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寿命试验(MTBF)介绍

发布时间:2022年03月03日 浏览数:2 文章出自:北测实验室

寿命试验(MTBF)是什么?

MTBF,即平均故障间隔时间,英文全称是“Mean Time Between Failure”。是衡量一个产品(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。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)。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。

寿命试验(MTBF)是研究产品寿命特征的方法,这种方法可在实验室模拟各种使用条件来进行。寿命试验是可靠性试验中最重要最基本的项目之一,它是将产品放在特定的试验条件下考察其失效(损坏)随时间变化规律。产品进入到维护管理阶段后,MTBF(平均故障间隔时间)是最关键的一个性能指标之一。

然而,MTBF应该怎么测试和计算的?

MTBF的测试方法和计算方式

  • 测试方法

  • 实验方式主要有三种:

  • 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。

  • 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。

  • 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。

  • 计算方式

  • 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。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,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)。MTTF包含了区域I和 II,而MTBF只包含了区域(II)。

    以序贯截尾试验方法为例,介绍MTBF的一种计算方式:

    M0 = 规定可接受的平均无故障时间;

    α =生产方风险;

    β =使用方风险;

    Dm =平均无故障时间的鉴别比

    当生产方风险α是当实际的 m=m0时,设备被拒收的概率

    使用方风险β是实际的 m=m1时,设备被接受的概率。这里m1是不可接受的平均无故障时间。

    平均无故障时间的鉴别比在整理的定义是:Dm= m0/m1

    假设β =α , d、 m0 、m1、r 相同,为了方便比较,设置MTBF(m1) =2000h

    β =α=10% , Dm= m0/m1 =3 ,r=5

    当故障数r为1和5时的接收时间分别为:

    TA≥t (标准化判决时间)ⅹMTBF(θ1)=514ⅹ2000=10800h

    TA≥t (标准化判决时间)ⅹMTBF(θ1)=10135ⅹ2000=20700h

    如表,r=5时,合格判决时间TA=20700h ;r=1时,合格判决时间TA=10800h ;

  • 序贯截尾试验方案简表.jpg
  • 序贯截尾试验判决标准总时间表.jpg
  • 寿命试验(MTBF).jpg
  • 序贯截尾试验接收-拒收判决标准.jpg

MTBF的测试方法和计算方式

一、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。

二、零件寿命周期的推定及最合适修理计划的研究。

三、有关点检对象、项目的先定与点检基准的设定、改良。

四、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。

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,可可靠度函数估算产品的可靠度。

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