電子產(chǎn)品電子設(shè)備MTBF檢測(cè)珠三角資質(zhì)實(shí)驗(yàn)室辦理

　　MTBF,即平均故障間隔時(shí)間，英文全稱是"Mean Time Between Failure"。是衡量一個(gè)產(chǎn)品(尤其是電器產(chǎn)品)的可靠性指標(biāo)。單位為"小時(shí)"。它反映了產(chǎn)品的時(shí)間質(zhì)量，是體現(xiàn)產(chǎn)品在規(guī)定時(shí)間內(nèi)保持功能的一種能力。具體來說，是指相鄰兩次故障之間的平均工作時(shí)間，也稱為平均故障間隔。概括地說，產(chǎn)品故障少的就是可靠性高，產(chǎn)品的故障總數(shù)與壽命單位總數(shù)之比叫"故障率"(Failure rate)。它僅適用于可維修產(chǎn)品。同時(shí)也規(guī)定產(chǎn)品在總的使用階段累計(jì)工作時(shí)間與故障次數(shù)的比值為MTBF。磁盤陣列產(chǎn)品一般MTBF不能低于50000小時(shí)。

　　計(jì)算方法

　　失效時(shí)間是指上一次設(shè)備恢復(fù)正常狀態(tài)(圖中的up time)起，到設(shè)備此次失效那一刻(圖中的down time)之間間隔的時(shí)間。

　　MTBF值是產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)要考慮的重要參數(shù)，可靠度工程師或設(shè)計(jì)師經(jīng)常使用各種不同的方法與標(biāo)準(zhǔn)來估計(jì)產(chǎn)品的MTBF值。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)包括MIL-HDBK-217F、Telcordia SR332、Siemens Norm、Fides或UTE C 80-810(RDF2000)等。不過這些方法估計(jì)到的值和實(shí)際的平均故障間隔仍有相當(dāng)?shù)牟罹唷Ｓ?jì)算平均故障間隔的目的是為了找出設(shè)計(jì)中的薄弱環(huán)節(jié)。

　　MTBF的數(shù)學(xué)式表達(dá)

　　另外，在工程學(xué)上，常用希臘字母θ來表示MTBF，既有:

　　在概率論中，可用?(t)形式的概率密度方程表示MTBF，既有:

　　此處?指的是直到下次失效經(jīng)過時(shí)長的概率密度方程--滿足標(biāo)準(zhǔn)概率密度方程--

　　故障時(shí)間

　　隨著服務(wù)器的廣泛應(yīng)用，對(duì)服務(wù)器的可靠性提出了更高的要求。所謂"可靠性"，就是產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力;反之，產(chǎn)品或其一部分不能或?qū)⒉荒芡瓿梢?guī)定的功能是出故障。概括地說，產(chǎn)品故障少的就是可靠性高，產(chǎn)品的故障總數(shù)與壽命單位總數(shù)之比叫"故障率"(Failure rate)，常用λ表示。例如正在運(yùn)行中的100只硬盤，一年之內(nèi)出了2次故障，則每個(gè)硬盤的故障率為0.02次/年。當(dāng)產(chǎn)品的壽命服從指數(shù)分布時(shí)，其故障率的倒數(shù)就叫做平均故障間隔時(shí)間(Mean Time Between Failures)，簡(jiǎn)稱MTBF。即:

　　MTBF=1/λ

　　筆者看到一款可用于服務(wù)器的WD Caviar RE2 7200 RPM 硬盤，MTBF 高達(dá) 120萬小時(shí)，保修 5年。120萬小時(shí)約為137年，并不是說該種硬盤每只均能工作137年不出故障。由MTBF=1/λ可知λ=1/MTBF=1/137年，即該硬盤的平均年故障率約為0.7，一年內(nèi)，平均1000只硬盤有7只會(huì)出故障。

　　下圖所示為的浴盆曲線，左邊斜線部分為早期故障率，其故障率一般較高且隨著時(shí)間推移很快下降。曲線中部為使用壽命期，其故障率一般很低且基本固定。最右部為耗損期，失效率急速升高。電子產(chǎn)品制造商一般通過測(cè)試、老煉、篩選等手段將早期故障盡量剔除，然后提供給客戶使用。當(dāng)使用壽命期將盡，產(chǎn)品也即將進(jìn)入故障高發(fā)期，需要報(bào)廢或更新?lián)Q代了。

　　壽命

　　明白了MTBF和"浴盆"曲線的基本概念，我們對(duì)產(chǎn)品的使用壽命有了一定的掌握。在合適工作條件下器件使用壽命期內(nèi)的故障率很低。廣大電子愛好者都知道電子元器件的壽命，與工作溫度是有密切關(guān)系的。以電腦主板上常用的也常出故障的電解電容器為例，其壽命會(huì)受到溫度的影響。因此，應(yīng)盡可能使電容器在較低的溫度之下工作，如果電容器的實(shí)際工作溫度超過了其規(guī)格范圍，不僅其壽命會(huì)縮短，而且電容器會(huì)受到嚴(yán)重的損毀(例如電解液泄漏)。因此，在分析電腦主板上電容器的工作溫度時(shí)，不僅要考慮機(jī)箱內(nèi)整體環(huán)境溫度及電容器自身的發(fā)熱，還要考慮機(jī)箱內(nèi)其他發(fā)熱元件的熱輻射(特別是CPU、穩(wěn)壓器、電源供應(yīng)器等)。

　　根據(jù)測(cè)試，通常2.0G的CPU消耗功率達(dá)56.7W，生成溫度達(dá)70℃;而當(dāng)頻率提高至3.0G時(shí)， CPU溫度往往超過90℃。在這樣的高溫烘烤下，主板上的電容器壽命會(huì)發(fā)生什么變化?

　　為簡(jiǎn)化起見，不考慮紋波、頻率、ESR等因素，電容器的估計(jì)壽命可用下述公式表示:

　　其中，L0表示工作溫度下的壽命，Tmax表示工作溫度，Ta表示實(shí)際環(huán)境溫度。由此可見，如果環(huán)境溫度每升高10℃，電容器壽命將下降一倍!

　　由上圖右面的曲線可明顯看出，隨著電容器工作環(huán)境溫度的上升，其有效壽命急劇縮短。其中有效壽命(Useful life)是指該種電容器達(dá)到給定故障率的時(shí)間。

　　可靠性

　　電源供應(yīng)器對(duì)電腦來說，重要性不言而喻。影響電源供應(yīng)器壽命的因素很多，如負(fù)載大小、振動(dòng)和周邊的環(huán)境溫度等。其中，環(huán)境溫度很重要，所以選擇合適的風(fēng)扇，排放出由電源供應(yīng)器內(nèi)部的熱量非常關(guān)鍵。電源供應(yīng)器的MTBF，在很大程度上是由其內(nèi)部的電解電容器MTBF值所決定的。因隨著溫度的上升，電容器的壽命急劇縮短，所以電源供應(yīng)器的工作溫度如能得到降低，其壽命就會(huì)更長一些。

　　當(dāng)評(píng)價(jià)電源供應(yīng)器所標(biāo)稱壽命時(shí)，電源供應(yīng)器是否運(yùn)行在額定的滿負(fù)載狀況是另一重要考慮因素。如果電源供應(yīng)器裝有合適的散熱器而散熱風(fēng)扇風(fēng)量足夠大，在低于滿負(fù)載的情況下連續(xù)工作，電源供應(yīng)器就能有更長的壽命。一般電腦電源供應(yīng)器壽命按照3-5年計(jì)算元件的可能失效周期，MTBF在80,000-100,000小時(shí)之間。

　　不同的電源供應(yīng)器廠家，其產(chǎn)品設(shè)計(jì)、用料也往往差別很大，工作壽命自然不同。

　　除電源供應(yīng)器外，硬碟的溫度也不可小視。硬碟動(dòng)不動(dòng)就7200rpm-15000rpm，想想看硬碟內(nèi)的馬達(dá)每天轉(zhuǎn)24小時(shí)，平均工作溫度在四、五十度的高熱是免不了。筆者曾測(cè)量過一臺(tái)散熱不夠好的伺服器硬碟，溫度超過40℃。對(duì)硬碟來說，如果機(jī)殼內(nèi)部的溫度降低了，這將意味著減少主軸馬達(dá)液態(tài)軸承的軸承潤滑劑以及磁碟潤滑劑的蒸發(fā)，這將大大降低其損壞的機(jī)率。據(jù)Seagate公司公開的某型號(hào)硬碟數(shù)據(jù)，在34℃時(shí)的MTBF為150,000小時(shí)，但在25℃時(shí)，會(huì)達(dá)到230,000小時(shí)。