平均无故障时间

MTBF 求助编辑百科名片 MTBF,即平均无故障时间，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。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。 目录 MTBF 是平均故障间隔时间 温度与器件的寿命 1MTBF与电脑的关系温度与电脑的可靠性 1风扇与散热效果 1灰尘对伺服器的影响 展开 编辑本段MTBFMTBFMTBFMTBF 是平均故障间隔时间 随着伺服器的广泛应用，对伺服器的可靠性提出了更高的要求。所谓 “可靠性”， 就是产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力；反之，产品或其一部分不 能或将不能完成规定的功能是出故障。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），常用λ示。例如正在运 行中的100只硬碟，一年之内出了2次故障，则每个硬碟的故障率为0.02次 /年。当产 品的寿命服从指数分布时，其故障率的倒数就叫做平均故障间隔时间（Mean Time Between Failures），简称 MTBF。即： MTBF=1/λ 笔者最近看到一款可用 于伺服器的 WD Caviar RE2 7200 RPM 硬碟，MTBF 高达 120万小时，保修 5年。 120万小时约为137年，并不是说该种硬碟每只均能工作137年不出故障。由 MTBF=1/λ 可知λ=1/MTBF=1/137年，即该硬碟的平均年故障率约为0.7%，一年内，平均1000 只硬碟有7只会出故障。 上图所示为著名的浴盆曲线，左边斜线部分为早期故障 率，其故障率一般较高且随着时间推移很快下降。曲线中部为使用寿命期，其故障率 一般很低且基本固定。最右部为耗损期，失效率急速升高。电子产品制造商一般通过 测试、老炼、筛选等手段将早期故障尽量剔除，然后提供给客户使用。当使用寿命期 将尽，产品也即将进入故障高发期，需要报废或更新换代了。 编辑本段温度与器件的寿命 明白了 MTBF 和“浴盆”曲线的基本概念，我们对评估产品的使用寿命有了一定的 掌握。在合适工作条件下器件使用寿命期内的故障率很低。广大电子爱好者都知道电 子元器件的寿命，与工作温度是有密切关系的。以电脑主板上常用的也常出故障的电 解电容器为例，其寿命会受到温度的影响。因此，应尽可能使电容器在较低的温度之 下工作，如果电容器的实际工作温度超过了其规格范围，不仅其寿命会缩短，而且电 容器会受到严重的损毁（例如电解液泄漏）。因此，在电脑主板上电容器的工作 温度时，不仅要考虑机箱内整体环境温度及电容器自身的发热，还要考虑机箱内其他 发热元件的热辐射（特别是 CPU、稳压器、电源供应器等）。 根据测试，通常2.0G 的 CPU 消耗功率达56.7W，生成温度达70℃；而当频率提高至3.0G 时， CPU 温度 往往超过90℃。在这样的高温烘烤下，主板上的电容器寿命会发生什么变化？ 为 简化起见，不考虑纹波、频率、ESR 等因素，电容器的估计寿命可用下述公式表示： 其中，L0表示最高工作温度下的寿命，Tmax 表示最高工作温度，Ta表示实际环境温 度。由此可见，如果环境温度每升高10℃，电容器寿命将下降一倍！ 由上图右 面的曲线可明显看出，随着电容器工作环境温度的上升，其有效寿命急剧缩短。其中 有效寿命（Useful life）是指该种电容器达到给定故障率的时间。 编辑本段MTBFMTBFMTBFMTBF与电脑的关系 温度与电脑的可靠性 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、用料也往往差别很大，工作寿命自然不同。在 DIY 1U 伺服器 时 ,优质的电源供应器选择不多，台湾新巨 Zippy 是一个不错的选择。中国内地一些 名牌伺服器例如著名的曙光也采用该品牌电源供应器，在一些 DIY 市场可购到的 P1H-6400P 400W 电源供应器，随着双核心 CPU 推出，400W 电源供应器可能不够 用，推介使用 H1H-6507P 、M1G-6500P 500W。 如上图所示，HG2-6400P 采 用了主动 PFC，虽然增加了成本，但具有更高的效率，能够在90V-260V 的任何电压 环境下稳定工作。该电源供应器大量部采用稳定性和寿命是普通电容器的3倍以上的 日本电容器。在一些劣质的电源供应器产品中，EMI 电路往往是重点的省略对象。从 这款 HG2-6400P 的 EMI 电路上可以看出，用料十分充足，符合电磁兼容，稳定 的表现当然是情理之中。 除电源供应器外，硬碟的温度也不可小视。现在的硬 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。 风扇与散热效果 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。 笔者 采用北京生产千际牌“暴风雪”十风机1U 机箱1U 进行过散热改造，使用 Sanyo1.5万 转4cm 电流0.55A 风量20.83CFM 及新推出9CRA0412J502 1.58万转4x5.6CM 风量 31.8CFM 放在硬碟前、硬碟后增加散热，测量其温度约只有 28℃，已经很接近室温 了。 笔者也将广州五舟 SF5100双至强的准机箱将原装台达牌2700转小风鼓作 CPU 散热更换成三洋 (Sanyo)9BAM12GA2 5800转的小风鼓后，CPU 在占有率100% 的情况下，温度由66℃下降到55℃！该风扇的使用寿命很高，在60℃环境下工作 40,000小时，残存率仍有90%。要知道 Intel 原装 CPU 风扇，都大部份采用 Sanyo 的产品。 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。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。 灰尘对伺服器的影响 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。