工業級交換機的可靠性指標與溫度的關系

2017-6-27 15:33:53

工業級交換機的可靠性常見指標主要包括:可靠性R(t)、平均維修時間MTTR、失效率λ(t)。工業級交換機的可靠性又與溫度有何關系。

一、衡量可靠性的常見指標有以下幾種:
1.可靠度R(t),即產品在規定條件下、規定時間內完成規定功能的概率,亦稱平均無故障時間MTBF(meantimebetweenfailure);
2.平均維修時間MTTR是指產品從發現故障到恢復規定功能所需要的時間;
3.失效率λ(t),是指產品在規定的使用條件下使用到時刻t后,產品失效的概率。產品的可靠性變化一般都有一定的規律,其特征曲線形狀像浴盆,通常稱之為“浴盆曲線”。在實驗和設計初期,由于產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;通過修正設計、改進工藝、老化元器件、以及整機試驗等,使產品進入穩定的偶然失效期;使用一般時間后,由于器件耗損、整機老化以及維護等原因,產品進入了耗損失效期。這就是可靠性特征曲線呈“浴盆曲線”型的原因。衡量一個電子產品、尤其是工業類產品最常用的是MTBF,也就是平均無故障時間。
二、溫度和MTBF的關系
由于現代電子設備所用的電子元器件的密度越來越高,這將使元器件之間通過傳導、輻射和對流產生熱耦合。因此,熱應力已經成為影響電子元器件失效率的一個最重要的因素。對于某些電路來說,可靠性幾乎完全取決于熱環境。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際可以達到的最低水平。有資料表明:環境溫度每提高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)來測量設備的MTBF,這其中包括晶體管數量、功率衰減以及環境參數。我們分析其中用風扇散熱的24口工業級交換機的檢測報告,在環境溫度為30℃,40℃,50℃時,無風扇工業級交換機和工業級有風扇交換機的測試結果為:
30℃40℃50℃
無風扇散熱10年9.5年8年
有風扇散熱8年7.5年7年
另外,我們通過TSC實驗室的溫度測試中還發現了兩個結果:
1.如果不采用任何散熱措施,一臺24口工業級交換機(不含光口)正常工作4小時后,它的機內溫度要比周圍的環境溫度高約40℃;而采用風扇降溫的同樣的交換機的機內溫度只比周圍的環境溫度高約15℃。
2.機內溫度達到85℃時,實際上溫度已經開始影響到了機內主板很多芯片器件的壽命,也就是說,如果不采用很好的散熱措施,在外部環境溫度為45~50℃時,交換機的MTBF會大大下降。
由此可見,溫度對于工業網絡產品的影響是非常大的,如果像商業級交換機一樣采用風扇降溫,能夠有效降低機內溫度而延長設備的MTBF,但風扇本身的壽命又非常有限(2.28年)(由SANYOFANDATASHEET給出的數據)。
工業級交換機不同于商用設備,往往是一開機就常年運行,而且運行的環境也往往較惡劣,沙塵、昆蟲、潮濕都會直接影響風扇的運行。一個質量好的工業級交換機,風扇使用壽命一般在20000小時,風扇到了年限以后,檢測并更換就變得非常重要。因為主動散熱性工業級交換機在設計時散熱主要就是靠風扇散熱,一旦風扇失效而不及時更換,“10℃法則”將會起作用:機內環境溫度每提高10℃,元器件壽命就降低1/2。工業級交換機的機內積熱將會快速導致工業級交換機性能的下降,直至工業級交換機崩潰。因此,工業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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