我們可以采取多種手段，將發(fā)生故障的概率降低到一個(gè)可以接受的水平，這個(gè)水平，就是我們下面談到的隨機(jī)失效階段，也就是浴盤曲線的底部。
隨機(jī)失效階段
浴盆曲線的底部就是通常隨機(jī)失效階段，在這個(gè)階段產(chǎn)品的失效風(fēng)險(xiǎn)都是恒定的，不會(huì)隨著時(shí)間的推移增加或者減少。產(chǎn)品仍然會(huì)出現(xiàn)失效的可能性，只是數(shù)量比較少，而且并不能通過提高應(yīng)力將潛在的失效篩選出來。提高應(yīng)力通常只會(huì)導(dǎo)致失效的數(shù)量增加，一旦應(yīng)力回到正常水平，失效的風(fēng)險(xiǎn)也回到原來的水平，并不會(huì)降低。要想降低產(chǎn)品的出故障的分風(fēng)險(xiǎn)，只能通過降低在應(yīng)用時(shí)候的應(yīng)力。
描述浴盆曲線底部的隨機(jī)失效階段的Weibull函數(shù)由于β=1，其函數(shù)就可以簡化為
通常這個(gè)階段的失效主要集中在電子器件的隨機(jī)失效，一般情況下都是用MTBF來描述隨機(jī)失效的比例。簡單來說，MTBF是η的倒數(shù)。MTBF的應(yīng)用非常的廣泛，很多電路板或者是產(chǎn)品開發(fā)的時(shí)候都需要計(jì)算MTBF，一般參照的標(biāo)準(zhǔn)就是美國軍標(biāo) MIL-STD-217 或者是Telcordia SR332 這兩份標(biāo)準(zhǔn)，如何計(jì)算參照這兩份標(biāo)準(zhǔn)就可以做到六七十分的水準(zhǔn)，所以這里就不在詳細(xì)解釋。這里主要討論的MTBF的一些爭議。爭論的主要有那么幾點(diǎn)：
1）MTBF是否能夠真正反映產(chǎn)品的可靠性。比如說，MTBF是10,000小時(shí)的產(chǎn)品是不是就比MTBF等于1,000小時(shí)的產(chǎn)品可靠性高呢？首先要了解，任何一個(gè)參數(shù)指標(biāo)都需要在具體的應(yīng)用條件下才用意義。如果MTBF=10000的產(chǎn)品的應(yīng)用和MTBF=1000的應(yīng)用不一樣，那么他們就不可能進(jìn)行比較，就好比關(guān)公戰(zhàn)秦瓊。比如比較一個(gè)白熾燈和LED燈的MTBF，LED燈由于內(nèi)部比較復(fù)雜，包含電路驅(qū)動(dòng)和LED燈板各種元器件，而且通常工作溫度都比較高，所以LED燈的MTBF大概在10萬到50萬小時(shí)之間。但是白熾燈的結(jié)構(gòu)非常的簡單，內(nèi)部就只有鎢絲，支架，計(jì)算出來的MTBF達(dá)到百萬小時(shí)以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于LED燈，但是它的可靠性比LED燈高嗎？白熾燈一般的壽命在2000小時(shí)左右，而它的MTBF更多的是值在1000小時(shí)工作時(shí)間之內(nèi)，那么在這個(gè)1000小時(shí)之內(nèi)，白熾燈的可靠性的確是比LED等高的。但是如果需要計(jì)算在2000小時(shí)之后產(chǎn)品的可靠性，那么LED燈就當(dāng)仁不讓的遙遙領(lǐng)先于白熾燈了。
2）其次是MTBF給非專業(yè)人士一個(gè)錯(cuò)誤的印象。非專業(yè)人士一聽到MTBF等于10000小時(shí)，就想象著可以放心的用10000小時(shí)，產(chǎn)品不會(huì)出任何問題。然后就會(huì)常常驚訝的發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品還沒用到10000小時(shí)，都已經(jīng)掛掉十之八九。所以不如直接一點(diǎn)，就像風(fēng)扇馬達(dá)的壽命都是標(biāo)稱L10的時(shí)間，也就是產(chǎn)品有10%出現(xiàn)故障的時(shí)間。這個(gè)相對(duì)來說就不會(huì)出現(xiàn)太多的岐義了。不過MTBF這個(gè)概念已經(jīng)相當(dāng)?shù)母畹俟?，很難改過來了。不過話說回來，用了這么多年，也沒有啥大問題。好或者不好，其實(shí)也是相對(duì)的，至少它給了一個(gè)可以做比較的平臺(tái)和方法。關(guān)鍵是我們?cè)趺慈ビ盟?/span>
所以，筆者認(rèn)為MTBF沒有好壞之分，主要是怎么把它用好。就如武俠小說中的一記黑虎掏心，在不同的人手里，其威力就有著天壤之別。做可靠性工程的大俠們，只要把把內(nèi)功煉好了，簡單的一個(gè)MTBF也可以殺敵于千里之外。
那么在浴盤曲線中，隨機(jī)失效什么時(shí)候開始，有什么時(shí)候結(jié)束呢？不同的產(chǎn)品類型其開始和結(jié)束的時(shí)間也是不同，不同的失效故障模型它們的開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間也是不同的。比如對(duì)電子元器件來說，當(dāng)它出廠之前，都進(jìn)行了測試和應(yīng)力的篩選，將早夭期故障都排除掉了，比如說半導(dǎo)體器件和芯片，還有電容電阻這些非常成熟的器件，只要產(chǎn)品設(shè)計(jì)得當(dāng)，不會(huì)在最終產(chǎn)品中給器件超出其承受能力范圍之內(nèi)的應(yīng)力，那么就不會(huì)出現(xiàn)早夭期，從而從產(chǎn)品使用的那一刻開始就已經(jīng)進(jìn)入了隨機(jī)失效階段，這個(gè)也是每個(gè)器件和產(chǎn)品希望到用戶手中的產(chǎn)品是可靠的，故障率極低的，這樣在保修期內(nèi)就減少返修帶來的各項(xiàng)費(fèi)用。就如同現(xiàn)在嬰兒在懷孕期間已經(jīng)做了各種各樣的檢查，檢查嬰兒本身的體質(zhì)如何，是不是存在各種隱性的疾病，通過這些手段，嬰兒出生的存活率已經(jīng)提高了很多。另外對(duì)于機(jī)械類型的產(chǎn)品或者結(jié)構(gòu)，失效模式主要是疲勞老化過程，那么它也不可能出現(xiàn)早夭期的問題，只有用戶使用足夠長的時(shí)間和次數(shù)之后，由于結(jié)構(gòu)的磨損和強(qiáng)度減弱，失效才開始增多。所以對(duì)于這種只有疲勞老化失效的產(chǎn)品，就也沒有早夭期的問題。一般的電子產(chǎn)品，企業(yè)通常將售后90天來監(jiān)控和計(jì)算早夭期失效比例，并收集分析產(chǎn)品故障模式，提高產(chǎn)品可靠性。 90天之后，產(chǎn)品將進(jìn)入隨機(jī)失效期。
隨機(jī)失效什么時(shí)候結(jié)束，對(duì)電子元器件而言，這是一個(gè)非常困難回答的問題。因?yàn)榈侥壳盀橹?，似乎沒有看到關(guān)于這方面的研究。因?yàn)檫@方面的研究費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且數(shù)據(jù)很難收集。比如說就一個(gè)簡單的電阻，它會(huì)出現(xiàn)老化嗎？的確是會(huì)。但是它老化失效通常在幾萬個(gè)小時(shí)，甚至更長時(shí)間。如此漫長的過程，許多產(chǎn)品都已經(jīng)淘汰了好幾代，就沒有辦法進(jìn)行更長時(shí)間的研究了。而且為了確保產(chǎn)品的可靠性，很多情況下即使產(chǎn)品的隨機(jī)失效時(shí)間還沒有結(jié)束，廠家和用戶都直接更換產(chǎn)品，這樣能夠有效保護(hù)最終用戶和大眾的利益。不過，對(duì)已軍工產(chǎn)品或者大型設(shè)備，高成本的產(chǎn)品，通過收集每一臺(tái)設(shè)備的數(shù)據(jù)，分析故障模式，應(yīng)該能夠判斷出產(chǎn)品的隨機(jī)失效是否已經(jīng)結(jié)束。
前面提到我們無法杜絕所有的故障，但可以降低故障，最終達(dá)到可以接受的水平。降低故障的水平有多種方法，可靠性工程常用的方法包括：
1. 通過計(jì)算機(jī)模擬和計(jì)算，優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，架構(gòu)和電路設(shè)計(jì)
2. 通過降額設(shè)計(jì)降低元器件的工作應(yīng)力，
3. 通過穩(wěn)健設(shè)計(jì)提供產(chǎn)品抗干擾的能力，
4. 通過可靠性加速壽命測試篩選出高可靠性的器件、材料和設(shè)計(jì)方案，
5. 通過增加器件、電路和產(chǎn)品保護(hù)
6. 通過使用優(yōu)質(zhì)的器件和材料
方法不只是上面說的方法和手段。
在隨機(jī)失效階段，我們也需要注意到下面幾點(diǎn)：
1. 不能通過更換同樣的器件來提高產(chǎn)品的可靠性。舉個(gè)例子，工程師發(fā)現(xiàn)最近退回了一批電路板，但是分析下來發(fā)現(xiàn)各種故障的有，沒有一定的規(guī)律。質(zhì)量經(jīng)理從維護(hù)產(chǎn)品質(zhì)量，提出將市場已經(jīng)使用的電路板更換一批新的電路板，希望能夠降低故障的概率和提高客戶的滿意度。但是如果由于設(shè)計(jì)本身的原因，電路板隨機(jī)失效的水平比較高，那么即使更換電路板，也并不能夠降低故障的比例。同樣，我們?cè)谏钪幸渤３？吹?，某些產(chǎn)品的返修率和客戶投訴高居不下，維修了又壞的問題層出不窮。
2. 隨機(jī)失效的水平在設(shè)計(jì)過程中就基本確定了，而制造和生產(chǎn)過程中也會(huì)帶來新的故障和降低設(shè)計(jì)的可靠性，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的可靠性下降，浴盤曲線的底部抬高。而到最終用戶手中后，復(fù)雜而多變的用戶使用方法、條件和習(xí)慣都會(huì)進(jìn)一步抬高浴盤曲線的底部，產(chǎn)品的故障率也會(huì)提高。那么，有辦法再應(yīng)用中降低故障率嗎？答案是肯定的，比如說降低使用過程的環(huán)境應(yīng)力。例如將產(chǎn)品用于恒溫固定環(huán)境中，避免使用過程中的振動(dòng)，沖擊和電壓的變化。根據(jù)Arrinius理論，溫度越高，失效率也越高，或許下次有客戶投訴產(chǎn)品可靠性變低是，我們也可以說成是全球變暖的原因。
3. 產(chǎn)品的故障不是單一的，即使一個(gè)元器件的故障模式也有多個(gè)類型。而恒定隨機(jī)失效率是所有故障模式的總和，而并不是每種故障模式也都是隨機(jī)失效模型，我們會(huì)看到某個(gè)時(shí)間段可能某個(gè)元器件或者部件出現(xiàn)故障比較多，這主要是由于缺陷造成的早期疲勞老化失效，或者在應(yīng)用過程中該時(shí)段出現(xiàn)諸如浪涌，瞬間沖擊導(dǎo)致的器件失效。又或者是某個(gè)地區(qū)產(chǎn)品的某個(gè)應(yīng)用超出產(chǎn)品承受能力范圍。
總的來說，設(shè)計(jì)的水平就決定了產(chǎn)品浴盤曲線的底部，也就是MTBF和η?？煽啃怨こ處熜枰龅木褪窃谠O(shè)計(jì)階段制定好目標(biāo)和要求，和設(shè)計(jì)工程師一起努力將其實(shí)現(xiàn)。
可靠性測試更多的是幫助設(shè)計(jì)工程師提高設(shè)計(jì)的強(qiáng)度，提高M(jìn)TBF和降低η。
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