可靠性概述

產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力稱為可靠性。規(guī)定條件是指系統(tǒng)或產(chǎn)品所處的使用環(huán)境和維護條件，包括機械條件、氣候條件、生物條件、化學(xué)條件、電磁條件、物理條件和維護條件等。規(guī)定時間指產(chǎn)品或系統(tǒng)執(zhí)行任務(wù)的時間。規(guī)定功能指用戶提出的指標(biāo)和要求。產(chǎn)品終止規(guī)定功能，稱為失效或故障。通過更換元器件或進行調(diào)整能夠恢復(fù)功能的產(chǎn)品稱為可修復(fù)產(chǎn)品，反之稱為不可修復(fù)產(chǎn)品。終止規(guī)定功能，對可修復(fù)產(chǎn)品稱為故障，對不可修復(fù)產(chǎn)品稱為失效。

產(chǎn)品的可靠性可分為固有可靠性和使用可靠性。固有可靠性是產(chǎn)品在設(shè)計、制造中賦予的，是產(chǎn)品的一種固有特性，也是產(chǎn)品的開發(fā)者可以控制的。而使用可靠性則是產(chǎn)品在實際使用過程中表現(xiàn)出的一種性能的保持能力的特性，它除了考慮固有可靠性的影響因素之外，還要考慮產(chǎn)品安裝、操作使用和維修保障等方面因素的影響。

產(chǎn)品可靠性還可分為基本可靠性和任務(wù)可靠性。基本可靠性是產(chǎn)品在規(guī)定條件下無故障的持續(xù)時間或概率，它反映產(chǎn)品對維修人力的要求。因此在評定產(chǎn)品基本可靠性時應(yīng)統(tǒng)計產(chǎn)品的所有壽命單位和所有故障，而不局限于發(fā)生在任務(wù)期間的故障，也不局限于是否危及任務(wù)成功的故障。任務(wù)可靠性是產(chǎn)品在規(guī)定的任務(wù)剖面內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。評定產(chǎn)品任務(wù)可靠性時僅考慮在任務(wù)期間發(fā)生的影響完成任務(wù)的故障。提高任務(wù)可靠性可采用冗余或代替工作模式，不過這將增加產(chǎn)品的復(fù)雜性，從而降低基本可靠性。

可靠性指標(biāo)

衡量可靠性的指標(biāo)很多，如可靠度、不可靠度（故障概率）、故障密度函數(shù)、故障率、平均壽命（MTTF，Mean time to failure）、平均故障間隔時間（MTBF，Mean time between failure）、有效度、平均修復(fù)時間等等。本文只介紹MTBF。

MTBF是可修復(fù)產(chǎn)品可靠性的一種基本參數(shù)。其度量方法為：在規(guī)定的條件內(nèi)和規(guī)定的時間內(nèi)，產(chǎn)品的壽命單位總數(shù)與故障總數(shù)之比。它反映了產(chǎn)品的時間質(zhì)量，是體現(xiàn)產(chǎn)品在規(guī)定時間內(nèi)保持功能的一種能力。

RG-IS2700G可靠性設(shè)計

MTBF計算中主要考慮的是產(chǎn)品中每個器件的失效率。計算時需要考慮器件在不同條件、不同使用環(huán)境下的失效率，如一個額定電壓為16V的電容，實際工作電壓在25V和10V的情況下的失效率肯定是不一樣的。單體器件的失效率，一般使用MTBF計算軟件（如Reliasoft的Lambda Predict）查詢得出，查詢時設(shè)定Quality等級、降額、工作環(huán)境等參數(shù)。將所有器件的失效率類加起來得到總的失效率，其倒數(shù)即為MTBF值。如RG-IS2712G主板的MTBF計算，即先查詢主板上所有器件如電阻、電容、電感、磁珠、IC、接插件等的單體失效率，再計算出所有器件的累計失效率，累計失效率的倒數(shù)即為RG-IS2712G主板的MTBF值。

系統(tǒng)的MTBF，根據(jù)系統(tǒng)的類型和結(jié)構(gòu)計算。系統(tǒng)類型分為基本的串聯(lián)系統(tǒng)和并聯(lián)系統(tǒng)，以及由串聯(lián)子系統(tǒng)、并聯(lián)子系統(tǒng)組成的混聯(lián)系統(tǒng)、冗余系統(tǒng)、表決系統(tǒng)等。串聯(lián)系統(tǒng)正常工作以全部構(gòu)成單元正常工作為前提，當(dāng)有一個或一個以上的單元失效時，整個系統(tǒng)就失效，其可靠性隨著構(gòu)成單元數(shù)量的增加而降低。串聯(lián)系統(tǒng)的失效率等于各組成單元的失效率之和，MTBF為各單元失效率之和的倒數(shù)。并聯(lián)系統(tǒng)的若干組成單元中只要一個正常工作，系統(tǒng)就能正常工作，僅全部單元都失效時，系統(tǒng)失效。并聯(lián)系統(tǒng)的失效率為各單元失效率之積，其可靠性隨著構(gòu)成單元的增加而提升。

    工業(yè)以太網(wǎng)交換機RG-IS2700G系列，通過選用高可靠性器件，器件工作在合理降額后的工作區(qū)間，以及關(guān)鍵電路上依據(jù)器件工作原理，以及原有失效案例進行失效模型分析及避免，降低了各部件的可靠性。從而使得該系列的MTBF達到一個很高的水平。經(jīng)過計算，RG-IS2700G系列的交換機MTBF大于260KHrs，相當(dāng)于可以平均失效時間為30年以上。

降額設(shè)計

降額設(shè)計，提升電子設(shè)備可靠性而常用的一種方法，主要是指構(gòu)成電子設(shè)備的元器件使用中所承受的應(yīng)力（電應(yīng)力和溫度應(yīng)力）低于元器件本身的額定值，以達到延緩其參數(shù)退化，增加工作壽命，提高使用可靠性的目的。元器件的可靠性與其系統(tǒng)的應(yīng)力強度之間有一定的依賴關(guān)系，一般情況下應(yīng)力越大，可靠性越低。考慮到元器件的性能參數(shù)都呈現(xiàn)某種分布特性，只有采用減額設(shè)計技術(shù)才能獲得較大的安全裕度。標(biāo)準(zhǔn)推薦的降額量值不能絕對化，應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品的特性適當(dāng)調(diào)整。各類元器件均有一個降額范圍，在此范圍內(nèi)應(yīng)力變化對其故障率影響較大。過度的降額也不可取，降額到一定程度后，可靠性的提高是很小的。一般情況電子元器件的應(yīng)力越低越能提高使用可靠性，但不盡然，如聚苯乙烯電容器，降額太大易產(chǎn)生低電平失效。

對元器件的應(yīng)力降額，主要包括電應(yīng)力和溫度應(yīng)力。溫度應(yīng)力降額，主要靠熱設(shè)計保證，使元器件的溫度在產(chǎn)品的工作溫度指標(biāo)范圍內(nèi)落在高可靠性的降額范圍內(nèi)。電應(yīng)力，主要包括電壓、電流、功率。RG-IS2700G工業(yè)以太網(wǎng)交換機的降額設(shè)計，包括了電阻、電容、磁性器件、二極管、晶體管、電磁保護器、保險絲、接插件、集成器件，涵蓋了設(shè)備上的每一個器件。

IS2700G系列交換機，所用的所有器件進行降額設(shè)計，涉及電壓，電流，功耗，溫度等多個方面，一般電壓/電流/功耗降額在30%以上，關(guān)鍵器件降額達50%以上，板上器件最高工作溫度要求相對規(guī)格書降額10%以上。通過降額設(shè)計，可保證工業(yè)交換機可靠長期運行。