CN101443735A - 预测包含多个部件的产品的预期寿命的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于对包括至少两个部件(K1、K2、K3、…Kn)的产品的预期寿命进行预测的一种方法和一种装置(20)。所述预期寿命根据该产品的一个假定现场负荷(1、3)而被测定。对所述产品的部件(K1、K2、K3、…Kn)加载不同的负荷(T、ΔT)，并在不同的负荷(T、ΔT)下分别将其驱动直至失效。借助一个部件(K1、K2、K3、…Kn)的与负荷相关的失效时间(t、N)，纪录所述部件(K1、K2、K3、…Kn)的一个寿命终止(EoL)曲线(8)。所述产品的一个EoL曲线(11)如此来获得，即它在不同的负荷(T、ΔT)下包含所述部件(K1、K2、K3、…Kn)的EoL曲线(8)中的那些在相应的负荷(T、ΔT)下分别具有最短的失效时间(t、N)的EoL曲线。将所述产品的预期寿命作为所述产品的EoL曲线(11)上的与所述产品的给定负荷(1、3)相关的函数值来获得。
Description
本发明涉及对产品的预期寿命进行预测的一种方法和一种装置，其中该产品至少包含两个部件。该预期寿命根据该产品的可给定的负荷进行预测。
此外本发明还涉及一个计算机程序，其中该计算机程序能够在数据处理设备的计算装置上、尤其是在微处理器上执行。
现有技术
在不同的技术领域中投入或使用的产品，根据在其运行期间所受的负荷而具有一定的寿命。一个产品包含多个部件。一个产品可以是一台个人计算机(PC)，其中这些部件则是该PC的电气元件(电源、主板、硬盘、磁盘驱动器、CD-ROM驱动器、DVD驱动器等)。也可以考虑比如把主板作为产品来对待，那么在该电路板上的不同电气元件、焊点等就是所述的部件。一个产品也可以是一个任意的汽车部件、尤其是一个汽车控制装置，其中所述部件则是不同的电气元件(比如电阻、电容、线圈、运放)、焊点、印刷线路等。
一个产品的寿命与该产品在其运行期间所受的负荷有很大关系。比如设置于汽车内燃机附近的一个汽车控制装置受到的热负荷比设置在汽车驾驶室的一个控制设备高得多。这种热负荷可以是一个绝对的温度，但也可以是一个温度波动。因此，同样的控制装置的寿命在发动机附近比在驾驶室中要短。这同样也适用于机械和化学负荷以及其它任何形式的负荷。
从现有技术中得知，可为一种产品提供可靠性证明，其方式是使该产品在某一可给定的时间段或者按照可给定的间隔来承受一个可给定的绝对的或周期性的负荷。为了提供可靠性证明，要探测一个产品或该产品的部件在一个可给定的时间段中是否能承受得住一个可给定的负荷。
这种可靠性证明按照生产者或顾客专用的标准或按照法律上的标准来提供。为了给一个产品提供所述证明，理想情况下应当让该产品在一个所要求的最小寿命上来承受在其规定的使用或应用范畴中将要承受的负荷。如果在该最小寿命内该产品能经受住这些负荷，那么就为该产品提供可靠性证明。如果该产品在达到该最小寿命之前失效，那么就不可以提供该证明。用于提供该证明的这种检测可以在多个构造相同的产品上来实施，从而使得该证明的结果更具有代表性。
然而出于时间原因，通常不可能在实际中在接近其规定的使用和应用范畴的负荷的情况下来经历该产品所要求的整个最小寿命(比如在汽车控制装置中为15到20年)。因此已知的做法是，提高负荷使之超出可能的预期负荷，并相反地降低检测时间。相应地也称之为加速的可靠性证明。
然而，在提高负荷与缩短检测时间之间的确切关系是未知的，并且对于不同的负荷以及对于不同的产品可能表现是完全不同的。此外该做法还导致错误的增加，其中这些错误是由于加大负荷所至，并且在该产品规定的运行或应用期间在实际中不会出现。这种错误也被称作现场无关错误。另一方面，缩短检测时间可能导致某些实际中在长期的但程度上较小的负荷下出现的错误在缩短的检测时间内不出现。也就是说，把检测时间缩得越短，证明的结果越不接近实际或越不接近现场。因此在一方面缩短检测时间和另一方面检验结果接近现场之间存在目标冲突。
所述已知的方法在检测多个构造相同的产品后比如提供陈述，如“该产品在超过90℃的绝对运行温度中以97％的概率达到5000运行小时的最小寿命。”但是所述已知的方法不能提供除此之外的陈述。这种陈述比如所涉及的问题是，该产品的预期寿命在给定的负荷情况下是多长，该产品在较低或较高负荷的情况下寿命有多长，以及哪些部件必须如何来规范，使该产品能达到一个更高的最小寿命(哪些部件必须被构造得更稳定？)或者可以造价更合理(可以降低哪些部件的稳定性？)。
根据所述的现有技术，本发明的基本技术问题是：扩展和改进开头所述种类的一种方法和一种装置，使之在尽可能短的时间内并尽可能接近现场地为产品提供一个尤其具有说服力的可靠性证明，或者可以预测产品的寿命。
为了解决此问题，根据开头所述种类的方法而推荐以下方法步骤：
-该产品的部件被加载不同的负荷；
-将所述部件在所述的不同的负荷下分别驱动直至其失效；
-存储所述各个部件所达到的与所述负荷相关的失效时间；
-根据一个部件与负荷相关的失效时间，纪录该部件的一个寿命终止(EoL)曲线；
-推测该产品的一个EoL曲线，使它在所述不同的负荷下包括所述部件的在相应的负荷下具有最短的失效时间的EoL曲线；以及
-其中通过该产品的EoL曲线中的与给定负荷相关的函数值来推测该产品的预期寿命。
本发明的优点
根据本发明首先单独考虑一个产品的每个部件。借助为单个部件所纪录的EoL曲线，获得整个产品的一个EoL曲线。它对应于在不同负荷下可以说总是最差的部件的EoL曲线，即在某一负荷下寿命最短的部件的EoL曲线。这所基于的考虑是，一个部件的失效，造成一个产品的整体失效。
对单个部件进行考虑的优点是，在该产品的构造变化时(把一个部件更换为另一个，省略一个部件，增加一个新的部件)不必为整个产品重新预测该产品在给定的时间段内是否能够承受给定的负荷。为新的或变化的部件纪录EoL曲线并在推测整个产品的EoL曲线时加以考虑，这就足够了。在省略一个部件的情况下，在推测该产品的EoL曲线时简单地不再考虑被省略的部件的EoL曲线。
在为该产品的部件之一纪录EoL曲线时，该部件的EoL曲线可以简单地穿过所探测的该部件与负荷相关的失效时间的值，或者接近这些值。在所测定的该部件与负荷相关的失效时间的值之间的部件EoL曲线的点可以按照任何已知的方法来进行内插。在端点上，即在首尾处，可对该EoL曲线进行外插。
根据本发明的方法使尤其快速的对产品有效寿命的检验成为可能，尤其当在验证的前期必须对单个部件的EoL曲线进行纪录、将其存储在一个数据库中并且仅仅在需要时才调用时。此外，利用根据本发明的方法还可以防止由于用于可靠性证明的负荷太高所致的与现场无关的错误出现。给所述单个部件加载的不同的负荷大部分位于所假定的现场负荷的范围内，并且只是稍微超出。从而对该产品的有效寿命，即该产品在给定的时间段内是否能承受给定的负荷，进行验证时所采用的负荷在该产品的运行期间实际也可能在现场出现。
利用本发明，在一定程度上把给部件或给整个产品加载假定的现场负荷与该产品的寿命预测和与其有效寿命的验证相分离。在真正预测该产品的寿命和/或可靠性之前就可以开始给部件加载假定的现场负荷，而真正对产品寿命的预测则是利用在前期所获取的EoL曲线在根据本发明的方法的运行期间进行的。
对单个的部件进行考虑还具有的优点是，借助单个部件的EoL曲线可以验证该部件是否适于承受该假定的现场负荷。如果一个部件不能承受该现场负荷，那么这借助该部件的EoL曲线就立即获知，并且然后该部件就可以有目的地更换为一个更稳定的。另一方面，也可以把比真正要求的明显稳定得多的部件(因为该部件的EoL曲线明显位于该假定现场负荷上方)替换为稳定性稍差的造价稍低的部件，而不会带来该产品不再能承受该假定现场负荷的危险。
最后可以利用本发明借助该产品的EoL曲线来测定一个假定的现场负荷(按照负荷的大小以及负载时间)，在使测试时长和现场无关的错误最小化的前提下，其中所述的假定现场负荷使对产品可靠性的最佳验证成为可能。为此，所述的假定现场负荷如此来选择，使得负载的时长具有一个代表性的值(这对应于在约50至3000个循环中)。然后将该现场负荷的值选择为一个负荷，其中在该负荷下所选择的负载时长恰好还位于该产品的EoL曲线之下。由此确定了最佳测试条件下的时长和负荷。不需要出于安全考虑，在更高的负荷下或者在更长的时长内来实施测试。
根据本发明的方法不仅适于预测产品的寿命(该产品承受得住一个给定负荷多长时间？)，而且还可以用于提供该产品的可靠性的证明(该产品在一个给定的时长内承受得住一个给定的负荷吗？)。因此，根据本发明的一个有利的改进，推荐该方法用于给该产品提供可靠性证明，并验证该产品的EoL曲线在一个可给定的时长内是否位于一个可给定的负荷之上。如果在可靠性证明中该产品的EoL曲线位于该负荷之上，就提供了该产品的可靠性证明。从而在这种情况下，在给定的负荷下在一个时间点出现部件的失效，其中该时间点要晚于该部件根据该证明所规定的在该负荷下必须坚持的时间。
根据本发明的一个优选实施方案，推荐把该部件的EoL曲线外插到更小的负荷上。尤其在小的负荷下，可能得到该部件直至其失效的一个非常长的运行时间，也即该测试时间可能非常长。利用所述扩展可以缩减该测试时间，并从而使证明加速，其方式是在较高的负荷下纪录该部件的失效时长，并外插到较小的负荷和较大的测试时长。有多种本身已知的方法用于外插。可考虑的比如是，通过在不同负荷下纪录的失效时长而形成一个渐近函数，其中该函数除了被纪录的失效时长以外还向较小的负荷和较长的测试时间方向拓展。作为渐近函数比如可以考虑一个任意的指数函数(e＾(A+B·x)；A(1-e＾(-B·x))+C；A·e＾(B/x))或者一个第x次平衡多项式。
根据本发明的另一优选实施方案，推荐对该部件的EoL曲线中在特定负荷下获取的离散的失效时间值之间进行内插。利用该实施方案可以降低需要实施的部件测试(以某一负荷来驱动该部件直至其失效)的数量，其方式是仅仅在一些少量的离散负荷下纪录该部件的失效时长，并对该EoL曲线在其之间进行内插。有多种本身已知的方法用于内插。比如可以考虑的是，通过在不同负荷下纪录的失效时长而形成一个渐近函数，其中比如是一个任意的指数函数、一个样条函数或一个第x次平衡多项式。
该部件的负荷可以是每种任意类型的负荷，尤其是一种机械、热、化学、电气、磁或电磁负荷。每种类型的负荷都对所考虑的部件造成寿命变化的影响，通常是寿命缩短的影响。然而有利的是该负荷是该部件的某一绝对运行温度和/或在某一时间段内某一大小的温度波动。除了机械负荷之外，所述负荷是在汽车领域中所使用的产品上最常见也是最大的负荷。
产品部件的失效时间在不同的离散负荷下被纪录。该EoL曲线可以在所纪录的失效时间之间进行内插，并可以在所纪录的失效时间之外进行外插。人们还谈及用来预测部件的失效时间的不同的负荷等级。产品的生产者从其顾客那里获得关于该产品必须在哪种负荷等级中坚持多长时间的具体要求。如果比如该负荷是该部件的运行温度，那么该部件的失效时间可以在不同的离散温度等级中进行检测。一个第一温度等级比如包括从100℃至120℃的温度范围，一个第二温度等级比如包括从120℃至140℃的温度范围。根据顾客的要求，该产品比如必须在该第一温度等级中坚持120小时，并在该第二温度等级中坚持20小时。如果比如被测试的产品在该第一温度等级中直至失效可以运行150小时，然而在该第二温度等级中直至失效仅仅可以运行10小时，那么该产品或该产品的一个部件就不满足顾客的要求。至少这个构造得太薄弱的部件必须被替换为一个更稳定的。即使该产品在该第二温度等级中直至失效可以运行25小时，即长于顾客所要求的，然后在总和中仍然超出产品所允许的负荷，以致该产品在达到顾客所要求的比如180小时的最小寿命之前就失效。
为了能够对此进行确定，根据本发明的一个优选实施方案推荐，在每个负荷等级中，一个部件的给定负荷(比如所述的假定现场负荷)的时长与该部件的EoL曲线上的相应的值，也即该部件的相应失效时间之间的间隔被确定，并根据Palmgren-Miner被相加。根据Palmgren-Miner的用于损害累加的所谓假说，对于所有的负荷等级，该部件的一个给定负荷的时长的值与相应失效时间之商被相加。如果该总和小于1，那么该部件才满足要求。如果该总和大于或等于1，那么就必须考虑到该部件的提前失效。
如果由产品的生产者的顾客提供一个确定的负荷作为可靠性证明，其中该产品必须在该负荷下承受一个同样给定的时长(所谓的可靠性证明中的负荷)，那么可以借助本发明的方法以简单的方式来证明该产品能够提供所述的可靠性证明。首先测定该产品的EoL曲线。然后实施根据Palmgren-Miner的损害累加。借助该产品的EoL曲线甚至可以推测一个与顾客所规定的负荷不同的(通常是更高的)负荷，其中该产品在一个较短的时长内必须加载所述负荷，以便仍然满足所要求的可靠性证明。以这种方式可以缩减用于提供可靠性证明所需要的时长，而不使证明在说服力方面有缺陷。
通过装配好的产品的整个寿命而看出一个确定的负荷曲线，也即，该产品分别在一个确定的时间内被加载了不同的负荷等级。为了提供一个可靠性证明，实际的负荷曲线由于时间原因而不能完全经历。因此借助加速测试，其中负荷被提高，并且测试的时长相应被缩短。为了在加速测试中也达到对该产品在其寿命周期上的一个热负荷进行尽可能接近实际的模拟，推荐在位于该产品的可给定现场负荷之上的某一温度中在短于该现场负荷的时长的某一时长中实施一个加速的可靠性证明，其中所述某一温度和所述某一时长如此来相互协调，使得该产品的一个机械负荷和该产品的一个热机械负荷以大致相同的系数被加速。
一个部件的EoL曲线有利地包含有至少两个点，其中这两个点体现为该部件在不同负荷下的失效时间。如果该负荷比如是该部件的运行温度，那么该部件的失效时间从而在至少两个不同的离散的温度或在至少两个不同的温度等级中被纪录，比如在100℃和在175℃。
作为本发明任务的另一解决方案，根据开头所述种类的装置，推荐所述装置包括：
-用于加载所述部件至少之一的一个寿命终止(EoL)曲线的工具，其中该EoL曲线已在此前根据所测定的该部件的与负荷相应的失效时间被纪录；
-用于测定该产品的一个EoL曲线的工具，如此使得该曲线在不同的负荷下包含在相应的负荷下具有最短的失效时间的部件的EoL；以及
-用于将该产品的预期寿命作为该产品的EoL曲线上的与该产品的给定负荷相应的函数值来进行测定的工具。
产品部件的EoL曲线在预测产品寿命的前期被纪录。为了纪录该产品部件的EoL曲线，每个部件都被单独加载不同的负荷，并分别被驱动直至其失效。也可以说，这些部件在不同的负荷等级中被驱动直至失效。由此为每个部件得到了与负荷相关的失效时间，这些失效时间构成部件的EoL曲线的支撑点。这些支撑点被存储。为了真正预测该产品的寿命，被存储的产品部件的EoL曲线的支撑点被简单地调用，通过内插或外插来获得这些EoL曲线，并被用于预测该产品的寿命。
但也可以考虑的是，所述支撑点还在前期就被内插或外插，所述部件的完整的EoL曲线被存储。然后把部件的所述完整的EoL曲线直接用于预测产品寿命本身，而不必还在运行期间首先在所述支撑点之间内插或在所述支撑点外边外插。
根据本发明的一个有利的改进，建议一个部件的至少一个EoL曲线在前期根据所测定的该部件的与负荷相关的失效时间已经被部件的生产者纪录。一个部件的EoL曲线然后可以比如在数据页上或在线地提供给整个产品的生产者。该产品的生产者然后可以借助不同部件的EoL曲线来推测整个产品的EoL曲线，并验证所述整个产品是否满足其顾客所提出的要求，其中该产品的不同部件有可能是所述整个产品的生产者从不同的部件生产者处获得的。
此外，还推荐根据本发明的装置用于提供产品的可靠性证明，并且具有一些工具，用于验证该产品的EoL曲线是否在可给定的时长内位于一个可给定的负荷之上，并且，如果是这样，就视该产品为已获得可靠性证明。
本发明的方法可以以计算机程序的形式来实现，其中该计算机程序可以在计算装置上，比如在微处理器或微控制器上执行。该计算机程序在该计算装置上执行，并完全自动地实施本发明的方法。在这种情况下，本发明就通过该计算机程序来实现，使得该计算机程序如所述方法以同样的方式来体现本发明，其中该程序被编程以实施所述方法。严格地说，本发明的方法被划分为两个部分。一个第一部分负责纪录单个部件的EoL曲线。这比如可以在部件生产者那里完成。本发明方法的一个第二部分负责测定整个产品的EoL曲线，并负责预测该产品的寿命。这比如可以在产品生产者那里进行，其计算基于从部件生产者处所获得的部件的EoL曲线。
如果前提条件是在将来按照标准为所生产的每个部件都纪录EoL曲线并且提供给顾客，那么该方法的第二部分具有特殊意义。因此也就是说在将来能够快速、简单而且尤为可靠地为任意的产品提供可靠性证明，并估算其有效寿命。产品的变化或调整可以快速而简单地汇入该可靠性计算和有效寿命计算中。
附图说明
下面参照附图来详细解释本发明。其中：
图1示出在现有技术中已知的用于在某一假定现场负荷下为一个产品提供一个可靠性证明的一种方法；
图2示出在现有技术中已知的用于在比图1的实例相对提高的假定现场负荷下来提供一个可靠性证明的一种方法的一个第一实施方案；
图3示出在现有技术中已知的用于在比图1的实例相对提高的假定现场负荷下来提供一个可靠性证明的一种方法的一个第二实施方案；
图4示出通过本发明所实现的在供应商和顾客之间的可能的通信路径；
图5示出产品的一个部件的一个寿命终止曲线；
图6示出四个部件以及一个不可靠的产品的寿命终止曲线；
图7示出四个部件以及一个可靠的产品的寿命终止曲线；
图8示出图5中的产品的一个部件的寿命终止曲线，其中标出在某一负荷等级中在现场负荷下的一个给定时长与该部件的相应失效时间之间的间隔，用于根据Palmgren-Miner来建立该部件的寿命预测；
图9示出用于定义失效规则以及用于设置产品部件的可能性；
图10示出为一个热负荷和一个热机械负荷利用相同的加速系数接近于实际的对产品的测试加速；
图11示出用于实施本发明方法的一种本发明的装置。
实施举例说明
产品的测试或产品的可靠性证明按照现有技术借助由顾客或标准委员会推荐的标准和标准化的方法来实施。在这些标准中描述了加速的测试，其中该测试必须在一个产品上被实施直到某一运行时长t或某一周期数N，才能证明该产品的可靠性。如果一个测试在比现场出现的负荷更大的负荷下被实施，并为之仅实施一个较短的时间t或较少的周期数N，那么它就被称为加速的测试。满足可靠性测试的评估标准则通常是在结束测试之后对产品功能的证明。这样，可以进行一个是/否判断，该产品是否在所要求的时间段中承受得住所要求的负荷。但是，不能在一个任意负荷下对该产品的寿命进行一个判断。
所述测试被加速，其方式是把作用在要测试的产品上的负荷选择为较高的，部分的甚至远高于一个假定现场负荷。但是，这导致随着在可靠性证明中负荷的逐步增高而出现越来越多的与现场无关的错误。也即出现在产品的按照规定的运行期间在实际中不会出现的错误。换句话说，在可靠性证明中随着负荷超过假定现场负荷的增加，测试的实际说服力下降。这导致，该产品或该产品的部件被构造得稳定得多和耐久得多，使其无论如何在负荷提高的情况下也能获得可靠性证明，也即，还以此避免在可靠性证明期间出现该产品的与现场无关的错误。然而这带来附加的重量、附加的构造空间以及首先是部件的附加费用。
另一方面，若在可靠性证明中减小负荷，使得在测试期间与现场无关的错误出现减少，会导致所需的测试时长明显延长。因此在实际中直到目前还一直试图在一方面尽可能短的测试时长和另一方面尽可能小的与现场无关的错误数量之间寻找一个合理的折衷方法。
近期，顾客由于较高的质量要求、要求更长的产品寿命以及在实际运行期间产品所承受的更高的负荷而对可靠性证明提出越来越严格的要求。这导致测试成本和测试时间的增加，以及在检验测试期间由现场无关的错误造成的失效。这常常导致产品在成批采用之前短暂的时间里，因为不能获得所要求的可靠性证明而必须得到改进，并且顾客拒绝放行该产品。由于所述改进而造成耗费的返工(整个产品的重新设计)，其中该产品的质量由于然后所面临的时间压力而常常是低劣的。
在图1中举例性地描述了可靠性证明的现有技术。顾客详细说明可靠性测试以及进行该测试所必需的条件(负荷以及负荷的时长)。在图1中，假定的现场负荷(AFB)用参考符号1来表示，在可靠性证明(BZN)中由顾客所给定的负荷用参考符号2来表示。在x轴上给出的是以运行温度T或运行温度波动ΔT形式的负荷，在y轴上给出的是所述负荷的时长作为时间t或是周期数N。
所述假定现场负荷1对应于在按照规定的运行期间一个估计的或通过试验而经验获得的产品的负荷。所述可靠性证明中的负荷2是一个估计的负荷，其中该负荷位于该假定现场负荷1之上。所述可靠性证明中的负荷2被选择成，使得当该产品在可靠性证明中在利用负荷2在给定的时长中进行检测运行之后仍然有效时，就可以由此得出，该产品在所期望的时长中也将承受住具有该假定现场负荷1的实际使用。
在所示的例子中，所述负荷被构造为绝对运行温度T或为温度波动ΔT。当然也可以考虑其它任意种类的负荷。对于运行温度T，该负荷的时长对应于一个时间t。对于温度波动ΔT，该负荷的时长对应于周期数N，其中该周期数表明某一温度波动ΔT的经历次数。
如果现在比如由于质量要求提高而使该假定现场负荷1提高，那么在图1中所示的方法就会出现问题。在图2中示出了这样一种情况，其中该假定现场负荷1在不同的负荷值中已经被延长了一个附加的时长3。为了对提高的假定现场负荷1、3加以考虑，该负荷2在可靠性证明中被提升了一个附加的时长4，也即，该产品必须在一个较长的时长内在可靠性证明中以该负荷2运行。然而这导致测试时间不适宜的延长，这在实际中是不可行的。
在图3中所示的第二实施例中考虑了所述附加提高的现场负荷1、3，其方式是不延长可靠性证明的时长，而是将该负荷T提高ΔT。这在图3中借助在可靠性证明中的新的负荷5来示出。然而这里的缺点是，由于该负荷5在可靠性证明中远高于该现场负荷1、3，在产品的测试阶段可能更多地出现现场无关的错误。这种现场无关的错误机制可能阻止产品的放行，即使它们在实际运行中不出现。由于去除现场无关的错误，其中这些错误通常意味着产品的修改或重新构造，导致产品费用增加。与在图2中所述的已知的方法中该测试时长被延长(理论上延长至最多一年)不同，在这个图3所述的已知的方法中则由于极高的负荷而产生了大量的现场无关的错误。
此外，简单地提高测试时间或负荷不会导致所期望的与所述现场负荷1、3的关联，因为不能从输出状态分析该现场负荷1、3。从而在现有技术已知的方法中也不能进行寿命预测。负荷不能分别地被表示出来。
因此根据本发明推荐了用于预测产品寿命的一种方法，其方法步骤下面借助图5来详细解释。本发明的一个重要的观点可以从以下得出，即一个产品的多个部件、优选的是所有的部件首先被单独地考虑。该产品的所述部件被加载了一个可给定的负荷。不必给该产品的所有部件都加载，但有意义的是在该产品的至少一些部件上采用本发明的方法，并对此加载一个可给定的负荷，其中所述的一些部件当然是对该产品的寿命有影响的部件。所述部件在不同的负荷下(所谓的负荷等级)分别被驱动直至其失效。为不同的部件获得与负荷相关的失效时间。
在图5中示出了对某一部件的测量结果。现场负荷1的一些段(所谓的负荷等级)在图5中用阴影示出并用参考符号6来表示，其中在所述的一些段中所述部件被驱动直至其失效，并且在所述的一些段中进行了失效时间的测量。这涉及负荷值110℃、120℃、140℃、160℃和180℃，或者100℃、125℃、150℃和175℃，或者在所关注的温度范围中(比如至175℃、200℃或233℃)其它任何等距的或不等距的划分。在每个负荷等级中，优选地在相应的最高负荷下来进行失效时间的测量，其中所述的相应的最高负荷在图5中是点19。当然也可以在各负荷等级中的一个中间的负荷下，或者在该负荷等级中的一个低负荷下来进行所述的测量。所测量的部件失效时间的值表示为点7。以这种方式测量并获得的所有失效时间7都位于该部件的一个所谓寿命终止(EoL)曲线8上。
EoL曲线8的处在所测量的失效时间7之间的值借助内插法来获得。一些所述的内插值在图5中用参考符号9来表示。该负荷变得越小，则必须驱动该部件更长时间真正直至其失效。为了避免太长的测试时间，失效时间仅被测试至一个最小负荷(在所示的实施例中至100K或100℃)。为了在该负荷的下方也获得该EoL曲线8的值，对该EoL曲线8通过所测量的失效时间7往较低负荷的方向外插。该EoL曲线8的外插值在图5中用参考符号10来表示。
所述部件在不同的负荷下从接近于现场的到大的加速，也即在较高的负荷下被运行致使其失效，由此测试时间被缩短。在此分析和总结错误原因，使得为该部件产生一个错误专有的EoL曲线8，其中所述曲线实现了与现场，即与部件的实际应用的关联。错误原因比如是：焊接中的开裂和蠕变、边界层的扩散(比如在黏合线材时的克肯达耳效应)、所谓浇铸混合物的分层、黏合疲劳、瞬态热阻Z_th的增加、电解电容器的泄露等。
从图6看出，不同的错误原因表现在所述部件的不同EoL曲线8中。在此示出了比如四个部件K1、K2、K3和K4的不同EoL曲线。当然，本发明的方法可以应用于少于四个的部件或任意多的部件K1、K2、K3至Kn。在图6中清楚可见，该第四部件K4的EoL曲线不能超过所要求的时长而承受得住大致位于中间负荷区域的一个负荷。因此该部件K4不适于所计划的在现场的应用。在该产品现场应用之前，该部件K4必须被替换为一个更稳定的或更耐久的。在图7中示出了比如四个部件K1、K2、...、K4的寿命终止曲线8，其中在图7所示曲线中的部件K4与图6的曲线相比已被替换为一个更稳定的或更耐久的部件K4。以这种方式不用大的耗费把图6中的不可靠的产品变成可靠的产品(对照图7)。与现有技术不同，在本发明中不需要对该产品进行深入的错误分析和全面的重新构造。
在图6中一眼就可看出，该部件K4不满足对其提出的要求，因为该部件K4的EoL曲线8与假定现场负荷1或附加的现场负荷3相交。在图6中产品的不满足要求的那些部件，比如部件K4被简单地替换为更稳定的和/或更耐久的(比照图7)，如此使得所有部件K1至K4(或K1至Kn)的所有EoL曲线8位于所述假定现场负荷1连同附加的现场负荷3之上。
借助不同部件K1至K4(或K1至Kn)的EoL曲线8，获得了该产品的一个EoL曲线11。该产品的EoL曲线总是包括一些部件K1、K2、...K4的EoL曲线8，其中这些部件在不同的负荷等级中分别具有最短的失效时间。在图6所示的实施例中，该第四部件K4的EoL曲线8在所有的负荷等级中都具有最短的失效时间。因此该产品的EoL曲线11仅包括该第四部件K4的EoL曲线8。从而该产品的EoL曲线11也与该假定现场负荷1或附加的现场负荷3相交，并从而不满足对其提出的可靠性要求。
在图7中所示的实施例中，该产品的EoL曲线在低负荷等级中包括该第四部件K4的EoL曲线8，在中间的负荷等级包括该第一部件K1的EoL曲线8，最后在高的负荷等级包括该第二部件K2的EoL曲线8。所有部件K1、K2、...、K4的EoL曲线8和该产品的EoL曲线11均在该假定现场负荷1或附加现场负荷3上方一个距离处变化，如此大约可以得出，该部件K1、K2、...、K4和该产品满足可靠性要求。也即可以获得所有的部件K1、K2、...、K4(或K1、K2、...、Kn)，乃至整个产品的所述可靠性证明。
然而为了最终的安全，可以根据Palmgren-Miner给所述部件实施一种损害累加，其中所述部件的EoL曲线8在该假定现场负荷1或附加现场负荷3上方一个距离处变化，事实上能够满足所述要求。这在下文中参照图8来详细解释。在每个负荷等级(比如60-70℃、70-80℃、...、180-190℃)中，一个部件的假定现场负荷的时长(时间t或周期数N)Ni与该部件的EoL曲线8上的一个(失效时间的)相应值Ni之间的间距13被确定，并根据Palmgren-Miner被累加。在该部件的EoL曲线8上的相应值或者已经被测量(失效时间的测量)(点7)，或者在被测量的值之间内插(点9)，或者在被测量的值外边外插(点10)。如果商的总和Si小于1( )，那么就涉及一个可靠的部件。但是，如果该总和Si大于或等于1( )，那么该部件就不满足要求。所存在的危险是，该部件K1、K2、...、Kn在到达其给定最小寿命前提前失效。因此该部件必须被一个更稳定的或更耐久的取代。
本发明方法的一个优点在于，可以针对产品来确定失效规则，并针对应用进行调整。该失效规则不必是此前已知的，而是甚至可以在对失效时间和部件与产品的EoL曲线8、11进行测定结束之后被确定。
这对于在连接技术领域中的过渡电阻Ri，比如在图9中示出。该假定现场负荷再次用参考符号2来表示。对于不同构造的过渡电阻Ri用不同的EoL曲线8.1至8.3来示出。不同的EoL曲线8.1至8.3与该假定现场负荷1具有一个不同的安全间距。也即，如果比如考虑一个控制装置(产品)，其中在图9中用不同的EoL曲线8.1至8.3来表示的所述过渡电阻Ri(部件)被应用于一个比最初所计划的，比如更靠近内燃机的更温暖环境中，那么该过渡电阻Ri应优选地按照具有R3＝20mΩ的标准Krit3来设定，如此使得该EoL曲线8.3至该假定现场负荷1的安全距离被构造得足够大。
但是，如果可以保证部件仅仅被应用于给定的环境中，使得实际的现场负荷将不会明显地超过该假定现场负荷1，那么该过渡电阻Ri也可以按照具有R1＝5mΩ的标准Kritl来设定而不会带来问题。从而利用本发明根据所计划的应用或根据变化的应用条件分别选择最佳的部件，并由此来装配产品。
利用本发明可以把顾客专用的负荷曲线折算为产品的相应寿命，可以进行预防性的寿命判断。
借助本发明不仅可以验证产品的可靠性，而且可以获得用于可靠性证明的最佳负荷12。在现有技术中存在的大问题是，在可靠性证明中测定该负荷12(比照图2：相对低的负荷2、4，从而导致过多时耗；比照图3：相对高的负荷5，从而产生与现场无关的错误)，这根据本发明可以不成问题地被执行。在可靠性证明中的所述负荷12必须如此来选择，使得它位于产品的EoL曲线11下面。此外还应当注意的是，测试时长的长度如此来选择(比如在50与3000小时或周期N之间)，使得该测试结果具有代表性。利用在可靠性证明中以这种方式所获得的负荷12，可以想象在将来对该产品进行验证，其中保证了该验证尽可能短，并且尽可能地避免与现场无关的错误出现。
在图10中是某一负荷曲线，它是一个装配好的产品在其整个寿命中看来所经历的，该负荷曲线用参考符号14来表示。该负荷曲线14或者是估计的，或者是模拟的，或者是在实际条件下被纪录的。在这里所示的被简化的实施例中该负荷曲线14包括相对短的时长Δt1，在该时长Δt1中施加一个相对小的负荷T1。此外该负荷曲线14还包括较长的时长Δt2，在该时长Δt2中施加一个较高的负荷T2。从而该负荷曲线14包括一个以某一频率(1/(Δt1+Δt2))周期重复的负荷波动ΔT1。具有负荷曲线14的产品的负荷不但导致产品的一个热负荷，而且导致产品的一个热机械负荷，其中在热负荷和热机械负荷间相互存在某一比例。该热负荷比如以再结晶或扩散的形式在产品上出现。该热机械负荷的原因主要在于该产品的材料和部件的不同热膨胀系数(所谓的TCE-失配)。
一个加速负荷曲线用参考符号15来表示，其中该加速负荷曲线在这里所示的被简化的实施例中包含有相对短的时长Δt1，在该时长Δt1中施加相对小的负荷T1。此外该负荷曲线15还包括较长的时长Δt2，在该时长Δt2中施加一个较高的负荷T3，其中该负荷T3大于第一负荷曲线14中的负荷T2。以这种方式与该第一负荷曲线14相比，虽然负荷波动的频率保持相同，但是得到了一个比在该第一负荷曲线14中大的负荷波动ΔT2(ΔT2>ΔT1)。也即该负荷曲线15包含一个以某一频率(1/(Δt1+Δt2))周期重复的较大的负荷波动ΔT2。被加速的负荷曲线15导致热负荷与热机械负荷相比而被过分强调。所产生的热负荷的加速系数或由于负荷曲线15的热负荷而失效的概率提高的程度可以根据阿雷尼厄斯规则来计算。
在图10中用参考符号16来表示另一加速负荷曲线，其中该负荷曲线在这里所示的被简化的实施例中包括一个相对短的时长Δt3，在该时长Δt3中施加相对小的负荷T1。该时长Δt3短于负荷曲线14和15中的时长Δt1。此外该负荷曲线16还包括较长的时长Δt4，在该时长Δt4中施加较高的负荷T2。该时长Δt4短于负荷曲线14和15中的时长Δt2。虽然以这种方式，与负荷曲线14相比该负荷波动ΔT1保持不变，但是测试在时间上被加速，如此使得该负荷曲线16包括一个以较高的频率(1/(Δt3+Δt4))周期性重复的负荷波动ΔT1。被加速的负荷曲线16导致该热机械负荷与热负荷相比而被过分强调。所产生的热机械负荷的加速系数或由于负荷曲线16的热机械负荷而失效的概率提高的程度可以根据科芬-曼森规则来计算。
为了提供可靠性证明，实际的负荷曲线14出于时间原因不能完整地经历。因此采用了加速的测试(比照负荷曲线15和16)，其中负荷被提高，并且测试的时长相应地缩短。为了在加速的测试中也实现尽可能接近实际地模拟该产品在其寿命周期上的实际负荷，根据本发明，推荐在某一高于一个可给定的现场负荷T2的温度T4在某一时长Δt6内实施加速的可靠性证明，其中所述时长Δt6小于现场负荷T2的时长Δt2。在此，被提高的温度T4和被缩短的时长Δt6如此来相互协调，使得该产品的机械负荷和该产品的热机械负荷大致以相同的系数被加速。该方法当然不仅可以应用于绝对负荷(比如温度Ti)，而且可以应用于负荷周期或负荷波动(比如温度波动ΔTi)。那么在这种情况下，在大于产品的一个可给定的现场负荷ΔT1的某一温度波动ΔT3下，采用比该现场负荷ΔT1的频率1/(Δt1+Δt2)大的某一频率1/(Δt5+Δt6)来实施加速的可靠性证明。在此被提高的温度波动ΔT3和较高的频率1/(Δt5+Δt6)如此来相互协调，使得产品的机械负荷和热机械负荷大致以相同的系数被加速。
对于提高的温度T4或提高的温度波动ΔT3，首先根据阿雷尼厄斯来获得所产生的热负荷的加速系数。然后根据科芬-曼森借助所获得的热负荷的加速系数来如此获得供测试用的所产生的缩短的时长Δt5、Δt6或提高的频率1/(Δt5+Δt6)，使得热机械负荷的加速系数大致等于热负荷的加速系数。
利用本发明的方法可以缩短测试时间，并可以降低产品造价。此外还可以提高可靠性。此外还可以对部件或整个产品的预期寿命进行准确的预测。测试条件选择得尽可能接近现场，以能够真正体现与产品的关联。尽可能地避免在现场不可能出现的错误原因的形成。
本发明的一个实质性的优点是实施接近于现场的测试，其方式是在不同的温度T和温度波动ΔT下驱动部件或元件直至失效，对失效机制进行分析，并与预定的曲线变化和函数形成关联。测试规则被选择得接近于现场，以保证与现场中(在实际的应用中)的实际负荷的关联。
中断条件在此可以在测试结束后动态地针对相应的应用场所进行调整并被确定，并不必是预先已知的。从而实现了产品的造价合理的、产品专有的构造，在同时提高可靠性的情况下具有足够的预期寿命。可以避免所谓的工程过量或工程欠缺。通过避免返工可以同时改善产品的供应质量。
在提高现场负荷时，可以利用本发明的方法来避免产品的构造上的不足。由于可标度性(之前所实施的测量以及测试条件的确立)，可以在一个合适的短的时间内实施可靠性证明，而不必在新的产品上单独实施测试。在原型机上实施所述的大大简化的测试就足够了。
在本发明的基础上可以使供应商和顾客进行深入的沟通。该沟通过程比如在图4中示出。在产品按照规定的运行期间，该产品承受一个实际的现场负荷(TFB)，其中它是一个客观的可确定的量，并从而在供应商看来和在顾客看来是一样的。但是实际的现场负荷TFB在产品应用之前，也即在开发产品的时间点上还是未知的。根据所预期的实际现场负荷TFB，供应商获得一个假定的现场负荷AFB1，其中该假定现场负荷AFB1可能与一个由顾客所获得的假定的现场负荷1明显不同。这尤其取决于供应商和顾客通常遵从不同的目标。顾客(比如汽车生产商)希望有尽可能高的质量并从而基于一个相对高的假定现场负荷AFB2，而在供应商处除了质量要求外，还以低造价为前提，如此使得供应商通常从一个较低的假定现场负荷AFB1出发。造成供应商方面和顾客方面对假定现场负荷AFB看法不同的原因尤其是以下的实际情况，即在产品开发时该产品在现场的实际现场负荷TFB还是未知的。
借助供应商的假定现场负荷AFB1，或者在考虑该假定现场负荷AFB1的情况下，该负荷12在可靠性证明BZN中获得。借助本发明的方法，可以以图6中所示的方法和上述的方法来对该负荷12的测定进行优化，如此在可靠性证明BZN中获得最佳负荷12。
顾客由该假定现场负荷AFB2而获得一个由他所要求的检验负荷EB，其中在顾客看来该产品为了保证给定的质量标准而必须承受所述的检验负荷EB。由顾客所要求的检验负荷EB通常还大于由供应商在可靠性证明BZN中所获得的负荷。目前供应商对以下方面还缺少论据，即为什么由供应商在可靠性证明中所获得的负荷12是完全足够的，从而该产品满足由顾客所提出的质量要求；如果该产品此外还满足由顾客所提供的检验负荷EB，那么该产品就可能是过分构造的。
借助本发明，现在给供应商提供了一种工具，利用该工具可以给顾客提供可考证的以及可重新构建的关于以下方面的论据，即为什么按照所述方法在可靠性证明BZN中根据图6所获得的负荷12完全足够提供可靠性证明。
通过对可观察量(可观察的量)的测量和观察来进行元件或部件的寿命终止的确定。所述可观察量在一个有源元件中比如可能是浇铸混合物分层或黏合疲劳。其它例子在下面的列举中进行总结。当然也可以是其它的可观察量。
下面来描述具有其可观察量的一些错误原因。在有源元件中(比如集成电路IC、运放OP、微处理器、微控制器、MOSFET等)错误原因比如是所谓的浇铸混合物的分层，其中这可以借助超声波来探测。此外还可能是黏合疲劳、热阻Zth的增加、电流Isubthreshold的增加或内阻Ron的增加。
在无源元件中(比如一个欧姆电阻、线圈或电容等)，比如电容、损耗因数tanα或者电气串联电阻ESR是可观察量；同样绝缘电阻Riso在-40、+25、+125和+150摄氏度时或在其它可自由选择的温度下也是可观察量。错误原因同样可以通过光学控制或通过对特征曲线漂移的分析而被识别。
在印刷电路板中可以实施比如绝缘电阻Riso的电阻测量。分层、绝缘漆中的裂纹或者玻璃纤维构造中的裂纹同样可以作为可观察的量采用光学方法来识别。
在构建连接技术AVT中(比如在焊接时)为了探测典型的错误原因可以实施电阻测量、剪力测量或x射线检验。此外还可以对连接位置进行打磨，并以这种方式来探测错误原因。
可靠性测试必须以现场出现的负荷类型为准则，其中可能出现被动加热、主动加热和脉冲载荷。下面对这些负荷类型进行解释，并示例地指出利用哪种测试流程可以模拟该负荷。
被动加热：
这比如由在汽车的行驶运行期间的温度变化而引起。在一种单室温度变化系统中(比如以+5K/min)可以模拟该负荷。
主动加热：
这通过在行驶运行期间比如半导体的平均损耗功率而引起。通过以0.1至0.001Hz(周期为10至1000秒)以及5至10W的损耗功率加热该部件来进行实验模拟。主动加热与被动加热相叠加。
脉冲载荷：
这造成具有1至50Hz(周期为20毫秒至1秒)的温度变化，是接通过程中具有短时上升直至几百瓦的损耗功率的结果。通过元件的脉冲运行来进行实验模拟。这种脉冲运行可能与被动加热和主动加热相叠加。
为了使可靠性证明简单化和具有更好的可重复性，在证明期间部件的运行被限制于周期性的过程和采用固定端点温度。当然也可以将变化的温度与温度波动相互穿插。为此选择两个近似现场的端点温度Tunten和Toben。在下端点温度Tunten中，在具有高的汽车拥有量的人口稠密区域对冬天的平均最小温度进行求平均，如此得到-15℃。作为不同EoL试验的上端点温度Toben比如选择100、125、150、175和200℃。
与很多标准测试方法相反，本试验在缓慢的温度变换下进行，因为缓慢的温度变换主要由被动加热引起。如果在低温下不存在错误原因，那么在下端点温度Tunten上的保持时间被限制成最小。在上述的端点温度Toben上选择保持时间时原则上必须考虑已知的错误机制(比如焊接的蠕变、扩散的材料转移等)。这可能导致不同的错误机制也需要不同的保持时间。比如可以考虑的是，将所述上端点温度Toben保持15或60分钟。
从部件的EoL曲线8中可以获得以下结果：
-仅仅掌握与现场有关的机制，
-失效分布，以及
-失效时间点(N 63％)。
由对部件的EoL曲线8的分析得到：
-激活能的测定，
-科芬-曼森系数的测定，
-对接近现场的测试与标准测试之间的关联的确定，以及
-通过可变的失效条件而进行的产品专有的设计。
本发明具有以下的优点：
-较短的产品开发时间，
-在开发产品时避免返工，
-没有工程过量：可以选择相应最有利的部件、技术和元件，
-如果某一产品的部件被构造得足够稳定和耐久，那么还可以针对较高的技术应用曲线来提供该产品，以及
-仅仅掌握与现场有关的错误机制。
按照现有技术为某一产品提供可靠性证明可能持续直至一年，而利用本发明在几个小时之后就能够作出同样可靠和有代表性的判断。此外，本发明还能够建立较好的顾客关系，因为与部件和产品的寿命和设计相关的中心疑问和问题可以得到比较快速的解答。此外通过寿命终止测试可以明确地指出产品和部件的技术极限。可以对测试进行加速，其中该加速系数(现场的和实验室的)可以精确地被确定。同样还可以实施寿命评估，其中部件的寿命由寿命终止曲线8直接给出，并且可以借助产品的EoL曲线11来推测整个产品的寿命。
所获得的结果可以在供应商或顾客的开发部门被用于：
-对部件和产品的可靠性进行更好的利用和评估；
-对部件和产品进行应用专有的设计；以及
-对将来的开发的优化表征。
此外，可以在危机中以及特殊放行中为确定的产品和部件进行可靠的风险评估。可以建立该产品的特定的寿命模型，如此为模拟提供更完善的和更可靠的寿命模型。
在高温应用的范畴内对本发明进行了详细解释。但本发明也可应用于在“标准”温度、机械负荷、湿度和/或化学制品负荷下的其它所有的可靠性证明中。
在图11中是一种本发明的装置，它用参考符号20来表示。在该装置20中从一个数据库21中为许多不同的部件提供EoL曲线8。该数据库21可以直接地或通过一个客户机-服务器网络，比如因特网，与该装置20连接。该装置20可以调用该数据库21中的所期望的EoL曲线8，并将所期望的EoL曲线8完全或部分下载。
在该装置20的一个输入端22上施加了某一部件或某一产品的一个可给定的载荷集或载荷曲线。所施加的载荷曲线在图2和3的意义上比如是所述的假定现场负荷AFB1和必要时的一个附加负荷3。在该装置20的一个输出端23上存在一个输出信号，其中该输出信号提供关于某一部件或整个产品的可靠性和/或寿命的一个判断。该可靠性证明仅仅提供“是”或“否”判断，也即该部件或该产品可以或不可以获得该证明，而所述寿命则提供一个关于该部件或该产品的耐久性的精确判断。该寿命比如提供以小时为单位的一个值或一个周期数，其中当该部件或该产品被加载一个给定的负荷时，则在所述值或周期数之后它可能失效。
也可考虑的是，不同部件的EoL曲线8由该部件的生产者和供货商来纪录，并与该产品一起，比如作为数据页上的附加信息或作为可通过因特网调用的信息提供给顾客。然后顾客可以借助本发明的装置20由所提供的部件来组装任意的产品，并从这些部件的EoL曲线8中为这些部件确定一个相应的产品的EoL曲线11。借助所提供的或自己测定的假定现场负荷1(AFB)以及附加的现场负荷3，采用一个在可靠性证明中给定的负荷2或者一个事先在可靠性证明中测定的最佳负荷12，可以验证该产品是否达到要求。
在该装置20中设置有一个存储器单元24，其中该存储器单元比如构造为一个闪存。在该存储器单元24上存储有一个计算机程序25，其中该计算机程序可在该装置20的一个计算装置26上执行。该计算装置26比如构造为一个微控制器或构造为一个微处理器。为了在该计算装置26上执行该计算机程序25，该计算机程序通过一个数据连接27以一次一指令的方式或整个被传输到该计算装置26。在该计算机程序25的执行的范畴内所获得的数据可以在反方向上通过该数据连接27从该计算装置26传输到该存储器单元24，并在那里被存储。
当该计算机程序25在该计算装置26上被执行时，它就实施本发明的方法。在所示的实施例中，该计算机程序尤其实施以下的方法步骤：
-借助来自该数据库21的EoL曲线8来获得某一产品的一个EoL曲线11，如此使得该EoL曲线11在不同负荷T、ΔT下包含所述部件的被加载到该装置中的EoL曲线8中的那些在相应的负荷T、ΔT下分别具有最短的失效时间t、N的EoL曲线8；以及
-将产品的预期寿命作为该产品的EoL曲线11上的并与在输入端22上所给定的产品的负荷1、3相关的函数值来获得。
此外还可以为该产品提供可靠性证明，其方式是验证该产品的EoL曲线11在一个可给定的时长t；N内是否位于一个在输入端22上给定的负荷2，12之上，并且如果是，那么该产品就可视为获得了所述的可靠性证明。
在计算装置26上执行计算机程序25之前，为了获得部件K1至Kn的EoL曲线8还可以实施以下的方法步骤：
-给该产品的部件K1至Kn加载一个可给定的负荷T、ΔT；
-在不同的负荷T、ΔT下分别驱动该部件K1至Kn直至其失效；
-为各部件K1至Kn存储对应负荷T、ΔT的所达到的失效时间t、N；
-根据部件K1至Kn的与负荷相关的失效时间t、N，纪录该部件K1至Kn的所属的寿命终止(EoL)曲线8并将这些曲线存储在该数据库21中。
在该EoL曲线8的支撑点之间的上述内插以及通过这些支撑点向外的外插也同样是可以的。
Claims (13)
1.对至少包括两个部件(K1、K2、K3、...Kn)的产品的预期寿命进行预测的方法，其中所述预期寿命根据所述产品的一个可给定的负荷(1、3)来测定，
其特征在于以下的方法步骤：
-给所述产品的部件(K1、K2、K3、...Kn)加载不同的负荷(T、ΔT)；
-在所述不同负荷(T、ΔT)下分别将所述部件(K1、K2、K3、...Kn)驱动直至其失效；
-分别为所述各个部件(K1、K2、K3、...Kn)对应所述负荷(T、ΔT)存储所达到的失效时间(t、N)；
-根据一个部件(K1、K2、K3、...Kn)的与负荷相关的失效时间(t、N)，纪录所述部件(K1、K2、K3、...Kn)的所属寿命终止(EoL)曲线(8)；
-如此获得所述产品的一个EoL曲线(11)，使它在不同负荷(T、ΔT)下包含所述部件(K1、K2、K3、...Kn)的EoL曲线(8)中的那些在相应的负荷(T、ΔT)下分别具有最短的失效时间(t、N)的EoL曲线；以及
-将所述产品的预期寿命作为所述产品的EoL曲线(11)上的与所述产品的给定负荷(1、3)相关的函数值来获得。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
所述方法用于给所述产品提供可靠性证明，并验证所述产品的EoL曲线(11)在一个可给定时长(t；N)内是否位于一个可给定负荷(2；5；12)之上，并且，如果是这种情况，那么就将所述产品视为获得了所述可靠性证明。
3.根据权利要求1或2所述的方法，
其特征在于，
将所述部件(K1、K2、K3、...Kn)的EoL曲线(8)向较小的负荷(T、ΔT)方向外插(10)。
4.根据权利要求1至3之一所述的方法，
其特征在于，
对所述部件(K1、K2、K3、...Kn)的EoL曲线(8)在特定的负荷(T、ΔT)下的所述失效时间(t、N)的离散值之间进行内插(9)，其中在所述离散值上所述EoL曲线(8)被纪录(7)。
5.根据权利要求1至4之一所述的方法，
其特征在于，
所述负荷是所述部件(K1、K2、K3、...Kn)的某一绝对运行温度(T)和/或在某一时间段内某一幅度的温度波动(ΔT)。
6.根据权利要求5所述的方法，
其特征在于，
在每个负荷等级中，一个部件的给定负荷的时长与该部件的EoL曲线上的相应值之间的距离被确定，并根据Palmgren-Miner被累加。
7.根据权利要求5或6所述的方法，
其特征在于，
在所述产品在某一位于所述产品的可给定现场负荷之上的温度下的热负荷的范畴内，在位于所述现场负荷的时长之下的某一时长中实施一个加速的可靠性证明，其中所述某一温度和所述某一时长如此来相互协调，使得所述产品的机械负荷和所述产品的热机械负荷大致以相同的因数被加速。
8.根据前述权利要求之一所述的方法，
其特征在于，
一个部件的EoL曲线至少包括两个点，其中这两个点通过在不同负荷下所述部件的失效时间来得到。
9.用于对至少包括两个部件(K1、K2、K3、...Kn)的产品的预期寿命进行预报的装置(20)，其中所述装置(20)根据所述产品的一个可给定的负荷(1、3)来确定所述预期寿命，
其特征在于，
-用于加载所述至少两个部件(K1、K2、K3、...Kn)的寿命终止(EoL)曲线(8)的工具，其中所述EoL曲线(8)在之前按照所测定的与负荷相关的所述部件(K1、K2、K3、...Kn)的失效时间(t、N)已经被纪录；
-用于如此获得所述产品的EoL曲线(11)的工具，使得它在不同的负荷(T、ΔT)下包含所述部件(K1、K2、K3、...Kn)的EoL曲线(8)中的那些在相应的负荷(T、ΔT)下分别具有最短的失效时间(t、N)的EoL曲线；以及
-用于将所述产品的预期寿命作为所述产品的EoL曲线(11)上的与所述产品的给定负荷(1、3)相关的函数值来获得的工具。
10.根据权利要求9所述的装置(20)，
其特征在于，
所述部件(K1、K2、K3、...Kn)的至少两个EoL曲线(8)在之前已经根据所获得的所述部件(K1、K2、K3、...Kn)的与负荷相关的失效时间(t、N)被纪录。
11.根据权利要求10所述的装置(20)，
其特征在于，
所述部件(K1、K2、K3、...Kn)的至少两个EoL曲线(8)已经被一个所述部件(K1、K2、K3、...Kn)的生产者纪录。
12.根据权利要求9至11之一所述的装置(20)，
其特征在于，
所述装置(20)用于给所述产品提供可靠性证明，并具有用于验证所述产品的EoL曲线(11)在一个可给定的时长(t；N)内是否位于一个可给定的负荷(2；5；12)之上的工具，并且，如果是，那么就将所述产品视为已获得可靠性证明。
13.计算机程序(25)，其中该计算机程序是可在数据处理设备(20)的计算装置(26)上，尤其是在微处理器上，执行的，
其特征在于，
当所述计算机程序(25)在所述计算装置(26)上执行时，所述计算机程序(25)被编程用于实施根据权利要求1至8之一所述的方法。
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102680812A (zh) * | 2012-03-14 | 2012-09-19 | 大唐移动通信设备有限公司 | 一种产品寿命评价方法和装置 |
| CN104049627A (zh) * | 2013-03-14 | 2014-09-17 | 费希尔控制国际公司 | 基于加速老化技术的聚合体组件的阀预测 |
| CN104049628A (zh) * | 2013-03-14 | 2014-09-17 | 费希尔控制国际公司 | 基于实验测试的阀预测 |
| CN107923935A (zh) * | 2015-07-17 | 2018-04-17 | 慧与发展有限责任合伙企业 | 操作频率确定 |
| CN109388829A (zh) * | 2017-08-10 | 2019-02-26 | 湖南中车时代电动汽车股份有限公司 | 一种电子产品寿命测算方法 |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4938695B2 (ja) * | 2008-01-23 | 2012-05-23 | 富士通株式会社 | き裂進展評価装置及びき裂進展評価方法 |
| WO2012167819A1 (de) * | 2011-06-07 | 2012-12-13 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur ermittlung einer restlebensdauer einer maschinenkomponente und computerprogramm zur durchführung des verfahrens |
| US8819498B2 (en) * | 2011-09-09 | 2014-08-26 | Xerox Corporation | Fault-based unit replacement |
| US20130331963A1 (en) * | 2012-06-06 | 2013-12-12 | Rockwell Automation Technologies, Inc. | Systems, methods, and software to identify and present reliability information for industrial automation devices |
| CN102789195A (zh) * | 2012-07-26 | 2012-11-21 | 常州中科智联机电科技有限公司 | 一种用于门窗执手疲劳寿命试验机的数控装置 |
| JP6432393B2 (ja) | 2015-03-02 | 2018-12-05 | 株式会社デンソー | 電子制御装置 |
| CN105093028B (zh) * | 2015-08-21 | 2018-08-07 | 北京航天长征飞行器研究所 | 一种电子类产品加速贮存的试验方法 |
| US10599992B1 (en) * | 2015-09-10 | 2020-03-24 | EMC IP Holding Company LLC | Predicting reliability of product and part combinations using machine learning based on shared model |
| US10812518B1 (en) * | 2017-05-18 | 2020-10-20 | Wells Fargo Bank, N.A. | End-of-life management system |
| EP3598256B1 (en) * | 2018-07-16 | 2023-11-29 | ABB Schweiz AG | Apparatus for prediction of the residual lifetime of an electrical system |
| DE112018008225T5 (de) * | 2018-12-27 | 2021-09-16 | Mitsubishi Electric Corporation | Anomalie-diagnosevorrichtung und anomalie-diagnoseverfahren |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5937443A (ja) * | 1982-08-25 | 1984-02-29 | Kawasaki Steel Corp | 機器の寿命診断方法および装置 |
| JP2793641B2 (ja) * | 1989-08-09 | 1998-09-03 | 沖電気工業株式会社 | 信頼性特性値算出装置 |
| US5210704A (en) * | 1990-10-02 | 1993-05-11 | Technology International Incorporated | System for prognosis and diagnostics of failure and wearout monitoring and for prediction of life expectancy of helicopter gearboxes and other rotating equipment |
| JPH06337882A (ja) * | 1993-05-28 | 1994-12-06 | Nec Corp | 故障率計算システム |
| US6631293B2 (en) * | 1997-09-15 | 2003-10-07 | Cardiac Pacemakers, Inc. | Method for monitoring end of life for battery |
| JP3681033B2 (ja) | 1997-11-17 | 2005-08-10 | 株式会社小松製作所 | エンジン並びに熱源を有する機械の寿命予測装置 |
| US6075724A (en) * | 1999-02-22 | 2000-06-13 | Vantis Corporation | Method for sorting semiconductor devices having a plurality of non-volatile memory cells |
| JP2002141388A (ja) * | 2000-10-31 | 2002-05-17 | Toshiba Corp | 半導体装置の評価方法及びその評価装置 |
| US6970003B2 (en) * | 2001-03-05 | 2005-11-29 | Rosemount Inc. | Electronics board life prediction of microprocessor-based transmitters |
| DE10215865A1 (de) * | 2002-04-11 | 2003-11-06 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren und Steuergerät zur Ermittlung der Ausfallwahrscheinlichkeit einer Kraftfahrzeugkomponente |
| JP2004219954A (ja) * | 2003-01-17 | 2004-08-05 | Ricoh Co Ltd | 部品選別装置、部品選別方法、プログラム及び記録媒体 |
| CN1525332A (zh) * | 2003-02-26 | 2004-09-01 | 联想(北京)有限公司 | 一种实现温度可靠性测试的方法 |
-
2004
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- 2005-11-25 EP EP05813679A patent/EP1828894A2/de not_active Ceased
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102680812A (zh) * | 2012-03-14 | 2012-09-19 | 大唐移动通信设备有限公司 | 一种产品寿命评价方法和装置 |
| CN104049627A (zh) * | 2013-03-14 | 2014-09-17 | 费希尔控制国际公司 | 基于加速老化技术的聚合体组件的阀预测 |
| CN104049628A (zh) * | 2013-03-14 | 2014-09-17 | 费希尔控制国际公司 | 基于实验测试的阀预测 |
| CN104049627B (zh) * | 2013-03-14 | 2018-06-08 | 费希尔控制国际公司 | 基于加速老化技术的聚合体组件的阀预测 |
| CN104049628B (zh) * | 2013-03-14 | 2018-12-18 | 费希尔控制国际公司 | 基于实验测试的阀预测 |
| US10718727B2 (en) | 2013-03-14 | 2020-07-21 | Fisher Controls International Llc | Valve prognostics for polymeric components based on accelerated aging techniques |
| US10845272B2 (en) | 2013-03-14 | 2020-11-24 | Fisher Controls International Llc | Laboratory testing-based valve prognostics |
| US11385138B2 (en) | 2013-03-14 | 2022-07-12 | Fisher Controls International Llc | Laboratory testing-based valve prognostics |
| CN107923935A (zh) * | 2015-07-17 | 2018-04-17 | 慧与发展有限责任合伙企业 | 操作频率确定 |
| US10691517B2 (en) | 2015-07-17 | 2020-06-23 | Hewlett Packard Enterprise Development Lp | Operating frequency determination based on a warranty period |
| CN109388829A (zh) * | 2017-08-10 | 2019-02-26 | 湖南中车时代电动汽车股份有限公司 | 一种电子产品寿命测算方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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