工业级交换机的可靠性指标与温度的关系

2017-6-27 15:33:53

工业级交换机的可靠性常见指标主要包括：可靠性R（t）、平均维修时间MTTR、失效率λ（t）。工业级交换机的可靠性又与温度有何关系。

一、衡量可靠性的常见指标有以下几种：
1．可靠度R（t），即产品在规定条件下、规定时间内完成规定功能的概率，亦称平均无故障时间MTBF（meantimebetweenfailure）；
2．平均维修时间MTTR是指产品从发现故障到恢复规定功能所需要的时间；
3．失效率λ（t），是指产品在规定的使用条件下使用到时刻t后，产品失效的概率。产品的可靠性变化一般都有一定的规律，其特征曲线形状像浴盆，通常称之为“浴盆曲线”。在实验和设计初期，由于产品设计制造中的错误、软件不完善以及元器件筛选不够等原因而造成早期失效率高；通过修正设计、改进工艺、老化元器件、以及整机试验等，使产品进入稳定的偶然失效期；使用一般时间后，由于器件耗损、整机老化以及维护等原因，产品进入了耗损失效期。这就是可靠性特征曲线呈“浴盆曲线”型的原因。衡量一个电子产品、尤其是工业类产品最常用的是MTBF，也就是平均无故障时间。
二、温度和MTBF的关系
由于现代电子设备所用的电子元器件的密度越来越高，这将使元器件之间通过传导、辐射和对流产生热耦合。因此，热应力已经成为影响电子元器件失效率的一个最重要的因素。对于某些电路来说，可靠性几乎完全取决于热环境。所以，为了达到预期的可靠性目的，必须将元器件的温度降低到实际可以达到的最低水平。有资料表明：环境温度每提高10℃，元器件寿命约降低1/2。这就是有名的“10℃法则”。
MTBF测试：目前国外广泛采用Bellcore的RPP（ReliabilityPredictionProcedure）来测量设备的MTBF，这其中包括晶体管数量、功率衰减以及环境参数。我们分析其中用风扇散热的24口工业级交换机的检测报告，在环境温度为30℃，40℃，50℃时，无风扇工业级交换机和工业级有风扇交换机的测试结果为：
30℃40℃50℃
无风扇散热10年9.5年8年
有风扇散热8年7.5年7年
另外，我们通过TSC实验室的温度测试中还发现了两个结果：
1．如果不采用任何散热措施，一台24口工业级交换机（不含光口）正常工作4小时后，它的机内温度要比周围的环境温度高约40℃；而采用风扇降温的同样的交换机的机内温度只比周围的环境温度高约15℃。
2．机内温度达到85℃时，实际上温度已经开始影响到了机内主板很多芯片器件的寿命，也就是说，如果不采用很好的散热措施，在外部环境温度为45～50℃时，交换机的MTBF会大大下降。
由此可见，温度对于工业网络产品的影响是非常大的，如果像商业级交换机一样采用风扇降温，能够有效降低机内温度而延长设备的MTBF，但风扇本身的寿命又非常有限（2.28年）（由SANYOFANDATASHEET给出的数据）。
工业级交换机不同于商用设备，往往是一开机就常年运行，而且运行的环境也往往较恶劣，沙尘、昆虫、潮湿都会直接影响风扇的运行。一个质量好的工业级交换机，风扇使用寿命一般在20000小时，风扇到了年限以后，检测并更换就变得非常重要。因为主动散热性工业级交换机在设计时散热主要就是靠风扇散热，一旦风扇失效而不及时更换，“10℃法则”将会起作用：机内环境温度每提高10℃，元器件寿命就降低1/2。工业级交换机的机内积热将会快速导致工业级交换机性能的下降，直至工业级交换机崩溃。因此，工业级交换机的散热系统设计，也就是热设计就显得尤为重要了。

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