電子產品電子設備MTBF檢測珠三角資質實驗室辦理

　　MTBF,即平均故障間隔時間，英文全稱是"Mean Time Between Failure"。是衡量一個產品(尤其是電器產品)的可靠性指標。單位為"小時"。它反映了產品的時間質量，是體現產品在規定時間內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間，也稱為平均故障間隔。概括地說，產品故障少的就是可靠性高，產品的故障總數與壽命單位總數之比叫"故障率"(Failure rate)。它僅適用于可維修產品。同時也規定產品在總的使用階段累計工作時間與故障次數的比值為MTBF。磁盤陣列產品一般MTBF不能低于50000小時。

　　計算方法

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

　　MTBF值是產品設計時要考慮的重要參數，可靠度工程師或設計師經常使用各種不同的方法與標準來估計產品的MTBF值。相關標準包括MIL-HDBK-217F、Telcordia SR332、Siemens Norm、Fides或UTE C 80-810(RDF2000)等。不過這些方法估計到的值和實際的平均故障間隔仍有相當的差距。計算平均故障間隔的目的是為了找出設計中的薄弱環節。

　　MTBF的數學式表達

　　另外，在工程學上，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過時長的概率密度方程--滿足標準概率密度方程--

　　故障時間

　　隨著服務器的廣泛應用，對服務器的可靠性提出了更高的要求。所謂"可靠性"，就是產品在規定條件下和規定時間內完成規定功能的能力;反之，產品或其一部分不能或將不能完成規定的功能是出故障。概括地說，產品故障少的就是可靠性高，產品的故障總數與壽命單位總數之比叫"故障率"(Failure rate)，常用λ表示。例如正在運行中的100只硬盤，一年之內出了2次故障，則每個硬盤的故障率為0.02次/年。當產品的壽命服從指數分布時，其故障率的倒數就叫做平均故障間隔時間(Mean Time Between Failures)，簡稱MTBF。即:

　　MTBF=1/λ

　　筆者看到一款可用于服務器的WD Caviar RE2 7200 RPM 硬盤，MTBF 高達 120萬小時，保修 5年。120萬小時約為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，平均1000只硬盤有7只會出故障。

　　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。電子產品制造商一般通過測試、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。當使用壽命期將盡，產品也即將進入故障高發期，需要報廢或更新換代了。

　　壽命

　　明白了MTBF和"浴盆"曲線的基本概念，我們對產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，其壽命會受到溫度的影響。因此，應盡可能使電容器在較低的溫度之下工作，如果電容器的實際工作溫度超過了其規格范圍，不僅其壽命會縮短，而且電容器會受到嚴重的損毀(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，不僅要考慮機箱內整體環境溫度及電容器自身的發熱，還要考慮機箱內其他發熱元件的熱輻射(特別是CPU、穩壓器、電源供應器等)。

　　根據測試，通常2.0G的CPU消耗功率達56.7W，生成溫度達70℃;而當頻率提高至3.0G時， 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發生什么變化?

　　為簡化起見，不考慮紋波、頻率、ESR等因素，電容器的估計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表示實際環境溫度。由此可見，如果環境溫度每升高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)是指該種電容器達到給定故障率的時間。

　　可靠性

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

　　當評價電源供應器所標稱壽命時，電源供應器是否運行在額定的滿負載狀況是另一重要考慮因素。如果電源供應器裝有合適的散熱器而散熱風扇風量足夠大，在低于滿負載的情況下連續工作，電源供應器就能有更長的壽命。一般電腦電源供應器壽命按照3-5年計算元件的可能失效周期，MTBF在80,000-100,000小時之間。

　　不同的電源供應器廠家，其產品設計、用料也往往差別很大，工作壽命自然不同。

　　除電源供應器外，硬碟的溫度也不可小視。硬碟動不動就7200rpm-15000rpm，想想看硬碟內的馬達每天轉24小時，平均工作溫度在四、五十度的高熱是免不了。筆者曾測量過一臺散熱不夠好的伺服器硬碟，溫度超過40℃。對硬碟來說，如果機殼內部的溫度降低了，這將意味著減少主軸馬達液態軸承的軸承潤滑劑以及磁碟潤滑劑的蒸發，這將大大降低其損壞的機率。據Seagate公司公開的某型號硬碟數據，在34℃時的MTBF為150,000小時，但在25℃時，會達到230,000小時。