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MTBF

一、含义
       MTBF,即平均故障间隔时间,英文全称是“Mean Time Between Failure”。是衡量一个产品(尤其是电器产品)的可靠性指标。单位为“小时”。它反映了产品的时间质量,是体现产品在规定时间内保持功能的一种能力。具体来说,是指相邻两次故障之间的平均工作时间,也称为平均故障间隔。概括地说,产品故障少的就是可靠性高,产品的故障总数与寿命单位总数之比叫“故障率”(Failure rate)。它仅适用于可维修产品。同时也规定产品在总的使用阶段累计工作时间与故障次数的比值为MTBF。磁盘阵列产品一般MTBF不能低于50000小时。
 
二、计算方法
       失效时间是指上一次设备恢复正常状态(图中的up time)起,到设备此次失效那一刻(图中的down time)之间间隔的时间。
       MTBF值是产品设计时要考虑的重要参数,可靠度工程师或设计师经常使用各种不同的方法与标准来估计产品的MTBF值。相关标准包括MIL-HDBK-217F、Telcordia SR332、Siemens Norm、Fides或UTE C 80-810(RDF2000)等。不过这些方法估计到的值和实际的平均故障间隔仍有相当的差距。计算平均故障间隔的目的是为了找出设计中的薄弱环节。

MTBF的数学式表达:

另外,在工程学上,常用希腊字母θ来表示MTBF,既有:
2.jpg

在概率论中,可用ƒ(t)形式的概率密度方程表示MTBF,既有:
3.jpg
 

此处ƒ指的是直到下次失效经过时长的概率密度方程——满足标准概率密度方程——
4.jpg
 
 
三、由来
       下图为浴盆曲线,那么浴盆曲线与产品寿命有什么关系呢?

       电子产品的寿命一般都符合浴盆曲线,可分为三个阶段:
       早夭期:由于设计,原材料,生产等可能出现的原因而导致一个较高失效率的阶段,也称失效率递减阶段,可通过环境应力筛选加以剔除,保证产品的可靠性。
       稳定器:这一阶段产品失效率近似一个常数,只有随机失效产生,MTBF即要得到这一阶段的寿命。
       耗损期:硬件故障期,产品这时已达到设计寿命,进入报废阶段。


 
四、电脑的关系

可靠性
       电源供应器对电脑来说,重要性不言而喻。影响电源供应器寿命的因素很多,如负载大小、振动和周边的环境温度等。其中,环境温度很重要,所以选择合适的风扇,排放出由电源供应器内部的热量非常关键。电源供应器的MTBF,在很大程度上是由其内部的电解电容器MTBF值所决定的。因随着温度的上升,电容器的寿命急剧缩短,所以电源供应器的工作温度如能得到降低,其寿命就会更长一些。
       当评价电源供应器所标称寿命时,电源供应器是否运行在额定的满负载状况是另一重要考虑因素。如果电源供应器装有合适的散热器而散热风扇风量足够大,在低于满负载的情况下连续工作,电源供应器就能有更长的寿命。一般电脑电源供应器寿命按照3-5年计算元件的可能失效周期,MTBF在80,000-100,000小时之间。
       不同的电源供应器厂家,其产品设计、用料也往往差别很大,工作寿命自然不同。
       除电源供应器外,硬碟的温度也不可小视。硬碟动不动就7200rpm-15000rpm,想想看硬碟内的马达每天转24小时,平均工作温度在四、五十度的高热是免不了。笔者曾测量过一台散热不够好的伺服器硬碟,温度超过40℃。对硬碟来说,如果机壳内部的温度降低了,这将意味着减少主轴马达液态轴承的轴承润滑剂以及磁碟润滑剂的蒸发,这将大大降低其损坏的机率。据Seagate公司公开的某型号硬碟数据,在34℃时的MTBF为150,000小时,但在25℃时,会达到230,000小时。

散热效果
       为降低硬碟温度,可增加散热风扇。市面上是有卖硬碟专用的散热模组,有的则是一颗风扇再加上一块硬碟大小的铝制散热片,其实没有必要这么复杂。
       如采用小型风鼓(BLOWER),风量增加,散热效果更好。但是,增加风扇或风鼓一定要考虑振动的问题。要知道风扇较高的转速才能达到一定的风量,但如采用较劣质的风扇,转速虽高,但寿命短且振动厉害,对硬碟寿命会带来不利影响,安装硬碟时加吸震软垫、机箱机壳底部的吸震片都有一定效用。
       优质的电源供应器当然要搭配高品质的风扇,如HG2-6400P选用的是NMB钢珠轴承风扇,比传统油封轴承风扇寿命高出2倍。这款电源供应器还加入了风扇转速控制线路,可以根据电源内部的温度调节风扇转速,在延长使用寿命的同时,也更好的控制了风扇噪音和震动。

影响
       如何保养和维护好伺服器,最大限度的延长其使用寿命,是大家都非常关心的话题。灰尘对伺服器构成的威胁不容忽视。按笔者的电子产品维修经验,在灰尘比较大的环境中工作,由于PCB吸附灰尘,而灰尘的沉积会影响电子元器件的热量散发,这将导致元件温度上升,进而出现热稳定性下降甚至产生漏电,严重时导致烧毁。另外,灰尘也会吸收水分,腐蚀电子线路,造成一些莫名其妙的短路问题。所以灰尘体积虽小,但对伺服器的危害不可低估。
       尽管伺服器机房有相对较好的环境,但灰尘仍会不断累积。所以,有必要定期进行清理,可使用上图美国生产CRC牌防尘喷剂、也可用有防静电(ESD)功能的小毛刷小心进行清扫,或使用吹风球清洁灰尘,减少出故障的机率。在清理机箱内部的灰尘时,切记断开电源,小心操作,特别是面板进风口和电源(排风口)的附近,以及板卡的插接部位灰尘最多。清理电源里的灰尘最好将电源供应器拆下,用防尘喷剂、吹气球仔细清扫干净后再装回。
 
五、分析目的
1、针对高频率故障零件的重点对策及零件寿命延长的技术改造依据。
2、进行零件寿命周期的推算及最佳维修计划编制。
3、有关点检对象、项目的选择与点检基准的设定、改善。
4、用于指导内外部维修工作分配。根据公司内设备修复能力的评价,以设备类型、作业种类的不同来决定内部分别承担工作的维修质量与设备效率方面的风险,作为维修外包的重要参考。
5、设定备品备件基准。机械、电气零件的各储备项目及基本库存数量,应根据MTBF的记录分析来判断,使其库存水平达到最经济的状况。
6、作为选择维修技术方法改善重点的参考依据。为了提高设备开动率,必须缩短与设备停机相关的长时间维修作业及工程调整、切换的时间。因此,有必要对维护作业方法进行检验,而其检验的项目、优先顺序的选择等基本情况,均需要依据MTBF的分析记录表。
7、用于设备对象设定预估运行时间标准,及其维护作业的选定与维护时间标准的研究。维修计划预估时间标准的设定及维护作业的选定,必须考虑设备维护重复周期或标准时间值与实际维护时间的差异及相应维护作业特性等因素,因此,MTBF分析表是非常必要的。
8、图样整理及重新选定重点设备或零件时的参考。MTBF的分析记录表所记录的设备零件改造项目或摩擦劣化等信息,以及设备图样修改或前期制作等情况,通过能经常作分析检验及重要性排序管理,可以使工程图样管理变得更容易。
9、运行操作标准的设定、修订及决定设备维护业务的责任分派。
10、提供设备的可靠性、可维修性设计的技术资料。维护技术最重要的是以MTBF分析表为基础,收集有关设备的可靠性、可维修性设计的技术信息,以便提供给设计部门在设计设备时参考。

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