可靠性预计与MTBF值计算

玫瑰有刺

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。美国电子协会最近的一项统计表明，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最重要的因素。而可靠性设计需要贯穿于整个设计的全过程，而不是仅仅对最终产品的验证。

    在中国，对电子产品的质量和可靠性要求也十分严格。无论是军品或民品，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，目前最通用的权威性标准是MIL-HDBK-217和Bellcore,它们分别用于军工产品和民用产品。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，专门用于军工产品MTBF值计算，其最新版本为217-F2，而Bellcore是由AT&T Bell 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最好？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，因为功能相同时，MTBF值、成本等将是最关键的因素，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最麻烦的事。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

    一个产品的最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、市场领先性都很好，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唯一标准就是MTBF值(注意，不能依靠手工粗略的不精确估算)。

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最终的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Ground Fixed, 即固定在普通地面的情况，而CL表示Cannon Launch，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。

三、MTBFcal 可靠性预测软件

   艾姆克科技有限公司专门为中国用户提供了汉化操作环境的可靠性预测软件MTBFcal，应用这个软件，使得产品的可靠性预测工作变得十分简单轻松。因为MTBFcal是一套经过多年应用证实了的实用化软件，无论对可靠性技术的概括、使用环境、器件参数库、对应用者的要求、以及应用平台等方面都努力做到了完美，乃至实用化分析报告格式打印，都已完全工程化。

    MTBFcal提供有完善的MIL-HDBK-217F2和Bellcore两种标准的分析环境和相应的器件库。MTBFcal备有多达50000个器件的器件库，还根据工业标准，提供了编辑、修改、添加器件库的功能。

    MTBFcal在计算出单板或系统的可靠性指标的同时，还能指出每个器件对系统总失效率的影响。利于工程师查找故障隐患。

    MTBFcal能计算串行方式、并行方式和N中取K方式的系统的可靠性指标。能指出设计中的超极限应用的器件，例如电阻的过功耗、电容的过压、继电器等的过流以及所有类型器件的过温使用等

    MTBFcal提供极其友好的用户界面，易学易用。工作在Windows, 95, 98, 2000及NT等操作系统下，采用MDI(多用户数据界面)标准界面，全汉化环境以及汉化的在线文档帮助系统。

MTBFcal技术参数库

     MTBFcal备有丰富的可靠性技术参数库，该库是可靠性预测软件的基本基础，没有完备的参数库，就基本上无法让软件正常运行，因为用户自行建库不容易，用户也不容易收集那么多器件的参数。同时，MTBFcal还根据工业标准，提供了编辑、修改、添加器件库的环境的功能。具体器件参数多于50000个，它们分为：

器件类：

-   54/74系列，4000系列，CMOS, LS, ALS, F, FAST, HC, HCT, AC, ACT, AHC, AHCT, FCT, ABT, LVT, LVC, LV等等

-   可编程器件：FPGA/PLD、 Xilinx,、Altera,、AMD、 PAL 等

-   存  贮 器：DRAM、SRAM、 EPROM等

-   微处理 器：微控制器、DSP等大规模芯片

-   线性 电路：运放、缓冲器、比较器、电源块等

-   晶  体 管：NPN、PNP、 功率MOS管等

-   二  极 管：开关二极管、整流二极管、齐纳二极管等

-   电     阻：所有种类，包括贴片电阻、绕线电阻等

-   电     容：所有种类，包括云母电容、陶磁电容、钽电容、电解电容等

-   其     它：如保险丝，指示灯、开关、连接器、接插件等

 封装：

包括表面贴装在内的所有封装形式，如CDIP、 LCCC、 PGA、 PDIP、 SOIC、 SOJ、 PLCC、 SSOP、 TSSOP、 TVSOP、QFP、TQFP、SQFP、QSOP等

供应商：

TI， Motorola, Farrchild, Philips, Harris, Intel , IDT, Cypress, Xilinx, Altera, AMD, National等等

MTBFcal 软件特点：

-   同时支持Mil-HDBK-217-F2和Bellcore标准

-   友好的用户界面

-   支持快捷键命令输入法

-   MDI(多用户数据界面)标准界面

-   预阅可靠性报告

-   容易学习，容易使用

-   支持Windows, 95, 98, 2000及NT

-   汉化环境

-   在线文档帮助

-   完备的参数库，多于50000个器件

-   支持Hybrid (厚膜)电路块

-   用户定义报告格式

-   数据读入/读出接口

-   32位计算程序，运行快

-   支持长文件系统

-   含编辑用户自定义参数库功能

-   可以定义和计算冗余电路

-   串行和平行电路计算

MTBFcal 用途

-    军品民品的可靠性计算和管理

-   可行性研究

-   决定产品性价比

-   查找电子产品隐患

-   降低产品成本

-   产品维护期分析

-   MTBF报告

Kevin_HIT

学习了~~准新手