了解平均故障间隔时间(MTBF)

Mean Time Between Failures
平均故障间隔时间 (MTBF) 是您在产品数据表中看到的常见指标,通常作为可靠性和耐用性的标志。但是,尽管 MTBF 被广泛使用, 也是工程学中最容易被误解的数字之一。

许多工程师和决策者通常会对不同供应商提供的 MTBF 值信以为真。他们直接比较这些数值。这似乎合乎逻辑,对吗?数值越高,意味着产品越可靠。但事实并非如此。这种做法虽然直观,却可能导致误导性结论和错误选择。让我们来解释一下,为什么价值比较并不像看起来那么简单,以及为什么深入挖掘很重要。

MTBF 实际上告诉你什么

平均故障间隔时间是系统中故障间隔时间的统计估计值。它假设故障率在其使用寿命期间保持不变。
通常,表达式以小时为单位,并根据以下标准进行计算:
  • Telcordia SR-332(在电信设备中很受欢迎)
  • MIL-HDBK-217(用于军事和航天航空环境)
  • IEC 62380/61709(常见于工业应用

这些标准包括以下变量:
  • 环境因素(例如,工作温度)
  • 组件故障率
  • 系统设计实践(如组件降额)
  • 负载和热应力

虽然平均故障间隔时间可以提供特定条件下的预期可靠性,但它并不能说明全部问题,当然也不能保证产品的实际性能。如果供应商使用不同的计算方法,就无法比较它们的 MTBF 值,情况就更加棘手了。

为什么MTBF的比较会产生误导?

1. 标准不同,结果不同

每种 MTBF 计算标准都有自己的一套假设,会对计算结果产生重大影响。
例如:
Telcordia SR-332 假设电信级环境相对稳定,这可能不适用于更恶劣的工业或军事条件。
MIL-HDBK-217 使用更保守的假设,通常会导致 MTBF 值较低。
IEC 62380 可能包括温度循环等考虑因素,而其他人则忽略了这些因素。
比较使用这些不同标准计算的 MTBF 值就像比较苹果和橘子,其基本假设完全不同。

2. 乐观的条件会膨胀结果

供应商有时会在理想化的条件下计算平均故障间隔时间,以提出更高的数字。
例如:
  • 假设产品将在温度稳定的低压力环境中运行。
  • 忽略电源浪涌、机械振动或温度波动等实际因素。
  • 依赖于可能无法反映典型使用情况的降额组件(工作温度远低于其最大额定值)。

如果供应商 A 比供应商 B 使用了更乐观的假设,那么他们的 MTBF 值在纸面上看起来会更好,即使产品在实际条件下并不可靠。

3. 部件质量和设计理念

产品的可靠性不仅与数字有关,还与部件的质量和设计方式有关:
  • 一个供应商可能会优先考虑成本效益,这可能会增加部件的压力,降低可靠性。
  • 另一种选择可能会使用更好的部件。这可能会提高长期性能,但成本可能会更高。

MTBF 计算通常无法捕捉到这些细微差别,因此很难判断产品的真正稳健性。

4. 不同故障率数据库

供应商依靠组件故障率数据库来计算 MTBF。这些数据库的准确性可能各不相同:
  • 有些供应商可能会使用通用的故障率,而这些故障率并不反映实际的部件性能。
  • 其他供应商可能依赖过时或过于乐观的数据。

如果某个供应商使用了更好(或更差)的故障率数据,那么即使产品在其他方面相似,其 MTBF 数据也会大相径庭。

误读MTBF的风险

误解或高估平均故障间隔时间会导致若干问题:
对高 MTBF 值的错误信任:高 MTBF 值可能看起来很好,但如果基本假设存在缺陷,它并不能保证可靠性。
错误的采购决策:平均故障间隔时间较低的产品实际上可能更可靠,尤其是在更恶劣的条件下。
忽视实际数据会导致误解:现场的实际性能和保修退货率能让人更好地了解可靠性。这比依赖 MTBF 理论值更准确。

如何明智使用MTBF数据

要充分利用 MTBF 数据并避免其缺陷,请考虑以下最佳实践:

1. 了解MTBF计算细节

请务必检查计算时使用的标准以及假设条件(如运行条件、部件质量)。RECOM 数据表中明确说明了 MTBF 的计算条件。例如,“根据 MIL-HDBK-217F,GB,+25°C”,这意味着使用的标准是军事手册第 217 号 F 版,受控环境条件为地面良性,环境温度为 25°C。

RECOM 数据表中的 MTBF 计算条件

2. 验证可比较的MTBF值

仅比较在相同条件下使用相同标准计算的 MTBF 值。如果竞争对手使用相同的计算假设,则 MTBF 计算结果可以进行比较。但是,如果他们选择不同的温度或环境条件,结果可能就不一样了。

这是因为在计算平均故障间隔时间时,使用了组件的基本可靠性乘以若干运行影响因素,如环境(如温度、冲击、振动)、组件相互作用(如交叉干扰或相互加热)和质量(组件公差、质量控制等)。例如,最重要的变量之一就是质量因素。RECOM 对供应商进行审核,我们的生产设施通过了 ISO 认证,这意味着我们的部件性能始终如一。

3. 考虑现实世界的可靠性指标

评估实际性能指标,如现场故障率、保修退货率和正常运行时间。MTBF 是一种预测工具。如果电源在使用 2 年后故障率低于 1%,那么所需的 MTBF 将为(2 x 365 x 24)/1%=175 万小时。

因此,举例来说,如果应用需要一个紧凑型 5W AC/DC 电源,并使用 RECOM 的 RECOM’s RAC05-K/277 系列(25°C 时的 MTBF = 225 万小时),设计人员就可以确信,在使用两年后,由于电源引起的现场故障将大大低于百分之一(实际上接近于已安装设备的 250 分之一)。

4. 考虑应用

如果 MTBF 较低的产品能更好地适应环境(如极端温度、振动),那么在特定的使用情况下,它的性能可能仍会优于 MTBF 较高的产品。回到上述 RAC05-K/277 的例子,在 +40°C 温度条件下,平均故障间隔时间为 180 万小时,因此,即使在环境温度较高的情况下,经过两年的有效服务,现场故障率预计仍低于已安装设备的百分之一。

该部件还符合军用级冲击和振动标准 MIL-STD-202G,工作温度范围为 -40°C 至 +90°C,并通过了 OVCIII 类过电压认证。这些附加规格增强了对 MTBF 数据的信心。

关于平均故障间隔时间和可靠性的最终想法

MTBF 是在受控条件下预测可靠性的有用工具,但远非衡量实际性能的确切标准。在不了解具体的情况下直接比较供应商之间的 MTBF 值不仅没有帮助,反而会产生误导。不要受限于 MTBF,而要注重对可靠性的整体评估。考虑实际数据、设计实践和特定应用测试。通过超越表面的比较,您将做出更明智的决策,并找到真正适合您需求的产品。