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MTBF - MTTF - MTTR

Mean Time Between Failures

Le temps moyen entre pannes (MTBF) est une méthodologie utilisée pour estimer le nombre de pannes attendues dans un produit. L'analyse examine le taux de pannes aléatoires, à l'exclusion des défauts systématiques causés par des conceptions défectueuses, des erreurs de logiciels, des défauts de fabrication ou l'usure en fin de vie du produit.

Cette méthode prend en compte un environnement donné lors des calculs. Le MTBF mesure la durée moyenne, en heures, pendant laquelle un système électrique ou mécanique reste opérationnel entre des pannes. Cette analyse s'applique aux équipements réparables.
Le chiffre MTBF peut être d’une valeur significative pour un client potentiel au moment d’une transaction. Sans ces données, le produit pourrait être rejeté. La métrique équivalente pour les systèmes non-réparables est le MTTF (Mean Time To Failure), qui détermine la durée pendant laquelle un produit peut être utilisé avant la fin de sa durée de vie utile.

Mean Time To Failure

Mean Time To Failure est une méthode prédictive de fiabilité pour les pièces non réparables. Le temps moyen nécessaire à la première défaillance attendue d'une pièce est estimé à l'aide de ce calcul. MTTF est une statistique qui estime la valeur moyenne sur une longue période sur plusieurs unités.

Mean Time To Repair

MTTR fait référence au temps moyen nécessaire pour réparer un produit défectueux en remplaçant une pièce matérielle défectueuse. Ainsi, le MTTR d’un produit pourrait être considéré comme le temps moyen nécessaire pour évaluer une panne puis remplacer les composants défectueux correspondants.

Méthodes de prédiction

L'industrie électronique est très compétitive, ce pour cela que disposer d'un produit avec un temps moyen entre pannes (MTBF) plus fiable que celui de ses concurrents est un facteur de succès. Pour qu'un produit soit hautement fiable, la prise en compte des problèmes de fiabilité doit être intégrée dès le début de la phase de conception. Cela nous amène au concept de prédiction de la fiabilité. 
Plusieurs méthodes sont disponibles pour la prévision du MTBF, mais seules deux sont les plus utilisées par l'industrie électronique

Méthode prédictive MIL-HDBK-217F

MIL-HDBK-217, Electronic Equipment Reliability Prediction. La prédiction de la fiabilité des équipements électroniques est largement utilisée dans le domaine militaire et commercial. Cette méthode de prévision empirique est considérée comme la plus reconnue au niveau international. La méthode prédictive est constituée de deux parties : l'une est connue sous le nom de méthode de comptage de pièces et l'autre est connue sous le nom de méthode de contraintes de pièces.

La technique de comptage de pièces est utilisée à estimer un taux de défaillance précoce en appliquant des niveaux de contraintes intermédiaires.

La méthode de contrainte de pièce exige des renseignements spécifiques sur la complexité des pièces (appelés facteur Pi). Différentes contraintes sont à prendre en compte, notamment la température ambiante, les contraintes électriques diverses, le mode de fonctionnement et l'environnement (appelés conditions de référence).

Méthode prédictive Telcordia SR-332

La norme Telcordia SR-332 suppose un modèle en série pour les composants électroniques traitant des taux de défaillance à la fois au stade de la mortalité infantile et au stade de l'état d'équilibre avec les méthodes I, II et III.

La méthode I est similaire aux procédures de comptage et de contrainte des pièces MIL-HDBK-217F. La norme fournit des taux de défaillances génériques et les facteurs de contrainte en trois parties : facteur de qualité des pièces (πQ), facteur de contrainte électrique (πS) et facteur de contrainte thermique (πT).

La méthode III est une prédiction statistique du taux de défaillance basée sur des données de suivi sur le terrain collectées, selon des critères spécifiques.

Facteur Pi (π)

Le calcul du taux de défaillance d'une pièce repose sur l'application des paramètres Pi. Chacun de ces paramètres a une influence sur les valeurs d'une ou plusieurs variables Pi.

  • πS facteur de contrainte (stress)

  • πT facteur de température

  • πE facteur environnemental

  • πQ facteur de qualitéπA facteur d'ajustement

Évaluation de la fiabilité des pièces non électroniques 

Nonelectronic Parts Reliability Data (NPRD)

Les données sur la fiabilité des pièces non électroniques (NPRD) fournissent des informations sur le taux de défaillance des assemblages mécaniques, électromécaniques et électroniques. La base de données décrit l'expérience sur le terrain dans les applications militaires, commerciales et industrielles non couvertes par MIL-HDBK-217, prédiction de la fiabilité des équipements électroniques. Les données comprennent les descriptions des pièces, le niveau de qualité, les environnements d'application, les estimations ponctuelles du taux de défaillance, les sources de données, le nombre de pannes, les heures de fonctionnement et les caractéristiques des pièces.

Le taux d'échec (Failure Rate)

Le taux de défaillance est une fonction qui décrit le nombre de défauts auxquels on peut s'attendre sur une période donnée. Les taux de défaillance ne sont pas constants tout au long du cycle de vie des équipements électroniques. Cette fonction fait partie de l'analyse MTBF MTTF de la fiabilité et suit une courbe de baignoire divisée en trois périodes temporelles :

  • Infant Mortality: le F.R. est élevé, mais diminue rapidement. Les méthodes de calcul supposent que cette période correspond à la première année d'exploitation.

  • Steady-state: les défaillances se produisent à un rythme constant (taux de défaillance en régime permanent). La norme MIL-HDBK 217F suppose que F.R. est toujours une constante. D'autre part, la norme Telcordia SR-332 prévoit qu'il s'agit de la période après la première année de fonctionnement (8 760 à 10 000 heures).

 

  • Wearout: le taux d’échec augmente rapidement. L'usure ne se produit pas pendant la durée de vie d'un appareil électronique, qui est d'environ 20 ans. Telcordia SR-332 ne prend pas en compte cette période.

Défaillance dans le temps - Failures in Time (FIT)

L'affichage d'un résultat de prédiction de fiabilité MTBF MTTF peut se faire de différentes manières, notamment par le biais des défaillances dans le temps. FIT (Failure in time) désigne le nombre prévu de pannes par milliard d'heures d'un élément fonctionnel.

Ce terme est largement employé dans l'industrie des semi-conducteurs. Le F.R., qui représente le taux de défaillance, est exprimé en unités de temps. En pratique, on utilise généralement l'heure comme unité de temps. Pour un produit commercial ou industriel, on exprime la plupart des valeurs en défaillances par million d'heures de fonctionnement.

Facteurs ayant un impact sur le F.R.

  • Exigences opérationnelles

  • Stress électrique

  • Température

  • Environnement

  • Qualité des composants

Un taux d'échec élevé indique un faible MTBF

La principale réalisation du MTBF MTTF de fiabilité est d'évaluer le succès d'un produit afin d'identifier les défaillances potentielles dès le cycle de vie du produit, puis de prendre les mesures appropriées pour apporter les améliorations nécessaires. Il n'est jamais trop tard pour améliorer la fiabilité d'un produit.

Il faut garder à l'esprit que les modifications sont moins onéreuses au début de la conception que plus tard, lorsque le produit est en phase de production.

Données indispensables pour évaluer le MTBF

Pour l'analyse de fiabilité MTBF, voici les informations requises :

  • Liste des pièces

  • Méthode de calcul en fonction du produit

  • Environnement privilégié

  • Écart de température

Données indispensables pour évaluer le MTBF

Les informations suivantes peuvent être incluses dans le rapport complet de prévision de la fiabilité du MTBF MTTF, en fonction des exigences spécifiques :

  • Paramètres utilisés pour la prédiction

  • Norme utilisée

  • Environnement appliqué

  • Présentation des résultats qui mettent en évidence la fiabilité MTBF MTTF en heures, années et FIT.

  • Rapports détaillés présentant les taux de défaillance des composants et le temps moyen de bon fonctionnement pour trois températures (optionnelles)

  • Graphique illustrant les taux d'échec en fonction du temps

  • Comparaison du MTBF en fonction de la température

  • En option, vous pouvez joindre des photos du matériel ou du produit analysé.

Pour une estimation de fiabilité MTBF / MTTF, contactez-nous à info@expertemc.com

Reliability of electrical electric devices
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