MTBF & MTTF & MTTR概念.doc

MTBF & MTTF & MTTR

MTBF (Mean Time Between Failures) =平均故障間隔時間
MTTF (Mean Time To Failure) =平均故障時間
MTTR (Mean Time To Repair) =平均修復時間

1.MTBF(Mean Time between Failure)
產品平均故障間隔時間；對一個可修復的系統而言，從第一次失效時間與隨後發生失效時間的平均值，指相鄰兩次故障之間的平均工作時間，也稱為平均故障間隔。它僅適用於可維修產品。同時也規定產品在總的使用階段累計工作時間與故障次數的比值。通常用來評估系統的可靠性和可維修性，實際應用上常將MTBF定義為在系統故障前之平均時間，實際上就是表示系統的MTTF.

2.MTTF(Mean Time to Failure)
產品故障前平均時間；指一個系統工作直到發生失效的期望時間，這表示此系統僅能失效一次且不可修復，對於不可修復的系統而言，MTTF為系統可靠度中極為重要的指標。

3.獲得產品MTBF方法
MTBF推估法：將每一零件之各項參數數據(零件規格表)將相關參數輸入至分析軟體即可計算出產品MTBF，也可用實際產品在工作時量測其實際參數(如電壓,電流等)在將其輸入計算軟體中亦可獲的產品MTBF數值，目前有市售軟體(為避免廣告嫌疑，軟體供應商可自尋上網搜尋)
優點：可於產品開發初期快速評估產品預期壽命；可得到令人相當興奮的數字；可以以預估值與產品在市場所回饋值進行預估參數修訂。
缺點：軟體售價昂貴，軟體資料庫建置是否跟的上零件發展速度?；與產品投入市場之壽命關聯性低(過去經驗)

MTBF實證法：最常被電子產業引用的方法為高溫加速(Arrhenius Model)與溫度循環(Coffin-Manson Model)，採用加速應力方式來證明產品長期可靠度

高溫加速：Af = e{ (1/k Ea ( 1/273+Tmax – 1/273+Ttest)}
溫度循環加速：Af = ( ΔTtest/ΔTuse)m
優點以試驗數據來呈現產品可靠度較不容易引起客戶質疑
缺點：需有一定樣品數量(通常需>20)，需Work-in chamber或高速率溫度變化櫃(當然也可委託專業實驗室進行試驗證明，但須編列試驗預算)
Field Return Data：從市場客退數量得知
優點：絕對真實
缺點：客戶不滿意，商譽受損；了解總在受傷害之後

MTBF 推估及實測, 在業界用的很平常呀~因為客戶都會要求這些資料, 所以常常在做這些實驗以及計算...
MTBF推估法
其實MTBF推估法 更細分為兩種方式: 零件計數法, 應力分析法.
1. 零件計數法(最不準確):
不需要任何樣品產出, 待線路圖畫出來, 只要有BOM 就可以計算了.然後再依照規範 (MIL-217F 或 Telcordia SR-332) 將BOM 裡面的零件都 "各自" 選擇相對應的零件失效率, 最後再將所有零件的失效率全部加總起來, 然後如下公式計算即可求出MTBF.
MTBF(hours)= (1000,000/失效率)<---MIL-217F
MTBF(hours)= (1000,000,000/失效率)<---Telcordia SR-332

2. 應力分析法(稍準確)
通常樣品大約需要最少兩台, 一台量測所有零件溫度, 一台量測零件電壓, 電流, 計算零件消耗功率.
要採用應力分析法, 這可得對所有零件都有一定水準以上的認識, 因為要翻遍 "每一顆" 零件的規格書,查詢所需要的參數, 並量測所需要的數據才能進行計算.與上面差不多, 將所有量測到的數據都代入各個零件相對應的失效率計算公式, 最後再將所有零件的失效率全部加總起來, 然後如下公式計算即可求出MTBF.
MTBF(hours)= (1000,000/失效率)<---MIL-217F
MTBF(hours)= (1000,000,000/失效率)<---Telcordia SR-332

MTBF實證法(準確)
這項很多可靠度工程的書上都有寫, 網路搜尋 "加速壽命" 就一堆資料可看...就是直接丟一批樣品到燒機室進行實測, 通常都是採用 "溫度" 來當作加速因子,反正就是提高燒機室的溫度來加速產品的老化. 通常是定一個目標來進行試驗,譬如要驗證產品至少有多少小時的壽命(例如 50,000hrs). 所以樣品用的越多, 試驗所需時間可以縮的越短.

電子產品的MTBF一般不能低於：
電腦：4000小時
磁碟陣列：50000小時
MO光碟機：100000小時以上
聯想電腦：45000小時
UPS：50000小時
CD：100000小時
LG液晶顯示器:50000小時
MTBF平均無故障工作時間的規定是4000小時，而大陸比較高的MTBF的大約15000小時左右，國際大廠，基本上是40000小時。
試驗測試並不會把一台電腦真的放在那裏不停地運行45000小時，以聯想來說共使用196台電腦進行測試，
結果在30天內每天連續24小時的連續測試中，全部電腦都無一故障全部通過，上述方式完全符合MTBF測試的標準和換算方式，如果在測試過程中，出現一起故障，那整個測試時間就自動延長7天，如果出現3起故障，那就意味著本次測試失敗。

大多數廠家是根據產品中部件的統計進行理論計算，而有的廠商的平均無故障時間是按照產品實際使用情況的紀錄進行計算的。
產品的實際MTBF公式
平均無故障時間（MTBF）的計算方法首先我們確認每個月安裝的產品的平均數(A)，並計算產品發售的時間(B)，從而計算出產品使用的總月數。
C = (Ax1)+(Ax2)+…(AxB) 然後我們認定賣出的產品有70%在使用中，並且每天工作12小時。從C計算出產品使用的總小時數D。
D = Cx70%x12x30最後用產品使用的總小時數D除以產品出現故障的次數E，得出該產品的平均無故障時間。MTBF = D / E

例：
產品名稱：SIXNET的網路switch HUB
產售總量(1年)：1,715
平均發售量/ 月 (A)：143
產品使用的總月數 (Ax78)：11,154
產品使用的總小時數(Ax78x.7x12x30)：2,810,808
產品出現故障的次數：4
MTBF：702,702統計的MTBF公式

MTBF=(n*T)/r
n-試驗台數
T-試驗時間
r-所有試驗樣機發生故障次數總和

產品的MTBF需要有「熱加速係數」和「信心指數」 ，下附兩個數的表格。
若用10PCS在較嚴緊的環境下測試一段時間，大略算出產品的MTBF，相關公式如下：
註：假如客戶要求以10PCS在環境=25度C，信心度90%且MTBF≧50,000H.
套上「熱加速係數」和「信心指數」後代入公式可計算出連續動作2,036小時且沒有不良的MTBF≧50,000H.
週遭溫度
15。C
25。C
35。C
40。C
熱加速係數
2.83
5.66
11.31
16.00

信心指數
不良 = 0台
不良 = 1台
不良 = 2台
不良 = 3台
90%係數
4.61
7.78
10.64
13.36
60%係數
1.83
4.05
6.21
8.35
50%係數
1.38
3.35
5.53
7.43
MTBF caculation 計算公式:
MTBF (Hour) =2* 測試台數* 實測小時 *熱加速係數 /信心指數
MTBF (Hour) = 2 * 10 * 實測小時 *5 .66 / 4.61 = 50,000 (假如要50,000小時
實測小時 = ( 50,000 / 2 / 10/ 5.66 )* 4.61 = 2,036 (h)
實測天數 = 2,036h / 24h = 85天
按照美國軍事規範 MIL-STD 217 ，MTBF 的環境因素有GB, GC, GM, NS, NU, AIC, AIF, ...........等等，其中
GB (Ground benign ): Non-mobile equipment used in ideal environment. These would include laboratory, medical and test equipment, etc. Part Ambient Temp. 30 ºC, Semiconductor Junction Temp. 50 ºC.
在理想環境使用的非手提式設備，包括實驗室、醫學及試驗設備等等。零件外界溫度30 ºC,半導體內部溫度50 ºC.
GF (Ground fixed ): Non-mobile equipment that is used in less than ideal environments, such as rack mount, instrumentation or equipment that is used in buildings without controlled temperatures. Part Ambient Temp. 40 ºC, Semiconductor Junction Temp. 60 ºC.
在次於理想環境使用的非手提式設備，例如在沒有溫度控制的廠房裝置於架子上的儀器或設備等等。零件外界溫度40 ºC,半導體內部溫度60 ºC.
GM (Ground mobile ) : Equipment installed in any wheeled or tracked vehicle. Part Ambient Temp. 45 ºC, Semiconductor Junction Temp. 65 ºC.
裝置於輪子或拖車上的設備。零件外界溫度45 ºC,半導體內部溫度65 ºC.
GB (Ground benign ): 地面友善環境
GF (Ground fixed ): 地面固定環境
GM (Ground mobile ) : 地面活動環境
MTTF(Mean Time To Failure): 系統平均失敗時間﹐通常應用在不修復的系統 （可能因技術困難或費用過高而不修復)
元件與系統的MTTF間之關係則頗為複雜﹐最簡單的狀況是元件成串連方式﹐則可以用元件的失效率( λ  其中 MTTF = 1/λ)來計算
系統 = A-B-C-D （系統由A,B,C,D串成﹐ABCD之失效都會造成系統之失效)
則系統 λS =  λA x λB x λC x λD   
而系統 MTTF = 1/λS
可靠度中 MTTF 的 F.I.T.
FIT為failure-instance／time之簡寫,稱為菲特,定義和用法如下：
一批產品經過1,000小時工作後，如只有1％失效，已能滿足一般市場需求，但與精密科技的標準相差仍極遠。衡量產品失效的機率是以「失效率」（failure rate）表示，形式是失效百分比率／工作時間。例如上述產品的失效率是 0.01/1000小時，或10-5/小時。衡量精密科學設備的失效率是以「非特」（FIT）為單位（此為failure-instance／time之簡寫），1非特是10-9/小時，這相當於1個元件有10億小時的可靠工作。例如一架每秒計算100萬次的大型電子計算機，含有約5萬片積體電路，若電路的失效率是數千非特（10-6/小時級），則計算機連續有效工作時間不會超過二十小時。如果要求計算機以90％的可靠程度工作一天以上，則電路的失效率需降至80非特（８×10-８/小時）以下。近年出現由數十萬片元件組成的系統，元件失效率已達到幾非特。將來製造數以百萬計的巨大系統，失效率的要求將在1非特以下。

MTTR (Mean Time To Repair) =平均修復時間
通常伴隨RAMS討論使用
RAMS即為Reliability(可靠度)、Availability (妥善率) 、 Maintainability (維護度) and Safety (安全度)四個英文字縮寫。
可靠度(Reliability): 產品於既定的時間內，在特定的使用條件下，執行所設定之功能成功達成任務的機率，其中MTBF(Mean Time Between Failure)為可靠度常使用之參數之一。
維護度(Maintainability): 當一已知的維修行動在指定的條件及指定的時間間隔內能夠被施行的機率，且維修行動使用既定的程序及資源時，其中MTTR(Mean Time To Repair) 為維修度常使用之參數之一。
妥善率(Availability): 為在指定之時刻或時間內，若所需之外部資源能供應時，產品在給定條件下達成某項所設定功能之能力狀況，MTBF/(MTBF MTTR)為其常用參數之一。
安全度(Safety): 非預期災害之風險之防治能力。
隨著科技進度，利用高精準度的生產流程及檢監測技術管控系統各組成構件之可靠度，並於系統設計階段加入維修度設計，加上有效地執行系統生命週期營運維護管理使其有效管控系統妥善率與安全度。