专利名称：用于确定产品剩余使用寿命的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于确定产品剩余使用寿命的方法和装置，此外，本发明还涉及用于获取直到技术失效前的产品使用寿命的方法和装置以及依据某个随时间变化的工作参数来确定产品使用寿命极限值以便监控产品可靠性的方法和装置，最后，本发明涉及如独立权利要求前序部分所述的、设置在其可靠性要被监控的产品中的装置，该装置用于将产品的实际使用寿命与使用寿命极限值进行比较。
为实现此目的，本发明提出一种用于获取到技术失效前的产品使用寿命的方法，其中获取某个工作参数的值，将各工作参数的取值范围分成等级并根据等级来获取使用寿命，所获工作参数的值落在该等级中。
此外，为实现此目的，本发明提出一种用于确定到技术失效前的产品剩余使用寿命的方法和装置，其中获取产品的至少一个工作参数的取值范围里的数值，此工作参数的取值范围被分成等级并为每一等级确定一产品使用寿命并将其存储在配属于产品的工作数据存储器中，将预定的权重系数分配给使用寿命并由此为产品确定一个加权累积使用寿命，将加权累积使用寿命与至少一个预定的使用寿命极限值进行比较并由此确定产品的剩余使用寿命。
获取其到技术失效前的使用寿命的产品例如呈汽车的控制器或子系统(如制动器、发动机、变速器、转向器等)形式。产品具有一个使用寿命存储器或配置这样一个存储器，即在该存储器中存储所获工作参数及使用寿命并在需要时可以重新调用。使用寿命存储器最好具有不易失存储器(例如EEPROM或闪存EEPROM)以及获取工作参数或使用寿命的手段。在汽车的情况下，使用寿命存储器可以例如以一个或多个控制器的形式实现。
可以通过使用寿命存储器获取不连续的系统状态(如起动过程次数、紧急起动次数、热切断次数等)以及随时间变化的工作参数。作为工作参数地获取例如温度、电流、电压、压力等传感器数据。
在运行条件允许的工作参数取值范围里面，分别将取值范围的线性或非线性范围细分成多个等级。导致产品直接损坏的特殊值位于允许取值范围以外。等级分布以把整个取值范围划分为有关的负荷组为基础。各等级对于产品的老化/磨损有着不同的影响。在使用寿命存储器中，获取针对每个等级的每个工作参数的产品使用寿命。
按照本发明，以工作参数细分等级(分级)为基础地确定产品实际的技术使用寿命及计算在任意时刻的用旧率。由于工作参数分级，所以能特别可靠且精确地确定产品使用寿命，其中对于工作数据存储器的存储需求是最小的，因为可以放弃获取工作参数随时间的变化过程。由此一来，可以在技术使用寿命结束前进行特别可靠的预防性保养/维修。
本发明的一优选改进方案提议，按有规律的时间间隔获取工作参数的数值并增加某等级的等级数，如果所获工作参数落在这个等级里。因此，某个产品的每个工作参数可以在获取使用寿命后分配有一使用寿命直方图，由直方图得到针对在某等级内的工作参数的产品使用寿命。由产品的—工作参数的数量，—每个工作参数等级的平均数量，和—每个等级数字节的平均数量得到工作数据存储所需要的工作数据存储器字节数值。
以分级工作参数为基础地获取使用寿命的本发明方法尤其在确定产品使用寿命极限值以便监控产品可靠性时有特殊优点。因此，本发明的有利改进方案提出了用于确定上述形式的使用寿命极限值的方法，该方法具有下列特征，即—通过运用如权利要求1或2所述的方法确定到产品技术失效前的针对工作参数等级的产品使用寿命；—将权重系数分配给工作参数等级；—权重系数由下列最佳化问题的解并在考虑到各个工作参数之间关系的条件下确定min{f(x)}，mitx＝{a_ij，t_ijk}—由下列等式为产品确定针对各工作参数的临界累积使用寿命P_iz_krit=SUMj=1M_i{a_ij×t_ijz}]]>—由下列等式为各产品确定使用寿命极限值min{P-iz-krit}，其中i＝1…N，或1N×SUMi=1N{P_iz_krit},miti=1...N]]>各等级对产品的老化/磨损有不同的影响。因此，将权重系数分配给工作参数等级，权重系数表示某工作参数的某等级对产品老化或磨损的相对影响。本发明提出，由产品分量K确定权重系数并随后将这个权重系数用于产品分量Z。由此，可以由分量S为产品确定成批使用时的工作参数的临界加权累积使用寿命，当达到临界加权累积使用寿命时，可以推断出技术使用寿命结束。
权重系数由下列最佳化问题的解并在考虑各工作参数之间关系的条件下确定min{f(x)}，其中x＝{a-ij，t-ijk}，其中a-ij为权重系数，该权重系数被分配给工作参数i等级j，t-ijk为针对工作参数i等级j的产品k使用寿命。例如，可以这样考虑工作参数之间的关系，由方程式确定权重系数，在方程式中，通过算符将针对每个工作参数的加权累积使用寿命逻辑连接起来。算符例如可以是“与”逻辑(产品生成)、“或”逻辑(总和生成)或“模糊”逻辑(例如与和或之间的中间状态)。
在分配权重系数后，以适当的数学优算法并通过最佳化问题的解来确定各工作参数的临界累积使用寿命，当达到临界累积使用寿命时，可以推断出技术使用寿命到头了。此外，借助K产品使一些产品Z工作到技术失效，其中由K产品算出的权重系数被用到产品Z的分级工作参数上。为所有工作参数和所有Z产品确定出P_iz_krit=SUMj=1M_i{a_ij×t_ijz}]]>其中P-iz-krit是工作参数i的产品z临界累积使用寿命，而t-ijz为针对工作参数i等级j的产品z使用寿命。由此得到加权累积使用寿命的矢量ZY-z＝(P-1z-krit，P-2z-krit，…P-nz-krit)，其中z＝1…Z由矩阵Y-z的最小列并按照下列等式为各产品确定使用寿命极限值，当达到使用寿命极限值时，可推断出产品技术寿命就要到头min{P-iz-krit}，其中i＝1…N，或由矩阵Y-z的列单元平均值并按照下列等式来确定使用寿命极限1N×SUMi=1N{P_iz_krit},miti=1...N]]>值如果各列单元相邻得足够紧密，即如果列单元的标准偏差不是太大，则可靠性理想地发挥作用。在选择最小列时不应考虑异常值。
在对一些工作参数确定临界累积使用寿命后，在所有成批产品配备工作数据存储器的情况下，可就在达到临界极限值之前通过产品将维修、更换或保养的必要性信号化。或者，在有规则的产品保养范围中评价存储在产品中的工作参数。
总之，首先使产品k＝1…K一直工作到技术失效，以便能确定权重系数a-ij。然后，将权重系数a-ij整合到z＝1…Z产品的工作数据存储器，再使这些产品工作到技术失效，以确定临界累积使用寿命P-iz-krit并通过选择临界累积使用寿命P-iz-krit的最小值或平均值来确定使用寿命极限值。然后，对系列产品s＝1…S的可靠性进行监控，在此将产品s的实际使用寿命与极限值进行比较。
本发明的一个优选实施例建议，权重系数由下列最佳化问题的解来确定min{SUMi=1NSUMk=1KABS{SUMj=1M_i{a_ij×t_ijk}-1}}]]>其不等式附加条件为a-ij＞0，其中a-ij为权重系数，将该权重系数分配给工作参数i的等级j，而t-ijk是针对工作参数i等级j的产品k使用寿命。按照这个实施例，在计算权重系数时不考虑各工作参数之间的关系。即基于这样的假设，即每个工作参数都可独立于其它工作参数值地导致产品的技术上损坏。
如果以各工作参数之间没有关系作为确定权重系数的基础，则工作参数的加权累积使用寿命与工作参数临界极限值的最大比例可表示为利用率。按照下式以％来计算剩余使用寿命，剩余使用寿命％＝1-利用率[％]本发明的一个可选实施例建议，权重系数由下列最佳化问题的解来确定min{SUMv=1KSUMμ=1μ≠vKABS{PRODi=1N{SUMj=1M_i{a_ij×t_ijμ}}-......PRODi=1N{SUMj=1M_i{a_ij×t_ijv}}}}]]>其不等式附加条件为a-ij＞0。在这个实施例中，考虑了各工作参数之间的关系。即基于这样的假设，即多个工作参数导致产品的技术上损坏。按照这个实施例，工作参数通过简单的“与”逻辑(产品生成)而逻辑连接起来。权重系数是这样确定的，即通过“与”算符连接起来的各产品加权等级相互间具有最小的“间距”。
根据第三个可选实施例，设想在一些等级的层面上逻辑连接多个工作参数。在此基于这样的假设，即在某等级内的多个工作参数导致产品的技术上损坏。
此外，为实现本发明目的，提出一种用于获取到技术失效前的产品使用寿命的装置，该装置具有用于在有规则的时间间隔中获取某工作参数数值的第一手段，各个工作参数的取值范围被分成等级并且该装置具有用于依据等级获取使用寿命的第二手段，所获工作参数数值落在该等级里面。
本发明的有利改进方案提出了，如果所获工作参数数值落在某等级里，则第二手段增加该等级的等级数。
以分级工作参数为基础获取使用寿命的本发明装置尤其是在确定产品使用寿命极限值以监控产品可靠性时有优势。因此，本发明另一个有利改进方案提出了一种用于确定上述形式的使用寿命极限值的装置，其中该装置具有用于实现如权利要求5-8之一所述方法的手段。
为实现本发明目的，提出一种设置在被监控产品中的上述形式的装置，该装置按如权利要求5-8之一所述的方法来确定使用寿命极限值。可以特别小地构成该装置的工作数据存储器，因为按照本发明，在确定使用寿命极限值可以放弃工作参数随时间的变化过程。
此外，分级获取工作数据的优点是，可以最佳地利用存储器，即尤其是只需要很小的存储空间，因为无需在整个时间轴上或参照时间轴地费力获取工作参数。这样，本发明且尤其是获取使用寿命可以适当地作为附加功能在控制器里实现或在一个原本为其所设的装置里实现其它的优点和有利的设计方案由权利要求的特征和说明书给出。
在
图1中示出了本发明方法的优选实施例的流程图，该方法用于获取到技术失效前的产品k＝1…K使用寿命t-ijk。其使用寿命为t-ijk的产品k构成如汽车的控制器或分系统(例如制动器、发动机、变速器、转向器等)。产品k具有一个工作数据存储器，所获工作参数I＝1…N及使用寿命t-ijk存储在工作数据存储器里并可在需要时重新调用。工作数据存储器最好具有不易失存储器(例如EEPROM或闪存EEPROM)以及获取工作参数以及使用寿命的手段。在汽车的情况下，工作数据存储器例如以一个或多个控制器的形式实现。
通过工作数据存储器获取不连续的系统状态(例如起动过程的次数、紧急起动的次数、热切断次数等)以及随时间变化的工作参数i。作为工作参数i地获取如温度、电流、电压、压力的传感器数据。
本方法在功能块10中开始。在功能块11中，运行条件所允许的要获取的各工作参数i的取值范围被线性或非线性地分成等级j＝1…M-i。导致产品k直接损坏的特殊数值位于允许取值范围外。等级分布以将整个取值范围划分为有关的负荷组为基础。各等级j对产品k的老化/磨损有不同的影响。
在一个后面的功能块12中，以有规律的时间间隔获取工作参数i的数值。依据所获工作参数数值所落的等级j来获取使用寿命t-ijk。如果所获工作参数i落在某等级j里，则为此在功能块13中增加等级j的等级数。因此，某产品k的每个工作参数i可以按照所获使用寿命t-ijk分配给使用寿命直方图，由直方图得到针对某个等级j内的工作参数i的产品k使用寿命t-ijk。根据所获得的工作参数i数值的等级数情况和时间间隔，得到产品使用寿命t-ijk。
在一个后面的询问块14中，检查使用寿命t-ijk的获取是否结束。如果没有结束，则回到功能块12。如果使用寿命t-ijk的获取结束，则在功能块15中转入方法结束。
在图2中示出了本发明方法的优选实施例的流程图，该方法用于确定产品z使用寿命极限值。本发明的方法在功能块20中开始。然后，通过图1的方法，首先确定针对工作参数i等级j的、到产品k技术失效前的产品k使用寿命t-ijk。
接着，在功能块21中将权重系数a-ij分配给工作参数i等级。因为各等级j对产品k的老化/磨损有不同的影响，因此将权重系数a-ij分配给工作参数i等级j，该权重系数表示出某个工作参数i的某个等级j对产品k老化或磨损的相对影响。
在一个后面的功能块22中，权重系数a-ij由下列最佳化问题的解并在考虑了各工作参数i之间关系的情况下确定min{f(x)}，其中x＝{a-ij，t-ijk}权重系数a-ij由下列最佳化问题的解来确定min{SUMi=1NSUMk=1KABS{SUMj=1M_i{a_ij×t_ijk}-1}}]]>其不等式附加条件为a-ij＞0。在此不考虑各工作参数之间的关系并基于这样的假设，即每个工作参数i都可独立于其它工作参数i数值地导致产品k的技术上损坏。
或者，权重系数a-ij由下列最佳化问题的解来确定min{SUMv=1KSUMμ=1μ≠vKABS{PRODi=1N{SUMj=1M_i{a_ij×t_ijμ}}-......PRODi=1N{SUMj=1M_i{a_ij×t_ijv}}}}]]>其不等式附加条件为a-ij＞0。在此考虑了各工作参数i之间的关系并基于这样的假设，即多个工作参数i导致产品k的技术上损坏。
这个实施例中，工作参数i通过简单的“与”逻辑(产品生成)而逻辑连接按照第三替换方案，多个工作参数i的逻辑连接是在各等级j的层面上进行的。在此假设，在某等级j内的工作参数i导致产品k的技术上损坏。
本发明规定，由产品k的分量K确定权重系数a-ij并随后将这个权重系数用于产品z分量Z。由此可以确定成批使用时的工作参数i的临界累积使用寿命P-iz-krit，当达到临界累积使用寿命时，可以推断出技术使用寿命到头了。
然后，在功能块23中，当使产品z工作到技术失效时，由下列等式为产品z确定出针对各工作参数的临界累积使用寿命P-iz-kritP_iz_krit=SUMj=1M_i{a_ij×t_ijz}]]>因此，得到加权的累积使用寿命的矢量ZY-z＝(P-1z-krit，P-2z-krit，…P-nz-krit)，其中z＝1…Z。
最后，在功能块24中，按照下列等式并由矩阵Y-z的最小列为各产品z确定使用寿命极限值，当达到该使用寿命极限时，可推断出产品技术寿命就要到头了min{P-iz-krit}，其中i＝1…N，或者，由矩阵Y-z的列单元平均值并按照下式确定使用寿命极限值1N×SUMi=1N{P_iz_krit},miti=1...N]]>如果各列单元相邻得足够紧密，即如果列单元的标准偏差小，则可靠性理想地发挥作用。在选择最小列时，不应考虑异常值(如果有的话)。在功能块25中，用于确定产品z的使用寿命极限值的方法结束。为确定使用寿命极限值，除了绝对值或相对最小值的选择和简单的的平均值构成外，还可以使用其它方法或程序原理，如滑移的或经验的或协调的平均值构成或峰值构成。
在对一些工作参数i确定临界累积使用寿命P-iz-krit后，在所有成批产品s配备工作数据存储器的情况下，可以在临近达到临界极限值前通过产品s将维修、更换或保养的必要性信号化。这一点尤其还可以以成批产品的自我诊断形式实现。或者，在有规律的产品保养范围中地评价存储在产品s中的工作参数。这种产品保养例如在汽车的部分产品或汽车本身的情况下也可以在运行中以在线诊断的形式自动进行。
图3示意图地示出了一按照本发明的可行装置。P表示产品本身。产品通过通讯系统KS且尤其是导线或总线系统与产品外的工作数据存储器BSe连接。或者，在产品本身中设置一个工作数据存储器BSi。这两个存储器也可以同时存在并且例如由BSe和BSi构成虚拟存储器。在M中，包括例如呈微机或微控制器形式的手段，它们为执行本发明方法而如上所述地得到应用。这些手段例如也可在或装在汽车控制器里。
其使用寿命已获得的产品P例如被设计成汽车的控制器或分系统(例如制动器、发动机、变速器、转向器等)的形式。产品P具有工作数据存储器BSi或者配置这样一个存储器(BSe)，即在存储器中存储所获工作参数及使用寿命并在需要时可以再调用。工作数据存储器最好具有不易失存储器(例如EEPDOM或闪存存储器)以及获取工作参数或使用寿命的手段EM。在汽车的情况下，工作数据存储器例如可以在一个或多个控制器中实现。获取手段EM例如接收与通讯系统KS或产品与其余的传感器或致动器的交接点有关的信息。尤其可以通过手段M进行评价、获取使用寿命、通过极限值比较确定使用寿命等。该手段也可以引入或执行信号化或引入其它措施。获取手段EM和手段M也可以组合地或者说统一地存在并且被目标明确地配属于工作数据存储器或组被整合到所述存储器里。
通过工作数据存储器获取不连续的系统状态(例如起动过程的次数、紧急起动的次数、热切断次数等)以及随时间变化的工作参数。作为工作参数地获取例如温度、电流、电压、压力的传感器数据。为此所需的传感器例如通过通讯系统KS相连或通过其它交接点与产品联系在一起。根据产品的情况，传感器也可以局部或全部组合在产品里。这尤其适用于尤其是产生本发明信息的致动器。
因此，在所有成批产品s配备工作数据存储器的情况下，可在要达到临界极限值前通过产品s将维修、更换或保养的必要性信号化。这一点尤其还可以以成批产品s的自我诊断形式如通过具有组合手段M或获取手段EM的工作数据存储器来实现。
权利要求
1.一种用于确定到技术失效前的产品剩余使用寿命的方法，其特征在于，获取在产品的至少一个工作参数取值范围内的数值，其中该工作参数的取值范围被分成等级并对每一等级确定产品使用寿命并将其存储在配属于产品的工作数据存储器里，在此将预定的权重系数分配给使用寿命并由此为产品确定出至少一个加权累积使用寿命，在此将该加权累积使用寿命与至少一个预定的使用寿命极限值进行比较并由此确定产品的剩余使用寿命。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，以产品自我诊断的形式自动进行产品的剩余使用寿命确定，在达到至少一个使用寿命极限值时或之前，通过至少一个使用寿命将其信号化并引入适当措施。
3.一种用于获取产品(k)使用寿命(t-ijk)的方法，其特征在于，从某工作参数(i)的取值范围中获取数值，将各工作参数(i)的取值范围划分成等级(j＝1…M-i)，如果所获取作参数数值落在这个等级里，则依据这个等级获取使用寿命。
4.如权利要求1或3所述的方法，其特征在于，按有规律的时间间隔获取工作参数(i)数值，如果所获工作参数(i)落入某等级(j)中，则增加这个等级(j)的等级数。
5.一种通过将一使用寿命与一极限值进行比较来确定产品使用寿命极限值以便监控产品可靠性的方法，其特征在于，获取产品预定工作参数取值范围的数值，其中将各工作参数的各取值范围分成等级，按照等级地将数值和/或使用寿命存储在配属于产品的工作数据存储器里并且使一产品的第一分量一直工作到技术失效，由此确定出产品预定工作参数等级的使用寿命，由此根据每个等级和工作参数来确定一个权重系数，该系数反映出各等级和工作参数对产品技术失效的影响，并且使产品的第二分量一直工作到技术失效，在此将由第一分量确定的权重系数用于第二分量，在产品第二分量的情况下，为每个工作参数确定出一个关于所有等级的临界使用寿命并由所有工作参数的关于所有等级的临界使用寿命来确定使用寿命极限值。
6.一种用于依据某个随时间变化的工作参数(i＝1…N)来确定产品(z＝1…Z)使用寿命极限值以便监控产品(s＝1…S)可靠性的方法，其中在监控范围内将一产品(s)的实际使用寿命与一极限值进行比较，其特征在于，—通过用如权利要求3或4所述方法来确定到产品(k)技术失效前的针对工作参数(i)等级(j)的产品(k)使用寿命(t-ijk)；—将权重系数(a-ij)分配给工作参数(i)等级(j)；—由下列最佳化问题的解并在考虑了各工作参数之间关系的条件下确定权重系数(a-ij)min{f(x)}，其中x＝{a-ij，t-ijk}；—由下列等式为产品(z)确定出针对各工作参数(i)的临界累积使用寿命(P-iz-krit)P_iz_krit=SUMj=1M_i{a_ij×t_ijz}]]>—由下列等式为各产品(z)确定出使用寿命极限值min{P-iz-krit}，其中i＝1…N，或1N×SUMi=1N{P_iz_krit},miti=1...N]]>
7.如权利要求1、5或6所述的方法，其特征在于，权重系数(a-ij)由下列最佳化问题的解来确定min{SUMi=1NSUMk=1KABS{SUMj=1M_i{a_ij×t_ijk}-1}}]]>其不等式附加条件为a-ij＞0。
8.如权利要求1、5或6所述的方法，其特征在于，权重系数(a-ij)由下列最佳化问题的解来确定min{SUMv=1KSUMμ=1Kμ≠vABS{PRODi=1N{SUMj=1M_i{a_ij×t_ijμ}}-......PRODi=1N{SUMj=1M_i{a_ij×t_ijv}}}}]]>其不等式附加条件为a-ij＞0。
9.一种用于确定到技术失效前的产品剩余使用寿命的装置，其特征在于，包括第一手段，该手段获取在产品至少一个工作参数取值范围里的数值，其中该工作参数的取值范围被划分成等级，还包括第二手段，该手段对于每一等级确定产品的实际使用寿命并将其存储在配属于产品的工作数据存储器里，还包括第三手段，该手段将预定的权重系数分配给使用寿命并由此确定产品的加权累积使用寿命，还包括第四手段，该手段将加权累积使用寿命与至少一个预定的使用寿命极限值进行比较并由此确定产品的剩余使用寿命。
10.一种用于获取产品(k)使用寿命(t-ijk)的装置，其特征在于，所述装置具有按有规律的时间间隔获取工作参数(i)数值的第一手段，各工作参数(i)的取值范围被划分成等级(j＝1…M-i)，该装置具有依据等级获取使用寿命的第二手段，所获工作参数数值落在该等级里。
11.如权利要求9或10所述的装置，其特征在于，如果所获工作参数(i)数值落在某等级(j)里，则第二手段增加该等级(j)的等级数。
12.一种依据某个随时间变化的工作参数(i＝1…N)来确定产品(z＝1…Z)使用寿命极限值以便监控产品(s＝1…S)可靠性的的装置，其中在监控范围内将产品(s)的使用寿命与极限值进行比较，其特征在于，所述装置具有用于执行如权利要求5-8之一所述方法的手段。
13.一种设置在其可靠性要被监控的产品(s＝1…S)中的装置，它具有将产品(s)的使用寿命与一极限值进行比较的手段，其特征在于，按照如权利要求5-8之一所述方法以使用寿命极限值为该极限值。
全文摘要
本发明涉及用于获取产品使用寿命且尤其是到技术失效前的使用寿命并确定产品剩余使用寿命的方法和装置。为了尽可能准确且无模型支持地推测任意产品的使用寿命而建议，以划分等级(所谓的分级)的工作参数为基础确定产品剩余使用寿命、获取产品使用寿命和确定使用寿命极限值，其中产品具有工作数据存储器或者具有无需存储时间上的信号变化的存取。在此首先确定权重系数(a－ij)。然后，运用权重系数(a－ij)来确定加权累积使用寿命和使用寿命极限值。因而，进行对成批使用产品s＝1…S的可靠性的监控。
文档编号G07C5/00GK1422415SQ01805277
公开日2003年6月4日 申请日期2001年1月31日 优先权日2000年2月17日
发明者M·克劳斯纳, W·格林 申请人:罗伯特-博希股份公司