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第一次工业革命
18世纪60年代--19世纪中期（人类开始进入蒸汽时代）
工业革命不能仅仅归因于一小群发明者的天才。天才无疑起了一定的作用，然而，更重要的是18世纪后期起作用的种种有利力量的结合。除了在强有力的需要的刺激下，发明者很少作出发明。作为种种新发明的基础的许多原理在工业革命前数世纪已为人们所知道，但是，由于缺乏刺激，它们未被应用于工业。例如，蒸汽动力的情况就是如此。蒸汽动力在希腊化时代的古埃及已为人们所知道，甚至得到应用，但是，仅仅用于开关庙宇大门。不过，在英国，为了从矿井里抽水和转动新机械的机轮，急需有一种新的动力之源。结果引起了一系列发明和改进，直到最后研制出适宜大量生产的蒸汽机。
这些有利条件导致一系列发明，使棉纺织工业有可能到1830年时完全实现机械化。新发明中，理查德·阿克莱特的水力纺纱机（1796）、詹姆斯·哈格里夫斯的多轴纺纱机（1770）和塞缪尔·克朗普顿的走锭纺纱机（1779）是十分出色的。水力纺纱机能在皮辊之间纺出又细又结实的纱；用多轴纺纱机，一个人能同时纺8根纱线，后来是16根纱线，最后为100多根纱线；走锭纺纱机也称为“骡机”，因为它结合了水力纺纱机和多轴纺纱机的优点。所有这些新纺纱机很快就在生产出比织布工所能处理的多得多的纱线。有位名叫埃德蒙·卡特赖特的牧师试图矫正这种不平衡状态，他在1785年取得了一种最初由马驱动、1789年以后由蒸汽驱动的动力织机的专利权。这种新发明物制作粗陋，在商业上无利可图。但是，经过20年的改进之后，其最严重的缺点得到了纠正。到19世纪20年代，这种动力织机在棉纺织工业中基本上已取代了手织织布工。
正如纺纱方面的发明导致织布方面相应的发明一样，某一工业中的发明促进了其他工业中相应的发明。新的棉纺机引趄对动力的需要，这种动力较传统的水车和马所能提供的动力更充裕、更可靠。约1702年前后，一台原始的蒸汽机已由托马斯·纽科门制成，并被广泛地用于从煤矿里抽水。但是，比起它所提供的动力来，它消耗燃料太多，所以经济上仅适用于煤田本身。1763年，格拉斯哥大学的技师詹姆斯·瓦特开始改进纽科门的蒸汽机。他同制造商马修·博尔顿结成事业上的伙伴关系，博尔顿为相当昂贵的实验和初始的模型筹措资金。这一事业证明是极其成功的；到1800年即瓦特的基本专利权期满终止时，已有500台左右的博尔顿－瓦特蒸汽机在使用中。其中38%的蒸汽机用于抽水，剩下的用于为纺织厂、炼铁炉、面粉厂和其他工业提供旋转式动力。但是，蒸汽机的顺利发明也离不开当时的自然环境于社会因素，早在公元前120年，古埃及就有人曾研究蒸汽作动力。据统计，在此后的一千八百多年里，试用蒸汽作动力的发明者不下二十人，但他们都未制成较为完善的蒸汽机，并广泛运用于生产，于是，有人说：“如果瓦特早出生一百年，他和他的发明将会一起死亡！”由此可见，环境也是十分重要的。
蒸汽机的历史意义，经常被有意识无意识的夸大。它提供了治理和利用热能、为机械供给推动力的手段。因而，它结束了人类对畜力、风力和水力的由来已久的依赖。这时，一个巨大的新能源已为人类所获得，而且不久，人类还能开发倘藏在地球中的其他矿物燃料，即石油和燃气。如此，开始了一种趋向，它导致目前的局面：西欧和北美洲每人可得到的能量分别为亚洲每人的11.5倍和29倍。这些数字的意义在一个经济力量和军事力量直接依赖于所能获得的能源的世界中是很明显的。实际上，有人认为19世纪欧洲对世界的支配是以蒸汽机为基础，但也不应该过分强调蒸汽机的作用，因为19世纪欧洲对亚洲、非洲的征服以武力征服为主。
新的棉纺机和蒸汽机需要铁、钢和煤的供应量增加——这一需要通过采矿和冶金术方面的一系列改进得到满足。原先，铁矿石是放在填满木炭的小熔炉里熔炼。森林的耗损迫使制造人求助于煤；正是在此时即1709年，亚伯拉罕·达比发现，煤能够变为焦炭，正则木头可以变成木炭一样。焦炭证明是和木炭一样有效的，而且便宜得多。达比的儿子研制出一个由水车驱动的巨大风箱，从而制成第一台由机械操纵的鼓风炉，大大降低了铁的成本。1760年，约翰·斯米顿作了进一步的改进；他抛弃达比所使用的、由皮革和木头制成的风箱，用一个泵来代替，这泵由四个装有活塞和阀门的金属气缸组成，并由水车驱动。更重要的是亨利·科特作出的改进，他于1784年发明了除去熔融生铁中的杂质的“搅炼”法。利特把熔融生铁放在一个反射炉里，加以搅动或“搅炼”。这样，通过在熔融体中环流的空气中的氧，除去熔融体中的碳。除去碳和其他杂质后，就生产出比原先易碎的熔融生铁或生铁更有韧性的热铁。当时，为了跟上制铁工业的不断上升的需要，采煤技术也有了改善。极为重要的是蒸汽机用于矿井排水，还有，就是1815年汉弗莱·戴维爵士发明的安全灯；安全灯大大减少了开矿中的危险。
由于这种种发展的结果，英国到1800年时生产的煤和铁比世界其余地区合在一起生产的还多。更明确地说，英国的煤产量从1770年的600万吨上升到1800年的1200万吨，进而上升到1861年的5700万吨。同样，英国的铁产量从1770年的5万吨增长到1800年的13万吨，进而增长到1861年的380万吨。铁已丰富和便宜到足以用于一般的建设，因而，人类不仅进入了蒸汽时代，也跨入了钢铁时代。
纺织工业、采矿工业和冶金工业的发展引起对改进过的运输工具的需要，这种运输工具可以运送大宗的煤和矿石。朝这方向的最重要的一步是在1761年迈出的；那年，布里奇沃特公爵在曼彻斯特和沃斯利的煤矿之间开了一条长7英里的运河。曼彻斯特的煤的价格下降了一半；后来，这位公爵又使他的运河伸展到默西河，为此耗去的费用仅为陆上搬运者所索取的价格的六分之一。这些惊人的成果引起运河开凿热，使英国到1830年时拥有2500英里的运河。
与运河时代平行的是伟大的筑路时期。道路起初非常原始，人们只能步行或骑马旅行；逢上雨季，装载货物的运货车在这种道路上几乎无法用马拉动。1850年以后，一批筑路工程师——约翰·梅特卡夫、托马斯·特尔福德和约翰·麦克亚当——发明了修筑铺有硬质路面、能全年承受交通的道路的技术。乘四轮大马车行进的速度从每小时4英里增至6英里、8英里甚至10英里。夜间旅行也成为可能，因此，从爱丁堡到伦敦的旅行，以往要花费14天，这时仅需44小时。
1830年以后，公路和水路受到了铁路的挑战。这种新的运输方式分两个阶段实现。首先出现的是到18世纪中叶已被普遍使用的钢轨或铁轨，它们是供将煤从矿井口运到某条水路或烧煤的地方用的。据说，在轨道上，一个妇女或一个孩子能拉一辆载重四分之三吨的货车，一匹马能干22匹马在普通的道路上所干的活。第二个阶段是将蒸汽机安装在货车上。这方面的主要人物是采矿工程师乔治·斯蒂芬孙，他首先利用一辆机车把数辆煤车从矿井拉到泰恩河。1830年，他的机车“火箭号”以平均每小时14英里的速度行驶31英里，将一列火车从利物浦牵引到曼彻斯特。短短数年内，铁路支配了长途运输，能够以比在公路或运河上所可能有的更快的速度和更低廉的成本运送旅客和货物。到1838年，英国已拥有500英里铁路；到1850年，拥有6600英里铁路；到1870年，拥有15500英里铁路。
蒸汽机还被应用于水上运输。从1770年起，苏格兰、法国和美国的发明者就在船上试验蒸汽机。第一艘成功的商用汽船是由美国人罗伯特·富尔顿建造的；他曾前往英国学习绘画、但是，与詹姆斯·瓦特相识后，转而研究工程学。1807年，他使自己的“克莱蒙号”汽船在哈得孙河下水。这艘船配备着一台驱动明轮的瓦特式蒸汽机，它溯哈得孙河面上，行驶150英里，抵达奥尔巴尼。其他发明者也以富尔顿为榜样，其中著名的有格拉斯哥的亨利·贝尔，他在克莱德河两岸为苏格兰的造船业打下了基础。早期的汽船仅用于江河和沿海的航行，但是，1833年，“皇家威廉号”汽船从新斯科舍行驶到英国。5年后，“天狼星号”和“大西方号” 汽船分别以16天半和13天半的时间朝相反方向越过大西洋，行驶时间为最快的帆船所需时间的一半左右。1840年，塞缪·肯纳德建立了一条横越大西洋的定期航运线，预先宣布轮船到达和出发的日期。肯纳德宣扬他的航线是已经取代“与帆船时代不可分离、令人恼火的不规则”的一条“海洋铁路”。到1850年，汽船已在运送旅客和邮件方面胜过帆船，并开始成功争夺货运。
工业革命不但在交通运输方面，而且在通讯联络方面引起了一场革命。以往，人们一向只有通过运货马车、驿使或船才能将一个音信送到一个遥远的地方。然而，18世纪中叶，发明了电报；作出这一发明的主委是一个英国人查尔斯·惠斯通与两个美国人塞缪尔·莫尔斯和艾尔弗雷德·维耳。1866年，人们铺设了一道横越大西洋的电缆，建立了东半球与美洲之间直接的通讯联络。
如此，人类征服了时间和空间。自远古起，人类一直以坐马车、骑马或乘帆船所需旅行的小时数来表示不同地方之间的距离。但现在，人类穿着一步跨七里格的靴子跨过了地球。人类能够凭借汽船和铁路越过海洋和大陆，能够用电报与世界各地的同胞通讯。这些成就和其他一些使人类能利用煤的能量、能成本低廉地生产铁、能同时纺100根纱线的成就一起，表明了工业革命这第一阶段的影响和意义。这一阶段使世界统一起来，统一的程度极大地超过了世界早先在罗马人时代或蒙古人时代所曾有过的统一程度；并且，使欧洲对世界的支配成为可能，这种支配一直持续到工业革命扩散到其他地区为止。
引发英国工业革命的必要性是市场。
第二次工业革命
19世纪下半叶--20世纪初（人类开始进入电气时代，并在信息革命、资讯革命中达到顶峰）
18世纪后期开始的工业革命已稳步地、不懈地继续到现在。因此，将其发展过程划分为不同的时期，实质上是武断的。然而，若把1870年看作一个过渡日期，还是可以作一划分。正是在1870年前后，出现了两个重要的发展——科学开始大大地影响工业，大量生产的技术得到了改善和应用。
我们在前章中曾提到，科学开始时对工业没什么影响。我们迄今所握到的纺织工业、采矿工业、冶金工业和运输业方面的种种发明，极少是由科学家们作出的。相反，它们多半是由响应非凡的经济刺激的、有才能的技工完成的。不过，1870年以后，科学开始起了更加重要的作用。渐渐地，它成为所有大工业生产的一个组成部分。工业研究的实验室装备着昂贵的仪器、配备着对指定问题进行系统研究的训练有素的科学家，它们取代了孤独的发明者的阁楼和作坊。早先，发明是个人对机会作出响应的结果，而如今，发明是事先安排好的，实际上是定制的。沃尔特·李普曼已恰当地将这种新形势描述如下：
从最早的时代起，就有机器给发明出来，它们极为重要，如轮子，如帆船，如风车和水车。但是，在近代，人们已发明了作出发明的方法，人们已发现了作出发现的方法。机械的进步不存是碰巧的、偶然的，而成为有系统的、渐增的。我们知道，我们将制造出越来越完善的机器；这一点，是以前的人们所未曾认识到的。
1870年以后，所有工业都受到科学的影响。例如，在冶金术方面，许多工艺方法（贝塞麦炼钢法、西门子－马丁炼钢法和吉尔克里斯特－托马斯炼钢法）给发明出来，使有可能从低品位的铁矿中大量地炼出高级钢。由于利用了电并发明了主要使用石油和汽油的内燃机，动力工业被彻底改革。通讯联络也因无线电的发明而得到改造。1896，古利埃尔莫·马可尼发明了一台不用导线就能发射和接收信息的机器，不过，他的成果是以苏格兰物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦和德国物理学家亨利希·赫兹的研究为基础的。石油工业迅速发展，因为地质学家和化学家做了大量工作；地质学家以非凡的准确性探出油田，化学家发明了从原油中提炼出石脑油、汽油、煤油和轻、重润滑油的种种方法。科学对工业的影响的最惊人的例子之一可见于煤衍生物方面。煤除了提供焦炭和供照明用的宝贵的煤气外，还给予一种液体即煤焦油。化学家在这种物质中发现了真正的宝物——种种衍生物，其中包括数百种染料和大量的其他副产品如阿司匹林、冬青油、糖精、消毒剂、轻泻剂、香水、摄影用的化学制品、烈性炸药及香橙花精等。
工业革命的第二阶段也以大量生产的技术的发展为特点。美国在这一方面领先，就象德国在科学领域中领先一样。美国拥有的某些明显的有利条件可说明它在大量生产方面居首位的原因：巨大的原料宝库；土著和欧洲人的充分的资本供应；廉价的移民劳动力的不断流入；大陆规模的巨大的国内市场、迅速增长的人口以及不断提高的生活标准。
大量生产的两种主要方法是在美国发展起来的。一种方法是制造标准的、可互换的零件，然后以最少量的手工劳动把这些零件装配成完整的单位。美国发明家伊莱·惠特尼就是在19世纪开始时用这种方法为政府大量制造滑膛枪。他的工厂因建立在这一新原理的基础上，引起了广泛的注意，受到了许多旅行者的访问。其中有位访问者对惠特尼的这种革命性技术的基本特点作了恰当的描述：“他为滑膛枪的每个零件都制作了一个模子；据说，这些模子被加工得非常精确，以致任何滑膛枪的每个零件都可适用于其他任何滑膛枪。”在惠特尼之后的数十年间，机器被制造得愈来愈精确，因此，有可能生产出不是几乎相同而是完全一样的零件。第二种方法出现于20世纪初，是设计出“流水线”。亨利·福特因为发明了能将汽车零件运送到装配工人所需要的地点的环形传送带，获得了名声和大量财产。有人对这种传送带方式的发展作了如下生动的描绘：
制作传送带的想法是从芝加哥的罐头食品工人那里得来的，他们利用一台空中吊车沿着一排屠夫吊运菜牛躯体。福特先是在装配发动机上的小部件和飞轮磁电机时，然后又在装配发动机本身和汽车底盘时，尝试了这一想法。
一天，一个汽车底盘给缚在一根钢索上，当绞盘将钢索拖过工厂时，6名工人沿钢索进行了一次长250英尺的历史性旅行；他们边走边拾起沿途的零件，用螺栓使它们在汽车底盘上固定就位。实验做完了，但产生一个困难。上帝造人不象福特制造活塞环那祥精确。装配线对个子矮小的人来说，太高，对身材高大的人来说，太低，结果是劳而无功。
从纯经济的观点来看，这一规模的大量生产所意味的东西，从钢铁大王安德鲁·卡耐基的以下这番无可非议的大话中可觉察出来：
从苏必利尔湖开采两磅铁石，并运到相距900英里的匹兹堡；开采一磅半煤、制成焦炭并运到匹兹堡；开采半磅石灰，运至匹兹堡；在弗吉尼亚开采少量锰矿，运至匹兹堡——这四磅原料制成一磅钢，对这磅钢，消费者只需支付一分钱。
科学和大量生产的方法不仅影响了工业，也影响了农业。而且，这又是发生在科学应用方面领先的德国和大量生产方面领先的美国。德国化学家发现，若要维持土壤的肥力，就必须恢复土壤中被植物摄取的氮、钾和磷。最初，是利用天然肥料来达到这一目的，但是，将近19世纪末时，天然肥料让位于形式上更纯粹的、必需的无机物。结果，无机物的世界性生产大大增长，在1850至1913年间，硝酸盐、钾碱和过磷酸钙的产量从微不足道的数量分别上升到899800公吨（其中四分之三用于制肥料）、1348000公吨和16251213吨。
第三次工业革命
时间不定，约在第二次世界大战之后。（人类进入科技时代，生物克隆技术的出现，航天科技的出现，欧美有称为21世纪系统与合成生物学将引发第三次工业革命，也即生物科技与产业革命）。
21世纪的生物科技与产业革命
美国引发的金融危机波及全球，既是危机，也是机遇。产业模式或产业结构转型，往往是新经济新产业时代特征，技术革命带来的是产业革命。自从英国中西部启动的第一次工业革命，欧美几乎同期发生的第二次工业革命，社会产业结构的形成与经济的增长又发展到了一个新的历史时期。中国明清，纺织和印染、采矿等工商业已经萌芽，晋商和徽商形成丝绸之路南北两端的著名商业模式。西方近现代科学的发展，在中华文化可以看到一些因素，比如，儒家的社会伦理化(社会规范)、墨家的实践经验化(实验方法)、禅家的概念澄清化(思维顿悟)和道家的系统逻辑模式(结构模型)，以及一些技术发明的原型等。中国近现代工业化，经历了曾国藩、盛宣怀时代的江南制造业，广东、福建的经济特区时代，开始从珠三角、长三角和渤海湾向中西部发展。经济增长的实质是科技创新与产业化，体现在发明家、企业家与金融家的社会活力。瞄准新科技革命，及时抓住从技术创意到产品市场化的整个经济链条，带来的是经济从根基上崛起的机遇。
20世纪科技方法论从实证分析向系统综合转型，人工智能、微电子技术的发展，导致了电脑、电讯等信息产业革命（即信息革命、资讯革命），带来基因组计划、生物信息学的发展。 综合哲学，远在系统科学诞生之前已形成，19世纪未和20世纪初斯宾塞的综合(synthetic)哲学、罗素的哲学分析与综合、怀德海的有机哲学等。20世纪80年代末90年代初，中国科学哲学届讨论了综合哲学、系统科学与传统医学、中国哲学，中国科学院曾邦哲（杰）20世纪90年代阐述系统生物工程与系统遗传学的概念，1999年在德国创建系统生物科学与工程网（英文）。2000年美国l.hood、日本h.kitano等建立系统生物学研究机构。2003年美国j.keasling成立基于系统生物学的遗传工程-合成生物学系。2005年法国f.cambien和l. tiret论述动脉硬化研究的系统遗传学观念。随后全球爆炸性地走向了电脑科学与生物科学整合的科技与产业发展态势，将带来21世纪的细胞制药厂与细胞计算机的生物工业化时代，欧美国家科技决策机构纷纷制定教育、科研、产业改革政策，中国出台了基因生物技术、系统医药学开发中医药产业现代化的重大立项与决策。
2007年6月，英国皇家工程院生物医学与生物工程学部主席r. i. kitney院士称：“系统生物学与合成生物学偶合，将产生第三次产业（industrial）革命”，颠覆计算机、纳米、生物和医药等领域的技术与产业变革，即生物工业革命。21世纪的整个产业结构，将转型为系统生物工程的生物(化学)物理联盟工业模式，也就是生态、遗传、仿生和机械、化工、电磁的工程应用整合的材料、能源、信息产业，体现为机器的生物系统原理(进化、遗传计算)、生物材料(纳米生物分子、工程生物材料)和基因工程生物体等。计算机科学理论源自动物通讯行为、神经系统的控制论、信息论研究；细胞内、细胞间通讯行为的探索，导致了系统生物科学与工程发展，将形成未来的材料、能源与信息全方位生物产业。
科技革命与产业革命是不同的概念，产业革命往往是由于制造业的革命引发的一场导致三大产业全面变革。第一次工业革命开始于纺纱与织布的工业规模化与蒸汽机的广泛应用，以内燃机发明、汽车工业的起点为结束；第二次工业革命开启了电气化和电话、电子通讯产业的发展，而在计算机互联网技术达到了顶峰（即信息革命、资讯革命）；第三次工业革命应该以有机化工的末尾，基因工程的开始、系统生物学与合成生物学的迅速发展为起点，生物工业革命的显著特征是学科交叉和技术综合，以有机化学合成技术、高精细分析化学、纳米分子科学、微电子技术、超大规模集成、计算机软件设计、转基因生物技术、药物筛选高通量技术等学科与技术的综合集成，开发生物分子计算机元件、人工智能生物计算、合成细胞生物系统等，将在约30年内带来的是人工设计的新型生物分子材料、藻类人工细胞合成石油、纳米医疗细胞机器人等产业发展。支持重心转移到把资金力度放在潜在的高科技开发与发明，将是带来未来支柱企业发展的基础。
工业革命的传播
找向大陆投资的机会。到1830年，仅仅法国就雇用了15000至20000英国工人来操纵新机器。
一旦工业革命开始传播，某些因素就决定了传播的方式。自然资源、尤其是钢铁的充分供应和不受行会限制或封建义务妨碍的、自由的流动劳动人口，是非常重要的。比利时满足了这两方面的要求，因此，成为欧洲大陆上第一个有待工业化的国家。这一过程在1830年以前开始，进行得非常迅速，到1870年，大多数比利时人已居住在城市，直接依靠工业或贸易过活。早在1830年，比利时每年就生产600万吨煤，而到1913年，这数字已上升到2300万吨。不过，工业的其他部门也发展得非常迅速，所以，从1840年起，比利时必须从英国进口煤。
继比利时之后的是法国，不过，由于若干原因，其发展速度要快得多。法国的煤、铁资源的所在地相隔一定的距离，而且，1871年，铁资源丰富的阿尔萨斯－洛林地区割让给德国，进一步削弱了法国的地位。法国工业传统上专门生产极不适合机械化和大量生产的奢侈品。此外，劳动力供应受到限制，因为行会力量很强大，农民们又不愿意离开土地，尤其是在革命期间分配土地之后。不过，工业化确逐渐影响了法国，特别是在法国北部——在阿尔萨斯－洛林以及里尔、鲁昂和巴黎的周围地区。蒸汽机的数量从1815年的15台增加到1830年的1625台、1871年的26146台和1910年的82238台。1870年以后，工业化的发展速度最为迅速；1870年时，法国制成品的价值为20亿法郎，而到1897年时，已增长到150亿法郎。然而，事实仍旧是，到1914年，法国并未象比利时、英国或德国那样彻底工业化。
德国的工业化方式截然不同于法国。由于政治上不统一、交通工具不良、行会强大以及其他种种原因，德国开始时发展速度很慢。但是，1871年以后，德国工业以巨人般步伐前进，使欧洲其他所有的经济。包括英国的经济，都落后了。1871年，德意志帝国的建立，促成了这一惊人的进步。同时，阿尔萨斯－洛林地区的获得，使德国丰富的自然资源又增加了宝贵的铁储备物。德国还占有这样的优势：一开始就拥有比英国较陈旧的设备更有效的新式机械。而且，德国政府还通过建立运河网和铁路网、必要时提供关税保护和津贴以及制定能培养出一连串驯练有素的科学家和技师的有效的教育制度，提供了巨大的帮助。这些因素使德国到1914年时能在钢铁、化学和电力工业方面超过欧洲其他所有的国家，能在采煤和纺织工业方面跟随英国之后。1914年，德国工业中的工人人数上升为总劳动力的五分之二，而农业中的劳动者人数则下降为总劳动力的三分之一
二、工业级和网络级交换机的区别是什么？
工业以太网交换机和商用以太网交换机的区别\x0d\x0a\x0d\x0a工业以太网交换机与商用交换机在数据交换功能上基本一致，但在设计上以及在元器件的选用上，产品的强度和适用性方面更能满足工业现场的需要。\x0d\x0a\x0d\x0a此外在模块扩展方面也表现的比商用交换机更为灵活： 有多种光口和电口可供选配。在材质的选用、产品的强度、适用性以及实时性、可互操作性、可靠性、抗干扰性和本质安全等方面能满足工业现场的需要。\x0d\x0a\x0d\x0a工业级设计一般在设计上满足：工业宽温设计，4级电磁兼容设计，冗余交直流电源输入。另外pcb板一般做“三防”处理。\x0d\x0a\x0d\x0a为什么工业现场要选用合适的工业以太网交换机，而不能用便宜的商用交换机来代替？我们可以从以下几个方面确定在工业现场选用工业以太网交换机的必要性。\x0d\x0a\x0d\x0a1、 确定性\x0d\x0a\x0d\x0a 由于以太网的mac层协议是csma/cd，该协议使得在网络上存在冲突，特别是在网络负荷过大时，更加明显。对于一个工业网络，如果存在着大量的冲突，就必须得多次重发数据，使得网间通信的不确定性大大增加。在工业控制网络中这种从一处到另一处的不确定性，必然会带来系统控制性能的降低。\x0d\x0a\x0d\x0a2 、实时性\x0d\x0a\x0d\x0a 在工业控制系统中,实时可定义为系统对某事件的反应时间的可测性。也就是说，在一个事件发生后，系统必须在一个可以准确预见的时间范围内做出反映。然而，工业上对数据的传递的实时性要求十分严格，往往数据的更新是在数十ms内完成的。而同样由于以太网存在的csma/cd机制，当发生冲突的时候，就得重发数据，最多可以尝试16次之多。很明显这种解决冲突的机制是以付出时间为代价的。而且一但出现掉线，那怕是仅仅几秒种的时间，就有可能造成整个生产的停止甚至是设备，人身安全事故。\x0d\x0a\x0d\x0a3、可靠性\x0d\x0a\x0d\x0a 由于以太网在设计之初，并不是从工业网应用出发的。当它应用到工业现场，面对恶劣的工况，严重的线间干扰等，这些都必然会引起其可靠性降低。在生产环境中工业网络必须具备较好的可靠性，可恢复性，以及可维护性。即保证一个网络系统中任何组件发生故障时，不会导致应用程序，操作系统，甚至网络系统的崩溃和瘫痪。\x0d\x0a\x0d\x0a工业以太网交换机在设计的时候就考虑到了工业现场的复杂情况，从而能更加适应工业环境而发挥交换机的作用。\x0d\x0a\x0d\x0a工业以太网交换机和普通交换机的区别主要体现在功能和性能上。\x0d\x0a\x0d\x0a 工业现场的环境比普通环境都要恶劣，至少在震动，湿气，温度上都要比普通环境恶劣，普通交换机在设计上没有抵御在工业环境中出现的各种情况的能力，普通交换机不能长时间工作在这种恶劣环境下，经常容易出现故障，更使维护成本上升，一般不建议在工业环境中使用商业交换机，为了能使交换机在这种恶劣环境中使用，故生产出能适应这种环境的交换机，工业级别的交换机的可靠性有电源故障，端口中断，可由继电器输出报警，冗余双直流电源输入，主动式电路保护，过压、欠压自动断路保护，（可靠性根据型号的不同略有不同）\x0d\x0a 功能上的区别主要是指：工业以太网交换机在功能上与工业网络通讯更接近，比如与各种现场总线的互通互联、设备的冗余以及设备的实时等；而性能上的区别则主要体现在适应外界环境参数的不同。工业环境除了有很多如：煤矿、舰船等特别恶劣的环境外，还有在emi（电磁兼容性）、温度、湿度以及防尘等方面有特殊要求的环境。其中温度对工业网络设备的影响面是最广泛的。\x0d\x0a本文主要论述温度这一重要参数对工业网络交换机的影响。而对于功能方面以及性能其他方面的参数这里不再赘述。\x0d\x0a一、衡量设备可靠性的指标\x0d\x0a可靠性是指产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。任何产品不论是机械、电子，还是机电一体化产品都有一定的可靠性，产品的可靠性与实验、设计和产品的维护有着极大的关系。\x0d\x0a衡量可靠性的指标很多，常见的有以下几种：\x0d\x0a1．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(mean time between failure)；\x0d\x0a2．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；\x0d\x0a3．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。\x0d\x0a二、温度和mtbf的关系\x0d\x0a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”。\x0d\x0amtbf测试：目前国外广泛采用bellcore的rpp（reliability prediction procedure）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口网络交换机的检测报告，在环境温度为30℃，40℃，50℃时，无风扇交换机和有风扇交换机的测试结果为：\x0d\x0a 30℃ 40℃ 50℃ \x0d\x0a无风扇散热 10年 9.5年 8年\x0d\x0a有风扇散热 8年 7.5年 7年\x0d\x0a \x0d\x0a另外，我们通过tsc实验室的温度测试中还发现了两个结果：\x0d\x0a1．如果不采用任何散热措施，一台24口的交换机（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℃。\x0d\x0a2．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。\x0d\x0a由此可见，温度对于工业网络产品的影响是非常大的，如果像商用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sanyo fan data sheet 给出的数据）。\x0d\x0a工业类设备不同于商用设备，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。交换机的机内积热将会快速导致交换机性能的下降，直至交换机崩溃。因此，工业交换机的散热系统设计，也就是热设计就显得尤为重要了。\x0d\x0a三、热设计\x0d\x0a正是由于过高温度对工业网络设备的影响是致命的，所以在设计这类产品时，除了设备的元器件要选择宽温度范围的工业级元器件外，更要充分重视设备的热设计。\x0d\x0a电子产品的热设计主要包括散热、加装散热器和制冷三类技术，这里笔者主要讨论工业网络设备中的散热技术和加装散热器技术。\x0d\x0a（一）散热应用中常采用的方法\x0d\x0a第一种是传导散热方法，可选用导热系数大的材料来制造传热元件，或减小接触热阻并尽量缩短热路径。\x0d\x0a第二种是对流散热方式，对流散热方式有自然对流散热和强迫对流散热两种方法。自然对流散热应注意以下几点：\x0d\x0al 设计印制板和元器件时必须留出多余空间；\x0d\x0al 安排元器件时，应注意温度场的合理分布；\x0d\x0al 充分重视应用烟囱拨风原理；\x0d\x0al 加大与对流介质的接触面积。\x0d\x0a强迫对流散热方式可采用风机（如计算机上的风扇）或双输入口推拉方式（如带换热器的推拉方式）。\x0d\x0a第三种是利用热辐射特性方式，可以采用加大发热体表面的粗糙度、加大辐射体周围的环境温差，或加大辐射体表面的面积等方法。\x0d\x0a（二）加装散热器\x0d\x0a工业电子类设备在热设计中，最常采用的方法是加装散热器，其目的是控制半导体的温度，尤其是结温tj，使其低于半导体器件的最大结温tjmax，从而提高半导体器件的可靠性。半导体器件和散热器安装在一起工作时包含：半导体器件内热阻rtj、结温tj、壳温tc、散热器温度tf、环境温度ta及半导体器件的使用功率pc。\x0d\x0a散热器的热阻rtf应为：rtf=(rtj-ta)/pc-rtj-rtc\x0d\x0a散热器热阻rtf是选择散热器的主要依据。tj、rtj是半导体器件提供的参数，pc是设计要求的参数，rtc可以从热设计专业书籍中查到。下面介绍一下散热器的选择。\x0d\x0a1．自然冷却散热器的选择\x0d\x0a首先计算总热阻rt和散热器的热阻rtf，即：\x0d\x0art=(tjmax-ta)/pc\x0d\x0artf=rt-rtj-rt。\x0d\x0a算出rt和rtf之后，可根据rtf和pc来选择散热器。选择时，根据所选散热rtf和pc曲线，在横坐标上查出已知pc，再查出与pc对应的散热器的热阻r'tf。\x0d\x0a按照r'tf≤rtf的原则,选择合理的散热器即可。\x0d\x0a2．强迫风冷散热器的选择\x0d\x0a强迫风冷散热器在选择时应根据散热器的热阻rtf和风速来选择合适的散热器。\x0d\x0a3．散热风扇的设计\x0d\x0a普通商用交换机的风扇，工作一直处于全速（full spd）状态，除其造成电能浪费、增大整机噪音外，还会增加不必要的电源发热，机箱内灰尘过多堆积等。更重要的是风扇在全速状态时其寿命约为2万小时，也就是2.28年（由sanyo fan data sheet 给出的数据），2万小时后风扇转速会逐渐下降，给整机带来不稳定因素。但由于没有监控单元，这种隐患很难发现：例如当交换机丢包率逐渐上升时，并不容易查到是由于风扇老化转速降低及灰尘堆积太厚导致机箱内关键部件温度升高所致。\x0d\x0a工业交换机应使用高速（high spd）风扇并带有智能监控电路，实时监测和控制网络交换机的运行状况，例如监控机箱风扇、主交换芯片温度、机箱温度，光收发器件温度等,这也就是我们所说的“智能风扇”。\x0d\x0a交换机工作过程中智能监控电路会根据被测元件的温度或风扇转速信号自动调节风扇转速，给网络交换机散热。风扇的转速主要与交换机负载和环境温度有关。在环境温度一定时，当交换机数据负载减轻时，功耗减小，风扇转速自动降低，当交换机数据负载加重时，功耗加大，风扇速转速自动上升。在数据负载一定的情况下，当交换机处在低温环境时，风扇转速自动降低，处在高温环境时风扇转速自动升高。在高温高负载情况下，风扇可处在应急高速（high spd）状态，比全速（full spd）状态更能保证网络安全运行。\x0d\x0a4．智能风扇控制器运行特性\x0d\x0a采用智能风扇控制技术后可延长风扇寿命，减少机内灰尘堆积、降低风扇噪声，节约电量使用，保证系统有效工作。另外控制器不仅能对风扇失效停转、温度超过警戒线提供报警，而且对于由于老化或风道阻力异常增大、转速低于正常值或监测点温度异常升高等前期隐患均能给出相应的中英文语音提示，方便网络管理人员将事故消灭在萌芽阶段。\x0d\x0a综上所述，由于工业以太网交换机所处的环境的特殊性以及使用时的特殊性（不能停机），在对付高低温，主要是高温环境时采用的对策与普通交换机有很多不同的。\x0d\x0a（1）对于较低功率情况，一般p≤10w时，尽量不采用风扇散热，而采用自然散热，如果通过自然对流，或者增大外壳面积、外壳褶皱，或者采用导热较好的型材,如铝等。\x0d\x0a（2）对于功率较大情况，p≥15w时,尤其是有多个光口，甚至是多个单模光口的情况下，不能靠自然散热解决问题时，应该采用主动散热方式解决热问题。而主动散热方式目前主要是指加装风扇，但由于工业网络设备不能停机且要长期运行的特殊性，风扇的使用应有如下考虑。\x0d\x0a①风扇不同于普通电子设备的风扇，它应是智能的，智能风扇在使用寿命以及功能上与普通风扇有质的区别。\x0d\x0a②智能风扇应设计为可以热插拨的，也就是在系统不停机情况下，如果智能风扇系统报警（工作寿命到期等）情况下，可以在线更换风扇。采取了以上热设计和散热措施，就可以大大提高网络设备的mtbf，延长其寿命，从而避开法则，使工业网络设备的元器件长期工作在一个“稳定，舒适”的温度环境中,这样“10℃法则”就不起作用,这样也就保证了自动化过程中通讯系统的稳定和可靠性。
三、电子元器件老化筛选小知识(如何对电子元器件进行检验和筛选)
1.如何对电子元器件进行检验和筛选
动手准备元器件之前，最好对照电路原理图列出所需元器件的清单。
为了保证在试制的过程中不浪费时间，减少差错，同时也保证制成后的装置能长期稳定地工作，待所有元器件都备齐后，还必须对其筛选检测。 在正规的工业化生产中，都设有专门的元器件筛选检测车间，备有许多通用和专用的筛选检测装备和仪器，但对于业余电子爱好者来说，不可能具备这些条件，即使如此，也绝不可以放弃对元器件的筛选和检测工作，因为许多电子爱好者所用的电子元器件是邮购来的，其中有正品，也有次品，更多的是业余品或利用品，如在安装之前不对它们进行筛选检测，一旦焊入印刷电路板上，发现电路不能正常工作，再去检查，不仅浪费很多时间和精力，而且拆来拆去很容易损坏元件及印刷电路板。
⑴外观质量检查 拿到一个电子元器件之后，应看其外观有无明显损坏。如变压器，看其所有引线有否折断，外表有无锈蚀，线包、骨架有无破损等。
如三极管，看其外表有无破损，引脚有无折断或锈蚀，还要检查一下器件上的型号是否清晰可辨。对于电位器、可变电容器之类的可调元件，还要检查在调节范围内，其活动是否平滑、灵活，松紧是否合适，应无机械噪声，手感好，并保证各触点接触良好。
各种不同的电子元器件都有自身的特点和要求，各位爱好者平时应多了解一些有关各元件的性能和参数、特点，积累经验。 ⑵电气性能的筛选 要保证试制的电子装置能够长期稳定地通电工作，并且经得起应用环境和其它可能因素的考验，对电子元器件的筛选是必不可少的一道工序。
所谓筛选，就是对电子元器件施加一种应力或多种应力试验，暴露元器件的固有缺陷而不破坏它的完整性。筛选的理论是：如果试验及应力等级选择适当，劣质品会失效，而优良品则会通过。
人们在长期的生产实践中发现新制造出来的电子元器件，在刚投入使用的时候，一般失效率较高，叫做早期失效，经过早期失效后，电子元器件便进入了正常的使用期阶段，一般来说，在这一阶段中，电子元器件的失效率会大大降低。过了正常使用阶段，电子元器件便进入了耗损老化期阶段，那将意味着寿终正寝。
这个规律，恰似一条浴盆曲线，人们称它为电子元器件的效能曲线，如图1所示。 电子元器件失效的原因，是由于在设计和生产时所选用的原材料或工艺措施不当而引起的。
元器件的早期失效十分有害，但又不可避免。因此，人们只能人为地创造早期工作条件，从而在制成产品前就将劣质品剔除，让用于产品制作的元器件一开始就进入正常使用阶段，减少失效，增加其可靠性。
在正规的电子工厂里，采用的老化筛选项目一般有：高温存贮老化；高低温循环老化；高低温冲击老化和高温功率老化等。其中高温功率老化是给试验的电子元器件通电，模拟实际工作条件，再加上+80℃-+180℃的高温经历几个小时，它是一种对元器件多种潜在故障都有检验作用的有效措施，也是目前采用得最多的一种方法。
对于业余爱好者来说，在单件电子制作过程中，是不太可能采取这些方法进行老化检测的，在大多数情况下，采用了自然老化的方式。例如使用前将元器件存放一段时间，让电子元器件自然地经历夏季高温和冬季低温的考验，然后再来检测它们的电性能，看是否符合使用要求，优存劣汰。
对于一些急用的电子元器件，也可采用简易电老化方式，可采用一台输出电压可调的脉动直流电源，使加在电子元器件两端的电压略高于元件额定值的工作电压，调整流过元器件的电流强度，使其功率为1.5-2倍额定功率，通电几分钟甚至更长时间，利用元器件自身的特性而发热升温，完成简易老化过程。 ⑶元器件的检测 经过外观检查以及老化处理后的电子元器件，还必须通过对其电气性能与技术参数地测量，以确定其优劣，剔除那些已经失效的元器件。
当然，对于不同的电子元器件应有不同的测量仪器，但对于业余电子爱好者来说，一般不具备专用电子测量仪器的条件，但起码应有一块万用电表，利用万用电表可以对一些常用的电子元器件进行粗略检测。各种电子元器件涉及到的电性能参数很多，我们要根据业余制作牵涉到的必须要弄清楚的有关参数进行检测，而不必对该元器件的所有参数都一一检测。
下面例举几种基本元器件的检测。 ①电阻器。
它是所有电子装置中应用最为广泛的一种元件，也是最便宜的电子元件之一。它是一种线性元件，在电路中的主要用途有：限流、降压、分压、分流、匹配、负载、阻尼、取样等。
检测该元件时，主要看它的标称阻值与实际测量阻值的偏差程度。在大量的生产中，由于加工过程中各道工序对电阻器的作用，电阻器的实际值不可能做到与它的标称值完全一致，因此其阻值具有离散性，为了便于管理和组织生产，工程上按照使用的需要，给出了允许偏差值，如±5%、±10%、±20%。
再加上万用电表检测电阻器时的误差，一般要求其误差不超过允许偏差的10%即认为合格。同时亦可通过外观检查综合判断其优劣。
②电容器。电容器也是电子装置中用得最多的电子元器件之一。
它的质量好坏直接影响到整机的性能，同时也是容易失效的元件。在检查电容器时，如果电解电容器的贮。
2.半导体二极管,三极管的筛选及老化方法有哪些
检查的主要内容如下：
②电位器、可变电容器和可调电感器等元件，调动时应该旋转平稳，无跳变或卡死现象。 ④胶木件表面无裂纹、起泡和分层。瓷质件表面光洁平整，无缺损。 ⑤带有密封结构的元器件，密封部位不应损坏和开裂。 ⑥镀银件表面光亮，无变色和发黑现象。 2畅元器件的筛选和老化 ③接插件应插拔自如，插针、插孔镀层光亮，无明显氧化和玷污。 ①元器件外观应完整无损，标注清晰，引线和接线端子无锈蚀和明显氧化。 筛选和老化的目的是剔除因某种缺陷而导致早期失效的元器件，从而提高元器件的使用寿命和可靠性。因此，凡有筛选和老化要求的元器件，在整机装配前必须按照整机产品技术要求和有关技术规定进行严格的筛选和老化。 然而在课堂化的业余条件下，不具备对元器件进行正规的筛选和老化的条件，只有借助于万用表和有关通用仪器对元器件进行一般的检测，对阻容元件、二极管、三极管、集成电路、
电感线圈、电位器等元件的一般检测在前面已学过的课程中已作介绍，这里不再叙述。而电视机生产厂家具备对元器件进行筛选和老化的条件，且由专业人员操作，比较复杂。下面以对半导体二极管、三极管和集成电路的筛选和老化的技术要求为例作简要介绍，仅供学生参考。 （1）半导体二极管、三极管的筛选和老化 ①筛选程序：
b畅三极管：高温储存→温度冲击→跌落（大功率管不做）→高温反偏（硅pnp管）→功率老化→高低温测试（必要时做）→常温测试→检漏→外观检查。
心→功率老化。 筛选程序可根据具体情况作相应变化，但其主要项目有：高温储存→温度冲击→跌落或离 ②条件及要求：
储存时间：a级48h,b级96h。 储存温度：硅二极管（150±3）℃；硅三极管（175±3）℃；锗二极管、三极管（100±2）℃。 a畅高温储存漏电流→常温测试→检漏→外观检查。 a畅二极管（此处指整流二极管）：高温储存→温度冲击→敲击→功率老化→高温测试反向
锗元件：（-55±3）℃茨（85±2）℃。 b畅温度冲击
硅元件：（-55±3）℃茨（125±3）℃。 先低温后高温，转换时间小于1min，每种状态下放置1h，循环次数为5次。
允许曲线有跳动现象。敲击次数为3~5次。 c畅敲击 在专用夹具上，用小锤敲击器件，并用图示仪监视最大工作电流正向曲线。不
在c-b极间加反向电压（具体电压值按技术部门的指定值）。反偏时间约4h，漏电流不超过规定值。 f畅高温测试 试验温度锗二极管为（70±2）℃，锗中小功率三极管为（55±2）℃，锗大功 g畅低温测试 试验温度为（-55±3）℃，恒温时间为30min。
i畅检漏 按技术文件规定进行。 （2）半导体集成电路的筛选 h畅常温测试 按技术文件规定进行。 e畅高温反偏 锗管在（70±2）℃，硅管在（125±3）℃下，二极管加额定反向电压，三极管 d畅功率老化 在常温下，按技术要求通电老化。老化时间a级12h,b级24h。率三极管为（75±2）℃，硅二、三极管为（125±3）℃。恒温时间为30min。 ①高温储存 它的作用是通过高温加热，加速任何可能发生或存在的表面化学反应，使 储存条件：温度150~(175±5)℃，储存时间为48h或96h。150℃适用于环氧扁平封装 循环条件：温度为（-55±3）℃茨（125±3）℃。先低温后高温，每种温度下保持30min， ②温度循环 此项目能检验电路内不同结构材料的热胀冷缩性是否匹配。电路稳定，剔除潜在的失效电路。的电路，175℃适用于其他材料封装的电路。
3.我想请教有关电子元器件的使用寿命
要求供应商、本单位技术部门等提供这些产品的标准或技术文件，在这些文件中可以查到型式试验或例行试验的内容，其中会有老化或寿命试验的方法、设备或装置、技术要求、合格与否的判断等。
这个工作可以称为可靠性试验，要搞清做这工作的目的，是为了提高产品的可靠性水平，还是仅仅为了应付检查。
如果按正规的做法，工作量是非常大的，需要一个团队、需要许多专用的设备和装置、需要很长的时间，费用也很大。（比如，继电器有机械寿命和电气寿命，一般都是几十万次）
如果你单位的技术负责人确实是内行，就应该知道，你列出的这些元器件类别中，大多数使用方是不需要做寿命试验的，一般是做进厂检验，也可以根据与供方的合同做老练筛选，用得较多的是高温老练。但都应依产品标准或技术文件的有关规定为依据，或由本单位技术部门出技术文件。
