淺談產(chǎn)品壽命預測（專輯）---第二篇
時間：2021-08-19 16:23:55
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[導讀]以下內(nèi)容為可靠性知識共享學習會的會員朋友（黃永兆）的經(jīng)驗分享，非常感謝其支持與共享，謝謝！前一篇鏈接：淺談產(chǎn)品壽命預測（專輯）---第一篇五、產(chǎn)品MTBF評估方法1、MTBF測試法????MTBF測試方式主要有：全壽命試驗、定時截尾試驗、定數(shù)截尾試驗。????全壽命試驗要求所有樣...
以下內(nèi)容為可靠性知識共享學習會的會員朋友（黃永兆）的經(jīng)驗分享，非常感謝其支持與共享，謝謝！
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五、產(chǎn)品MTBF評估方法1、MTBF測試法? ? ? ?MTBF測試方式主要有：全壽命試驗、定時截尾試驗、定數(shù)截尾試驗。? ? ? ?全壽命試驗要求所有樣品都在試驗中最終都失效，只需要采用簡單的算術平均值就可以計算出MTBF。但事實上需要試驗樣品在試驗過程中全部失效，所需要的試驗時間可能長達幾年、十幾年甚至上百年。因此，此方法只可能使用于產(chǎn)品的壽命時間比較短的產(chǎn)品。定時截尾試驗指試驗到規(guī)定的時間終止。定數(shù)截尾試驗指試驗到出現(xiàn)規(guī)定的故障數(shù)或失效數(shù)時而終止。定時截尾試驗和定數(shù)截尾實驗采用的MTBF計算公式為：Confirmation?time，總的樣品測試時間Acceleration factor，加速因子Likelihood，基于某種置信度水平下定時截尾試驗和定數(shù)截尾實驗因子
2、MTBF計算法目前用于MTBF預計計算的主要標準為MIL-HDBK-217F。該標準是由美國國防部可靠性中心及Rome實驗室提出并成為行業(yè)標準，專門用于軍工產(chǎn)品MTBF值計算。該標準從95年發(fā)布最后一版后不再對其進行更新維護，這本身也反應了標準本身的局限性。MIL-HDBK-217F對應的國內(nèi)版本為GJB299C，目前最新標準為GJB299C-2006，據(jù)說要出GJB299D但一直沒出來。MIL-HDBK-217F采用了應力分析法和元件計數(shù)法分析產(chǎn)品的MTBF。該方法通過元器件的數(shù)量以及零件的故障率評估產(chǎn)品的無故障時間。商用電子產(chǎn)品通常使用Telcordia SR-332標準來進行MTBF預測。該方法是從貝爾實驗室通信研究中心發(fā)展起來的用于評估電信設備可靠性預計方法。目前最新版本為issue4-2016。該方法給出了三種預計方法，即元器件計數(shù)法，實驗室數(shù)據(jù)法以及基于現(xiàn)場數(shù)據(jù)的預計法。商用電子產(chǎn)品還可以使用SN29500預測手法。這一模型是由西門子公司專門為西門子與西門子有關的人員而研制，作為進行可靠性預計的統(tǒng)一基礎。文件中的標準是以規(guī)定條件下的失效率為基礎。失效率根據(jù)應用于實驗的經(jīng)驗而確定，外部來源（如217，322）也可以加以考慮。
六、產(chǎn)品MTBF測試法實例1、全壽命測試法假設10臺手機每天24小時不間斷運行規(guī)定的測試，測試內(nèi)容包括2G/3G語音呼叫、短彩信、瀏覽器上網(wǎng)、電話本操作。測試過程中出現(xiàn)的測試用例失敗情況都會記錄下來，然后用10臺手機總的運行時間除以全部手機出現(xiàn)的測試失敗次數(shù)，即得到MTBF值。比如，測試100小時出現(xiàn)1臺失效，測試200小時出現(xiàn)2臺失效，測試300小時出現(xiàn)3臺失效，測試400小時剩下4臺全部失效。那么此款手機的MTBF=（100*1 200*2 300*3 400*4）/10=300。即300小時。
2、定時截尾試驗測試法假設10臺手機每天24小時在40攝氏度溫度下不間斷運行規(guī)定的測試，測試內(nèi)容包括2G/3G語音呼叫、短彩信、瀏覽器上網(wǎng)、電話本操作。測試到規(guī)定時間1000小時，沒有出現(xiàn)失效。那么按照90%置信度的MTBF是多少。40攝氏度溫度的加速因子為3.4（相較于一般25攝氏度用戶使用環(huán)境，通常采用Arrhenius Mode）MTBF=1000*10*3.4/2.303=14763小時
3、定數(shù)截尾試驗測試法假設10臺手機每天24小時在40攝氏度溫度下不間斷運行規(guī)定的測試，測試內(nèi)容包括2G/3G語音呼叫、短彩信、瀏覽器上網(wǎng)、電話本操作。測試到1000小時，一臺出現(xiàn)失效，測試停止。那么按照90%置信度的MTBF是多少。40攝氏度溫度的加速因子為3.4（相較于一般25攝氏度用戶使用環(huán)境）MTBF=1000*10*3.4/3.891=8738小時除了上面介紹的三種方法以外，還有運用《GB/T 5080.7-1986 設備可靠性試驗恒定失效率假設下的失效率與平均無故障時間的驗證試驗方案》的測試方案來進行檢測。
七、產(chǎn)品MTBF計算預測法實例1、217預測實例217預測法主要采用應力分析法和元件計數(shù)法分析產(chǎn)品的MTBF。下面主要列舉運用元件計數(shù)法分析預測產(chǎn)品的MTBF。例如：某電子產(chǎn)品由五類元件組成，分別為集成電路、晶體管、二極管、電容以及電阻組成，元件數(shù)量分別為2146、507、1268、416以及2063，那么按照217預測該系統(tǒng)的MTBF如下：系統(tǒng)總的失效率 λ=9.815*10??/h ? ? MTBF=1/λ所以系統(tǒng) MTBF(Prediction)=1.018*10? h
2、SR332預測實例依靠可得到的數(shù)據(jù)量，對器件i的穩(wěn)態(tài)失效率λSSi可使用如下三種方法中一種方法進行預測：?1、黑箱法（零件計數(shù)）?這種方法假設不能從實驗室或者現(xiàn)場得到數(shù)據(jù)，其預測完全基于從本文件中可得到的通用數(shù)據(jù)。2、結合實驗室數(shù)據(jù)的黑箱法這種方法假設可得到相關的器件的實驗室數(shù)據(jù)，該方法使用實驗室數(shù)據(jù)對通用數(shù)據(jù)進行加權以產(chǎn)生精確的失效率預測。3、結合現(xiàn)場數(shù)據(jù)的黑箱法這種方法假設可得到相關的器件的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，該方法使用現(xiàn)場數(shù)據(jù)對通用數(shù)據(jù)進行加權以產(chǎn)生精確的失效率預測。注意這三種方法都需要對失效率進行黑箱法預測，其他兩種方法使用輔助數(shù)據(jù)是為了提高預測的精度。所以這里也主要介紹黑箱法。黑箱法對器件穩(wěn)態(tài)失效率的預測建立在器件的基礎穩(wěn)態(tài)失效率基礎上，這些基礎的失效率的值通過質(zhì)量、應力、環(huán)境和溫度來進行修正。λ p= 器件的穩(wěn)態(tài)失效率λ b=器件的基礎失效率πE=?環(huán)境因素：Environment factorπS=電應力因素：Electrical Stress factorπT=?溫度因素：Temperature factorπQ=品質(zhì)因素：Quality factor
八、MTBF計算預測法缺點由上面的舉例可以看出，計算預測法主要考慮的是產(chǎn)品中每個器件的失效率；應力影響因素包括：πE 環(huán)境因素Environment factor)、πQ品質(zhì)因素：(Quality factor)、πA 應用因素：(Application factor)、πC復雜性因素：(Quality factor)、πL 累計因素：(Learning factor)、πS電應力因素：(Electrical Stress factor)、πT 溫度因素：(Temperature factor）等。這種方法假設了產(chǎn)品的器件都工作在預期的工作應力下，比如我們通常會假設所有元器件的電壓應力都是50%，溫度應力都是40攝氏度，但是實際上每個零件都是獨立的，它的溫度應力，電壓應力都是不同的。另外，由于種種不可預期的因素，產(chǎn)品中某些元器件可能會有瞬間的過應力情況發(fā)生。還有一種情況就是很多對產(chǎn)品壽命有影響的應力因素我們難以評估的周全，比如沒有充分考慮產(chǎn)品的制造工藝、采購策略、質(zhì)量管理水平、人為因素等對產(chǎn)品可靠性的影響。同時在計算參數(shù)的選擇上受計算人員對系數(shù)的掌握和了解程度影響很大，例如很多可靠性工程師不了解元件特性，通常會把三極管和MOS管當作同類器件處理，還有即使是同樣是MOS管，開關mode和線性mode都會不同，因此和實際值相比會有很大的差異。
未完待續(xù)......下一篇預告：主要介紹產(chǎn)品MTBF預測的現(xiàn)實意義、MTBF與設計結合、結尾等！
以上內(nèi)容，若有不正確，請指導修正，歡迎持續(xù)討論，謝謝！
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五、產(chǎn)品MTBF評估方法1、MTBF測試法? ? ? ?MTBF測試方式主要有：全壽命試驗、定時截尾試驗、定數(shù)截尾試驗。? ? ? ?全壽命試驗要求所有樣品都在試驗中最終都失效，只需要采用簡單的算術平均值就可以計算出MTBF。但事實上需要試驗樣品在試驗過程中全部失效，所需要的試驗時間可能長達幾年、十幾年甚至上百年。因此，此方法只可能使用于產(chǎn)品的壽命時間比較短的產(chǎn)品。定時截尾試驗指試驗到規(guī)定的時間終止。定數(shù)截尾試驗指試驗到出現(xiàn)規(guī)定的故障數(shù)或失效數(shù)時而終止。定時截尾試驗和定數(shù)截尾實驗采用的MTBF計算公式為：Confirmation?time，總的樣品測試時間Acceleration factor，加速因子Likelihood，基于某種置信度水平下定時截尾試驗和定數(shù)截尾實驗因子
2、MTBF計算法目前用于MTBF預計計算的主要標準為MIL-HDBK-217F。該標準是由美國國防部可靠性中心及Rome實驗室提出并成為行業(yè)標準，專門用于軍工產(chǎn)品MTBF值計算。該標準從95年發(fā)布最后一版后不再對其進行更新維護，這本身也反應了標準本身的局限性。MIL-HDBK-217F對應的國內(nèi)版本為GJB299C，目前最新標準為GJB299C-2006，據(jù)說要出GJB299D但一直沒出來。MIL-HDBK-217F采用了應力分析法和元件計數(shù)法分析產(chǎn)品的MTBF。該方法通過元器件的數(shù)量以及零件的故障率評估產(chǎn)品的無故障時間。商用電子產(chǎn)品通常使用Telcordia SR-332標準來進行MTBF預測。該方法是從貝爾實驗室通信研究中心發(fā)展起來的用于評估電信設備可靠性預計方法。目前最新版本為issue4-2016。該方法給出了三種預計方法，即元器件計數(shù)法，實驗室數(shù)據(jù)法以及基于現(xiàn)場數(shù)據(jù)的預計法。商用電子產(chǎn)品還可以使用SN29500預測手法。這一模型是由西門子公司專門為西門子與西門子有關的人員而研制，作為進行可靠性預計的統(tǒng)一基礎。文件中的標準是以規(guī)定條件下的失效率為基礎。失效率根據(jù)應用于實驗的經(jīng)驗而確定，外部來源（如217，322）也可以加以考慮。
六、產(chǎn)品MTBF測試法實例1、全壽命測試法假設10臺手機每天24小時不間斷運行規(guī)定的測試，測試內(nèi)容包括2G/3G語音呼叫、短彩信、瀏覽器上網(wǎng)、電話本操作。測試過程中出現(xiàn)的測試用例失敗情況都會記錄下來，然后用10臺手機總的運行時間除以全部手機出現(xiàn)的測試失敗次數(shù)，即得到MTBF值。比如，測試100小時出現(xiàn)1臺失效，測試200小時出現(xiàn)2臺失效，測試300小時出現(xiàn)3臺失效，測試400小時剩下4臺全部失效。那么此款手機的MTBF=（100*1 200*2 300*3 400*4）/10=300。即300小時。
2、定時截尾試驗測試法假設10臺手機每天24小時在40攝氏度溫度下不間斷運行規(guī)定的測試，測試內(nèi)容包括2G/3G語音呼叫、短彩信、瀏覽器上網(wǎng)、電話本操作。測試到規(guī)定時間1000小時，沒有出現(xiàn)失效。那么按照90%置信度的MTBF是多少。40攝氏度溫度的加速因子為3.4（相較于一般25攝氏度用戶使用環(huán)境，通常采用Arrhenius Mode）MTBF=1000*10*3.4/2.303=14763小時
3、定數(shù)截尾試驗測試法假設10臺手機每天24小時在40攝氏度溫度下不間斷運行規(guī)定的測試，測試內(nèi)容包括2G/3G語音呼叫、短彩信、瀏覽器上網(wǎng)、電話本操作。測試到1000小時，一臺出現(xiàn)失效，測試停止。那么按照90%置信度的MTBF是多少。40攝氏度溫度的加速因子為3.4（相較于一般25攝氏度用戶使用環(huán)境）MTBF=1000*10*3.4/3.891=8738小時除了上面介紹的三種方法以外，還有運用《GB/T 5080.7-1986 設備可靠性試驗恒定失效率假設下的失效率與平均無故障時間的驗證試驗方案》的測試方案來進行檢測。
七、產(chǎn)品MTBF計算預測法實例1、217預測實例217預測法主要采用應力分析法和元件計數(shù)法分析產(chǎn)品的MTBF。下面主要列舉運用元件計數(shù)法分析預測產(chǎn)品的MTBF。例如：某電子產(chǎn)品由五類元件組成，分別為集成電路、晶體管、二極管、電容以及電阻組成，元件數(shù)量分別為2146、507、1268、416以及2063，那么按照217預測該系統(tǒng)的MTBF如下：系統(tǒng)總的失效率 λ=9.815*10??/h ? ? MTBF=1/λ所以系統(tǒng) MTBF(Prediction)=1.018*10? h
2、SR332預測實例依靠可得到的數(shù)據(jù)量，對器件i的穩(wěn)態(tài)失效率λSSi可使用如下三種方法中一種方法進行預測：?1、黑箱法（零件計數(shù)）?這種方法假設不能從實驗室或者現(xiàn)場得到數(shù)據(jù)，其預測完全基于從本文件中可得到的通用數(shù)據(jù)。2、結合實驗室數(shù)據(jù)的黑箱法這種方法假設可得到相關的器件的實驗室數(shù)據(jù)，該方法使用實驗室數(shù)據(jù)對通用數(shù)據(jù)進行加權以產(chǎn)生精確的失效率預測。3、結合現(xiàn)場數(shù)據(jù)的黑箱法這種方法假設可得到相關的器件的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，該方法使用現(xiàn)場數(shù)據(jù)對通用數(shù)據(jù)進行加權以產(chǎn)生精確的失效率預測。注意這三種方法都需要對失效率進行黑箱法預測，其他兩種方法使用輔助數(shù)據(jù)是為了提高預測的精度。所以這里也主要介紹黑箱法。黑箱法對器件穩(wěn)態(tài)失效率的預測建立在器件的基礎穩(wěn)態(tài)失效率基礎上，這些基礎的失效率的值通過質(zhì)量、應力、環(huán)境和溫度來進行修正。λ p= 器件的穩(wěn)態(tài)失效率λ b=器件的基礎失效率πE=?環(huán)境因素：Environment factorπS=電應力因素：Electrical Stress factorπT=?溫度因素：Temperature factorπQ=品質(zhì)因素：Quality factor
八、MTBF計算預測法缺點由上面的舉例可以看出，計算預測法主要考慮的是產(chǎn)品中每個器件的失效率；應力影響因素包括：πE 環(huán)境因素Environment factor)、πQ品質(zhì)因素：(Quality factor)、πA 應用因素：(Application factor)、πC復雜性因素：(Quality factor)、πL 累計因素：(Learning factor)、πS電應力因素：(Electrical Stress factor)、πT 溫度因素：(Temperature factor）等。這種方法假設了產(chǎn)品的器件都工作在預期的工作應力下，比如我們通常會假設所有元器件的電壓應力都是50%，溫度應力都是40攝氏度，但是實際上每個零件都是獨立的，它的溫度應力，電壓應力都是不同的。另外，由于種種不可預期的因素，產(chǎn)品中某些元器件可能會有瞬間的過應力情況發(fā)生。還有一種情況就是很多對產(chǎn)品壽命有影響的應力因素我們難以評估的周全，比如沒有充分考慮產(chǎn)品的制造工藝、采購策略、質(zhì)量管理水平、人為因素等對產(chǎn)品可靠性的影響。同時在計算參數(shù)的選擇上受計算人員對系數(shù)的掌握和了解程度影響很大，例如很多可靠性工程師不了解元件特性，通常會把三極管和MOS管當作同類器件處理，還有即使是同樣是MOS管，開關mode和線性mode都會不同，因此和實際值相比會有很大的差異。
未完待續(xù)......下一篇預告：主要介紹產(chǎn)品MTBF預測的現(xiàn)實意義、MTBF與設計結合、結尾等！
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