MTBF的意義

2017-09-06 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

MTBF的意義(1)

MTBF (Mean Time Between Failure)其直譯是“失效之間的平均時間”,用中文解釋就是“平均無故障工作時間”。

1、“平均無故障工作時間”和“無故障工作時間”的理解

“平均無故障工作時間”和“無故障工作時間”是兩個不同的概念,“平均無故障工作時間”表示的是一批產(chǎn)品無故障上作時間的平均值,“無故障工作時問”是指批產(chǎn)品第一次出現(xiàn)故障前的工作時間。“如果產(chǎn)品的MTBF指標(biāo)達到4500h ,意味著如果1臺機器24 h開機連續(xù)正常運行,大約平均可以運行5年(8760h/l年)多的時間不發(fā)生硬件故障?！边@是經(jīng)常出現(xiàn)在產(chǎn)品宣傳中的一句話,它就是通過混淆以上兩個概念來誤導(dǎo)消費者的,讓消費者認(rèn)為MTBF就是“無故障工作時間”;舉個例子說明:

從一批產(chǎn)品中抽取n= 100件樣品進行試驗,工作10 h的失效數(shù)10臺,20h失效數(shù)20臺,30 h失效數(shù)30臺,40h失效數(shù)40臺,至此所有的產(chǎn)品全部失效,求該產(chǎn)品的MTBF和相應(yīng)的失效數(shù)。

得到:

工作到30h的失效數(shù)為10+20+30=60。所以產(chǎn)品的MTBF為30 h,工作到30 h時相應(yīng)的失效數(shù)為60臺。

由此可見,這批產(chǎn)品在平均無故障工作時間(MTBF)30 h時已有60臺失效,無故障工作的產(chǎn)品僅有40臺,所以上面的說法應(yīng)改為“MTBF為45000 h的產(chǎn)品,在連續(xù)運行5年多的時間里,約有60%的產(chǎn)品會發(fā)生硬件故障?！薄捌骄鶡o故障工作時間”和產(chǎn)品失效數(shù)量的關(guān)系。即當(dāng)一批產(chǎn)品在達到平均無故障工作時間時,50%~60%的產(chǎn)品會發(fā)生硬件故障。

2、MTBF與產(chǎn)品的平均終了壽命是不能等同的概念

我們必須了解什么是失效率,失效率(λ)的定義是“已工作到r時刻的產(chǎn)品,在時刻,后單位時問內(nèi)發(fā)生失效的概率。稱為該產(chǎn)品在時刻t的失效率函數(shù),又稱為失效率”。失效率計算公式為:

例如,100個試驗樣品,試驗到時刻t1=500h共失效48個,再繼續(xù)試驗t2=10h僅一個樣品失效,求在時刻t0和t1的失效率。代人失效率的公式,則有:

在時刻t0和t1的失效率分別是0.00096和0.00038。

通過上面的例子可以著出。失效率在不同的階段是不同的,必須明確的是。失效率的準(zhǔn)確意思是指瞬時失效率,這個瞬時失效率在不同的時刻是不同的,所以說失效率是時刻t的函數(shù)。為了使用方便,在業(yè)界通常去掉了“瞬時”這兩個字。MIL-HDBK-338標(biāo)準(zhǔn)中所提到的平均失效率(指浴盆曲線的盆底階段)也僅是針對盆底階段的平均值,未考慮損耗階段。這樣從產(chǎn)品的整個使用階段看還是瞬時失效率的概念。

MTBF根本就不是為了求證產(chǎn)品的終了壽命而提出的。不能簡單地用瞬時失效率來表征產(chǎn)品的終了壽命。好的產(chǎn)品年失效率為0.02%,而差的產(chǎn)品年失效率為2%,那么評價這兩組產(chǎn)品哪一組更“健康”,更能夠可靠工作的“平均無故障工作時間“就有意義了。

3、可靠性學(xué)科中的壽命和MTBF的意義

可靠性學(xué)科中的產(chǎn)品壽命,不是指產(chǎn)品報廢前的工作時間,而是發(fā)生故障前的一段時間。公認(rèn)的壽命是指自然或不自然的消亡,在生命過程中的生、意外傷害是不影響壽命統(tǒng)計的。在可靠性學(xué)科中,與公認(rèn)的平均壽命概念相同的是“平均無故障時間”( Mean TimeTo Failure),簡稱MTTF,它一般用來表征一次消亡或報廢的產(chǎn)品(如元器件產(chǎn)品)。由于MTBF和MTTF在計算方法上一致,因此,很容易將兩者的壽命概念也等同看待,這就是解釋不清MTBF和MTTF區(qū)別的主要原因,也是導(dǎo)致產(chǎn)品壽命的定義和公認(rèn)壽命意義混淆的原因。

4、可靠壽命、中位壽命與特征壽命

一批產(chǎn)品的可靠度R(約是時間的函數(shù),隨著時間的延長,這批產(chǎn)品的可靠度會越來越低。假定開始工作時t=0,可靠度R(0)=1。以后在不同的時刻。產(chǎn)品的可靠度將具有不同的r值。在可靠性工作中經(jīng)常需要知道,對于給定可靠水平r,產(chǎn)品的可靠度下降到r時的時間tr,是多少?這個時間,二就被稱為產(chǎn)品的可靠壽命,用可靠度公式表示為:

當(dāng)失效服從指數(shù)分布時,可靠壽命與失效率的關(guān)系為:

當(dāng)可靠水平r=0.5時,即可靠度為一半時有R(t0.5)=0.5,此時稱為中位壽命,此時產(chǎn)品約有一半失效了。如果產(chǎn)品壽命服從標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布,此時的均值μ就是中位壽命,就是“平均無故障工作時間”或是平均壽命;如為對數(shù)止態(tài)分布或指數(shù)分布時,中位壽命不等于平均壽命。

當(dāng)可靠水平r=exp(-1)=0.368時,稱為特征壽命。在指數(shù)分布時,特征壽命與平均壽命重合。即等于MTBF。所以有M'FBF=1/λ的簡單計算公式。雖然公式簡單,但由于指數(shù)分布符合大部分整機的失效分布形式,因此它在很多計算場合被廣泛應(yīng)用。

下次我們介紹MTBF常用的計算途徑

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