率可靠性指标中失效率Κ(t )是最常用的指标之一。
汽车的失效率是“系统、总成或零部件到t 时间为止,尚未发生过失效的条件下,在下一单位时间内发生失效的条件概率。
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五、可靠性强化试验技术(RET)与产品的可靠性的 关系
改进前两分布数学期望之间的距离 强化试验进行改进的数学期望值之间的距离
ρ 使用环境 应力包线 A
强化可靠性试验前的产品耐环境应力包线
通过可靠性增长试验 改进设计 工艺后的产品耐环境 应力包线
A'
B'
0
B
应力
图5 可靠性强化试验改进减少失效率的示意图
以上是我们一些粗浅认识，在此提出了试图
激起同行们研究讨论。
六、可靠性环境应力筛选与MTBF的关系
产品生产过程会带给产品一些早期故障，使 产品耐环境应力的概率曲线变形。
通过筛选将产品耐环境应力的概率恢复到原 来固有的分布特性曲线，即是将浴盆曲线的早期 浅层失效率高的部分剔出，使其失效率降到优良 产品的失效率，从而提高其使用可靠度，如图6 所示。若进行定量筛选则可将隐藏较深的故障剔 除，从而改变产品耐环境应力分布，进一步降低 失效率。
大量同一产品其耐环境应力能力的统计特性应 服从正态分布，如图２所示 。
ρ
0 图2 产品耐环境应力的概率曲线
应力
三、决定ＭＴＢＦ的失效率λ０与两个分布的交 的积的和的关系
产品失效是因为承受的环境应力达到和超过
产品耐环境应力的能力，进入产品耐环境应力概 率包线内，使耐环境应力低的那部分产品失效。
ρ
环境应力 产品耐环境应力的能力
ρ
筛选前
0 λ
筛选后 筛选后产品耐环境应力 Байду номын сангаас平的概率曲线
应力
λ 0
t
图6 可靠性强化试验用于筛选提高产品产品使用可靠度示意图
美国用高温变率，三轴自由度，气动振动台
的试验装置的可靠性强化试验技术应用很广，它 代替了相当部分的其他方式的可靠性试验，美国 技术的今天就是我们技术的明天,国内华为公司已 大量使用此技术提高产品耐环境应力能力和可靠 性水平。因此花力气研究可靠性强化技术是势在 必行。
四、可靠性强化试验技术
可靠性强化试验是基于健壮设计思想，可靠 性强化试验是提高产品耐环境应力水平的有效措 施。在试验过程中，通过试验逐步增加产品主要敏 感应力的办法，暴露产品功能和结构的薄弱环节， 在进行故障定位，失效分析、找出失效原因后，有 针对
性进行设计、工艺改进，再通过试验验证改进的 有效性，在证明改进有效后，再进一步地提高环 境应力，若改进有效则原故障不出现，可能在新 的部位出现新的故障，造成新的失效，然后再分 析，再改进，再试验，直至由于材料、元器件、 工艺水平的限制改进困难，或再改进会造成经济 上的得不尝失为止。通过试验—失效（破坏）— 分析—改进—再试验，新的失效产生—失效分 析—改进—试验，如此往返，经过这种工程途 径，将产品的薄弱环节就消除在研制阶段，这样 就可做到定型生产的产品就是设计和工艺上没有 明显薄弱环节的成熟产品，也就是所谓健壮的产 品。
A
A’ B’
B
0
应力水平
图３产品在使用中失效的概率示意图
λ０的大小取决于两个概率包线的交，相交 处的两个概率积的和越大，λ０就越大，则 MTBF值小，相交概率积的和越小，其λ０就越 小，则MTBF值就越大。
λ
λ 0 ｔ
图4 描述产品可靠性关系的浴盆曲线
由于概率是大量随机数据的统计值，所以λ０ 也呈现随机特性。提高产品可靠性的办法是增加两 个高斯分布的数学期望值之间的距离，距离愈大， 其失效率愈小，MTBF值愈大，增加其距离的办法 是降低环境应力值，另一办法是增加产品耐环境应 力值或者二者同时采取。
可靠性强化试验与ＭＴＢＦ的关系
北京航空航天大学航空可靠性综合重点实验室 王德言、吴飒、陈红
一、 产品实际使用环境的应力分布
产品实际使用环境的应力不可能是恒定的，即使是 装在特定的使用平台上也是如此，如飞机上的设备，随 着飞机的飞行任务，飞行高度、地域、速度的不同而不 同，若将其最大应力出现的概率包络线找出，必然会呈
变，即其使用环境的应力概率曲线仍保持不变，
则这两概率曲线的数学期望值之间的距离增大
了，则其交就可能在产品能承受的环境应力概率 概的率4σ的或积5的σ和处，相如交图，5其的λ所0取示决。于这两样概造率成相失交效处的 概MT率B就F值会就低可得以多很，高浴。盆曲线底λ0就可以很低，
根据报道波音公司在波音 777 改型中机电设备未 经RET的LRU的外场更换率为35%，经历RET的外场 更换率降至4%。
现图1所示正态分布。
ρ
应力
图１环境应力概率曲线
二、 产品耐环境应力的分布
产品耐环境应力的能力是其自身固有的特 性。产品设计和工艺一定，则其耐环境应力的特 性就定了，虽然其结构、材料、元器件、工艺是 固定的，但其材料、元器件、工艺的微小差异赋 予每台产品的耐环境应力的能力是不同的，大批 产品耐环境应力的宏观特性应呈现正态分布。因 此，我们在可靠性试验时需多台产品投入，试验 才有较高的置信度，可靠性的抽样标准就是根据 这个特性制定的。
由于产品耐环境应力的概率曲线来自大量的样
本试验，很难得到此曲线。因此从上面分析很难找 分出析决的定。MT虽B然F的要λ求0从。上但面它两们条之曲间线的估关计系M是T符B合F值理由论于 工作量太大难以实现。但我们用工程试验办法是可 以做到的，因为某一台产品耐环境应力容限是产品 耐环境应力概率曲线上的一个点，而某台产品耐环 境应力的容限是可以通过可靠性强化试验找到。若 在同批产品中抽出若干台进行强化试验求容限，另 外若干台用经典的三综合试验求其MTBF，其相关系 数的估计值就可以找到。
找些价格较便宜的电子、机电、仪表、机械 产品，进行对比试验。求其相关系数的估计值， 就可以有限推广估算类似产品MTBF值。
由于产品容限是一定的，产品使用地方不同 其要求承受环境应力可能不同。那么产品耐环境 应力容限对不同使用环境应力的MTBF的相关系 数估计值不同，这种不同可用对比试验方法来 求，若是电子产品还可参考元器件环境应力随温 度变化定量筛选中的某些数据。
未通过可靠性强化试验—改进的产品耐环境 应力能力较低，整个产品耐环境应力水平的概率 曲线与使用环境应力概率的包线的交可能在3σ 处所示，。其经λ0过与可交靠处性的强概化率试之验积—的改和进成后正的比产。品如，图将5 耐环境应力能力低的薄弱环节得到消除，则整个
产品耐环境应力能力得到提高，若使用环境不