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基础知识三：产品可靠性指标－MTBF基本介绍

MTBF即平均无故障时间，英文是“Mean Time Between Failure”，具体是指产品从一次故障到下一次故障的平均时间，是衡量一个产品的可靠性指标（仅用于发生故障经修理或更换零件能继续工作的设备或系统），单位为“小时”。

一、概述
    在如今激烈竞争的电子产品市场中，用户对产品质量和可靠性的要求越来越高。美国电子协会*近的一项统计表明，在决定高技术产品是否能占据大的市场份额时，产品的可靠性是其中*重要的因素。而可靠性设计需要贯穿于整个设计的全过程，而不是仅仅对*终产品的验证。
   在中国，对电子产品的质量和可靠性要求也十分严格。无论是**或民品，都必须有明确的可靠性指标，并且要明确地标识于产品说明书或其包装上。可靠性指标的计算和预测，是市场的需要、技术的推动和政策的规定，作为电子设计人员必须了解和掌握可靠性计算。
   关于MTBF值的计算方法，目前*通用的权威性标准是MIL-HDBK-217和Bellcore,它们分别用于**产品和民用产品。其中，MIL-HDBK-217是由美国国防部可靠性分析中心及Rome实验室提出并成为行业标准，专门用于**产品MTBF值计算，其*新版本为217-F2，而Bellcore是由AT&TBell实验室提出并成为商用电子产品MTBF值计算的行业标准。
   可靠性预测工具是评估产品是否可靠的基础手段，可靠性预测工具为整个产品开发过程提供指导。事实上，业界已经将可靠性预测工具形象地改名为可靠性管理工具。因为它在整个开发周期中监视着产品的质量情况。
具体表现在以下几点：
1．在理论概念设计阶段
可靠性预测是十分重要的，它将指导产品能否有可能性实现，为设计者提供方案修改提供技术依据，从而避免盲目实施具体设计，尽量将潜在的“不可行性”发现在早期。如果项目尚未实施，就发现其MTBF值太低，那么就可能要考虑修改计划了。
2．设计对比
    在你具体进行产品初期设计和实验时，往往会有各种方案和建议供你选择和决定，终究采用哪一个方案为*好？可能它们的电路功能基本相同。此时可靠性分析工具将帮助你做出决定，因��功能相同时，MTBF值、成本等将是*关键的因素，在条件允许时，一定采用高MTBF值的方案。
3．隐患定位
    在电子产品调试过程中，可靠性软件完全可以帮你定位产品中的潜在的“不稳定”因素。因为可靠性软件可以报告整机系统的失效率，以及每一个元器件的失效率，或者某些子电路块的失效率。电路中可能由参数不合理，如过压、过流、过热等形成某个器件提前失效，(注意，有时往往当时出厂时没有失效，实验时也对，但时间一长就坏)。因为任何器件有一个疲劳损伤期，如耐热指标是90℃，但工作在95℃时不一定马上就失效，但其失效率为很高，这类隐患经常是工程人员*麻烦的事。现在有了可靠性分析软件，马上就可以指出哪些器件不稳定。
4．决定价值
    一个产品的*终价值决定于许多因素。但今天，MTBF值将是其中十分重要的一个因素。用户在了解和评审你的产品价格时，也一定会把MTBF值考虑进去。很多产品其技术指标、市场**性都很好，但由于MTBF值低，也就是说其产品不可靠。或者说，其产品质量不稳定等，从而使其产品的性价比降低。目前衡量产品是否可靠的**标准就是MTBF值(注意，不能依靠手工粗略的不**估算)。
5．质量管理
    一个电子产品的可靠性指标MTBF的设计已经是任何人都不可回避的事实了。一方面，国内国际上都有十分严格的政策规定，任何电气产品都必须有*终的MTBF报告，更何况可靠性软件还不仅仅有此功能。另一方面，用户也将迫使厂家必须提供MTBF值，以便“买得放心”。试想，如果用户得知你的MTBF值是人为估测的，那么他将会怎么想？事实上，今天可靠性软件是管理一个产品整个开发周期的主要手段。

二、MTBF和那些因素有关？
   MTBF的计算方法和依据已经成为标准，其主体是考虑产品中每个元器件的失效率。但是由于电子产品的结构不同，应用环境不同等，会严重影响每个元器件失效率，从而导致总体MTBF值降低。因此在计算中：
   首先要考虑的是环境因素。对于Mil-217标准，环境因素概括成14种类型，它们是GB，GF，GM，NS，NU，AIC，AIF，AUC，AUF，ARW，SF，MF，ML，CL。如GF表示GroundFixed,即固定在普通地面的情况，而CL表示CannonLaunch，即火炮发射瞬间的情况。这两种情况下，同一电路的失效率会相差很大。对于Bellcore商用系统，其环境概括为5种类型，它们是：GB，GF，GM，AC，和SC。
   除环境因素外，其次十分重要的因素是器件本身的可靠性参数，包括内部结构、工艺、封装、应力度等，而每种器件的内部结构不同而其参数不同，如CPU和电阻的结构差别很大。
    此外，要考虑的是电子系统加工工艺和结构，如器件插座、焊接、过孔数、贴片器件、连线等等。这些因素也会导致系统不可靠。
    所有上述这些因素，一般靠人工去建模，去分析，工作量无法想象，但借助于MTBFcal软件和其庞大的参数库，所有工作都变得简单化。

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