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平均故障间隔时间(MTBF)及其对设备和系统设计的重要性

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作者节奏PCB解决方案

关键的外卖

定义平均故障间隔时间(MTBF)。

●更深刻地理解MTBF的重要性。

●了解MTBF等评估如何转化为设备和系统更好的设计、功能和生命周期。

平均故障间隔时间(MTBF)是一种高效的维护和管理工具。

平均故障间隔时间(MTBF)

在每一个可以想象到的领域或专业领域，设计通常倾向于延长寿命，或在某种程度上增加设备的生命周期。在印刷线路板组件在美国，对延长生命周期、性能、功能的需求，当然，可靠性也是整体设计过程的固有组成部分。

因此，只有在逻辑上才有必要分析或评估可靠性机械和电气设备或系统的故障率和故障时间。其中一种评估方法是称为平均故障间隔时间(MTBF)的度量。在这篇文章中，我们将进一步了解MTBF是什么，如何计算它，以及为什么它对您的整体PCB设计很重要。

什么是平均失败间隔时间?

平均故障间隔时间(MTBF)或故障，如一些人所说，是指电子和机械设备或系统内在故障之间的预计运行时间。换句话说，设备或系统崩溃的平均时间。通常，这是在标准系统操作期间。此外，我们通常只将MTBF这个术语应用于可修复系统。然而，我们使用术语，平均故障时间(MTTF)来评估不可修复的设备或系统的预期故障时间。

此外，MTBF的定义取决于被评估设备或系统的条件以及什么构成了故障。在大多数情况下，复杂且可修复的系统将故障定义为使设备或系统停止服务的事件，即需要修复的事件。所以这不是完全的损失。如果一个设备保持可操作，只要它能在未修复状态下保持功能，就不会被归类为故障。

此外，为例行计划维护或库存控制而从服务中移除的设备也不被归类为故障。一般的经验法则是，MTBF越高，系统在故障发生前的工作时间可能越长。

计算平均故障间隔时间

通常，MTBF以小时为单位。由于MTBF是电子或机械系统故障间隔时间的算术平均值或平均时间，有一个简单的计算方法:

  • 将特定时间段内的总操作小时数除以此时间段内发生的故障数。

例如，一部智能手机一年可以工作1095个小时，或者365天每天工作4个小时。然而，智能手机在这段时间内总共失败了10次。

现在我们来计算平均故障间隔：

平均故障间隔=(每天4小时× 365天)÷ 10次故障= 146小时

平均故障间隔= 1460小时÷ 10次故障= 146小时

平均故障间隔= 146小时

上面的例子是MTBF的最简单形式。然而，当处理各种故障度量时，这些计算往往更加复杂。当您分析大量的时间并出现多个问题时，这一点就更加明显了，这显然在执行计算时需要更多的步骤。

下面的例子是一个更复杂的MTBF计算，涉及到每天使用时间的延长和多个问题发生:同一个智能手机每天使用10小时，但它在14天(140小时)内发生两次故障。

  1. 第一个问题发生在初始启动时间40小时后，需要4个小时来修复。当然，这意味着我们的第一段正常运行时间将持续40个小时。

  2. 现在，我们的第二个问题发生在开始时间80小时后，花了2个小时修复。因此，由于第一个问题发生在40小时的正常运行时间之后，花了4小时进行修复，第二个故障发生在36小时的正常运行时间之后(80 - 44 = 36)。

  3. 第二个问题需要2小时来修复，留下58(140 - 76)小时的正常运行时间。MTBF公式中使用的值如下:

平均故障间隔=(40小时+ 36小时+ 58小时)÷ 2个故障

平均故障间隔=(134小时)÷ 2个失败= 67小时

平均故障间隔= 67小时

我们现在可以看到MTBF等于特定设备或系统的总正常运行时间。

MTBF、MTTR、MTTF和FIT的比较

平均故障间隔:是算术平均数或故障间隔时间的平均数。尽管如此，下面的概念是一些其他的评估，有助于更清楚地了解设备或系统的总体可靠性水平。

平均修复时间(MTTR):表示硬件模块出现故障时修复所需的时间。当一个设备或系统出现故障时，通常是硬件部件需要更换或修理。修理设备或系统的时间越长，由于停机而产生的成本就越多。

平均到故障时间:是不可修系统可靠性的基本度量。总的来说，它是一个装置、系统或设备第一次发生故障之前人们可以预期的算术平均时间。

FIT(失效时间):是披露MTBF的另一种方法。FIT详细列出了设备每10亿小时运行可能出现的故障数量。此外，FIT在半导体行业和元件制造业中都得到了广泛的应用。

平均故障间隔时间的应用

我们利用MTBF值来评估设备或系统的总体可靠性。这种评估对生产产品的制造商和公司更为关键。一般来说，这个值不是一个定量的方法来区分故障设备和工作设备，而是一个平均或平均设备生命周期。

因为MTBF是设备的寿命在美国，它的价值估算是产品开发中的一个重要组成部分，设计和可靠性工程师通常使用可靠性软件来计算设备在各种标准下的MTBF。这些标准包括西门子SN29500、MIL-HDBK-217F、FIDES、Telcordia sr-332和RDF 2000/UTE C 80-810。

在制造业中，一家公司了解其设备或系统可靠性的能力使他们能够收到有价值的反馈，以帮助提高设备的预期寿命。这些知识最终导致提高设计精度、成本效益和减少材料浪费。

对生命关键设备的精确MTBF评估可以挽救生命。

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在Cadence，我们理解计算平均故障间隔时间作为系统整体设计的一部分的必要性。MTBF插件目前正在开发中，各种设计输入，包括来自我们的信息现场物料清单物料清单系统，将滚入系统捕获的可靠性部分进行分析。一旦可用，MTBF插件将帮助您从经过验证的组件模型创建可靠的设计，并在工作时分析其功能的所有方面。

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