Como testar o MTBF?

O que é MTBF?

MTBF: Tempo médio entre falhas

Objetivo do ensaio: medir a fiabilidade de um produto (especialmente produtos elétricos)

Unidade: geralmente em horas, como por exemplo: 5000000 horas

Como testar o MTBF?

Método de ensaio MTBF

Método de previsão do MTBF

O método de previsão do MTBF consiste em inserir vários parâmetros de fatores de influência no software de teste de simulação PCT. Tomando um laptop (motherboard) como exemplo, insira as condições do teste:Calcular padrão, Método de cálculo, temperatura, ambiente, qualidade dos componentes, etc. O software simula e modela os parâmetros do produto na base de dados de consulta e calcula o valor MTBF,que é um valor estimado.

Normas de referência para os métodos de previsão da fiabilidade:
MIL-HDBK-217 "Manual de previsão da fiabilidade dos equipamentos eletrónicos"
Descrição: Proposto pelo Centro de Análise de Confiabilidade do Departamento de Defesa dos EUA e pelo Laboratório de Roma e tornou-se um padrão da indústria
GJB/Z 299B "Manual de previsão da fiabilidade dos equipamentos eletrónicos"
Descrição: padrão militar do meu país
Bellcore SR-332 "Procedimento de previsão da fiabilidade dos equipamentos eletrónicos"
Descrição: AT&T Bell Laboratory propôs e tornou-se o padrão da indústria para o cálculo do valor MTBF de produtos eletrônicos comerciais

Método de ensaio MTBF
Existem três tipos de métodos de ensaio MTBF:
1. Teste de vida útil total: o teste de vida útil total exige que todas as amostras eventualmente falhem no teste, e o MTBF pode ser calculado utilizando uma média aritmética simples;
2- Teste sequencial de truncamento: the tested equipment is continuously or at short intervals monitored and the accumulated relevant test time and the number of relevant failures are compared with the criteria for determining whether to accept, rejeitar ou prosseguir o ensaio;
3- ensaio de truncamento por tempo ou número fixo: durante o ensaio, o equipamento submetido a ensaio é monitorizado de forma contínua ou a intervalos curtos,e o tempo de ensaio relevante acumulado é acumulado até ultrapassar o tempo de ensaio relevante predeterminado (aceitação) ou ocorrer o número predeterminado de falhas relevantes (rejeição).
Nota: Na prática, todas as amostras a testar falharão durante o ensaio, especialmente para produtos com altos níveis de fiabilidade.Assim, este método só pode ser utilizado para produtos com uma vida útil curta.

Ensaio MTBF

Método de ensaio de fiabilidade:
GB/T 5080.7-1986 "Teste de fiabilidade do equipamento - Teste de validade da suposição de taxa de falha constante"
GB/T 9813.1-2016 5.9 "Especificações gerais para computadores - Parte 1: Microcomputadores de mesa - Teste de fiabilidade"
GB/T 9813.2-2016 5.9 "Especificações gerais para computadores - Parte 2: Microcomputadores portáteis - Teste de fiabilidade"
GB/T 14081-2010 5.9 "Especificações gerais para teclados de processamento de informação - Teste de fiabilidade"
GB/T 18220-2012 5.17 "Especificação geral para o ensaio de fiabilidade e vida útil dos equipamentos de processamento de informação portáteis de tecnologia da informação"

Método de aceleração MTBF
No processo de fabrico das empresas, é necessário compreender a fiabilidade dos produtos e avaliar os riscos pós-venda dos produtos antes de sair da fábrica.O nosso método tradicional de cálculo MTBF é obviamente inviável, porque quando o valor de teste MTBF real do nosso produto sai, o produto está quase desatualizado ou substituído, e o valor de teste obtido não é mais significativo.É necessário utilizar outros métodos para simular e calcular o valor MTBF do produto., tais como: MTBF método de aceleração
O método de aceleração MTBF é um método de aceleração do teste de vida no laboratório.O valor MTBF do produto é avaliado sem destruir as características originais do produto.Os factores de aceleração que afectam os produtos electrónicos incluem principalmente: temperatura, umidade, resistência, tensão, etc.
Referência padrão de ensaio do método de aceleração:
GB/T 34986-2017 "Método de ensaio de aceleração do produto"

Caso do método de aceleração MTBF
Tomemos como exemplo um monitor de uma empresa de dispositivos médicos em Xangai para introduzir o processo de realização de testes de vida acelerada.
Passo 1. Determinar o caminho de avaliação de acordo com as características do produto
A função é única e toda a verificação da máquina é selecionada.
Passo 2. Determinar o número de amostras
3 máquinas completas. Passo 3. Dada a vida útil e a confiança esperadas
A vida útil prevista é de 10 anos, com um nível de confiança de 99%.e o tempo médio entre falhas é previsto para ser utilizado para simular a vida útil esperada do produto., ou seja, MTBF = 10 anos = 87600h
Passo 4. Determinar o modo de utilização clínica
Existem três modos na fase de utilização de um determinado monitor, a saber, modo de armazenamento, modo de espera e modo de trabalho.
Considerando que um determinado monitor é utilizado para monitorizar os doentes antes da cirurgia, a tensão de utilização clínica é principalmente a temperatura e a umidade.60% RH;
Etapa 6. Determine a magnitude do estresse
A temperatura e a umidade máximas toleráveis do produto são:
Modo de armazenamento Temperatura e umidade máximas toleráveis: 60°C 93%RH
Modo de espera temperatura e umidade máximas toleráveis: 55°C 85%RH
Modo de funcionamento Temperatura e umidade máximas toleráveis: 45°C 85%RH
A fim de evitar danos ao produto a uma temperatura demasiado elevada e evitar a introdução de mais variáveis devido às alterações de temperatura, prevê-se a utilização de uma temperatura constante de 45°C,85%RH como temperatura e umidade de ensaio.
Passo 7. Selecionar o modelo de falha
Com base no perfil de estresse clínico, ver o modelo acelerado de estresse de temperatura e umidade proposto por D.S.Peck: modelo Peck
Etapa 8. Determinar os valores dos coeficientes no modelo com base na literatura
Consulte a versão 2016 da Telcordia SR-332 da norma de previsão da fiabilidade dos produtos eletrónicos e determine que o coeficiente Ea é 1,0 eV e n é 2.66.
Passo 9. Calcule o fator de aceleração

Modelo de aceleração:

Onde n é 2.66, Ea é 1,0 eV
Calcular o coeficiente de aceleração AF = 2,525 * 11,607 = 29.3
Passo 10. Determinar o tempo de ensaio acelerado
O nível de confiança é de 99%, e a tabela de distribuição normal é Z=2.58
O tempo de ensaio cumulativo Ttot=MTBF*Z/AF=87600*2,58/29,3=7714h;
Defina uma margem de 10%, em seguida, o tempo total de ensaio é Ttot=8485h.
Fornecer 3 protótipos para teste. Supondo que a amostra não tenha falha e que cada dispositivo tenha completado todo o ciclo de teste, cada protótipo requer um tempo de teste de T=8485/3=2828h=117,8 dias.
Passo 11.
No momento da utilização real, o produto é utilizado 7 dias por semana, 5 horas por dia, 3 horas em modo de espera, sendo o resto do tempo de armazenagem;
A fim de simular a utilização real do produto, o produto é submetido a uma tensão de trabalho num ciclo de 24 horas.Então espera por 3 horas., e finalmente armazena por 16 horas.
Passo 12.
Os três protótipos são submetidos a uma tensão de trabalho, da forma especificada na secção 5, num ambiente de 45°C e 85% de HRC. Se não houver falha no ensaio contínuo durante 117,8 dias,Considera-se que o limite inferior do valor MTBF do produto é de 10 anos (com uma margem de 10%).

Ensaio MTBF

A partir dos métodos acima referidos, pode concluir-se que, embora o ensaio de truncamento cronometrado e o ensaio sequencial sejam muito úteis, o tempo de ensaio é demasiado longo,especialmente quando o nível de fiabilidade do produto é particularmente elevado.
Na produção real, a fim de encurtar o tempo de comercialização, reduzir os custos do produto e satisfazer a demanda das pessoas por métodos de ensaio acelerados económicos e eficientes,O método de ensaio acelerado resolve o problema de forma mais eficazEste método reduz o tempo de ensaio aumentando o nível de tensão dos ensaios de produto ou aumentando a frequência de aplicação de tensões alternadas,e descobre e reduz o modo de falha do produto, de modo a avaliar rapidamente o nível de fiabilidade do produto e aumentá-lo.