EP1259941A1 - Verfahren und vorrichtung zur ermittlung der verbleibenden betriebsdauer eines produktes - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur ermittlung der verbleibenden betriebsdauer eines produktes

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EP1259941A1
EP1259941A1 EP01913549A EP01913549A EP1259941A1 EP 1259941 A1 EP1259941 A1 EP 1259941A1 EP 01913549 A EP01913549 A EP 01913549A EP 01913549 A EP01913549 A EP 01913549A EP 1259941 A1 EP1259941 A1 EP 1259941A1
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Description

Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung der verbleibenden Betriebsdauer eines Produktes
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung der verbleibenden Betriebsdauer eines Produktes; dabei betrifft die Erfindung weiterhin Verfahren und eine Vorrichtung zum Erfassen von Betriebsdauern bis zum technischen Versagen des Produktes sowie Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen von
Betriebsdauerschwellenwerten von Produkten in Abhängigkeit von bestimmten zeitveranderlichen Betriebsgroßen für eine Überwachung der Zuverlässigkeit von Produkten und schließlich betrifft die Erfindung auch eine in einem Produkt, dessen Zuverlässigkeit überwacht werden soll, angeordnete Vorrichtung zum Vergleich der tatsachlichen Betriebsdauer des Produkts mit Betriebsdauer- Schwellenwerten gemass den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche .
Aus der DE 195 16 481 AI ist ein Verfahren für eine Lebensdauerbestimmung bekannt. Es wird ein Steuergerat für ein Kraftfahrzeug beschrieben, das einen Betriebsdatenspeicher aufweist, in dem Betriebsgroßen des Kraftfahrzeugs abgespeichert werden, die Aussagen zur Ausfallwahrscheinlichkeit bzw. zur künftigen Zuverlässigkeit des Steuergeräts geben können. In dem Betriebsdatenspeicher werden wesentliche Daten der Lebensgeschichte eines Steuergeräts abgespeichert, um bei Bedarf eine Aussage bzgl. der Zuverlässigkeit des Steuergeräts treffen zu können.
Aufgabe und Vorteile der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine möglichst genaue, nicht modellgestutzte Lebensdauerabschatzung für beliebige Produkte, die einen Betriebsdatenspeicher aufweisen oder auf einen solchen Zugriff haben, zu ermöglichen. Eine weitere Aufgabenstellung ist eine optimale Erfassung von Daten und Speicherung in einem Betriebsdatenspeicher um den Speicher optimal nutzen zu können, insbesondere um Speicherplatz einzusparen.
Zur Losung dieser Aufgabe schlagt die Erfindung ausgehend von einem Verfahren zum Erfassen von Betriebsdauern bis zum technischen Versagen eines Produkts vor, dass Werte von bestimmten Betriebsgroßen erfasst werden, der Wertebereich der einzelnen Betriebsgrößen in Klassen unterteilt wird und die Betriebsdauern in Abhängigkeit von der Klasse, in die der erfasste Wert der Betriebsgroße fallt, erfasst werden.
Daneben schlagt die Erfindung zur Losung der Aufgabe ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung der verbleibenden Betriebsdauer eines Produktes bis zum technischen Versagen vor, wobei Werte eines Wertebereichs wenigstens einer Betriebsgrosse des Produktes erfasst werden, wobei der Wertebereich der Betriebsgrosse in Klassen unterteilt ist und für jede Klasse eine Betriebsdauer des Produktes ermittelt und in einem dem Produkt zugeordneten Betriebsdatenspeicher abgelegt wird, wobei den Betriebsdauern vorgebbare Gewichtungsfaktoren zugewiesen werden und damit wenigstens eine gewichtete, kumulierte Betriebsdauer für das Produkt ermittelt wird, wobei die gewichtete, kumulierte Betriebsdauer mit wenigstens einem vorgebbaren Betriebsdauerschwellenwert verglichen wird und daraus die verbleibende Betriebsdauer des Produktes ermittelt wird.
Das Produkt, dessen Betriebsdauer bis zum technischen Versagen erfasst wird, ist bspw. als ein Steuergerat oder ein Teilsystem (z. B. Bremse, Motor, Getriebe, Lenkung u. a.) eines Kraftfahrzeugs ausgebildet. Die Produkte weisen einen Betriebsdatenspeicher auf bzw. sind einem solchen zugeordnet, m dem die erfassten Betriebsgroßen bzw. die Betriebsdauern abgespeichert und bei Bedarf wieder aufgerufen werden können. Der Betriebsdatenspeicher verfugt vorzugsweise über einen nichtfluchtigen Speicher (z. B. ein EEPROM oder ein Flash-EEPROM) sowie über Mittel zur Erfassung der Betriebsgroßen bzw. der Betriebsdauern. Bei einem Kraftfahrzeug kann der Betriebsdatenspeicher bspw. m einem oder mehreren Steuergeraten realisiert werden.
Mit den Betriebsdatenspeichern werden diskrete Systemzustande (z. B. Anzahl von Startvorgangen, Anzahl von Notstarts, Anzahl von Thermoabschaltungen u. a.) sowie die zeitveranderlichen Betriebsgroßen erfasst. Als Betriebsgroßen werden bspw. Sensordaten wie Temperatur, Strom, Spannung, Druck u. a. erfasst.
In dem unter Betriebsbedingungen zulassigen Wertebereich der Betriebsgroßen wird jeweils eine lineare oder nichtlmeare Unterteilung des Wertebereichs m mehrere Klassen vorgenommen. Extremwerte, die zu einer unmittelbaren Zerstörung des Produkts fuhren, liegen außerhalb des zulassigen Wertebereichs. Die Klassenzuordnung basiert auf der Einteilung des gesamten Wertebereiches in relevante Belastungsgruppen. Die einzelnen Klassen haben einen unterschiedlichen Einfluß auf Alterung/Verschleiß des Produkts. In dem
Betriebsdatenspeicher wird die Betriebsdauer des Produkts für jede Betriebsgroße in jeder Klasse erfasst.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Bestimmung der individuellen technischen Betriebsdauer eines Produkts sowie die Berechnung des Abnutzungsgrades zu jedem beliebigen Zeitpunkt auf der Basis von n Klassen unterteilten (sog. klassierten) Betriebsgroßen durchgeführt. Aufgrund der klassierten Betriebsgroßen ist eine besonders zuverlässige und genaue Bestimmung der Betriebsdauer eines Produkts möglich, wobei der Speicherbedarf für den Betriebsdatenspeicher minimiert wird, da auf eine Erfassung von zeitlichen Verlaufen der Betriebsgroßen verzichtet werden kann. Dadurch wird eine besonders zuverlässige präventive Wartung/ Reparatur kurz vor Erreichen des Endes der technischen Betriebsdauer ermöglicht .
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Werte der Betriebsgroßen in regelmäßigen zeitlichen Abstanden erfasst werden und ein Klassenzahler einer bestimmten Klasse erhöht wird, falls der Wert einer erfassten Betriebsgrosse in diese Klasse fallt. Jeder Betriebsgroße eines bestimmten Produkts kann nach dem Erfassen der Betriebsdauern somit ein Betriebsdauer-Histogramm zugewiesen werden, aus dem sich die Betriebsdauer des Produkts für die Betriebsgroße innerhalb einer bestimmten Klasse ergibt. Die für die Betriebsdatenspeicherung notwendige Große des Betriebsdatenspeichers in Bytes ergibt sich aus dem Produkt der Anzahl der Betriebsgroßen, der durchschnittlichen Anzahl der Klassen pro Betriebsgroße und der durchschnittlichen Anzahl Bytes pro Klassenzahler.
Das erfmdungsgemaße Verfahren zum Erfassen von Betriebsdauern auf der Basis klassierter Betriebsgroßen hat insbesondere beim Bestimmen von Betriebsdauer- Schwellenwerten von Produkten für eine Überwachung der Zuverlässigkeit von Produkten besondere Vorteile. Deshalb wird gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen von Betriebsdauer-Schwellenwerten der eingangs genannten Art vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Betriebsdauern der Produkte für die Klassen der Betriebsgroßen bis zum technischen Versagen des Produkts durch Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 bestimmt werden; den Klassen der Betriebsgroßen Gewichtungsfaktoren zugewiesen werden; die Gewichtungsfaktoren aus der Losung eines Optimierungsproblems min{ f(x) }, mit x = {a_ij, t_ijk} unter Berücksichtigung der Korrelation zwischen den einzelnen Betriebsgroßen ermittelt werden; für die Produkte kritische kumulierte Betriebsdauern für die einzelnen Betriebsgroßen aus der Gleichung M_i
P_iz_krit = SUM{ a_ij x t_ijz } j=l ermittelt werden; und für die einzelnen Produkte die Betriebsdauer- Schwellenwerte aus der Gleichung min{ P_iz_krit }, mit i = 1...N oder
1 N
- x SUM{ P_iz_krit }, mit i = 1...N
N i=l ermittelt werden. Die einzelnen Klassen haben einen unterschiedlichen Einfluss auf Alterung/Verschleiß der Produkte. Deshalb werden den Klassen der Betriebsgroßen Gewichtungsfaktoren zugewiesen, die den relativen Einfluss einer bestimmten
Klasse einer bestimmten Betriebsgroße auf die Alterung bzw. den Verschleiß des Produkts ausdruckt. Die Erfindung sieht vor, die Gewichtungsfaktoren aus einer Teilmenge K der Produkte zu ermitteln und diese dann auf die Teilmenge Z der Produkte anzuwenden. Dadurch können für die Produkte aus der Teilmenge S die kritischen gewichteten kumulierten Betriebsdauern der Betriebsgroßen für den Serieneinsatz bestimmt werden, bei deren Erreichen auf ein Ende der technischen Betriebsdauer geschlossen werden kann.
Die Gewichtungsfaktoren werden aus der Losung eines Optimierungsproblems min{ f(x) }, mit x = {a_ij, t_ijk} unter Berücksichtigung der Korrelation zwischen den einzelnen Betriebsgroßen ermittelt, wobei a_ij der
Gewichtungsfaktor ist, der der Klasse j der Betriebsgroße i zugewiesen ist, und t_ijk die Betriebsdauer des Produkts k für die Klasse j der Betriebsgroße i ist. Die Korrelation zwischen den Betriebsgrößen kann bspw. dadurch berücksichtigt werden, dass die Gewichtungsfaktoren aus einem Gleichungssystem bestimmt werden, in dem die gewichteten kumulierten Betriebsdauern für jede Betriebsgröße mittels Operatoren miteinander verknüpft werden. Die Operatoren können bspw. eine UND-Verknupfung (Produktbildung), eine ODER-Verknupfung (Summenbildung) oder eine Fuzzy-Verknϋpfung (z. B. einen Zwischenzustand zwischen UND und ODER) darstellen.
Nachdem die Gewichtungsfaktoren durch Losung eines Optimierungsproblems mit geeigneten mathematischen Optimierungsalgorithmen ermittelt wurden, sind die kritischen kumulierten Betriebsdauern für die einzelnen Betriebsgroßen festzulegen, bei deren Erreichen auf ein Ende der technischen Betriebsdauer geschlossen werden kann. Dazu wird mit Hilfe von K Produkten eine Anzahl von Z Produkten bis zum technischen Versagen betrieben, wobei die aus den K Produkten berechneten Gewichtungsfaktoren auf die klassierten Betriebsgroßen der Z Produkte angewendet werden. Es wird
M_i P_ιz_krιt = SUM{ a_i] x t_i^z } D =l für alle Betriebsgroßen und für alle Z Produkte ermittelt, wobei P_iz_kπt die kritische kumulierte Betriebsdauer des Produkts z der Betriebsgroße i ist und t_ijz die Betriebsdauer des Produkts z für die Klasse der Betriebsgroße i ist. Damit erhalt man Z Vektoren der gewichteten kumulierten Betriebsdauern Y_z = ( P_lz_kπt, P_2z_krit, ..., P_Nz_krit ),
Für die einzelnen Produkte werden die Betriebsdauer- Schwellenwerte, bei deren Erreichen auf ein baldiges technisches Lebensende des Produkts geschlossen werden kann, aus den Spaltenminima der Matrix Y_z gemäß der Gleichung min{ P_iz_krιt }, mit i = 1...N oder aus dem Durchschnitt der Spaltenelemente der Matrix Y_z gemäß der Gleichung 1 N
- x SUM{ P_iz_kπt }, mit i = 1...N N i=l ermittelt. Das funktioniert mit der geforderten Zuverlässigkeit, wenn die einzelnen Spaltenelemente hinreichend dicht beieinander liegen, d. h. wenn die Standardabweichung der Spaltenelemente nicht zu gross ist. Ausreisser sollen bei der Auswahl der Spaltenmimma nicht berücksichtigt werden.
Nachdem die kritischen kumulierten Betriebsdauern für die einzelnen Betriebsgroßen ermittelt wurden, kann bei allen mit Betriebsdatenspeichern ausgestatteten Serienprodukten kurz vor Erreichen des kritischen Schwellenwertes die Notwendigkeit einer Reparatur, eines Austausches oder einer Wartung durch das Produkt signalisiert werden. Alternativ werden die in dem Produkt gespeicherten Betriebsgroßen im Rahmen einer regelmäßigen Produktwartung ausgewertet.
Zusammenfassend werden also zunächst k = 1...K Produkte bis zum technischen Versagen betrieben, um die
Gewichtungsfaktoren a_ιj ermitteln zu können. Danach werden die Gewichtungsfaktoren a_ιj in die Betriebsdatenspeicher von z = 1...Z Produkten integriert, die wieder bis zum technischen Versagen betrieben werden, um die kritischen kumulierten Betriebsdauern P_ιz_kπt und über eine Minimalauswahl oder den Durchschnitt der kritischen kumulierten Betriebsdauern P_ιz_krιt die Betriebsdauer- Schwellenwerte zu ermitteln. Danach erfolgt die Überwachung der Zuverlässigkeit von s = 1...S Produkten im
Serieneinsatz, wobei die tatsachliche Betriebsdauer eines Produkts s mit einem Schwellenwert verglichen wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Gewichtungsfaktoren aus der Losung des Optimierungsproblems N K M_ι mιn{ SUM SUM ABS{ SUM{ a_i] x t_ιηk } -1 } } 1=1 k=l j =l ermittelt werden, mit der Ungleichungsnebenbedmgung a_ι > 0, wobei a_ιj der Gewichtungsfaktor ist, der der Klasse j der Betriebsgroße 1 zugewiesen ist, und t_ιNk die Betriebsdauer des Produkts k für die Klasse j der Betriebsgroße 1 ist. Gemäß dieser Ausfuhrungsform wird bei der Berechnung der Gewichtungsfaktoren keine Korrelation zwischen den einzelnen Betriebsgrossen berücksichtigt. Es wird also von der Annahme ausgegangen, dass ede Betriebsgroße unabhängig von den Werten der anαeren Betriebsgroßen zur technischen Zerstörung des Produktes fuhren kann.
Wird keine Korrelation zwischen den einzelnen Betriebsgroßen zur Bestimmung der Gewichtungsfaktoren zugrundegelegt, kann das größte Verhältnis einer gewichteten kumulierten Betriebsdauer für eine Betriebsgroße zum kritischen Schwellenwert der Betriebsgroße als Abnutzungsgrad interpretiert werden. Die verbleibende Restlebensdauer m % wird dann berechnet gemäß Restlebensdauer [%] = 1 - Abnutzungsgrad [%]
Gemäß einer alternativen Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Gewichtungsfaktoren aus der Losung des Optimierungsproblems
K K N M_ι mm { SUM SUM ABS { PROD { SUM { a_ι j x t_ι μ } } - . . . v=l μ=l ι=l η =l μ≠v
N M_ι ... PROD{ SUM{ a__± x t_ιjv }}}}
1=1 :=1 ermittelt werden, mit der Ungleichungsnebenbedmgung a_ι > 0. Bei dieser Ausfuhrungsform wird die Korrelation zwischen den einzelnen Betriebsgroßen berücksichtigt. Es wird also von der Annahme ausgegangen, dass mehrere Betriebsgroßen gemeinsam zur technischen Zerstörung des Produktes fuhren. Gemäß dieser Ausfuhrungsform sind die Betriebsgroßen mittels reiner UND-Verknupfungen (Produktbildung) miteinander verknüpft. Die Gewichtungsfaktoren werden derart bestimmt, dass die durch den UND-Operator verknüpften gewichteten Klassensummen eines jeden Produktes einen minimalen "Abstand" zueinander besitzen .
Gemäß einer dritten alternativen Ausfuhrungsform ist an eine Verknüpfung mehrerer Betriebsgroßen auf der Ebene von einzelnen Klassen gedacht. Dabei wird von der Annahme ausgegangen, dass mehrere Betriebsgroßen innerhalb bestimmter Klassen zu einer technischen Zerstörung des Produktes fuhren.
Zur Losung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird ausgehend von einer Vorrichtung zum Erfassen der Betriebsdauern bis zum technischen Versagen eines Produkts des weiteren vorgeschlagen, dass die Vorrichtung erste
Mittel zum Erfassen der Werte von bestimmten Betriebsgroßen in regelmäßigen zeitlichen Abstanden aufweist, der Wertebereich der einzelnen Betriebsgroßen in Klassen unterteilt ist und die Vorrichtung zweite Mittel zum Erfassen der Betriebsdauern in Abhängigkeit von der Klasse aufweist, in die der erfasste Wert der Betriebsgroße fallt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die zweiten Mittel einen Klassenzahler einer bestimmten Klasse erhohen, falls der Wert einer erfassten Betriebsgrosse m diese Klasse fallt.
Die erfindungsgemaße Vorrichtung zum Erfassen von Betriebsdauern auf der Basis klassierter Betriebsgroßen hat insbesondere beim Bestimmen von Betriebsdauer- Schwellenwerten von Produkten für eine Überwachung der Zuverlässigkeit von Produkten besondere Vorteile. Deshalb wird gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zum Bestimmen von Betriebsdauer-Schwellenwerten der eingangs genannten Art vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Vorrichtung Mittel zur Durchfuhrung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 5 bis 8 aufweist.
Zur Losung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird ausgehend von einer in einem zu überwachenden Produkt angeordneten Vorrichtung der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass die Betriebsdauer-Schwellenwerte gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8 ermittelt sind. Der Betriebsdatenspeicher der Vorrichtung kann besonders klein ausgebildet werden, da bei einer Ermittlung der Betriebsdauer-Schwellenwerte gemäß der Erfindung auf eine speicherintensive Erfassung von zeitlichen Verlaufen der Betriebsgroßen verzichtet werden kann.
Eine Betriebsdatenerfassung in Klassen hat darüber hinaus insbesondere den Vorteil, dass der Speicher optimal genutzt werden kann, also insbesondere nur wenig Speicherplatz benotigt wird, da keine aufwendige Erfassung von Betriebsgrossen über die gesamte Zeitachse, bzw. mit Bezug zur Zeitachse durchgeführt werden muss. Dadurch kann die Erfindung, insbesondere die Betriebsdatenerfassung zweckmassigerweise als Zusatzfunktionalitat in einem Steuergerat realisiert werden oder in einer eigens dafür vorgesehenen Vorrichtung.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus der Beschreibung und den Merkmalen der Ansprüche. Zeichnungen
Ein bevorzugtes Ausfuhrungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen naher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemaßen
Verfahrens zum Erfassen von Betriebsdauern bis zum technischen Versagen eines Produkts gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform; und
Fig. 2 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemaßen Verfahrens zum Bestimmen von Betriebsdauer- Schwellenwerten von Produkten gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform.
Beschreibung des Ausfuhrungsbeispiels
In Fig. 1 ist ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemaßen Verfahrens zum Erfassen von Betriebsdauern t_ijk eines Produkts k = 1...K bis zum technischen Versagen des Produkts k gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform dargestellt. Das Produkt k, dessen Betriebsdauer t_ijk erfasst wird, ist bspw. als ein Steuergerat oder ein Teilsystem (z. B. Bremse, Motor, Getriebe, Lenkung u. a.) eines Kraftfahrzeugs ausgebildet. Das Produkt k weist einen Betriebsdatenspeicher auf, in dem erfasste Betriebsgroßen i = 1...N bzw. die Betriebsdauern t_ijk abgespeichert und bei Bedarf wieder aufgerufen werden können. Der Betriebsdatenspeicher verfugt vorzugsweise über einen nichtfluchtigen Speicher (z. B. einen EEPROM oder einen Flash-EEPROM) sowie über Mittel zur Erfassung der Betriebsgroßen bzw. Betriebsdauern. Bei einem Kraftfahrzeug kann der Betriebsdatenspeicher bspw. in einem oder mehreren Steuergeraten realisiert werden. Mit den Betriebsdatenspeichern werden diskrete Systemzustande (z. B. Anzahl von Startvorgangen, Anzahl von Notstarts, Anzahl von Thermoabschaltungen u. a.) sowie die zeitveranderlichen Betriebsgroßen i erfasst. Als
Betriebsgrößen i werden bspw. Sensordaten wie Temperatur, Strom, Spannung, Druck u. a. erfasst.
Das Verfahren beginnt in einem Funktionsblock 10. In einem Funktionsblock 11 wird der unter Betriebsbedingungen zulassige Wertebereich der einzelnen zu erfassenden Betriebsgroßen i in Klassen j = l...M_i linear oder nichtlinear unterteilt. Extremwerte, die zu einer unmittelbaren Zerstörung des Produkts k fuhren, liegen außerhalb des zulassigen Wertebereichs. Die
Klassenzuordnung basiert auf der Einteilung des gesamten Wertebereiches in relevante Belastungsgruppen. Die einzelnen Klassen j haben einen unterschiedlichen Einfluß auf Alterung/Verschleiß des Produkts k.
In einem nachfolgenden Funktionsblock 12 werden in regelmäßigen zeitlichen Abstanden Werte der Betriebsgroßen i erfasst. Die Betriebsdauern t_ijk werden in Abhängigkeit von der Klasse j, in die der erfasste Wert der Betriebsgroße i fallt, erfasst. Dazu wird in einem
Funktionsblock 13 ein Klassenzahler einer bestimmten Klasse j erhöht, falls der Wert der erfassten Betriebsgrosse i in diese Klasse j fallt. Jeder Betriebsgroße i eines bestimmten Produkts k kann nach dem Erfassen der Betriebs- dauern t_ijk somit ein Betriebsdauer-Histogramm zugewiesen werden, aus dem sich die Betriebsdauer t_ijk des Produkts k für die Betriebsgröße i innerhalb einer bestimmten Klasse ergibt. Aus dem Produkt aus dem Stand der Klassenzahler und dem zeitlichen Abstand der erfassten Werte der Betriebs- grossen i ergeben sich die Betriebsdauern t ijk. In einem nachfolgenden Abfrageblock 14 wird überprüft, ob das Erfassen der Betriebsdauern t_ijk beendet ist. Falls nein, wird wieder zu dem Funktionsblock 12 verzweigt. Falls das Erfassen der Betriebsdauern t_ijk beendet ist, wird zu dem Ende des Verfahrens in Funktionsblock 15 verzweigt.
In Fig. 2 ist ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemaßen Verfahrens zum Bestimmen von Betriebsdauer-Schwellenwerten der Produkte z gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform dargestellt. Das erfindungsgemaße Verfahren beginnt in einem Funktionsblock 20. Dann werden zunächst die Betriebsdauern t_ijk der Produkte k für die Klasse j der Betriebsgrößen i bis zum technischen Versagen des Produkts k durch Verwendung des Verfahrens gemäß Fig. 1 bestimmt.
Anschließend werden in einem Funktionsblock 21 den Klassen der Betriebsgroßen i Gewichtungsfaktoren a_ij zugewiesen. Da die einzelnen Klassen j einen unterschiedlichen Einfluss auf Alterung/Verschleiß der Produkte k haben, werden den Klassen j der Betriebsgroßen i Gewichtungsfaktoren a_ij zugewiesen, die den relativen Einfluss einer bestimmten Klasse j einer bestimmten Betriebsgroße i auf die Alterung bzw. den Verschleiß des Produkt k ausdruckt.
In einem nachfolgenden Funktionsblock 22 werden die Gewichtungsfaktoren a_ij aus der Losung eines Optimierungsproblems min{ f(x) }, mit x = {a_ij, t_ijk} unter Berücksichtigung der Korrelation zwischen den einzelnen Betriebsgroßen i ermittelt. Die Gewichtungsfaktoren a_ij können bspw. aus der Losung des Optimierungsproblems N K M_i min{ SUM SUM ABS { SUM{ a_i] x t_ijk } -1 } } i=l k=l j=l
ermittelt werden, mit der Ungleichungsnebenbedingung a ij > 0. Dabei wird keine Korrelation zwischen den einzelnen Betriebsgroßen berücksichtigt und von der Annahme ausgegangen, dass jede Betriebsgroße i unabhängig von den Werten der anderen Betriebsgroßen i zur technischen Zerstörung des Produktes k fuhren kann.
Alternativ können die Gewichtungsfaktoren a_ij auch aus der Losung des Optimierungsproblems K K N M_i min{ SUM SUM ABS{ PROD{ SUM{ a_ij x t_ijμ }} - ... v=l μ=l i=l 3=1 μ≠v
N M_i ... PROD{ SUM{ a_ij x t_ijv }}}} i=l j=l ermittelt werden, mit der Ungleichungsnebenbedingung a_ij > 0. Es wird die Korrelation zwischen den einzelnen Betriebsgroßen i berücksichtigt und von der Annahme ausgegangen, dass mehrere Betriebsgroßen i gemeinsam zur technischen Zerstörung des Produktes k fuhren. Die
Betriebsgrößen i sind in dem Ausfuhrungsbeispiel mittels reiner UND-Verknupfungen (Produktbildung) miteinander verknüpft .
Gemäß einer dritten Alternative ist eine Verknüpfung mehrerer Betriebsgroßen i auf der Ebene von einzelnen Klassen j denkbar. Dabei wird von der Annahme ausgegangen, dass mehrere Betriebsgroßen i innerhalb bestimmter Klassen j zu einer technischen Zerstörung des Produktes k fuhren. Die Erfindung sieht vor, die Gewichtungsfaktoren a_ιj aus einer Teilmenge K der Produkte k zu ermitteln und diese dann auf die Teilmenge Z der Produkte z anzuwenden. Dadurch können kritische kumulierte Betriebsdauern P_ιz_krιt der Betriebsgroßen I für den Serieneinsatz bestimmt werden, bei deren Erreichen auf ein Ende der technischen Betriebsdauer geschlossen werden kann.
In einem Funktionsblock 23 werden dann für die Produkte z kritische kumulierte Betriebsdauern P_ιz_kπt für die einzelnen Betriebsgroßen I aus der Gleichung
M_ι P_ιz_krιt = SUM{ a_ιj x t_ιjz } 1=1 ermittelt, indem die Produkte z bis zum technischen
Versagen betrieben werden. Damit erhalt man Z Vektoren der gewichteten kumulierten Betriebsdauern
Y_z = ( P_lz_krιt, P_2z_kπt, ..., P_Nz_kπt ),
Für die einzelnen Produkte z werden schließlich m Funktionsblock 24 die Betriebsdauer-Schwellenwerte, bei deren Erreichen auf ein baldiges technisches Lebensende des Produkts geschlossen werden kann, aus den Spaltenmmima der Matrix Y_z gemäß der Gleichung mm{ P_ιz_kπt }, mit l = 1...N oder aus dem Durchschnitt der Spaltenelemente der Matrix Y_z gemäß der Gleichung 1 N - x SUM{ P_ιz_kπt }, mit l = 1...N
N 1=1 ermittelt. Das funktioniert dann mit der geforderten Zuverlässigkeit, wenn die einzelnen Spaltenelemente hinreichend dicht beieinander liegen, d. h. wenn die Standardabweichung der Spaltenelemente klein ist. Ausreißer, sofern vorhanden, sollten also bei der Auswahl der Spaltenmmima nicht berücksichtigt werden. In Funktionsblock 25 ist das Verfahren zum Bestimmen von Betriebsdauer-Schwellenwerten der Produkte z beendet. Zur Bestimmung der Betriebsdauerschwellenwerte können neben absoluter oder relativer Minimalauswahl und emfacner Mittelwertbildung auch andere Verfahren und Vorgehensweisen wie gleitende oder empirische oder harmonische Mittelwertbildung oder Meridianbildung, usw. eingesetzt werden.
Nachdem die kritischen kumulierten Betriebsdauern P_ιz_kπt für die einzelnen Betriebsgroßen l ermittelt wurden, kann bei allen mit Betriebsdatenspeichern ausgestatteten Serienprodukten s kurz vor Erreichen des kritischen
Schwellenwertes die Notwendigkeit einer Reparatur, eines Austausches oder einer Wartung durch das Produkt s signalisiert werden. Dies kann insbesondere auch Form einer Eigendiagnose des Serienprodukts erfolgen. Alternativ werden die in dem Produkt s gespeicherten Betriebsgroßen im Rahmen einer regelmäßigen Produktwartung ausgewertet. Diese Produktwartung kann dann auch z.B. bei einem Teilprodukt eines Fahrzeugs, oder dem Fahrzeug selbst im Betrieb selbst m Form einer On-Bord-Diagnose durchgeführt werden.
Figur 3 zeigt dazu schematisch eine mögliche erf dungsgemasse Vorrichtung. Mit P ist das Produkt selbst bezeichnet. Dieses ist durch ein Kommunikationssystem KS, insbesondere ein Leitungs- oder Bussystem, mit einem produktexternen Betriebsdatenspeicher BSe verbunden. Alternativ kann im Produkt selbst ein interner Betriebsdatenspeicher BSi vorgesehen sein. Es können auch beide Speicher gleichzeitig vorhanden sein und z.B. ein virtueller Speicher aus BSe und BSi gebildet werden. In M sind die Mittel zusammengefasst , z.B. m Form eines Mikrocomputers oder Mikrocontrollers, die zur Durchfuhrung der erfmdungsgemassen Verfahren wie vorab dargestellt Verwendung finden. Diese Mittel können, z.B. auch in einem Steuergerat eines Kfz vorhanden sein oder eingebracht werden.
Das Produkt P, dessen Betriebsdauer erfasst wird, ist bspw. als ein Steuergerat oder em Teilsystem (z. B. Bremse, Motor, Getriebe, Lenkung u. a.) eines Kraftfahrzeugs ausgebildet. Die Produkte P weisen einen
Betriebsdatenspeicher BSi auf bzw. sind einem solchen zugeordnet (BSe), in dem die erfassten Betriebsgrossen bzw. die Betriebsdauern abgespeichert und bei Bedarf wieder aufgerufen werden können. Der Betriebsdatenspeicher verfugt vorzugsweise über einen nichtfluchtigen Speicher (z. B. ein EEPROM oder em Flash-Speicher) sowie über Mittel EM zur Erfassung der Betriebsgroßen bzw. der Betriebsdauern. Bei einem Kraftfahrzeug kann der Betriebsdatenspeicher bspw. in einem oder mehreren Steuergeraten realisiert werden. Die Erfassungsmittel EM beziehen ihre Informationen z.B. über das Kommunikationssystem KS oder andere Schnittstellen des Produktes, z.B. zu übriger Sensoπk oder Aktuatorik. Die Auswertung, Betriebsdauererfassung, Betriebsdauerermittlung durch Schwellenwertvergleich, usw. wird insbesondere durch die Mittel M durchgeführt, die auch die Signalisierung oder das Einleiten weiterer Massnahmen einleiten bzw. durchfuhren. Die Erfassungsmittel EM und die Mittel M können auch in Kombination, also vereint vorliegen und ebenso den Betriebsdatenspeichern gezielt zugeordnet bzw. in diese integriert sein.
Mit den Betriebsdatenspeichern werden diskrete Systemzustande (z. B. Anzahl von Startvorgangen, Anzahl von Notstarts, Anzahl von Thermoabschaltungen u. a.) sowie die zeitveranderlichen Betriebsgroßen erfasst. Als Betriebsgroßen werden bspw. Sensordaten wie Temperatur, Strom, Spannung, Druck u. a. erfasst. Die dazu notige Sensorik ist z.B. über das Kommunikationssystem KS angebunden oder über weitere Schnittstellen mit dem Produkt gekoppelt. Je nach Produkt, kann die Sensorik auch teilweise oder ganzlich im Produkt integriert sein. Gleiches gilt für insbesondere erfindungsgemasse Informationen liefernde Aktuatorik.
Somit kann also bei allen mit Betriebsdatenspeichern ausgestatteten Serienprodukten s kurz vor Erreichen des kritischen Schwellenwertes die Notwendigkeit einer Reparatur, eines Austausches oder einer Wartung durch das Produkt s signalisiert werden. Dies kann insbesondere auch in Form einer Eigendiagnose des Serienprodukts s, z.B. durch Betriebsdatenspeicher mit integrierten Mitteln M bzw. Erfassungsmitteln EM, erfolgen.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Ermittlung der verbleibenden Betriebsdauer eines Produktes bis zum technischen Versagen, dadurch gekennzeichnet, dass Werte eines Wertebereichs wenigstens einer Betriebsgrosse des
Produktes erfasst werden, wobei der Wertebereich der Betriebsgrosse in Klassen unterteilt ist und für jede Klasse eine Betriebsdauer des Produktes ermittelt und in einem dem Produkt zugeordneten Betriebsdaten- Speicher abgelegt wird, wobei den Betriebsdauern vorgebbare Gewichtungsfaktoren zugewiesen werden und damit wenigstens eine gewichtete, kumulierte Betriebsdauer für das Produkt ermittelt wird, wobei die gewichtete, kumulierte Betriebsdauer mit wenigstens einem vorgebbaren Betriebsdauerschwellenwert verglichen wird und daraus die verbleibende Betriebsdauer des Produktes ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der verbleibenden Betriebsdauer im
Produkt selbst in Form einer Eigendiagnose des Produktes erfolgt und vor oder bei Erreichen des wenigstens einen Betriebsdauerschwellenwertes durch wenigstens eine Betriebsdauer dieses signalisiert wird und geeignete Massnahmen eingeleitet werden. Verfahren zum Erfassen von Betriebsdauern (t_ijk) eines Produkts (k), dadurch gekennzeichnet, dass Werte aus Wertebereichen von bestimmten Betriebsgrossen (i) erfasst werden, der Wertebereich der einzelnen Betriebsgrossen (i) in Klassen ( = l...M_i) unterteilt wird und die Betriebsdauern in Abhängigkeit von der Klasse, in die der erfasste Wert der Betriebsgrosse fallt, erfasst werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Werte der Betriebsgrossen (i) in regelmäßigen zeitlichen Abstanden erfasst werden und ein Klassenzahler einer bestimmten Klasse (j) erhöht wird, falls der Wert einer erfassten Betriebsgrosse (i) in diese Klasse (j) fallt.
5. Verfahren zum Ermitteln eines Betriebsdauerschwellenwertes eines Produktes für eine Überwachung der Zuverlässigkeit des Produktes durch Vergleich einer Betriebsdauer mit einem Schwellenwert dadurch gekennzeichnet, dass Werte von Wertebereichen vorgebbarer Betriebsgrossen des Produktes erfasst werden, wobei der jeweilige Wertebereich der jewei- ligen Betriebsgrosse in Klassen unterteilt wird und die Werte und/oder die Betriebsdauern in einem dem Produkt zugeordneten Betriebsdatenspeicher entsprechend der Klassen abgelegt werden und dass eine erste Teilmenge eines Produktes bis zum technischen Versagen betrieben wird, wodurch die Betriebsdauern der Klassen der vorgebbaren Betriebsgrossen des Produktes ermittelt werden, wobei daraus je Klasse und Betriebsgrosse ein Gewichtungsfaktor ermittelt wird, der den Einfluss zum technischen Versagen des Produktes der jeweiligen Klasse und Betriebsgrosse widerspiegelt und eine zweite Teilmenge des Produktes bis zum technischen Versagen betrieben wird, wobei die Gewichtungsfaktoren, die aus der ersten Teilmenge ermittelt wurden auf die zweite Teilmenge angewendet werden und bei der zweiten Teilmenge des Produktes j e Betriebsgrosse eine kritische Betriebsdauer über alle Klassen ermittelt wird und aus den kritischen Betriebsdauern über alle Klassen aller Betriebsgrossen der Betriebsdauerschwellenwert ermittelt wird.
Verfahren zum Bestimmen von Betriebsdauer- Schwellenwerten von Produkten (z = 1...Z) in Abhängigkeit von bestimmten zeitveranderlichen Betriebsgroßen (l = 1...N) für eine Überwachung der Zuverlässigkeit von Produkten (s = 1...S), wobei im Rahmen der Überwachung die tatsächliche Betriebsdauer eines Produkts (s) mit einem Schwellenwert verglichen wird, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Betriebsdauern (t_ιjk) der Produkte (k) für die Klassen (j) der Betriebsgroßen (I) bis zum technischen Versagen des Produkts (k) durch Verwendung des
Verfahrens nach Anspruch 3 oder 4 bestimmt werden;
- den Klassen { ) der Betriebsgroßen (l) Gewichtungsfaktoren (a_ιj) zugewiesen werden;
- die Gewichtungsfaktoren (a_ιj) aus der Losung eines Optimierungsproblems mm{ f(x) }, mit x = {a_ιj, t_ιjk} unter Berücksichtigung der Korrelation zwischen den einzelnen Betriebsgroßen ermittelt werden;
- für die Produkte (z) kritische kumulierte Betriebsdauern (P_ιz_kπt) für die einzelnen
Betriebsgroßen (l) aus der Gleichung
M_ι P_ιz_krιt = SUM{ a_ιj x t_ιjz }
1=1 ermittelt werden; und
- für die einzelnen Produkte (z) die Betriebsdauer- Schwellenwerte aus der Gleichung min{ P_iz_krit }, mit i = 1...N oder
1 N
- x SUM{ P_iz_krit }, mit i = 1...N
N i=l ermittelt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichtungsfaktoren (a_ij) aus der Lösung des Optimierungsproblems
N K M_i min{ SUM SUM ABS{ SUM{ a_ij x t_ijk } -1 } } i=l k=l j=l ermittelt werden, mit der Ungleichungsnebenbedingung a_ij > 0.
8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichtungsfaktoren (a_ij) aus der Lösung des Optimierungsproblems K K N M_i min{ SUM SUM ABS{ PROD{ SUM{ a_ij x t_ijμ }} - ... v=l μ=l i=l j=l μ≠v
N M_i ... PROD{ SUM{ a_ij x t_ijv }}}} i=l j=l ermittelt werden, mit der Ungleichungsnebenbedingung a_ij > 0.
9. Vorrichtung zur Ermittlung der verbleibenden Betriebsdauer eines Produktes bis zum technischen Versagen, dadurch gekennzeichnet, dass erste Mittel enthalten sind, welche Werte eines Wertebereichs wenigstens einer Betriebsgrosse des Produktes erfassen, wobei der Wertebereich der Betriebsgrosse in Klassen unterteilt ist und zweite Mittel enthalten sind, die für jede Klasse eine tatsachliche Betriebsdauer des Produktes ermitteln und in einem dem Produkt zugeordneten Betriebsdatenspeicher ablegen, wobei weiterhin dritte Mittel enthalten sind, welche den Betriebsdauern vorgebbare Gewichtungsfaktoren zuweisen und damit wenigstens eine gewichtete, kumulierte Betriebsdauer für das Produkt ermitteln und vierte Mittel enthalten sind, welche die gewichtete, kumulierte Betriebsdauer mit wenigstens einem vorgebbaren Betriebsdauerschwellenwert vergleichen und daraus die verbleibende Betriebsdauer des Produktes ermitteln.
10. Vorrichtung zum Erfassen der Betriebsdauern (t_ιjk) eines Produkts (k), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung erste Mittel zum Erfassen der Werte von bestimmten Betriebsgrossen (I) in regelmäßigen zeitlichen Abstanden aufweist, der Wertebereich der einzelnen Betriebsgrossen (I) in Klassen ( = l...M_ι) unterteilt ist und die Vorrichtung zweite Mittel zum Erfassen der Betriebsdauern in Abhängigkeit von der Klasse aufweist, m die der erfasste Wert der Betriebsgrosse fallt.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Mittel einen Klassenzahler einer bestimmten Klasse (j) erhohen, falls der Wert einer erfassten Betriebsgrosse (l) m diese Klasse ( ) fallt.
12. Vorrichtung zum Bestimmen von Betriebsdauer- Schwellenwerten von Produkten (z = 1...Z)
Abhängigkeit von bestimmten zeitveranderlichen Betriebsgrossen (i = 1...N) für eine Überwachung der Zuverlässigkeit von Produkten (s = 1...S), wobei im Rahmen der Überwachung die Betriebsdauer eines Produkts (s) mit einem Schwellenwert verglichen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Mittel zur
Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 5 bis 8 aufweist.
13. In einem Produkt (s = 1...S), dessen Zuverlässigkeit überwacht werden soll, angeordnete Vorrichtung mit
Mitteln zum Vergleich der Betriebsdauer des Produkts (s) mit Schwellenwerten, dadurch gekennzeichnet, dass als Schwellenwerte Betriebsdauerschwellenwerte gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8 eingesetzt werden.
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