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寿命试验(MTBF)介绍

发布时间:2021年11月26日 浏览数:14 文章出自:北测可靠性实验室

基本概念:

MTBF:Mean Time Between Failure,即平均无故障工作时间,是指两次相邻失效(故障) 之间的工作时间;

MTBF≠产品寿命!!!

MTTF:Mean Time To Failure,即平均失效时间,也称为系统在失效前的平均时间;对于不可修复系统,MTBF和MTTF值相同;

MTTR:Mean Time To Repair:平均修复时间,越短越好。
MTBF、MTTF、MTTR均为对产品的统计数据,提供试验的产品数量越多越接近真实值。

故障率λ:产品故障总数和运行的产品总数之比,如100台样品运行一年出现2次故障,那么故障率为0.02次/年;

MTBF=1/λ,一般单位为1/h;
举例:如某产品的MTBF值为10万小时(约11.5年),并不是以为这产品能使用11.5年不出现故障,而是表示故障率不超过1/11.5=0.087次/年。

某批次产品MTBF值的计算:
MBTF=总运行时间/总故障次数=(T1+T2+···+Tn)/rn;
其中Ti为第i台产品累计运行时间。

不可靠度F(t):又叫失效概率函数,其定义为“产品在规定的时间内和规定的条件下,不能完成规定功能的概率”;

可靠度R(t):其定义为“产品在规定的时间内和规定的条件下,完成规定功能的概率”;

R(t)=e^(-λ*t);
F(t)=1- e^(-λ*t)

寿命试验(MTBF测试).jpg

测试方法:

实验方式主要有三种:

  • 1、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。

  • 2、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。

  • 3、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。

计算方法:

  • 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

MTBF测试的目的:

  • 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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