统治工程届的“浴盆曲线”,在今天要失效了?
可靠性领域大名鼎鼎的浴盆曲线(Bathtub Curve),每个人刚入行的时候都被灌输这个概念:早期、中期(偶然)和晚期(损耗期)失效。(其实仔细想一下,人的一生也是非常符合浴盆曲线的)
基于这条曲线:出厂前做老化筛选(Burn-in)去掉早期失效样品,现场做定期预防性更换掉损耗期样品,剩下的中间段就是完美的运行寿命;这样产品的运行效率是不是大大提高?
但这个经典的“曲线”如今还有效吗?未必,但是其衍生出来很多的“寿命曲线”。
Why?
1. 生产工艺优化
早期手工焊接 + 毫米级的零件公差,产品出厂时就有大量的不良品。此时浴盆的左侧(早期失效)很明显。
目前工艺:六西格玛与全自动化、表面贴装技术(SMT)、自动光学检测(AOI)、无尘室和高精度的自动化装配:把出厂时的制造缺陷率压缩到可能PPM级别。
加上出厂前的ESS/HASS,不良品很多就被干掉了。所以目前看到早夭期的失效要少很多。
2. 电子元器件的指数分布
对于纯机械系统(齿轮、轴承、液压阀),摩擦和磨损必然存在且不可逆,所以浴盆右侧的“耗损失效”必然存在。
但是对于现代系统的主宰是电子元器件(半导体芯片、固态电容、电阻)。在正常降额设计和良好的散热条件下,固态电子元器件几乎没有传统的“物理磨损”机制。
只要不发生过流过压击穿(随机失效),一颗合格的硅芯片其本征物理寿命(如电迁移、经时层穿击穿TDDB的寿命)往往长达数十年甚至上百年,远远超过了产品本身的商业生命周期(比如一辆车开15年,一部手机用3~5年)。因此在系统的服役期内等不到浴盆右侧“耗损失效”的到来,就已经退役了。
结果就是:浴盆曲线的右侧被无限期地向右平移,在产品的生命周期内,根本看不到它翘起来。
3. 复杂系统的“稳态化伪装”
如果分析一架飞机或一个拥有上万个节点的云计算数据中心,会发现一个极其诡异的现象:整个系统的失效率随时间推移,几乎是一条毫无波澜的水平直线。
当一个复杂系统由成千上万个零件组成,每个零件可能有自己的浴盆曲线。在不断地维修、更换备件的过程中(叠加更新过程),系统里混杂了各种“年龄”的零件。根据概率论,大量不同寿命分布的零件叠加在一起交错失效,在宏观上就会呈现出完全随机的泊松过程(Poisson Process)。
也就是无论系统运行了1年还是10年,它在下一秒发生故障的概率,永远是恒定的。浴盆曲线彻底变成了一条平坦的直线。

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