平均失效間隔(MTBF)與可靠度計算機
MTBF(平均失效間隔)係可靠性工程嘅核心指標:總運行時數 ÷ 觀察到嘅失效次數。配指數分布假設(IEC 61124、MIL-HDBK-217),可導出失效率 λ、FIT、指數可靠度 R(t) = e^(−t/MTBF) 同穩態可用性 A = MTBF ⁄ (MTBF + MTTR)。輸入運行時數、失效次數、任務時數同 MTTR,工具即時給出 5 個關鍵數字 — 涵蓋硬件、伺服器、SRE、產線。
請輸入有效嘅正運行時數、≥ 1 嘅失效次數、≥ 0 嘅任務時數同 MTTR。
MTBF
20 000
h
≈ 2.28 yr
失效率(FIT = λ × 10⁹)
50 000
FIT
λ ≈ 5.0e-5 / h
可靠度 R(t)
—
R(t)
穩態可用性 A
—
≈ ? nines
≈ ? h/yr downtime
指數模型(IEC 61124):R(t) = e^(−t ⁄ MTBF)。注意:t = MTBF 時 R ≈ 36.79 %,並非 100 %。
公式
MTBF = 總時數 ÷ 失效次數;λ = 1 ⁄ MTBF;R(t) = e^(−t ⁄ MTBF);FIT = λ × 10⁹;A = MTBF ⁄ (MTBF + MTTR)。
- · 指數模型只適用於「浴缸曲線」嘅平坦段(useful life)— 早夭期同磨損期需用 Weibull 等更複雜分布。
- · 常見誤解:MTBF = 1 M h 唔代表「個別機件可運行 100 年」,而係喺一年觀察期內,平均 0.876 % 部件會壞(FIT = 1000)。
- · 可靠度反直覺:t = MTBF 時 R(t) = 1 ⁄ e ≈ 36.79 %,唔係 100 %。Mission 期間 = MTBF 嘅 10 % 先有 90.5 % 存活率。
- · FIT(Failures In Time)= 每 10⁹ device-hours 嘅失效數,半導體業界標準計量。
- · 穩態可用性 A 同「N 個 9」嘅關係:99 % = 1 個 9、99.9 % = 3 個、99.99 % = 4 個、99.999 % = 5 個。99.9 % 對應每年約 8.77 h 停機。
- · 依賴元件嘅系統 MTBF:串聯 — 1 ⁄ MTBF_系統 = Σ (1 ⁄ MTBF_i);並聯(冗餘) — 兩部 MTBF M 嘅機器並行可用性顯著提升至 ~ 1 − (1 − A)²。
- · 參考:IEC 61124:2012;MIL-HDBK-217F (1995);Telcordia SR-332 (2011);ReliaSoft "Life Data Analysis Reference"。
常見問題
部硬碟廠商標 MTBF 2.5 M 小時 — 即係可以用 285 年?
絕對唔係。MTBF 2.5 M 小時係「整個生產批次嘅平均失效間隔」嘅統計推算,唔係「個別硬碟可運行嘅時間」。實際意義:(1) FIT = 1/2.5M × 10⁹ = 400,即每 10⁹ device-hours 預計 400 次失效;(2) 一年 8 760 h 內失效機率約 0.35 %,即 1 000 部入面平均 3.5 部會壞;(3) 廠家通常會另外標「保用期」(5 年)— 過咗保用期,磨損期效應介入,實際失效率會急升,遠高於 MTBF 推斷。Backblaze 嘅長期統計顯示,企業級 HDD 5 年實際失效率約 5–10 %、SSD 約 1–2 %,比廠商 MTBF 推算嘅 1.7 % 偏高。實務做法:(a) MTBF 只用嚟比較同代產品;(b) SLA 計算用實際 field data 或 1.5–2× 廠標 MTBF 嚟做保守估計;(c) 數據中心用 RAID 或 erasure coding 配額外冗餘。
高可用性 SLA「五個 9」實際係咩水平?
「N 個 9」係可用性 = 99.99…% 嘅快速講法。每年 8 760 h 對照嘅停機預算:99 % (1 個 9) = 87.6 h/年;99.9 % (3) = 8.77 h/年;99.95 % = 4.38 h/年;99.99 % (4) = 52.6 min/年;99.999 % (5) = 5.26 min/年;99.9999 % (6) = 31.5 s/年。實際工程意義:(a) 3 個 9 — 單可用區雲服務 + 健康自動重啟,唔需要 over-engineering;(b) 4 個 9 — 跨可用區冗餘、藍綠部署、HA 數據庫;(c) 5 個 9 — 多區域 active-active、即時 failover、完整 chaos testing,每年 5 min 預算包括 maintenance、deploys、DNS 切換;(d) 6 個 9 — 真係好少互聯網服務做到,銀行 / 電訊核心系統先有。每多一個 9,工程成本指數上升(業界口訣每增一個 9 → 成本 × 10)。建議:99.9 % 對絕大部分業務已經夠用;想 99.99 % 要決心;99.999 % 要明確商業 case 同預算。
我有 3 個失效,可信度夠唔夠?
唔夠。當失效次數 n 細,MTBF 嘅置信區間極寬。指數分布下,MTBF 嘅 90 % 置信區間嘅下界 ≈ 2T ⁄ χ²(0.95, 2n+2)、上界 = 2T ⁄ χ²(0.05, 2n)。實例:T = 10 000 h、n = 3,點估計 MTBF = 3 333 h,但 90 % CI 大約 1 500 – 9 800 h — 上下界差 6 倍以上。實務:(a) n ≥ 10 後 CI 收窄到 ±50 % 以內;(b) MTBF 報告通常要求 n ≥ 30 先當「可靠估算」;(c) 短期測試做 reliability demonstration test (RDT) — 用 IEC 61124 嘅 sequential test 提早決定接受/拒絕;(d) 設計階段用同類產品 MIL-HDBK-217 / Telcordia SR-332 嘅元件級數據做 prediction。本工具用最大似然點估計,係 quick estimate;嚴肅報告應另計 CI。
同類工具
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二項分布機率計算機
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皮爾遜相關係數計算機
貼上兩組數據(X 同 Y),計算皮爾遜相關係數 r、決定係數 r²、最佳擬合直線斜率同截距、樣本均值同標準差。
平均數信賴區間 (CI) 計算機
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Cohen's d 效應值計算機
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取餘數(Modulo)計算機
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輸入實驗值同理論值(accepted value),即時計算百分誤差、絕對誤差同帶符號嘅相對誤差;亦可切換到 percent difference 模式比較兩個冇真值參考嘅量度結果。
泊松分佈機率計算機
輸入平均事件率 λ 同事件數 k,計算 P(X = k)、P(X ≤ k)、P(X ≥ k)、平均值、變異數、標準差,用於排隊論、客服中心、罕見事件預測等場景。
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輸入先驗機率 P(A)、靈敏度 P(B|A) 同假陽性率 P(B|¬A),由貝氏定理計算後驗機率 P(A|B),常用於醫療檢測、垃圾郵件偵測、AI 分類決策分析。
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矩陣行列式計算機(2×2 同 3×3)
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對稱百分比差異計算機(Percent Difference)
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向量叉積計算機(Cross Product, 3D)
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兩點距離計算機(2D / 3D 歐氏距離)
輸入平面或空間中嘅兩個點座標,用歐氏距離公式 √Σ(Δᵢ)² 計算直線距離、各軸差值同中點,方便幾何作業、CAD 量度同 GIS 平面距離。
變異係數計算機(Coefficient of Variation, CV)
輸入一組數值,計算變異係數 CV = σ / μ × 100%(標準差除以均值),用嚟比較唔同單位或量級嘅資料離散程度,常見於實驗重複性同投資組合風險評估。
中位數同四分位數計算機(Median, Q1, Q3, IQR)
輸入一組數值,工具排序後計算中位數、第一/第三四分位數、四分位距 IQR 同 1.5×IQR 離群值界限(Tukey 法),係統計箱形圖嘅核心摘要。
調和平均數計算機(Harmonic Mean)
輸入一組正數,計算調和平均 HM = n / Σ(1/xᵢ) 同對應嘅算術/幾何平均,常用於平均速度、平均比率、平均 P/E 等「分母性質」嘅數據。
Shannon 熵計算機(資訊熵)
輸入一組類別嘅機率或頻次,計算 Shannon 熵 H = −Σ pᵢ log₂ pᵢ(bits)、最大可能熵同歸一化熵,用於資訊理論、機器學習決策樹同密碼分析。
正多邊形計算機(面積、內角、半徑)
輸入正 n 邊形嘅邊數 n 同邊長 s,工具一次計算內角、外角、內切圓半徑、外接圓半徑、面積同周長,覆蓋三角形、正方形、五邊形、六邊形以至高邊數。
卡塔蘭數計算機(Catalan Number Cₙ)
輸入 n,計算第 n 個卡塔蘭數 Cₙ = (2n)! / ((n+1)! · n!) — 計算機科學常用,數括號配對、二叉樹形狀、Dyck 路徑等組合問題嘅標準解。
RMSE / MAE 預測誤差計算機
輸入一組實際值同對應預測值,工具同時計算 MAE、MSE、RMSE、R² 同 MAPE,用於機器學習回歸評估、銷售預測同實驗對比,仲會講解三個指標嘅敏感度差異。
二元一次方程組求解(Cramer's Rule)
輸入 ax + by = e 同 cx + dy = f 嘅 6 個係數,工具用 Cramer 法則計算 x, y、行列式 D 同分類情況(唯一解 / 無解 / 無窮多解),同步顯示步驟方便檢查作業。
至少一次機率計算機(1 − (1 − p)ⁿ)
輸入單次事件機率 p 同重複次數 n,工具計算「至少出現一次」嘅機率 1 − (1 − p)ⁿ、預期次數 np,以及達到目標機率所需嘅試驗次數 — 適用於抽獎、Gacha、A/B 測試、安全冗餘設計。
卡方適合度檢定計算機(χ² Goodness of Fit)
輸入觀察次數同期望次數,工具計算卡方統計量 χ² = Σ (O − E)² / E、自由度同 p 值,判斷觀察分佈係咪顯著偏離理論分佈 — 適用於骰仔公平性、Mendel 遺傳比例、A/B 測試類別計數等檢驗。
期望值計算機(E[X] = Σ p·x)
輸入一組「結果值 x」同對應「機率 p」,工具計算離散隨機變量嘅期望值 E[X] = Σ p·x、方差 Var(X)、標準差 σ — 用於賭場、保險、投資決策、A/B 測試等概率問題嘅基礎指標。
誤差幅度計算機(民調 / 抽樣 Margin of Error)
輸入樣本量 n、樣本比例 p(或樣本標準差)同信心水平(90 / 95 / 99 %),工具計算誤差幅度 MOE = z·√(p(1−p)/n) 同對應信心區間 — 民調、A/B 測試、市場研究嘅核心統計量。
平均絕對偏差計算機(MAD)
輸入一組數字,工具計算平均絕對偏差(Mean Absolute Deviation, MAD)= 平均(|xᵢ − x̄|) — 比標準差更直觀嘅離散度指標,常見於中學統計課同需求預測。
R² 決定係數計算機(線性迴歸)
輸入 (x, y) 數據點,工具用最小二乘法擬合線性迴歸並計算 R² 決定係數、斜率、截距同 Pearson 相關係數 r — 評估「自變數解釋幾多 % 變異」嘅標準工具。
金字塔/角錐體積計算機
輸入底面尺寸同高度,工具一次過計算正方、長方、三角形或任意正 n 邊形錐體嘅體積、底面積、斜高、側面積同總表面積(V = ⅓ × 底面積 × 高)。
平行四邊形面積計算機
輸入底邊同高,或兩邊加夾角,工具用 A = b × h 或 A = a × b × sin(θ) 一次過計平行四邊形嘅面積、周長同對角線長度。
橢圓面積/周長計算機(Ramanujan 近似)
輸入橢圓半長軸 a 同半短軸 b,工具用 A = π a b 計面積,並用 Ramanujan 第二式估算周長同離心率 — 相對誤差小於 4×10⁻⁵。
Z 分數轉 P 值計算機
輸入 Z 分數,工具一次過算單尾(左/右)同雙尾 P 值,並顯示對應顯著水準 α = 0.05 / 0.01 / 0.001 嘅判斷 — 假設檢定嘅關鍵步驟。
球冠體積/表面積計算機
輸入球體半徑 R 同球冠高度 h,工具用 V = πh²(3R − h)/3 同 A = 2πRh 計算球冠體積與曲面表面積 — 部分球形容器、圓頂建築、透鏡設計常用。
眾數計算機(資料集中最常出現嘅值)
貼上一組數值,工具掃描資料集,列出出現次數最多嘅一個或多個眾數(支持單峰、雙峰、多峰),並顯示完整頻率表 — 統計入門、課堂分析同調查結果整理嘅基礎工具。
指數增長/衰減計算機(N = N₀ · e^(kt))
輸入初值 N₀、連續增長率 k 同時間 t,工具計算 N(t) = N₀·e^(kt)、每單位時間變化率、倍增時間(k > 0)或半衰期(k < 0)— 用於人口、細菌、放射性衰變、藥動學一階消除、連續複利等指數模型。
考拉茲數列計算機(3n + 1 猜想)
輸入任意正整數 n,工具用 Collatz 規則(偶數 ÷ 2、奇數 × 3 + 1)逐步迭代直到 1,並列出完整序列、所需步數同途中峰值 — 數論、編程練習、課堂演示常用例題。
三角形數計算機(Tₙ = n(n+1)/2)
輸入正整數 n,工具用 Tₙ = n(n+1)/2 計出第 n 個三角形數,或反向:輸入任意正整數 N,判斷佢係邊個三角形數,或夾喺邊兩個之間 — 數學競賽、組合學同握手問題嘅基本工具。
前 n 個平方和計算機(Σi²)
輸入正整數 n,工具用 Σᵢ₌₁ⁿ i² = n(n+1)(2n+1)/6 直接計出前 n 個正整數嘅平方和,同時顯示前 n 個立方和(用 [n(n+1)/2]²)同算術和 — 數學歸納法、級數同統計問題嘅基本恆等式。
黃金比例計算機(φ)
輸入任意長度,工具用黃金比例 φ ≈ 1.6180339887 將佢分為「長段 a」同「短段 b」滿足 a/b = (a+b)/a,並反向:輸入兩段查實際比例係咪接近 φ — 設計、攝影、版面同數學課堂常用工具。
餘弦定理計算機(Law of Cosines)
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板呎(board feet)木材計算機
輸入木材厚度(吋)、闊度(吋)同長度(呎),工具用 BF = (T × W × L) ⁄ 12 計算每件嘅板呎、總板呎、立方體積(ft³/m³)同總價,幫木工、家具製作、DIY 愛好者預算木材成本。
三角形內切圓 / 外接圓計算機
輸入三角形三邊 a、b、c,工具用 r = A ⁄ s(內切圓半徑)同 R = abc ⁄ (4A)(外接圓半徑)計算內外圓半徑、圓心位置同三角形面積(Heron 公式)— 幾何題、機械工程、建築設計常用工具。
模冪計算機(a^b mod n)
輸入底數 a、指數 b 同模數 n,工具用快速冪(square-and-multiply)演算法計算 a^b mod n,支援大數(BigInt)— RSA 密碼學、雜湊、模算術練習嘅核心工具。
模反元素計算機(a⁻¹ mod n)
輸入 a 同模 n,工具用擴展歐幾里得算法計出 a 嘅模反元素(即 a·x ≡ 1 (mod n))同 gcd(a, n),並列出 Bézout 等式 — RSA 私鑰生成、中國剩餘定理、解線性同餘方程必備。
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輸入 IPv4 地址同 CIDR 前綴長度(例如 192.168.1.10/24),工具自動算出子網遮罩、網絡地址、廣播地址、可用主機範圍同總主機數 — 網絡管理員、系統工程師日常必備。
分數化簡計算機(約分至最簡)
輸入分子同分母(例如 48 ⁄ 60),工具用最大公因數(GCD)約分至最簡(4 ⁄ 5),亦輸出帶分數、小數、百分比三種等價表示 — 小學至中學數學作業速查工具。
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輸入兩角一邊(AAS/ASA)或兩邊一非夾角(SSA — 含可能模稜兩可情況),工具用 sin A ⁄ a = sin B ⁄ b 解出未知邊或角,並列出全部三邊三角同三角形面積 — 配合本站「餘弦定理」工具覆蓋所有 SAS/SSS/AAS/ASA/SSA 解三角形情境。
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離群值偵測計算機(Tukey 1.5 × IQR 法)
貼上一組數據,工具計算 Q1、Q3、IQR,然後依 Tukey「1.5 × IQR」規則列出溫和離群值(fences ±1.5 IQR)同極端離群值(fences ±3 IQR),並標示箱形圖嘅鬚範圍 — 探索性資料分析(EDA)、品質管制、數據清洗嘅標準步驟。
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輸入勝率 p、賠率 b(淨賠率)同銀碼,工具按 f* = (bp − q) ⁄ b 計出凱利最優投注比例同建議下注金額(可選分數凱利 ¼ / ½)— 賭博、量化投資、撲克玩家管理 bankroll 嘅黃金標準。
時鐘指針夾角計算機(時針/分針)
輸入 12 小時制時間,工具按 |30·H − 5.5·M| 計出時針同分針之間嘅夾角度數(取小角度 0–180°)— 經典面試/奧數問題,亦可用嚟設置鐘錶教學圖。
多邊形內角和計算機(Interior Angles)
輸入多邊形邊數 n,工具按 (n − 2) × 180° 計出內角總和;如為正多邊形再計每個內角等於總和 ÷ n、每個外角等於 360° ÷ n — 中學幾何同建築鋪砌設計常用工具。
線性方程式形式轉換器(斜截式、標準式、點斜式)
輸入兩點(或一個斜率+一個點),工具同時輸出該直線嘅三種標準形式:斜截式 y = mx + b、一般式 Ax + By = C(整數係數)同點斜式 y − y₁ = m(x − x₁) — 美式高中代數、SAT、SSAT 題目最常見嘅題型轉換。
三點求圓計算機(圓心與半徑)
輸入平面三個點嘅 (x, y) 坐標,工具用外接圓公式計出唯一經過三點嘅圓心 (h, k) 與半徑 r — 並輸出標準式 (x − h)² + (y − k)² = r² — 幾何、CAD、製圖、機械工程實用工具。
Little 定律計算機(L = λ × W)
輸入長期平均到達率 λ、停留時間 W 或在隊伍中嘅平均數 L 中任意兩個,工具按 L = λ × W 求出第三個 — 排隊論、敏捷團隊 WIP 管理、客服/餐廳人手規劃嘅入門公式。
頻寬時延積計算機(BDP / TCP 緩衝區)
輸入網路頻寬同往返時延(RTT),工具按 BDP = Bandwidth × RTT 計算「飛行中位元數」並轉換成位元組同 KB/MB — TCP socket 緩衝區、窗口大小、CDN 預取調校嘅基礎參數。
Levenshtein 編輯距離計算機
輸入兩段文字,工具計出將一個字串轉成另一個所需嘅最少編輯次數(插入 / 刪除 / 取代),同埋相似度百分比 — 拼寫檢查、模糊匹配、抄襲偵測、DNA 序列比對嘅基礎演算法。
漢明距離計算機(字串/位元向量差異)
輸入兩段等長字串或位元序列,工具逐位比對並回傳「漢明距離」(不同位數量)— 錯誤碼、DNA 序列、雜湊比對、編碼理論最基礎嘅距離度量。
多邊形面積計算機(鞋帶公式 Shoelace Formula)
輸入多邊形頂點 (x, y) 座標(順時針或逆時針排列),工具按 Gauss 鞋帶公式 A = ½|Σ(xᵢ·yᵢ₊₁ − xᵢ₊₁·yᵢ)| 計算面積 — 適用於土地測量、地圖學、GIS、CAD 與遊戲幾何。
兩點中點與距離計算機(Midpoint / Distance Formula)
輸入兩點 (x₁, y₁) 同 (x₂, y₂),工具即時計算中點 M = ((x₁+x₂)⁄2, (y₁+y₂)⁄2)、歐幾里得距離 d = √((Δx)² + (Δy)²) 同斜率 m = Δy⁄Δx — 幾何作業、測量、GIS、CAD 都用得到。
正四面體體積/面積計算機(Regular Tetrahedron)
輸入正四面體邊長 a,工具計算體積 V = (a³⁄(6√2))、表面積 A = √3·a²、高度 h = a·√(2⁄3) 同內接/外接球半徑 — 結晶學、分子幾何(甲烷 CH₄)、有機化學、幾何題常用。
圓錐台(截頭圓錐)體積與表面積計算機
輸入大底半徑 R、細底半徑 r 及高度 h,工具計算圓錐台體積 V = πh(R² + Rr + r²) ⁄ 3、側面斜長 ℓ、側面積、頂底圓面積同總表面積 — 紙杯、燈罩、漏斗、水塔常用。
N 次方根計算機(含負數、分數根)
輸入被開方數 x 與根次 n,工具計算實數 n 次方根 x^(1/n),並處理負數+奇數根、分數根、複數情況提示 — 三次根、五次根、立方根、實對數常用。
Luhn 算法校驗計算機(信用卡 / IMEI / 加拿大 SIN)
輸入號碼字串,工具按 Luhn 算法(mod-10 雙倍校驗)驗證合法性,並可由前 N − 1 位反推合法嘅校驗位 — 信用卡(Visa、Mastercard、Amex)、手機 IMEI、加拿大 SIN 等都採用呢個校驗。