公司使用MTBF(Mean Time Between Failures平均无故障时间)、MTTF(Mean Time To Failure平均失效前时间)和FIT(Failures In Time失效率)数据来展示产品或组件的可靠性,并确定需要生产多少数量。制造商在计算这些数值时采用的方法和条件各不相同,本文将对这些术语的一般定义以及它们是如何得出的进行介绍。
MTBF是衡量硬件或组件可靠性的一个指标。它定义为给定设备或系统的故障间隔时间,通常以小时为单位。这个统计值旨在表示在长时间内,对于大量样本,给定组件的随机故障之间将经过的平均时间。它还表示根据系统中各种组件的已知故障率计算出的系统可靠性。
例如:
如果市场上有1000个产品在运行;可以估计在100小时后会有多少单位出现故障,并确定需要准备多少产品来替换。
在这种情况下使用的计算公式是1000个单位×100小时=100,000小时/单位。
如果MTBF为50,000小时,那么预计的故障数量是100,000÷50,000=2个单位。因此需要准备2个单位来替换故障单位。
由于制造商的计算方法和计算条件不同,MTBF的计算值也会有所不同。有两种计算方法以及根据它们如何组合而定的各种环境条件。这就是为什么有多种计算结果的原因。
MTTF表示产品在初次使用后到出现故障的时间。
MTBF和MTTF使用相同的计算方法,但MTBF用于可维修的产品,而MTTF用于不可维修或维修成本过高的产品。
FIT是表示故障率的单位,表示每10^9小时发生多少次故障。
例如,在10FIT的情况下,每10^9小时会发生10次故障。
可以使用以下公式根据可靠性数据中的MTBF或MTTF来计算FIT值。
显然,平均无故障时间(MTBF)越高,部件在给定条件下运行更长时间的几率就越大。MTBF与产品的使用寿命预期无关,因此与产品寿命没有联系。
例如,假设一个TDK电容器的MTBF为6918年(16.5失效时间间隔,FIT),这并不意味着该电容器能持续这么久(显然,没有人能够对部件进行这么长时间的测试)。如果我们假设一年有8760小时(365天×24小时/天),并且我们想知道该电容器在10年内无故障运行的概率是多少,我们可以进行以下计算:
6918年×8760小时/年=60,601,680小时
10年×8760小时/年=87,600小时
87,600小时/60,601,680小时=0.0014455
e^-0.0014455=0.99856
由于概率以百分比表示,这意味着该部件在10年期内有99.856%的几率能正常工作。
显然,6918年对于电容器来说是一个极其漫长的时间,不太可能达到这么长的使用寿命。然而,重要的是要考虑到电容器并不是独立工作的。它是电路中执行某种功能的一个组成部分,而该电路又是更大系统的一部分。有时,如果电路中的一个元件出现故障,整个电路将停止工作。这将导致系统停机,并使产品无法使用。为了计算整个系统的MTBF,需要取所有FIT数值之和的倒数。让我们通过一个例子来更清楚地了解FIT数值的含义。假设某个特定电路中有70个电容器。所有这些电容器的FIT数值都是16.5(与前面的例子相同)。要找到MTBF,您可以进行以下计算:
MTBF=1/(16.5×70)=0.0008658008658
0.0008658008658×10^9=865,800小时
对于电路中的70个电容器,它们的组合MTBF显著降低。如果我们想知道该电路在10年后仍能正常工作的几率,按照前面例子的相同计算步骤,结果将是90.3%。此外,请注意,此时的MTBF更加合理,865,800小时大约等于98年。还要考虑到这是以运行小时数为单位的。因此,对于24小时不间断运行的东西,平均故障时间将是9.88年。但是,如果它用在汽车上,例如,那么这个时间将会长得多。
假设汽车每天运行4小时,每年运行1460小时;那么MTBF将是865,800/1460,即593年。汽车在10年内不出现故障的概率现在是e的-(10/593)次方=0.983,即98.3%。与90.4%相比,这个数字要好得多。MTBF数值的另一种用途是用于计算系统的可用性。
综上,MTBF和MTTF是用来描述系统或设备级别的故障间隔时间,而FIT是用来描述某单一器件的失效率的单位。FIT越小越好,MTBF和MTTF越大越好。