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工業(yè)級交換機的可靠性指標與溫度的關(guān)系

2017-6-27 15:33:53

工業(yè)級交換機的可靠性常見(jiàn)指標主要包括:可靠性R(t)、平均維修時(shí)間MTTR、失效率λ(t)。工業(yè)級交換機的可靠性又與溫度有何關(guān)系。

一、衡量可靠性的常見(jiàn)指標有以下幾種:
1.可靠度R(t),即產(chǎn)品在規定條件下、規定時(shí)間內完成規定功能的概率,亦稱(chēng)平均無(wú)故障時(shí)間MTBF(meantimebetweenfailure);
2.平均維修時(shí)間MTTR是指產(chǎn)品從發(fā)現故障到恢復規定功能所需要的時(shí)間;
3.失效率λ(t),是指產(chǎn)品在規定的使用條件下使用到時(shí)刻t后,產(chǎn)品失效的概率。產(chǎn)品的可靠性變化一般都有一定的規律,其特征曲線(xiàn)形狀像浴盆,通常稱(chēng)之為“浴盆曲線(xiàn)”。在實(shí)驗和設計初期,由于產(chǎn)品設計制造中的錯誤、軟件不完善以及元器件篩選不夠等原因而造成早期失效率高;通過(guò)修正設計、改進(jìn)工藝、老化元器件、以及整機試驗等,使產(chǎn)品進(jìn)入穩定的偶然失效期;使用一般時(shí)間后,由于器件耗損、整機老化以及維護等原因,產(chǎn)品進(jìn)入了耗損失效期。這就是可靠性特征曲線(xiàn)呈“浴盆曲線(xiàn)”型的原因。衡量一個(gè)電子產(chǎn)品、尤其是工業(yè)類(lèi)產(chǎn)品最常用的是MTBF,也就是平均無(wú)故障時(shí)間。
二、溫度和MTBF的關(guān)系
由于現代電子設備所用的電子元器件的密度越來(lái)越高,這將使元器件之間通過(guò)傳導、輻射和對流產(chǎn)生熱耦合。因此,熱應力已經(jīng)成為影響電子元器件失效率的一個(gè)最重要的因素。對于某些電路來(lái)說(shuō),可靠性幾乎完全取決于熱環(huán)境。所以,為了達到預期的可靠性目的,必須將元器件的溫度降低到實(shí)際可以達到的最低水平。有資料表明:環(huán)境溫度每提高10℃,元器件壽命約降低1/2。這就是有名的“10℃法則”。
MTBF測試:目前國外廣泛采用Bellcore的RPP(ReliabilityPredictionProcedure)來(lái)測量設備的MTBF,這其中包括晶體管數量、功率衰減以及環(huán)境參數。我們分析其中用風(fēng)扇散熱的24口工業(yè)級交換機的檢測報告,在環(huán)境溫度為30℃,40℃,50℃時(shí),無(wú)風(fēng)扇工業(yè)級交換機和工業(yè)級有風(fēng)扇交換機的測試結果為:
30℃40℃50℃
無(wú)風(fēng)扇散熱10年9.5年8年
有風(fēng)扇散熱8年7.5年7年
另外,我們通過(guò)TSC實(shí)驗室的溫度測試中還發(fā)現了兩個(gè)結果:
1.如果不采用任何散熱措施,一臺24口工業(yè)級交換機(不含光口)正常工作4小時(shí)后,它的機內溫度要比周?chē)沫h(huán)境溫度高約40℃;而采用風(fēng)扇降溫的同樣的交換機的機內溫度只比周?chē)沫h(huán)境溫度高約15℃。
2.機內溫度達到85℃時(shí),實(shí)際上溫度已經(jīng)開(kāi)始影響到了機內主板很多芯片器件的壽命,也就是說(shuō),如果不采用很好的散熱措施,在外部環(huán)境溫度為45~50℃時(shí),交換機的MTBF會(huì )大大下降。
由此可見(jiàn),溫度對于工業(yè)網(wǎng)絡(luò )產(chǎn)品的影響是非常大的,如果像商業(yè)級交換機一樣采用風(fēng)扇降溫,能夠有效降低機內溫度而延長(cháng)設備的MTBF,但風(fēng)扇本身的壽命又非常有限(2.28年)(由SANYOFANDATASHEET給出的數據)。
工業(yè)級交換機不同于商用設備,往往是一開(kāi)機就常年運行,而且運行的環(huán)境也往往較惡劣,沙塵、昆蟲(chóng)、潮濕都會(huì )直接影響風(fēng)扇的運行。一個(gè)質(zhì)量好的工業(yè)級交換機,風(fēng)扇使用壽命一般在20000小時(shí),風(fēng)扇到了年限以后,檢測并更換就變得非常重要。因為主動(dòng)散熱性工業(yè)級交換機在設計時(shí)散熱主要就是靠風(fēng)扇散熱,一旦風(fēng)扇失效而不及時(shí)更換,“10℃法則”將會(huì )起作用:機內環(huán)境溫度每提高10℃,元器件壽命就降低1/2。工業(yè)級交換機的機內積熱將會(huì )快速導致工業(yè)級交換機性能的下降,直至工業(yè)級交換機崩潰。因此,工業(yè)級交換機的散熱系統設計,也就是熱設計就顯得尤為重要了。


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