CN115186503A - 一种设备寿命预测方法、装置及恒温加速试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种设备寿命预测方法、装置及恒温加速试验系统，属于设备可靠性预测技术领域。设备寿命预测方法包括：获取设备中的各个电路板卡上的每个元器件对应于初始恒定温度的初始工作温度以及对应于第一恒定温度的第一工作温度；基于每个元器件的激活能、初始工作温度和第一工作温度，分别确定每个元器件的加速比；根据每个元器件的加速比和失效率，确定设备的加速比；以及根据从在第一恒定温度下开始对设备进行恒温加速试验至该设备中的任一电路板卡出现故障的试验时长和所确定的设备的加速比，预测设备的寿命。本发明实施例对设备寿命的预测更为精准可靠，并且无需试验大量样本，成本低，且适用性更强。

Description

一种设备寿命预测方法、装置及恒温加速试验系统

技术领域

本发明涉及设备可靠性预测技术领域，具体地涉及一种设备寿命预测方法、预测装置及恒温加速试验系统。

背景技术

为了提高设备运行的可靠性，通常需要对设备进行寿命预测。现有的寿命预测主要通过以下三种方式：

(1)传统法：依据对设备高温老化试验过程中的大量的样本和失效数据，采用图估计法，建立寿命曲线模式进行寿命预测。该种方式往往需要大量实验样本，导致实验周期长，成本高。

(2)10℃法则法：其为一种经验法则，即温度升高10℃，产品寿命降低约2倍(即加速比τ约2倍)。但是由于该方法凭借经验预测，因此误差较大，适用性不强，测算不准确。

(3)温度预测法：该方法总结了由温度决定的化学反应速度依赖关系的规律性，以电子元器件在不同恒定温度下加速老化试验为理论依据进行寿命预测。但是该方法存在把整个设备视为一个元器件的问题，导致预测误差较大，忽略了各个元器件因功耗不同造成的表面温度差异。

因此，当前需要更为适用的方法，以对设备寿命进行预测。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种设备寿命预测方法、装置及恒温加速试验系统，用于至少部分地解决上述存在的技术问题。

为了实现上述目的，第一方面，本发明实施例提供一种设备寿命预测方法，所述设备寿命预测方法包括：在分别基于初始恒定温度和第一恒定温度对所述设备进行恒温加速试验的情况下，获取所述设备中的各个电路板卡上的每个元器件对应于所述初始恒定温度的初始工作温度以及对应于所述第一恒定温度的第一工作温度，其中所述第一恒定温度大于所述初始恒定温度；基于所述每个元器件的激活能、所述初始工作温度和所述第一工作温度，分别确定所述每个元器件的加速比；根据所述每个元器件的加速比和失效率，确定所述设备的加速比；以及根据从在所述第一恒定温度下开始对所述设备进行所述恒温加速试验至该设备中的任一电路板卡出现故障的试验时长和所确定的所述设备的加速比，预测所述设备的寿命。

可选的，所述每个元器件的加速比通过如下公式被确定：

其中，τ_j为所述设备中的第i个元器件的加速比，Eα_i为所述设备中的第i个元器件的激活能，T_0，i为所述设备中的第i个元器件的初始工作温度，T_1，i为所述设备中的第i个元器件的第一工作温度，k为玻尔兹曼常数。

可选的，所述设备的加速比通过如下公式被确定：

τ_e＝∑λ_i*τ_i/∑λ_i

其中，T_e为所述设备的加速比，λ_i为所述设备中的第i个元器件的失效率，τ_i为所述设备中的第i个元器件的加速比。

可选的，所述设备的寿命通过以下公式预测得到：

MTBF_e＝t*τ_e

其中，MTBF_e为所述设备的寿命，t为从在所述第一恒定温度下开始对所述设备进行所述恒温加速试验至该设备中的任一电路板卡出现故障的试验时长，τ_e为所述设备的加速比。

可选的，在确定所述设备的任一电路板卡在所述第一恒定温度下发生故障后，所述设备寿命预测方法还包括：定位出现故障的电路板卡上的失效元器件，并计算所述失效元器件在所述第一恒定温度下的失效率；针对在第二恒定温度下继续对所述设备进行所述恒温加速试验的情况，确定所述失效元器件对应于所述第二恒定温度的激活能，其中所述第二恒定温度大于所述第一恒定温度；基于所述失效元器件的激活能，计算所述失效元器件的加速比；以及基于所述失效元器件的加速比和失效率，重新预测所述设备的寿命。

可选的，采用如下公式确定所述失效元器件在所述第一恒定温度下的失效率：

其中，λ′_i为第i个失效元器件在第一恒定温度下的失效率，n为与所述第i个失效元器件型号相同的失效元器件的数量，N为与所述第i个失效元器件型号相同的元器件总数量，t为从在所述第一恒定温度下开始对所述设备进行所述恒温加速试验至该设备中的任一电路板卡出现故障的试验时长。

可选的，所述设备寿命预测方法还包括：针对指定的所述设备中的电路板卡，根据该电路板卡上的每个元器件的加速比和失效率，确定该电路板卡的加速比，以预测所述电路板卡的寿命。

第二方面，本发明实施例提供一种设备寿命预测装置，所述设备寿命预测装置包括：获取单元，用于在分别基于初始恒定温度和第一恒定温度对所述设备进行恒温加速试验的情况下，获取所述设备中的各个电路板卡上的每个元器件对应于所述初始恒定温度的初始工作温度以及对应于所述第一恒定温度的第一工作温度，其中所述第一恒定温度大于所述初始恒定温度；第一确定单元，用于基于所述每个元器件的激活能、所述初始工作温度和所述第一工作温度，分别确定所述每个元器件的加速比；第二确定单元，用于根据所述每个元器件的加速比和失效率，确定所述设备的加速比；以及预测单元，用于根据从在所述第一恒定温度下开始对所述设备进行所述恒温加速试验至该设备中的任一电路板卡出现故障的试验时长和所确定的所述设备的加速比，预测所述设备的寿命。

可选的，所述第一确定单元采用如下公式确定每个元器件的加速比：

其中，τ_i为所述设备中的第i个元器件的加速比，Eα_i为所述设备中的第i个元器件的激活能，T_0，i为所述设备中的第i个元器件的初始温度，T_1，i为所述设备中的第i个元器件的第一工作温度，k为玻尔兹曼常数。

可选的，所述第二确定单元采用如下公式确定所述设备的加速比：

τ_e＝∑λ_i*τ_i/∑λ_i

其中，τ_e为所述设备的加速比，λ_i为所述设备中的第i个元器件的失效率，τ_i为所述设备中的第i个元器件的加速比。

可选的，在确定所述设备的任一电路板卡在所述第一恒定温度下发生故障后，所述预测单元还用于：定位出现故障的电路板卡上的失效元器件，并计算所述失效元器件在所述第一恒定温度下的实际失效率；针对在第二恒定温度下继续对所述设备进行所述恒温加速试验的情况，确定所述失效元器件对应于所述第二恒定温度的激活能，其中所述第二恒定温度大于所述第一恒定温度；基于所述失效元器件的激活能，计算所述失效元器件的加速比；以及基于所述失效元器件的加速比和失效率，重新预测所述设备的寿命。

第三方面，本发明实施例提供一种设备寿命预测装置，所述设备寿命预测装置包括：存储器，其存储有能够在处理器上运行的程序；以及所述处理器，其被配置为执行所述程序时实现上述第一方面任一项所述的设备寿命预测方法。

第四方面，本发明实施例提供一种恒温加速试验系统，所述恒温加速试验系统包括：高温老化箱，用于容纳所要试验的设备，并用于通过设置不同的恒定温度为所述设备进行恒温加速试验；温度采集装置，其设置于所述高温老化箱内，用于采集所述设备上的每个元器件在所述恒温加速试验过程中的工作温度；以及第二方面任一项所述的设备寿命预测装置，其分别与所述温度采集装置和所述设备连接，用于预测所述设备的寿命。

可选的，所述温度采集装置为红外热像仪，其设置于所述设备的上方。

可选的，所述恒温加速试验系统还包括设置在所述温度采集装置和所述设备之间的隔热防护层，用于对所述温度采集装置进行隔热防护。

可选的，所述恒温加速试验系统还包括板卡工装，其中，所述板卡工装上设置有与所述设备的各个电路板卡相适配的通信接口，且所述板卡工装与所述设备寿命预测装置连接；所述板卡工装用于获取所述各个电路板卡的运行数据，并将所述运行数据发送至所述设备寿命预测装置。

第五方面，本发明实施例提供一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行第一方面任一项所述的设备寿命预测方法。

通过上述技术方案，本发明考虑到恒温加速试验下设备中每个元器件因自身功耗不同导致工作温度不同的情况，先确定每个元器件的加速比，进而基于每个元器件的加速比得到设备的加速比，使得对设备寿命预测的结果更为准确，同时本发明无需大量试验样本，成本低，且适用性更强。

本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：

图1是根据一示例性实施例示出的一种设备寿命预测方法流程示意图；

图2是根据一示例性实施例示出的另一种设备寿命预测方法流程示意图；

图3是根据一示例性实施例示出的一种设备寿命预测装置示意框图；

图4是根据一示例性实施例示出的一种恒温加速系统示意图；以及

图5是根据一示例性实施例示出的一种基于恒温加速试验进行设备寿命预测的流程示意图。

附图标记说明

1、高温老化箱；2、红外热像仪；3、隔热防护层；4、板卡工装；5、测试软件；6、电源；7、电路板卡。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。

考虑到现有的设备寿命预测方案存在误差大、成本高、适用性不强等缺陷，本发明实施例提供一种设备寿命预测方法，如图1所示，所述设备寿命预测方法包括：

步骤S101，在分别基于初始恒定温度和第一恒定温度对设备进行恒温加速试验的情况下，获取设备中的各个电路板卡上的每个元器件对应于初始恒定温度的初始工作温度以及对应于第一恒定温度的第一工作温度，其中第一恒定温度大于初始恒定温度。

举例而言，恒温加速试验，也可称之为恒温老化试验，是针对电子产品仿真模拟其处于高温、恶劣环境的测试试验。通过该试验可以提高产品稳定性和可靠性，也可对设备寿命进行预测分析。具体的，该试验是将设备置于高温老化箱内，通过设定不同的恒定温度和试验时间以及设备试验样本数量等参数，监测设备在处于不同恒定温度下的运行情况，以获取设备在超出正常温度应力水平的温度环境下的失效情况，进而能够对设备的寿命进行预测和分析。在本发明实施例中，在对设备进行恒温加速试验的过程中，首先对高温老化箱设定初始恒定温度，其中，该初始恒定温度可以是常温；进而，在设备处于初始恒定温度的环境下监测设备中的各个电路板卡上的每个元器件的表面温度的变化，当表面温度变化趋于稳定时，此时记录每个元器件的表面温度，即元器件的初始工作温度。同理，对高温老化箱设定第一恒定温度，其中，该第一恒定温度高于初始恒定温度；进而，在设备处于第一恒定温度的环境下监测设备中的各个电路板卡上的每个元器件的表面温度变化，当表面温度变化趋于稳定时，记录每个元器件的表面温度，即第一工作温度。

步骤S102，基于每个元器件的激活能、初始工作温度和第一工作温度，分别确定每个元器件的加速比。

举例而言，对于每个元器件的加速比的确定，首先需要确定每个元器件的激活能。元器件的激活能也称为失效激活能，其指的是引发元器件失效所需要的能量，该能量可以由温度相应的热能而得到，也可以由其他非热应力如电应力、机械应力转换来得到。本发明实施例重点讨论的是温度变化引起元器件失效的激活能。本发明实施例中，每个元器件的激活能可以通过查阅该器件的技术规格书或者厂商产品资料而获得，此外还可以通过参照电子设备可靠性预计手册来确定每个元器件的激活能。进而，在确定每个元器件的激活能之后，基于每个元器件的激活能以及步骤S101所获取到的每个元器件的初始工作温度和第一工作温度，来分别确定每个元器件的加速比。

在一优选的实施例中，每个元器件的加速比通过如下公式被确定：

其中，τ_i为设备中的第i个元器件的加速比，Eα_i为设备中的第i个元器件的激活能，T_0，i为设备中的第i个元器件的初始工作温度，T_1，i为设备中的第i个元器件的第一工作温度，k为玻尔兹曼常数。

下面将详细上述公式(1)的推导过程：

由于本发明实施例重点讨论的是温度与激活能之间的相关关系，因此本发明实施例采用Arrhenius模型来模拟二者之间的关系，所建立的模型如下：

ξ＝Ae^-Eα/kT (2)

式中，ξ为在恒定温度T下的元器件的寿命；T为恒定温度；A为常数；Eα为激活能，激活能以eV为单位，k为玻尔兹曼常数，8.6171×10^-5eV/K，其中不同元器件的材料不同，其激活能也不相同。

对公式(2)两边取对数，可变换为寿命对数和温度的线性函数：

lgξ＝a+b/T (3)

其中，a＝lg A，b＝(Eα/k)lgξ，Eα＝bk/lg e＝2.303bk。

其中，公式(3)是关于寿命对数与温度倒数的线性函数。基于该线性关系，通过选取一定元器件样本，进行两个以上不同恒定温度的试验，即可通过图估计法建立寿命曲线，以用于对元器件进行寿命预测。

对公式(2)对元器件选取两个不同的工作温度T，即可推算出加速比τ，例如，选取的工作温度为T_x和T_y，则计算公式如下：

因此，在本发明实施例中，基于公式(4)，分别将每个元器件的初始工作温度和第一工作温度带入到公式中，即可计算出每个元器件的加速比。

步骤S103，根据每个元器件的加速比和失效率，确定设备的加速比。

举例而言，在现有的预测方法中，通常是把Arrhenius模型直接用于设备的寿命预测，也就是说等同于把设备整体视为一个元器件。但是该种计算方式下，设备整体的激活能无法确定，因此该模型并不适于直接用于对设备进行寿命预测，导致所预测的准确性也较差。而设备处于加电状态下的恒温加速试验过程中，每个元器件因功耗不同，其工作温度也不同。由于设备是基于多个元器件及其之间的电路关系而运行工作，因此元器件对于不同温度的失效情况很大程度上直接影响到设备的寿命。基于此，本发明实施例按照元器件、电路板卡、装置功能和电路层次关系，建立相对独立、内部位串联结构的可靠性串联模型。在串联模型中，任意一个要素发生故障失效，都会导致整体设备发生故障。进而本发明实施例基于Arrhenius模型先计算每个元器件的加速比，然后再根据每个元器件的加速比和失效率之间的关联关系，最终确定出设备的加速比。其中，每个元器件的失效率指标可通过查询该元器件的规格书或者电子设备可靠性预计手册而确定。

在一优选的实施例中，所述设备的加速比通过如下公式被确定：

τ_e＝∑λ_i*τ_i/∑λ_i (5)

其中，τ_e为所述设备的加速比，λ_i为设备上第i个元器件的失效率，τ_i为设备上第i个元器件的加速比。

举例而言，假设该设备包括5个元器件分布于各个电路板上，该5个元器件的失效率分别为λ₁、λ₂、λ₃、λ₄和λ₅，加速比分别为τ₁、τ₂、τ₃、τ₄和τ₅。基于上述公式(5)则可以得出设备的加速比为

通过上述实施例可以看出，本发明实施例在确定设备的加速比过程中，充分综合考虑到每个元器件的不同工作温度变化以及失效率，因此通过此方法可以准确的得到设备的加速比。

步骤S104，根据从在第一恒定温度下开始对设备进行恒温加速试验至该设备中的任一电路板卡出现故障的试验时长和所确定的设备的加速比，预测设备的寿命。

举例而言，首先，对设备基于第一恒定温度进行恒温加速试验，从试验开始起开始计时，同时实时获取设备中的每一个电路板卡的运行情况，当获取到设备上的任一电路板卡发生故障时，该计时停止，所计时的时长即为试验时长。进一步，基于该试验时长和步骤103中所确定的设备的加速比之间的关系，预测该设备的寿命。

在一优选的实施例中，设备的寿命通过以下公式预测得到：

MTBF_e＝t*τ_e (6)

其中，MTBF_e为所述设备的寿命，t为从在第一恒定温度下开始对设备进行恒温加速试验至该设备中的任一电路板卡出现故障的试验时长，τ_e为设备的加速比。

通过上述步骤S101-S104可以看出，本发明实施例一方面能够综合考虑到每个元器件在不同恒定温度环境下进行恒温加速试验的工作温度的不同，来确定每个元器件的加速比，并基于每个元器件的加速比确定设备的加速比，使得得到的设备加速比更为精准，进而对设备寿命预测的准确性更高。另一方面，本发明实施例并不需要大量的试验样本，因此预测成本较低，周期短，适用性更强。

在上述实施例中，由于元器件的失效率和激活能是基于产品手册等方式查询得到，所查询到的失效率和激活能是该元器件的理论上的失效率和激活能。而元器件在实际使用中失效率和激活能会受到其他的干扰因素而变化，因此每个元器件的失效率和激活能实际上与手册上所查询到的都会略有不同，且随着元器件使用时间增加，其失效率和激活能也会发生一定的变化。考虑到上述问题，本发明实施例在进行恒温加速试验过程中，在确定设备发生故障后，还可以通过对该元器件的失效情况进行分析，计算该失效元器件的失效率和激活能，进一步优化对于设备寿命的预测。

在一优选的实施例中，如图2所示，在确定所述设备的任一电路板卡在所述第一恒定温度下发生故障后，所述设备寿命预测方法还可以包括：

步骤S201，定位出现故障的电路板卡上的失效元器件，并计算失效元器件在第一恒定温度下的失效率。

在一优选的实施例中，采用如下公式确定所述失效元器件在所述第一恒定温度下的失效率：

其中，λ′_i为第i个失效元器件在第一恒定温度下的失效率，n为设备中的失效元器件的数量，N为与第i个失效元器件型号相同的元器件总数量，t为所述第一恒定温度。

举例而言，设发生故障的任一电路板卡上型号为Z的元器件发生故障，通过故障分析，在发生故障的失效元器件中，Z型号发生故障失效的总数量为3个。而整个设备中所有电路板卡上Z型号的元器件的总数量为30个，进而再通过获取设备在所述第一恒定温度下进行恒温加速试验的试验时长，并结合式(7)，即可得到型号为Z的元器件在第一恒定温度下的失效率。

步骤S202，针对在第二恒定温度下继续对设备进行恒温加速试验的情况，确定失效元器件对应于第二恒定温度的激活能，其中第二恒定温度大于第一恒定温度。

举例而言，设定第二恒定温度，继续基于第二恒定温度对设备进行恒温加速试验，其中，第二恒定温度大于第一恒定温度，同上述第一恒定温度试验相同，在设备处于第二恒定温度的环境下监测该失效元器件的表面温度变化，在其表面温度变化趋于稳定时，记录其第二工作温度。同时，从试验开始计时，当设备中任一板卡发生故障时，记录第二恒定温度下的试验时长。其中，若同一元器件失效两次以上，可基于公式(3)进行图估计或者参数估计，计算出公式中的a和b的值。进而基于如下公式可计算出该失效元器件的激活能：

Eα′＝2.303bk (8)

其中，Eα′为失效元器件的激活能，k为玻尔兹曼常数，8.6171×10^-5 _eV/K，b的值通过对同一元器件的两次失效分析所得到。b计算过程：若第一次失效时，计算失效率并记为F₀，试验用时记为ζ₁(F₀)，元器件温度记为T₁；第二次失效时，计算失效率并记为F2，试验用时记为ζ₂(F₀)，元器件温度记为T₂。两次失效数据代入公式(3)可得b＝T₁T₂/(T₂-T₁)lgξ(F₁)/ξ(F₀)。

步骤S203，基于失效元器件的激活能，计算得到所述失效元器件的加速比。

举例而言，在确定失效元器件激活能之后，可类似地利用上述公式(1)得到失效元器件的实际加速比，即如下的公式：

其中，τ′为失效元器件的加速比，E_α′为失效元器件的激活能，T_0，i为失效元器件的初始工作温度，T_2，i为失效元器件的第二工作温度。

步骤S204，基于失效元器件的加速比和失效元器件的失效率，重新预测所述设备的寿命。

举例而言，在确定失效元器件的加速比和失效率后，本发明实施例可以基于上述公式(9)重新计算设备的加速比，进而基于公式(6)重新预测设备的寿命。

通过上述步骤S201-S204可以看出，本发明实施例能够根据元器件失效情况确定元器件的失效率和激活能，相比于基于产品手册查询等方式所得到的失效率和激活能，更能准确的反应出该失效元器件的实际情况，因此基于优化后的失效率和激活能来对设备寿命重新预测，其能够进一步提高对于设备寿命预测的准确性，该方法尤其适用于设备使用阶段的剩余寿命预测。

另外，本发明实施例考虑到设备中的某些电路板卡的重要性，还可以对设备中的电路板卡进行寿命预测。

在一优选的实施例中，所述设备寿命预测方法还包括：针对指定的所述设备的电路板卡，根据该电路板卡上的每个元器件的加速比和失效率，确定该电路板卡的加速比，以预测所述电路板卡的寿命。

举例而言，首先与设备寿命预测相似，同样采用上述步骤S101和S102的方法，确定每个元器件的加速比和失效率，进而参考上述公式(5)，确定电路板卡的加速比：

τ_b＝∑λ_j*τ_j/∑λ_j (10)

其中，τ_b为电路板卡的加速比，λ_j为电路板卡上第j个元器件的失效率，τ_j为电路板卡上第j个元器件的加速比。

其次，参考上述公式(6)，预测电路板卡的寿命：

MTBF_b＝t*τ_b (11)

其中，MTBF_b为电路板卡的寿命，t为电路板卡在第一恒定温度下任一元器件发生故障的试验时长，τ_b为电路板卡的加速比。

本发明实施例通过对电路板卡进行寿命预测，可以有效地评估该电路板卡对于设备的影响，同时还可以结合电路板卡自身功能的特殊性和价值，评估该电路板卡的重要性，以便于在使用和维护中能够采取有效的措施延长该电路板卡的使用寿命，进而提高设备的使用寿命。

综上，本发明实施例的设备寿命预测方法具有如下优点：1)综合考虑到设备中每个元器件在不同试验温度环境下所导致的表面温度不同，采用Arrhenius模型精确计算每个元器件的加速比，使得到的设备加速比更为精准，提高了对设备寿命预测的准确性；2)本发明对于设备寿命的预测无需大量的试验样本，且试验周期短，因此预测成本较低，适用性更强；3)能够通过对失效元器件的失效分析，优化元器件的激活能和失效率，进一步提高寿命预测准确性，预测结果更加符合实际情况；4)本发明的设备寿命预测方法不仅适用于研发阶段寿命试验，还可以适用于使用阶段剩余寿命试验和寿命预测，可在恒温加速试验中实现元器件、电路板卡和设备三者的串联式的寿命预测，预测效率更高。

基于与上述设备寿命预测方法相同的构思，本发明实施例还提供一种设备寿命预测装置，如图3所示，设备寿命预测装置300包括：

获取单元310，用于在分别基于初始恒定温度和第一恒定温度对所述设备进行恒温加速试验的情况下，获取所述设备中的各个电路板卡上的每个元器件对应于所述初始恒定温度的初始工作温度以及对应于所述第一恒定温度的第一工作温度，其中所述第一恒定温度大于所述初始恒定温度。

第一确定单元320，用于基于所述每个元器件的激活能、所述初始工作温度和所述第一工作温度，分别确定所述每个元器件的加速比。

第二确定单元330，根据所述每个元器件的加速比和失效率，确定所述设备的加速比；以及

预测单元340，用于根据从在所述第一恒定温度下开始对所述设备进行所述恒温加速试验至该设备中的任一电路板卡出现故障的试验时长和所确定的所述设备的加速比，预测所述设备的寿命。

在一优选的实施例中，所述第一确定单元320采用上述公式(1)确定每个元器件的加速比。

在一优选的实施例中，所述第二确定单元330采用上述公式(5)确定所述设备的加速比。

在一优选的实施例中，在确定所述设备的任一电路板卡在所述第一恒定温度下发生故障后，所述设备寿命预测装置300还用于：定位出现故障的电路板卡上的失效元器件，并计算所述失效元器件在所述第一恒定温度下的实际失效率；针对在第二恒定温度下继续对所述设备进行所述恒温加速试验的情况，确定所述失效元器件对应于所述第二恒定温度的激活能，其中所述第二恒定温度大于所述第一恒定温度；基于所述失效元器件的激活能，计算所述失效元器件的加速比；以及基于所述失效元器件的加速比和失效率，重新预测所述设备的寿命。

相应的，本发明实施例还提供一种设备寿命预测装置，所述设备寿命预测装置包括：存储器，其存储有能够在处理器上运行的程序；以及所述处理器，其被配置为执行所述程序时实现上述实施例中的设备寿命预测方法。

上述获取单元、第一确定单元、第二确定单元和预测单元等均作为程序单元存储在存储器中，由处理器执行存储在存储器中的上述程序单元来实现相应的功能。

处理器中包含内核，由内核去存储器中调取相应的程序单元。内核可以设置一个或以上，通过调整内核参数来对设备寿命进行预测。存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)，存储器包括至少一个存储芯片。

上述设备寿命预测装置具体预测过程及其相应的优点，具体可参考上述关于设备寿命预测方法的实施例，在此不再过多赘述。

本发明实施例还提供了一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行上述实施例所述的设备寿命预测方法。

例如参考图4，相应的，本发明提供一种恒温加速试验系统，该恒温加速试验系统包括：

1)高温老化箱，用于容纳所要试验的设备，并用于通过设置不同的恒定温度为所述设备进行恒温加速试验。

2)温度采集装置，其设置于所述高温老化箱内，用于采集所述设备上的每个元器件在所述恒温加速试验过程中的工作温度。

3)上述任意实施例所述的设备寿命预测装置，其与所述温度采集装置和所述设备连接，用于预测所述设备的寿命。

在一优选实施例中，温度采集装置为红外热像仪，其设置于设备的上方。

在一优选实施例中，所述恒温加速试验系统还包括设置在温度采集装置(例如所述红外热像仪)和所述设备之间的隔热防护层，用于对所述红外热像仪进行隔热防护。

在一优选实施例中，所述恒温加速试验系统还包括板卡工装，其中，所述板卡工装上设置有与所述设备的各个电路板卡相适配的通信接口，且所述连接装置与所述设备寿命预测装置连接；所述板卡工装用于获取所述各个电路板卡的运行数据，并将所述运行数据发送至所述设备寿命预测装置。

下面以图4所示为例进一步对恒温加速试验系统中的各个装置功能以详细说明。

图4所示的恒温加速试验系统包括高温老化箱1、红外热像仪2、隔热防护层3、板卡工装4、测试软件5和电源6。其中，高温老化箱1能够在对设备进行恒温加速试验过程中提供恒温、恒湿的试验环境；图4中温度采集装置所采用的是红外热像仪2，其设置在进行恒温加速试验的设备的上方，能够采集设备中各个电路板卡7的表面温度，通过图像分析获取各个电路板卡7上的元器件的表面温度；在红外热像仪2和设备之间，还设置有隔热防护层3，其用于对红外热像仪进行隔热防护。由于恒温加速试验中的恒定温度较高，因此通过隔热防护层3能够有效降低高温对红外热像仪2的老化影响。同时，隔热防护层3上留有窗口，以便于红外热像仪2能够有效的采集电路板卡的表面温度；板卡工装4上设置有与各个电路板卡7相适配的多个通信接口和电源接口，使得各个电路板卡能够在板卡工装4的配合下进行运行工作。同时，板卡工装4为了满足红外热像仪2对于温度采集的要求，需采用平面布置设计，便于与其连接的各个电路板卡热成像。图4中设备寿命预测装置被配置为测试软件5的形式，该测试软件5例如装配于计算机，从而可以与板卡工装4进行数据交互，实时获取各个电路板卡的运行状态，从而能够掌握各个电路板卡的功能失效情况。同时，该测试软件5还与红外热像仪2进行通信交互，实时获取并分析红外热像仪所采集到的电路板卡以及元器件的温度分布大小。电源6能够为板卡工装4提供充足的电能，以便于板卡工装4能够为电路板卡供电，使得各个电路板卡能够保持带电运行状态。

本发明实施例的恒温加速试验系统在传统的恒温加速试验系统的基础上，加装了红外热像仪，能够将红外热像仪和高温老化箱结合使用，并通过隔热处理加以防护；同时采用板卡工装使得各个电路板卡呈平面布置，以便于各个电路板卡热成像，进而使得红外热像仪能够实时采集各个电路板卡以及元器件的工作温度。

本发明实施例提供了一种设备，设备包括处理器、存储器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，处理器执行程序时实现上述实施例所述的寿命预测方法。本文中的设备可以是服务器、PC、PAD、手机等，或者是应用于电力行业的电力设备和电力装置等。

下面以电力设备为例详细介绍本发明基于恒温加速试验进行寿命预测的过程，如图5所示(并结合图4所示的恒温加速试验系统)，预测过程如下：

步骤510，试验准备。将电力设备的各个电路板卡及板卡工装置于高温老化箱内，该高温老化箱配置红外热像仪和隔热防护层。其中，各个电路板卡连接板卡工装，板卡工装连通测试软件，并对高温老化箱连通电源。

步骤520，恒温加速试验。首先，设置高温老化箱内部的温度为初始恒定温度，通过红外热像仪获取电路板卡上各个元器件的表面温度，待表面温度趋于稳定后，记录各个元器件的表面温度，即各个元器件基于初始恒定温度的恒温加速试验下的初始工作温度。其次，设置高温老化箱内部的温度为第一恒定温度，通过红外热像仪获取各个元器件在第一恒定温度的恒温加速试验下的第一工作温度。

步骤530，计算元器件的加速比。在基于上述步骤520所获取得各个元器件的初始工作温度和第一工作温度，采用上述实施例中关于元器件加速比计算的公式(1)，分别计算各个元器件的加速比。

步骤540，计算电力设备和电力设备中的电路板卡的加速比。在基于上述步骤530所计算得到的各个元器件的加速比，采用上述公式(5)和公式(9)分别计算电力设备的加速比和电路板卡的加速比。

步骤550，预测电力设备和电路板卡的寿命。当电力设备中的任一电路板卡发生故障，采用上述公式(10)预测电力设备的寿命，以及采用上述公式(6)预测发生故障的电路板卡的寿命。

步骤560，优化元器件的失效率和激活能。在对电力设备进行第一恒定温度的恒温加速试验过程中，通过分析造成故障的失效元器件，采用上述公式(7)确定失效元器件的失效率，以及采用上述公式(8)确定失效元器件的激活能。进而，重复上述步骤530和步骤540，进而重新预测电力设备和电路板卡的寿命。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。

存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。存储器是计算机可读介质的示例。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (17)

1.一种设备寿命预测方法，其特征在于，所述设备寿命预测方法包括：

在分别基于初始恒定温度和第一恒定温度对所述设备进行恒温加速试验的情况下，获取所述设备中的各个电路板卡上的每个元器件对应于所述初始恒定温度的初始工作温度以及对应于所述第一恒定温度的第一工作温度，其中所述第一恒定温度大于所述初始恒定温度；

基于所述每个元器件的激活能、所述初始工作温度和所述第一工作温度，分别确定所述每个元器件的加速比；

根据所述每个元器件的加速比和失效率，确定所述设备的加速比；以及

根据从在所述第一恒定温度下开始对所述设备进行所述恒温加速试验至该设备中的任一电路板卡出现故障的试验时长和所确定的所述设备的加速比，预测所述设备的寿命。

2.根据权利要求1所述的设备寿命预测方法，其特征在于，所述每个元器件的加速比通过如下公式被确定：

其中，τ_i为所述设备中的第i个元器件的加速比，Eα_i为所述设备中的第i个元器件的激活能，T_0,i为所述设备中的第i个元器件的初始工作温度，T_1,i为所述设备中的第i个元器件的第一工作温度，k为玻尔兹曼常数。

3.根据权利要求1所述的设备寿命预测方法，其特征在于，所述设备的加速比通过如下公式被确定：

τ_e＝Σλ_i*τ_i/Σλ_i

其中，τ_e为所述设备的加速比，λ_i为所述设备中的第i个元器件的失效率，τ_i为所述设备中的第i个元器件的加速比。

4.根据权利要求1所述的设备寿命预测方法，其特征在于，所述设备的寿命通过以下公式预测得到：

MTBF_e＝t*τ_e

其中，MTBF_e为所述设备的寿命，t为从在所述第一恒定温度下开始对所述设备进行所述恒温加速试验至该设备中的任一电路板卡出现故障的试验时长，τ_e为所述设备的加速比。

5.根据权利要求1所述的设备寿命预测方法，其特征在于，在确定所述设备的任一电路板卡在所述第一恒定温度下发生故障后，所述设备寿命预测方法还包括：

定位出现故障的电路板卡上的失效元器件，并计算所述失效元器件在所述第一恒定温度下的失效率；

针对在第二恒定温度下继续对所述设备进行所述恒温加速试验的情况，确定所述失效元器件对应于所述第二恒定温度的激活能，其中所述第二恒定温度大于所述第一恒定温度；

基于所述失效元器件的激活能，计算所述失效元器件的加速比；以及

基于所述失效元器件的加速比和失效率，重新预测所述设备的寿命。

6.根据权利要求5所述的设备寿命预测方法，其特征在于，采用如下公式确定所述失效元器件在所述第一恒定温度下的失效率：

其中，λ′_i为第i个失效元器件在第一恒定温度下的失效率，n为与所述第i个失效元器件型号相同的失效元器件的数量，N为与所述第i个失效元器件型号相同的元器件总数量，t为从在所述第一恒定温度下开始对所述设备进行所述恒温加速试验至该设备中的任一电路板卡出现故障的试验时长。

7.根据权利要求1所述的设备寿命预测方法，其特征在于，所述设备寿命预测方法还包括：

针对指定的所述设备中的电路板卡，根据该电路板卡上的每个元器件的加速比和失效率，确定该电路板卡的加速比，以预测所述电路板卡的寿命。

8.一种设备寿命预测装置，其特征在于，所述设备寿命预测装置包括：

获取单元，用于在分别基于初始恒定温度和第一恒定温度对所述设备进行恒温加速试验的情况下，获取所述设备中的各个电路板卡上的每个元器件对应于所述初始恒定温度的初始工作温度以及对应于所述第一恒定温度的第一工作温度，其中所述第一恒定温度大于所述初始恒定温度；

第一确定单元，用于基于所述每个元器件的激活能、所述初始工作温度和所述第一工作温度，分别确定所述每个元器件的加速比；

第二确定单元，用于根据所述每个元器件的加速比和失效率，确定所述设备的加速比；以及

预测单元，用于根据从在所述第一恒定温度下开始对所述设备进行所述恒温加速试验至该设备中的任一电路板卡出现故障的试验时长和所确定的所述设备的加速比，预测所述设备的寿命。

9.根据权利要求8所述的设备寿命预测装置，其特征在于，所述第一确定单元采用如下公式确定每个元器件的加速比：

其中，τ_i为所述设备中的第i个元器件的加速比，Eα_i为所述设备中的第i个元器件的激活能，T_0,i为所述设备中的第i个元器件的初始工作温度，T_1,i为所述设备中的第i个元器件的第一工作温度，k为玻尔兹曼常数。

10.根据权利要求8所述的设备寿命预测装置，其特征在于，所述第二确定单元采用如下公式确定所述设备的加速比：

τ_e＝Σλ_i*τ_i/Σλ_i

其中，τ_e为所述设备的加速比，λ_i为所述设备中的第i个元器件的失效率，τ_i为所述设备中的第i个元器件的加速比。

11.根据权利要求8所述的设备寿命预测装置，其特征在于，在确定所述设备的任一电路板卡在所述第一恒定温度下发生故障后，所述预测单元还用于：

定位出现故障的电路板卡上的失效元器件，并计算所述失效元器件在所述第一恒定温度下的实际失效率；

针对在第二恒定温度下继续对所述设备进行所述恒温加速试验的情况，确定所述失效元器件对应于所述第二恒定温度的激活能，其中所述第二恒定温度大于所述第一恒定温度；

基于所述失效元器件的激活能，计算所述失效元器件的加速比；以及

基于所述失效元器件的加速比和失效率，重新预测所述设备的寿命。

12.一种设备寿命预测装置，其特征在于，所述设备寿命预测装置包括：

存储器，其存储有能够在处理器上运行的程序；以及

所述处理器，其被配置为执行所述程序时实现上述权利要求1-7任一项所述的设备寿命预测方法。

13.一种恒温加速试验系统，其特征在于，所述恒温加速试验系统包括：

高温老化箱，用于容纳所要试验的设备，并用于通过设置不同的恒定温度为所述设备进行恒温加速试验；

温度采集装置，其设置于所述高温老化箱内，用于采集所述设备上的每个元器件在所述恒温加速试验过程中的工作温度；以及

权利要求8-11任一项所述的设备寿命预测装置，其分别与所述温度采集装置和所述设备连接，用于预测所述设备的寿命。

14.根据权利要求13所述的恒温加速试验系统，其特征在于，所述温度采集装置为红外热像仪，其设置于所述设备的上方。

15.根据权利要求13所述的恒温加速试验系统，其特征在于，所述恒温加速试验系统还包括设置在所述温度采集装置和所述设备之间的隔热防护层，用于对所述温度采集装置进行隔热防护。

16.根据权利要求13所述的恒温加速试验系统，其特征在于，所述恒温加速试验系统还包括板卡工装，其中，所述板卡工装上设置有与所述设备的各个电路板卡相适配的通信接口，且所述板卡工装与所述设备寿命预测装置连接；

所述板卡工装用于获取所述各个电路板卡的运行数据，并将所述运行数据发送至所述设备寿命预测装置。

17.一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行权利要求1-7任一项所述的设备寿命预测方法。

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