專利名稱：預(yù)測包含多個部件的產(chǎn)品的預(yù)期壽命的方法和裝置的制作方法
預(yù)測包含多個部件的產(chǎn)品的預(yù)期壽命的方法和裝置
本發(fā)明涉及對產(chǎn)品的預(yù)期壽命進行預(yù)測的一種方法和一種裝置，其 中該產(chǎn)品至少包含兩個部件.該預(yù)期壽命根據(jù)該產(chǎn)品的可給定的負荷進 行預(yù)測.
此外本發(fā)明還涉及一個計算機程序，其中該計算機程序能夠在數(shù)據(jù) 處理設(shè)備的計算裝置上、尤其是在微處理器上執(zhí)行.
現(xiàn)有技術(shù)
在不同的技術(shù)領(lǐng)域中投入或使用的產(chǎn)品，根據(jù)在其運行期間所受的 負荷而具有一定的壽命. 一個產(chǎn)品包含多個部件. 一個產(chǎn)品可以是一臺
個人計算機(PC),其中這些部件則是該PC的電氣元件(電源、主 板、硬盤、磁盤驅(qū)動器、CD-ROM驅(qū)動器、DVD驅(qū)動器等).也可以考 慮比如把主板作為產(chǎn)品來對待，那么在該電路板上的不同電氣元件、焊 點等就是所述的部件. 一個產(chǎn)品也可以是一個任意的汽車部件、尤其是 一個汽車控制裝置，其中所述部件則是不同的電氣元件(比如電阻、電 容、線團、運放)、焊點、印刷線路等.
一個產(chǎn)品的壽命與該產(chǎn)品在其運行期間所受的負荷有4艮大關(guān)系.比 如設(shè)置于汽車內(nèi)燃機附近的一個汽車控制裝置受到的熱負荷比設(shè)置在 汽車駕駛室的一個控制設(shè)備高得多.這種熱負荷可以是一個絕對的溫 度，但也可以是一個溫度波動.因此，同樣的控制裝置的壽命在發(fā)動機 附近比在駕駛室中要短.這同樣也適用于機械和化學(xué)負荷以及其它任何 形式的負荷.
從現(xiàn)有技術(shù)中得知，可為一種產(chǎn)品提供可靠性證明，其方式是使該 產(chǎn)品在某一可給定的時間段或者按照可給定的間隔來承受一個可給定 的絕對的或周期性的負荷.為了提供可靠性證明，要探測一個產(chǎn)品或該 產(chǎn)品的部件在一個可給定的時間段中是否能承受得住一個可給定的負 荷.
這種可靠性證明按照生產(chǎn)者或顧客專用的標準或按照法律上的標 準來提供。為了給一個產(chǎn)品提供所述證明，理想情況下應(yīng)當讓該產(chǎn)品在 一個所要求的最小壽命上來承受在其規(guī)定的使用或應(yīng)用范疇中將要承受的負荷。如果在該最小壽命內(nèi)該產(chǎn)品能經(jīng)受住這些負荷，那么就為該 產(chǎn)品提供可靠性證明.如果該產(chǎn)品在達到該最小壽命之前失效，那么就 不可以提供該證明.用于提供該證明的這種檢測可以在多個構(gòu)造相同的 產(chǎn)品上來實施，從而使得該證明的結(jié)果更具有代表性.
然而出于時間原因，通常不可能在實際中在接近其規(guī)定的使用和應(yīng) 用范疇的負荷的情況下來經(jīng)歷該產(chǎn)品所要求的整個最小壽命(比如在汽
車控制裝置中為15到20年).因此已知的做法是，提高負荷使之超 出可能的預(yù)期負荷，并相反地降低檢測時間.相應(yīng)地也稱之為加速的可 靠性證明。
然而，在提高負荷與縮短檢測時間之間的確切關(guān)系是未知的，并且 對于不同的負荷以及對于不同的產(chǎn)品可能表現(xiàn)是完全不同的.此外該做 法還導(dǎo)致錯誤的增加，其中這些錯誤是由于加大負荷所至，并且在該產(chǎn) 品規(guī)定的運行或應(yīng)用期間在實際中不會出現(xiàn).這種錯誤也被稱作現(xiàn)場無 關(guān)錯誤.另一方面，縮短檢測時間可能導(dǎo)致某些實際中在長期的但程度 上較小的負荷下出現(xiàn)的錯誤在縮短的檢測時間內(nèi)不出現(xiàn).也就是說，把 檢測時間縮得越短，證明的結(jié)果越不接近實際或越不接近現(xiàn)場.因此在 一方面縮短檢測時間和另一方面檢驗結(jié)果接近現(xiàn)場之間存在目標沖突。
所述已知的方法在檢測多個構(gòu)造相同的產(chǎn)品后比如提供陳述，如 "該產(chǎn)品在超過90。C的絕對運行溫度中以97Ss的概率達到5000運行 小時的最小壽命."但是所述已知的方法不能提供除此之外的陳述.這 種陳述比如所涉及的問題是，該產(chǎn)品的預(yù)期壽命在給定的負荷情況下是 多長，該產(chǎn)品在較低或較高負荷的情況下壽命有多長，以及哪些部件必 須如何來規(guī)范，使該產(chǎn)品能達到一個更髙的最小壽命(哪些部件必須被 構(gòu)造得更穩(wěn)定？)或者可以造價更合理(可以降低哪些部件的穩(wěn)定 性？).
根據(jù)所述的現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的基本技術(shù)問題是擴展和改進開頭 所述種類的一種方法和一種裝置，使之在盡可能短的時間內(nèi)并盡可能接 近現(xiàn)場地為產(chǎn)品提供一個尤其具有說服力的可靠性證明，或者可以預(yù)測 產(chǎn)品的壽命.
為了解決此問題，根據(jù)開頭所述種類的方法而推薦以下方法步驟 -該產(chǎn)品的部件被加栽不同的負荷；-將所述部件在所述的不同的負荷下分別驅(qū)動直至其失效； -存儲所述各個部件所達到的與所述負荷相關(guān)的失效時間； -根據(jù)一個部件與負荷相關(guān)的失效時間，紀錄該部件的一個壽命終
止(EoL)曲線；
-推測該產(chǎn)品的一個EoL曲線，使它在所述不同的負荷下包括所述 部件的在相應(yīng)的負荷下具有最短的失效時間的EoL曲線；以及
-其中通過該產(chǎn)品的EoL曲線中的與給定負荷相關(guān)的函數(shù)值來推 測該產(chǎn)品的預(yù)期壽命.
本發(fā)明的優(yōu)點
根據(jù)本發(fā)明首先單獨考慮一個產(chǎn)品的每個部件.借助為單個部件所 紀錄的EoL曲線，獲得整個產(chǎn)品的一個EoL曲線.它對應(yīng)于在不同負 荷下可以說總是最差的部件的EoL曲線，即在某一負荷下壽命最短的部 件的EoL曲線.這所基于的考慮是， 一個部件的失效，造成一個產(chǎn)品的 整體失效。
對單個部件進行考慮的優(yōu)點是，在該產(chǎn)品的構(gòu)造變化時(把一個部 件更換為另一個，省略一個部件，增加一個新的部件)不必為整個產(chǎn)品 重新預(yù)測該產(chǎn)品在給定的時間段內(nèi)是否能夠承受給定的負荷.為新的或 變化的部件紀錄EoL曲線并在推測整個產(chǎn)品的EoL曲線時加以考慮， 這就足夠了.在省略一個部件的情況下，在推測該產(chǎn)品的EoL曲線時簡 單地不再考慮被省略的部件的EoL曲線，
在為該產(chǎn)品的部件之一紀錄EoL曲線時，該部件的EoL曲線可以 簡單地穿過所探測的該部件與負荷相關(guān)的失效時間的值，或者接近這些 值。在所測定的該部件與負荷相關(guān)的失效時間的值之間的部件EoL曲線 的點可以按照任何已知的方法來進行內(nèi)插。在端點上，即在首尾處，可 對該EoL曲線進行外插.
根據(jù)本發(fā)明的方法使尤其快速的對產(chǎn)品有效壽命的檢驗成為可 能，尤其當在驗證的前期必須對單個部件的EoL曲線進行紀錄、將其存 儲在一個數(shù)據(jù)庫中并且僅僅在需要時才調(diào)用時。此外，利用根據(jù)本發(fā)明 的方法還可以防止由于用于可靠性證明的負荷太高所致的與現(xiàn)場無關(guān) 的錯誤出現(xiàn)。給所述單個部件加栽的不同的負荷大部分位于所假定的現(xiàn) 場負荷的范閨內(nèi)，并且只是稍微超出。從而對該產(chǎn)品的有效壽命，即該產(chǎn)品在給定的時間段內(nèi)是否能承受給定的負荷，進行驗證時所采用的負 荷在該產(chǎn)品的運行期間實際也可能在現(xiàn)場出現(xiàn)，
利用本發(fā)明，在一定程度上把給部件或給整個產(chǎn)品加栽假定的現(xiàn)場 負荷與該產(chǎn)品的壽命預(yù)測和與其有效壽命的驗證相分離。在真正預(yù)測該 產(chǎn)品的壽命和/或可靠性之前就可以開始給部件加栽假定的現(xiàn)場負荷，
而真正對產(chǎn)品壽命的預(yù)測則是利用在前期所獲取的EoL曲線在根據(jù)本 發(fā)明的方法的運行期間進行的.
對單個的部件進行考慮還具有的優(yōu)點是，借助單個部件的EoL曲
線可以驗證該部件是否適于承受該假定的現(xiàn)場負荷.如果一個部件不能 承受該現(xiàn)場負荷，那么這借助該部件的EoL曲線就立即獲知，并且然后 該部件就可以有目的地更換為一個更穩(wěn)定的.另一方面，也可以把比真 正要求的明顯穩(wěn)定得多的部件(因為該部件的EoL曲線明顯位于該假定 現(xiàn)場負荷上方)替換為穩(wěn)定性稍差的造價稍低的部件，而不會帶來該產(chǎn) 品不再能承受該假定現(xiàn)場負荷的危險.
最后可以利用本發(fā)明借助該產(chǎn)品的EoL曲線來測定一個假定的現(xiàn) 場負荷(按照負荷的大小以及負栽時間)，在使測試時長和現(xiàn)場無關(guān)的 錯誤最小化的前提下，其中所述的假定現(xiàn)場負荷使對產(chǎn)品可靠性的最佳 驗證成為可能.為此，所述的假定現(xiàn)場負荷如此來選擇，使得負栽的時 長具有一個代表性的值(這對應(yīng)于在約50至3000個循環(huán)中).然后 將該現(xiàn)場負荷的值選擇為一個負荷，其中在該負荷下所選擇的負栽時長 恰好還位于該產(chǎn)品的EoL曲線之下.由此確定了最佳測試條件下的時長 和負荷.不需要出于安全考慮，在更高的負荷下或者在更長的時長內(nèi)來 實施測試.
根據(jù)本發(fā)明的方法不僅適于預(yù)測產(chǎn)品的壽命(該產(chǎn)品承受得住一個 給定負荷多長時間？)，而且還可以用于提供該產(chǎn)品的可靠性的證明(該 產(chǎn)品在一個給定的時長內(nèi)承受得住一個給定的負荷嗎？).因此，根據(jù) 本發(fā)明的一個有利的改進，推薦該方法用于給該產(chǎn)品提供可靠性證明， 并驗證該產(chǎn)品的EoL曲線在一個可給定的時長內(nèi)是否位于一個可給定 的負荷之上.如果在可靠性證明中該產(chǎn)品的EoL曲線位于該負荷之上， 就提供了該產(chǎn)品的可靠性證明.從而在這種情況下，在給定的負荷下在 一個時間點出現(xiàn)部件的失效，其中該時間點要晚于該部件根據(jù)該證明所 規(guī)定的在該負荷下必須堅持的時間.根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案，推薦把該部件的EoL曲線外插 到更小的負荷上.尤其在小的負荷下，可能得到該部件直至其失效的一 個非常長的運行時間，也即該測試時間可能非常長.利用所述擴展可以 縮減該測試時間，并從而使證明加速，其方式是在較高的負荷下紀錄該 部件的失效時長，并外插到較小的負荷和較大的測試時長.有多種本身 已知的方法用于外插?？煽紤]的比如是，通過在不同負荷下紀錄的失效 時長而形成一個漸近函數(shù)，其中該函數(shù)除了被紀錄的失效時長以外還向 較小的負荷和較長的測試時間方向拓展.作為漸近函數(shù)比如可以考慮一 個任意的指數(shù)函數(shù)(eA(A+B'x) ;A(l-eA(-B'x)>+C;A.eA(B/x)) 或者一個第x次平衡多項式。
根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實施方案，推薦對該部件的EoL曲線中在 特定負荷下獲取的離散的失效時間值之間進行內(nèi)插.利用該實施方案可 以降低需要實施的部件測試(以某一負荷來驅(qū)動該部件直至其失效)的 數(shù)量，其方式是僅僅在一些少量的離散負荷下紀錄該部件的失效時長， 并對該EoL曲線在其之間進行內(nèi)插.有多種本身已知的方法用于內(nèi)插， 比如可以考慮的是，通過在不同負荷下紀錄的失效時長而形成一個漸近 函數(shù)，其中比如是一個任意的指數(shù)函數(shù)、 一個樣條函數(shù)或一個笫x次平 衡多項式。
該部件的負荷可以是每種任意類型的負荷，尤其是一種機械、熱、 化學(xué)、電氣、磁或電磁負荷.每種類型的負荷都對所考慮的部件造成壽 命變化的影響，通常是壽命縮短的影響，然而有利的是該負荷是該部件 的某一絕對運行溫度和/或在某一時間段內(nèi)某一大小的溫度波動.除了 機械負荷之外，所述負荷是在汽車領(lǐng)域中所使用的產(chǎn)品上最常見也是最 大的負荷。
產(chǎn)品部件的失效時間在不同的離散負荷下被紀錄.該EoL曲線可 以在所紀錄的失效時間之間進行內(nèi)插，并可以在所紀錄的失效時間之外 進行外插.人們還談及用來預(yù)測部件的失效時間的不同的負荷等級。產(chǎn) 品的生產(chǎn)者從其顧客那里獲得關(guān)于該產(chǎn)品必須在哪種負荷等級中堅持 多長時間的具體要求.如果比如該負荷是該部件的運行溫度，那么該部 件的失效時間可以在不同的離散溫度等級中進行檢測. 一個第 一溫度等 級比如包括從100。C至120。C的溫度范圍， 一個第二溫度等級比如包 括從120。C至140。C的溫度范圍，根據(jù)顧客的要求，該產(chǎn)品比如必須在該第一溫度等級中堅持120小時，并在該第二溫度等級中堅持20小 時.如果比如被測試的產(chǎn)品在該第一溫度等級中直至失效可以運行150 小時，然而在該笫二溫度等級中直至失效僅僅可以運行10小時，那么 該產(chǎn)品或該產(chǎn)品的一個部件就不滿足顧客的要求.至少這個構(gòu)造得太薄 弱的部件必須被替換為一個更穩(wěn)定的.即使該產(chǎn)品在該第二溫度等級中 直至失效可以運行25小時，即長于顧客所要求的，然后在總和中仍然 超出產(chǎn)品所允許的負荷，以致該產(chǎn)品在達到顧客所要求的比如180小時 的最小壽命之前就失效.
為了能夠?qū)Υ诉M行確定，根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案推薦，在 每個負荷等級中， 一個部件的給定負荷(比如所述的假定現(xiàn)場負荷)的 時長與該部件的EoL曲線上的相應(yīng)的值，也即該部件的相應(yīng)失效時間之 間的間隔被確定，并根據(jù)Palmgren-Miner被相加.根據(jù)Palmgren-Miner的用于損害累加的所謂假說，對于所有的負荷等級，該部件的一 個給定負荷的時長的值與相應(yīng)失效時間之商被相加.如果該總和小于1， 那么該部件才滿足要求.如果該總和大于或等于l，那么就必須考慮到該 部件的提前失效.
如果由產(chǎn)品的生產(chǎn)者的顧^供一個確定的負荷作為可靠性證明， 其中該產(chǎn)品必須在該負荷下承受一個同樣給定的時長(所謂的可靠性證 明中的負荷)，那么可以借助本發(fā)明的方法以簡單的方式來證明該產(chǎn)品能 夠提供所述的可靠性證明.首先測定該產(chǎn)品的EoL曲線.然后實施根據(jù) Palmgren-Miner的損害累加.借助該產(chǎn)品的EoL曲線甚至可以推測一 個與顧客所規(guī)定的負荷不同的(通常是更高的)負荷，其中該產(chǎn)品在一 個較短的時長內(nèi)必須加栽所述負荷，以便仍然滿足所要求的可靠性證 明。以這種方式可以縮減用于提供可靠性證明所需要的時長，而不使證 明在說服力方面有缺陷.
通過裝配好的產(chǎn)品的整個壽命而看出一個確定的負荷曲線，也即， 該產(chǎn)品分別在一個確定的時間內(nèi)被加栽了不同的負荷等級.為了提供一 個可靠性證明，實際的負荷曲線由于時間原因而不能完全經(jīng)歷.因此借 助加速測試，其中負荷被提髙，并且測試的時長相應(yīng)被縮短.為了在加 速測試中也達到對該產(chǎn)品在其壽命周期上的 一個熱負荷進行盡可能接近 實際的模擬，推薦在位于該產(chǎn)品的可給定現(xiàn)場負荷之上的某一溫度中在 短于該現(xiàn)場負荷的時長的某一時長中實施一個加速的可靠性證明，其中所述某一溫度和所述某一時長如此來相互協(xié)調(diào)，使得該產(chǎn)品的一個機械 負荷和該產(chǎn)品的一個熱機械負荷以大致相同的系數(shù)#>速.
一個部件的EoL曲線有利地包含有至少兩個點，其中這兩個點體現(xiàn) 為該部件在不同負荷下的失效時間.如果該負荷比如是該部件的運行溫 度，那么該部件的失效時間從而在至少兩個不同的離散的溫度或在至少 兩個不同的溫度等級中被紀錄，比如在100°C和在175°C.
作為本發(fā)明任務(wù)的另一解決方案，根據(jù)開頭所述種類的裝置，推薦 所述裝置包括
-用于加栽所述部件至少之一的一個壽命終止(EoL)曲線的工具， 其中該EoL曲線已在此前根據(jù)所測定的該部件的與負荷相應(yīng)的失效時間 被紀錄；
-用于測定該產(chǎn)品的一個EoL曲線的工具，如此卩吏得該曲線在不同 的負荷下包含在相應(yīng)的負荷下具有最短的失效時間的部件的EoL;以及
-用于將該產(chǎn)品的預(yù)期壽命作為該產(chǎn)品的EoL曲線上的與該產(chǎn)品的 給定負荷相應(yīng)的函數(shù)值來進行測定的工具.
產(chǎn)品部件的EoL曲線在預(yù)測產(chǎn)品壽命的前期被紀錄，為了紀錄該產(chǎn) 品部件的EoL曲線，每個部件都被單獨加栽不同的負荷，并分別被驅(qū)動 直至其失效.也可以說，這些部件在不同的負荷等級中被驅(qū)動直至失效. 由此為每個部件得到了與負荷相關(guān)的失效時間，這些失效時間構(gòu)成部件 的EoL曲線的支撐點。這些支撐點被存儲.為了真正預(yù)測該產(chǎn)品的壽命， 被存儲的產(chǎn)品部件的EoL曲線的支撐點被簡單地調(diào)用，通過內(nèi)插或外插 來獲得這些EoL曲線，并被用于預(yù)測該產(chǎn)品的壽命.
但也可以考慮的是，所述支撐點還在前期就被內(nèi)插或外插，所述部 件的完整的EoL曲線被存儲.然后把部件的所述完整的EoL曲線直接用 于預(yù)測產(chǎn)品壽命本身，而不必還在運行期間首先在所述支撐點之間內(nèi)插 或在所述支撐點外邊外插.
根據(jù)本發(fā)明的一個有利的改進，建議一個部件的至少一個EoL曲線
者紀錄. 一個部件的:oL曲線^后;以比如在數(shù)據(jù)頁上或在線地提供給 整個產(chǎn)品的生產(chǎn)者.該產(chǎn)品的生產(chǎn)者然后可以借助不同部件的EoL曲線 來推測整個產(chǎn)品的EoL曲線，并驗證所述整個產(chǎn)品是否滿足其顧客所提 出的要求，其中該產(chǎn)品的不同部件有可能是所述整個產(chǎn)品的生產(chǎn)者從不同的部件生產(chǎn)者處獲得的.
此外，還推薦根據(jù)本發(fā)明的裝置用于提供產(chǎn)品的可靠性證明，并且
具有一些工具，用于驗證該產(chǎn)品的EoL曲線是否在可給定的時長內(nèi)位于 一個可給定的負荷之上，并且，如果是這樣，就視該產(chǎn)品為已獲得可靠 性證明.
本發(fā)明的方法可以以計算機程序的形式來實現(xiàn)，其中該計算M序 可以在計算裝置上，比如在微處理器或微控制器上執(zhí)行.該計算機程序 在該計算裝置上執(zhí)行，并完全自動地實施本發(fā)明的方法.在這種情況下， 本發(fā)明就通過該計算機程序來實現(xiàn)，使得該計算機程序如所述方法以同 樣的方式來體現(xiàn)本發(fā)明，其中該程序被編程以實施所述方法.嚴格地說， 本發(fā)明的方法被劃分為兩個部分. 一個笫一部分負責紀錄單個部件的 EoL曲線.這比如可以在部件生產(chǎn)者那里完成.本發(fā)明方法的一個第二 部分負責測定整個產(chǎn)品的EoL曲線，并負責預(yù)測該產(chǎn)品的壽命.這比如 可以在產(chǎn)品生產(chǎn)者那里進行，其計算基于從部件生產(chǎn)者處所獲得的部件 的EoL曲線.
如果前提條件是在將來按照標準為所生產(chǎn)的每個部件都紀錄EoL曲 線并且提供給顧客，那么該方法的第二部分具有特殊意義.因此也就是 說在將來能夠快速、簡單而且尤為可靠地為任意的產(chǎn)品提供可靠性證 明，并估算其有效壽命.產(chǎn)品的變化或調(diào)整可以快速而簡單地匯入該可 靠性計算和有效壽命計算中.


下面參照附圖來詳細解釋本發(fā)明.其中
圖1示出在現(xiàn)有技術(shù)中已知的用于在某一假定現(xiàn)場負荷下為一個 產(chǎn)品提供一個可靠性證明的一種方法；
困2示出在現(xiàn)有技術(shù)中已知的用于在比困1的實例相對提髙的假 定現(xiàn)場負荷下來提供一個可靠性證明的一種方法的一個第一實施方 案；
困3示出在現(xiàn)有技術(shù)中已知的用于在比困1的實例相對提高的假
定現(xiàn)場負荷下來提供一個可靠性證明的一種方法的一個第二實施方
案；
閨4示出通過本發(fā)明所實現(xiàn)的在供應(yīng)商和顧客之間的可能的通信路徑；
圖5示出產(chǎn)品的一個部件的一個壽命終止曲線；
困6示出四個部件以及一個不可靠的產(chǎn)品的壽命終止曲線；
圖7示出四個部件以及一個可靠的產(chǎn)品的壽命終止曲線；
圖8示出圖5中的產(chǎn)品的一個部件的壽命終止曲線，其中標出在
某一負荷等級中在現(xiàn)場負荷下的一個給定時長與該部件的相應(yīng)失效時 間之間的間隔，用于根據(jù)Pal邁gren-Miner來建立該部件的壽命預(yù)
測；
圖9示出用于定義失效規(guī)則以及用于設(shè)置產(chǎn)品部件的可能性；
困io示出為一個熱負荷和一個熱機械負荷利用相同的加速系數(shù)接
近于實際的對產(chǎn)品的測試加速；
圖ll示出用于實施本發(fā)明方法的一種本發(fā)明的裝置.
實施舉例說明
產(chǎn)品的測試或產(chǎn)品的可靠性證明按照現(xiàn)有技術(shù)借助由顧客或標準 委員會推薦的標準和標準化的方法來實施.在這些標準中描述了加速的 測試，其中該測試必須在一個產(chǎn)品上被實施直到某一運行時長t或某一 周期數(shù)n，才能證明該產(chǎn)品的可靠性.如果一個測試在比現(xiàn)場出現(xiàn)的負 荷更大的負荷下被實施，并為之僅實施一個較短的時間t或較少的周期 數(shù)n，那么它就被稱為加速的測試.滿足可靠性測試的評估標準則通常 是在結(jié)束測試之后對產(chǎn)品功能的證明.這樣，可以進行一個是/否判斷， 該產(chǎn)品是否在所要求的時間段中承受得住所要求的負荷.但是，不能在 一個任意負荷下對該產(chǎn)品的壽命進行一個判斷.
所述測試被加速，其方式是把作用在要測試的產(chǎn)品上的負荷選擇為 較高的，部分的甚至遠高于一個假定現(xiàn)場負荷.但是，這導(dǎo)致隨著在可 靠性證明中負荷的逐步增高而出現(xiàn)越來越多的與現(xiàn)場無關(guān)的錯誤.也即 出現(xiàn)在產(chǎn)品的按照規(guī)定的運行期間在實際中不會出現(xiàn)的錯誤.換句話 說，在可靠性證明中隨著負荷超過假定現(xiàn)場負荷的增加，測試的實際說 服力下降.這導(dǎo)致，該產(chǎn)品或該產(chǎn)品的部件被構(gòu)造得穗定得多和耐久得 多，使其無論如何在負荷提高的情況下也能獲得可靠性證明，也即，還 以此避免在可靠性證明期間出現(xiàn)該產(chǎn)品的與現(xiàn)場無關(guān)的錯誤.然而這帶 來附加的重量、附加的構(gòu)造空間以及首先是部件的附加費用.另一方面，若在可靠性證明中減小負荷，使得在測試期間與現(xiàn)場無 關(guān)的錯誤出現(xiàn)減少，會導(dǎo)致所需的測試時長明顯延長.因此在實際中直 到目前還一直試圖在一方面盡可能短的測試時長和另一方面盡可能小 的與現(xiàn)場無關(guān)的錯誤數(shù)量之間尋找一個合理的折衷方法.
近期，顧客由于較髙的質(zhì)量要求、要求更長的產(chǎn)品壽命以及在實際 運行期間產(chǎn)品所承受的更高的負荷而對可靠性證明提出越來越嚴格的 要求.這導(dǎo)致測試成本和測試時間的增加，以及在檢驗測試期間由現(xiàn)場 無關(guān)的錯誤造成的失效.這常常導(dǎo)致產(chǎn)品在成批采用之前短暫的時間 里，因為不能獲得所要求的可靠性證明而必須得到改進，并且顧客拒絕 放行該產(chǎn)品.由于所述改進而造成耗費的返工(整個產(chǎn)品的重新設(shè)計)， 其中該產(chǎn)品的質(zhì)重由于然后所面臨的時間壓力而常常是低劣的.
在圖1中舉例性地描述了可靠性證明的現(xiàn)有技術(shù).顧客詳細說明 可靠性測試以及進行該測試所必需的條件(負荷以及負荷的時長).在
圖1中，假定的現(xiàn)場負荷(AFB)用參考符號l來表示，在可靠性證明 (BZN)中由顧客所給定的負荷用參考符號2來表示，在x軸上給出的 是以運行溫度T或運行溫度波動AT形式的負荷，在y軸上給出的是所 述負荷的時長作為時間t或是周期數(shù)N.
所述假定現(xiàn)場負荷1對應(yīng)于在按照規(guī)定的運行期間一個估計的或 通過試驗而經(jīng)驗獲得的產(chǎn)品的負荷。所述可靠性證明中的負荷2是一個 估計的負荷，其中該負荷位于該假定現(xiàn)場負荷l之上.所述可靠性證明 中的負荷2被選擇成，使得當該產(chǎn)品在可靠性證明中在利用負荷2在給 定的時長中進行檢測運行之后仍然有效時，就可以由此得出，該產(chǎn)品在
所期望的時長中也將承受住具有該假定現(xiàn)場負荷l的實際使用.
在所示的例子中，所述負荷被構(gòu)造為絕對運行溫度T或為溫度波 動AT。當然也可以考慮其它任意種類的負荷.對于運行溫度T，該負荷 的時長對應(yīng)于一個時間t。對于溫度波動AT,該負荷的時長對應(yīng)于周期 數(shù)N，其中該周期數(shù)表明某一溫度波動AT的經(jīng)歷次數(shù).
如果現(xiàn)在比如由于質(zhì)量要求提高而使該假定現(xiàn)場負荷1提高，那 么在圖1中所示的方法就會出現(xiàn)問題，在圖2中示出了這樣一種情況， 其中該假定現(xiàn)場負荷l在不同的負荷值中已經(jīng)被延長了 一個附加的時長 3,為了對提髙的假定現(xiàn)場負荷1、 3加以考慮，該負荷2在可靠性證 明中被提升了一個附加的時長4，也即，該產(chǎn)品必須在一個較長的時長內(nèi)在可靠性證明中以該負荷2運行.然而這導(dǎo)致測試時間不適宜的延 長，這在實際中是不可行的，
在圖3中所示的笫二實施例中考慮了所述附加提高的現(xiàn)場負荷 1、 3，其方式是不延長可靠性證明的時長，而是將該負荷T提髙厶T. 這在困3中借助在可靠性證明中的新的負荷5來示出.然而這里的缺點 是，由于該負荷5在可靠性證明中遠高于該現(xiàn)場負荷1、 3，在產(chǎn)品的 測試階段可能更多地出現(xiàn)現(xiàn)場無關(guān)的錯誤。這種現(xiàn)場無關(guān)的錯誤機制可 能阻止產(chǎn)品的放行，即使它們在實際運行中不出現(xiàn).由于去除現(xiàn)場無關(guān) 的錯誤，其中這些錯誤通常意味著產(chǎn)品的修改或重新構(gòu)造，導(dǎo)致產(chǎn)品費 用增加，與在圖2中所述的已知的方法中該測試時長被延長(理論上延 長至最多一年)不同，在這個困3所述的已知的方法中則由于極高的負 荷而產(chǎn)生了大量的現(xiàn)場無關(guān)的錯誤.
此外，簡單地提高測試時間或負荷不會導(dǎo)致所期望的與所述現(xiàn)場負 荷l、 3的關(guān)聯(lián)，因為不能從輸出狀態(tài)分析該現(xiàn)場負荷l、 3,從而在現(xiàn) 有技術(shù)已知的方法中也不能進行壽命預(yù)測.負荷不能分別地被表示出 來.
因此根據(jù)本發(fā)明推薦了用于預(yù)測產(chǎn)品壽命的一種方法，其方法步猓 下面借助圖5來詳細解釋.本發(fā)明的一個重要的觀點可以從以下得出， 即一個產(chǎn)品的多個部件、優(yōu)選的是所有的部件首先被單獨地考慮.該產(chǎn) 品的所述部件被加栽了一個可給定的負荷.不必給該產(chǎn)品的所有部件都 加栽，但有意義的是在該產(chǎn)品的至少一些部件上采用本發(fā)明的方法，并 對此加栽一個可給定的負荷，其中所述的一些部件當然是對該產(chǎn)品的壽 命有影響的部件.所述部件在不同的負荷下(所謂的負荷等級)分別被 驅(qū)動直至其失效，為不同的部件獲得與負荷相關(guān)的失效時間.
在圖5中示出了對某一部件的測量結(jié)果.現(xiàn)場負荷l的一些段(所 謂的負荷等級)在困5中用陰影示出并用參考符號6來表示，其中在所 述的一些段中所述部件被驅(qū)動直至其失效，并且在所述的一些段中進行 了失效時間的測量，這涉及負荷值110oC、 120°C、 140oC、 160oC 和1800C，或者100。C、 1250C、 150eC和175。C，或者在所關(guān)注的 溫度范圍中(比如至175。C、 200。C或233°C)其它任何等距的或不 等距的劃分。在每個負荷等級中，優(yōu)選地在相應(yīng)的最高負荷下來進行失 效時間的測量，其中所述的相應(yīng)的最高負荷在困5中是點19.當然也可以在各負荷等級中的一個中間的負荷下，或者在該負荷等級中的一個
低負荷下來進行所述的測量.所測量的部件失效時間的值表示為點7。 以這種方式測量并獲得的所有失效時間7都位于該部件的一個所謂壽命 終止(EoL)曲線8上，
EoL曲線8的處在所測量的失效時間7之間的值借助內(nèi)插法來獲 得.一些所述的內(nèi)插值在困5中用參考符號9來表示.該負荷變得越小， 則必須驅(qū)動該部件更長時間真正直至其失效.為了遊免太長的測試時 間，失效時間僅被測試至一個最小負荷(在所示的實施例中至100K或 100°C)。為了在該負荷的下方也獲得該EoL曲線8的值，對該EoL 曲線8通過所測量的失效時間7往較低負荷的方向外插。該EoL曲線8 的外插值在圖5中用參考符號10來表示.
所述部件在不同的負荷下從接近于現(xiàn)場的到大的加速，也即在較高 的負荷下被運行致使其失效，由此測試時間被縮短.在此分析和總結(jié)錯 誤原因，使得為該部件產(chǎn)生一個錯誤專有的EoL曲線8，其中所述曲線 實現(xiàn)了與現(xiàn)場，即與部件的實際應(yīng)用的關(guān)聯(lián)。錯誤原因比如是焊接中 的開裂和蜞變、邊界層的擴散(比如在黏合線材時的克肯達耳效應(yīng))、 所謂澆鑄混合物的分層、黏合疲勞、瞬態(tài)熱阻Z一th的增加、電解電容 器的泄露等。
從圖6看出，不同的錯誤原因表現(xiàn)在所述部件的不同EoL曲線8 中.在此示出了比如四個部件K1、 K2、 K3和K4的不同EoL曲線，當 然，本發(fā)明的方法可以應(yīng)用于少于四個的部件或任意多的部件K1、 K2、 K3至Kn。在困6中清楚可見，該第四部件K4的EoL曲線不能超過所 要求的時長而承受得住大致位于中間負荷區(qū)域的一個負荷.因此該部件 K4不適于所計劃的在現(xiàn)場的應(yīng)用.在該產(chǎn)品現(xiàn)場應(yīng)用之前，該部件K4 必須被替換為一個更穗定的或更耐久的.在困7中示出了比如四個部件
'K1、 K2.....K4的壽命終止曲線8，其中在困7所示曲線中的部件
K4與困6的曲線相比已被替換為一個更穗定的或更耐久的部件K4。以 這種方式不用大的耗費把圖6中的不可靠的產(chǎn)品變成可靠的產(chǎn)品(對照 圖7)。與現(xiàn)有技術(shù)不同，在本發(fā)明中不需要對該產(chǎn)品進行深入的錯誤 分析和全面的重新構(gòu)造，
在圖6中一眼就可看出，該部件K4不滿足對其提出的要求，因為 該部件K4的EoL曲線8與假定現(xiàn)場負荷1或附加的現(xiàn)場負荷3相交.在圍6中產(chǎn)品的不滿足要求的那些部件，比如部件K4被筒單地替換為 更穩(wěn)定的和/或更耐久的(比照困7 )，如此使得所有部件Kl至K4 (或 Kl至Kn)的所有EoL曲線8位于所述假定現(xiàn)場負荷1連同附加的現(xiàn) 場負荷3之上，
借助不同部件K1至K4 (或K1至Kn)的EoL曲線8，獲得了該 產(chǎn)品的一個EoL曲線11.該產(chǎn)品的EoL曲線總是包括一些部件Kl、 K2、 . . .K4的EoL曲線8，其中這些部件在不同的負荷等級中分別具 有最短的失效時間。在困6所示的實施例中，該第四部件K4的EoL曲 線8在所有的負荷等級中都具有最短的失效時間。因此該產(chǎn)品的EoL 曲線11僅包括該笫四部件K4的EoL曲線8.從而該產(chǎn)品的EoL曲線 11也與該假定現(xiàn)場負荷1或附加的現(xiàn)場負荷3相交，并從而不滿足對 其提出的可靠性要求.
在圖7中所示的實施例中，該產(chǎn)品的EoL曲線在低負荷等級中包 括該第四部件K4的EoL曲線8，在中間的負荷等級包括該第一部件Kl 的EoL曲線8，最后在高的負荷等級包括該第二部件K2的EoL曲線8. 所有部件Kl、 K2、 . . .、 K4的EoL曲線8和該產(chǎn)品的EoL曲線11 均在該假定現(xiàn)場負荷1或附加現(xiàn)場負荷3上方一個距離處變化，如此大
約可以得出，該部件K1、 K2.....K4和該產(chǎn)品滿足可靠性要求.也
即可以獲得所有的部件Kl、 K2.....K4 (或K1、 K2.....Kn)，
乃至整個產(chǎn)品的所述可靠性證明.
然而為了最終的安全，可以根據(jù)Palmgren-Miner給所述部件實
施一種損害累加，其中所述部件的EoL曲線8在該假定現(xiàn)場負荷1或 附加現(xiàn)場負荷3上方一個距離處變化，事實上能夠滿足所述要求.這在 下文中參照困8來詳細解釋.在每個負荷等級(比如60-70。C、 70-
80°C..... 180-190°C)中， 一個部件的假定現(xiàn)場負荷的時長(時
間t或周期數(shù)N) Ni與該部件的EoL曲線8上的一個(失效時間的) 相應(yīng)值Ni之間的間距13被確定，并根據(jù)Palmgren-Miner被累加. 在該部件的EoL曲線8上的相應(yīng)值或者已經(jīng)被測量(失效時間的測量)(點7)，或者在被測量的值之間內(nèi)插(點9)，或者在被測量的值外 邊外插(點IO).如果商的總和Si小于l (& =不,<1)，那么就涉 及一個可靠的部件，但是，如果該總和Si大于或等于l(&^;^^1)，
那么該部件就不滿足要求，所存在的危險是，該部件Kl、 K2.....
Kn在到達其給定最小壽命前提前失效.因此該部件必須被一個更穩(wěn)定
的或更耐久的取代.
本發(fā)明方法的一個優(yōu)點在于，可以針對產(chǎn)品來確定失效規(guī)則，并針 對應(yīng)用進行調(diào)整.該失效規(guī)則不必是此前已知的，而是甚至可以在對失 效時間和部件與產(chǎn)品的EoL曲線8、 11進行測定結(jié)束之后被確定。
這對于在連接技術(shù)領(lǐng)域中的過渡電阻Ri，比如在圖9中示出，該 假定現(xiàn)場負荷再次用參考符號2來表示，對于不同構(gòu)造的過渡電阻Ri 用不同的EoL曲線8.1至8.3來示出，不同的EoL曲線8.1至8.3 與該假定現(xiàn)場負荷1具有一個不同的安全間距。也即，如果比如考慮一 個控制裝置(產(chǎn)品)，其中在圖9中用不同的EoL曲線8.1至8.3來 表示的所述過渡電阻Ri (部件)被應(yīng)用于一個比最初所計劃的，比如更 靠近內(nèi)燃機的更溫暖環(huán)境中，那么該過渡電阻Ri應(yīng)優(yōu)選地按照具有 R3-20mQ的標準Krit3來設(shè)定，如此使得該EoL曲線8.3至該假定 現(xiàn)場負荷1的安全距離被構(gòu)造得足夠大.
但是，如果可以保證部件僅僅被應(yīng)用于給定的環(huán)境中，使得實際的 現(xiàn)場負荷將不會明顯地超過該假定現(xiàn)場負荷1 ，那么該過渡電阻Ri也可 以按照具有Rf5 mQ的標準Kritl來設(shè)定而不會帶來問題.從而利用
本發(fā)明根據(jù)所計劃的應(yīng)用或根據(jù)變化的應(yīng)用條件分別選擇最佳的部 件，并由此來裝配產(chǎn)品.
利用本發(fā)明可以把顧客專用的負荷曲線折算為產(chǎn)品的相應(yīng)壽命，可 以進行預(yù)防性的壽命判斷.
借助本發(fā)明不僅可以驗證產(chǎn)品的可靠性，而且可以獲得用于可靠性 證明的最佳負荷12.在現(xiàn)有技術(shù)中存在的大問題是，在可靠性證明中 測定該負荷12 (比照圖2:相對低的負荷2、 4，從而導(dǎo)致過多時耗； 比照困3:相對高的負荷5，從而產(chǎn)生與現(xiàn)場無關(guān)的錯誤)，這根據(jù)本發(fā)明可以不成問題地被執(zhí)行。在可靠性證明中的所述負荷12必須如此 來選擇，使得它位于產(chǎn)品的EoL曲線11下面.此外還應(yīng)當注意的是， 測試時長的長度如此來選擇(比如在50與3000小時或周期N之間)， 使得該測試結(jié)果具有代表性.利用在可靠性證明中以這種方式所獲得的 負荷12，可以想象在將來對該產(chǎn)品進行驗證，其中保證了該驗證盡可 能短，并且盡可能地避免與現(xiàn)場無關(guān)的錯誤出現(xiàn)。
在困10中是某一負荷曲線，它是一個裝配好的產(chǎn)品在其整個壽命 中看來所經(jīng)歷的，該負荷曲線用參考符號14來表示.該負荷曲線14
或者是估計的，或者是模擬的，或者是在實際條件下被紀錄的.在這里 所示的被簡化的實施例中該負荷曲線14包括相對短的時長Ath在該 時長厶、中施加一個相對小的負荷TlB此外該負荷曲線14還包括較長 的時長A七2，在該時長厶七2中施加一個較高的負荷T2,從而該負荷曲線 14包括一個以某一頻率(1/ (Atr "At2))周期重復(fù)的負荷波動厶T工. 具有負荷曲線14的產(chǎn)品的負荷不但導(dǎo)致產(chǎn)品的一個熱負荷，而且導(dǎo)致 產(chǎn)品的一個熱機械負荷，其中在熱負荷和熱機械負荷間相互存在某一比 例.該熱負荷比如以再結(jié)晶或擴散的形式在產(chǎn)品上出現(xiàn).該熱機械負荷 的原因主要在于該產(chǎn)品的材料和部件的不同熱膨脹系數(shù)(所謂的TCE-失配).
一個加速負荷曲線用參考符號15來表示，其中該加速負荷曲線在 這里所示的被簡化的實施例中包含有相對短的時長厶h，在該時長厶t工 中施加相對小的負荷T^此外該負荷曲線15還包括較長的時長厶t2， 在該時長At2中施加一個較高的負荷T3，其中該負荷T3大于笫一負荷 曲線14中的負荷T2.以這種方式與該第一負荷曲線14相比，雖然負 荷波動的頻率保持相同，但是得到了一個比在該第一負荷曲線14中大 的負荷波動厶T2(厶T夕厶T。.也即該負荷曲線15包含一個以某一頻率 (1/ (厶、+At2))周期重復(fù)的較大的負荷波動AT2。被加速的負荷曲 線15導(dǎo)致熱負荷與熱機械負荷相比而被過分強調(diào).所產(chǎn)生的熱負荷的 加速系數(shù)或由于負荷曲線15的熱負荷而失效的概率提高的程度可以根 據(jù)阿雷尼厄斯規(guī)則來計算。
在圖10中用參考符號16來表示另一加速負荷曲線，其中該負荷
曲線在這里所示的被簡化的實施例中包括一個相對短的時長厶t3,在該
時長厶ts中施加相對小的負荷TlD該時長厶七3短于負荷曲線14和15中的時長AtL此外該負荷曲線16還包括較長的時長厶"，在該時長 At4中施加較高的負荷T2.該時長At4短于負荷曲線14和15中的時 長At2。雖然以這種方式，與負荷曲線14相比該負荷波動厶&保持不 變，但是測試在時間上被加速，如此使得該負荷曲線16包括一個以較 高的頻率(1/ (At3+At4))周期性重復(fù)的負荷波動ATl被加速的負 荷曲線16導(dǎo)致該熱機械負荷與熱負荷相比而被過分強調(diào).所產(chǎn)生的熱 機械負荷的加速系數(shù)或由于負荷曲線16的熱機械負荷而失效的概率提 高的程度可以根據(jù)科芬-曼森規(guī)則來計算.
為了提供可靠性證明，實際的負荷曲線14出于時間原因不能完整 地經(jīng)歷.因此采用了加速的測試(比照負荷曲線15和16)，其中負荷 被提髙，并且測試的時長相應(yīng)地縮短，為了在加速的測試中也實現(xiàn)盡可 能接近實際地模擬該產(chǎn)品在其壽命周期上的實際負荷，根據(jù)本發(fā)明，推 薦在某一高于一個可給定的現(xiàn)場負荷T2的溫度T4在某一時長Ats內(nèi)實 施加速的可靠性證明，其中所述時長厶ts小于現(xiàn)場負荷T2的時長At2.
在此，被提高的溫度T4和被縮短的時長厶ts如此來相互協(xié)調(diào)，使得該
產(chǎn)品的機械負荷和該產(chǎn)品的熱機械負荷大致以相同的系數(shù)被加速.該方 法當然不僅可以應(yīng)用于絕對負荷(比如溫度Ti)，而且可以應(yīng)用于負荷 周期或負荷波動(比如溫度波動ATi).那么在這種情況下，在大于產(chǎn) 品的一個可給定的現(xiàn)場負荷ATl的某一溫度波動AT3下，采用比該現(xiàn)場
負荷厶Ti的頻率1/ (厶ti+厶t2)大的某一頻率1/ (厶ts+厶ts)來實施 加速的可靠性證明。在此被提高的溫度波動ATs和較高的頻率1/ (厶t 5+厶ts)如此來相互協(xié)調(diào)，使得產(chǎn)品的機械負荷和熱機械負荷大致以相 同的系數(shù)被加速.
對于提高的溫度T4或提高的溫度波動厶Ts，首先根據(jù)阿雷尼厄斯 來獲得所產(chǎn)生的熱負荷的加速系數(shù).然后根據(jù)科芬- 曼森借助所獲得的 熱負荷的加速系數(shù)來如此獲得供測試用的所產(chǎn)生的縮短的時長At5、厶七6 或提髙的頻率1/ (厶ts+厶ts)，使得熱機械負荷的加速系數(shù)大致等于熱 負荷的加速系數(shù)。
利用本發(fā)明的方法可以縮短測試時間，并可以降低產(chǎn)品造價.此外 還可以提高可靠性.此外還可以對部件或整個產(chǎn)品的預(yù)期壽命進行準確 的預(yù)測.測試條件選擇得盡可能接近現(xiàn)場，以能夠真正體現(xiàn)與產(chǎn)品的關(guān) 聯(lián)，盡可能地遊免在現(xiàn)場不可能出現(xiàn)的錯誤原因的形成.本發(fā)明的一個實質(zhì)性的優(yōu)點是實施接近于現(xiàn)場的測試，其方式是在
不同的溫度T和溫度波動厶T下驅(qū)動部件或元件直至失效，對失效機制 進行分析，并與預(yù)定的曲線變化和函數(shù)形成關(guān)聯(lián).測試規(guī)則被選擇得接 近于現(xiàn)場，以保證與現(xiàn)場中(在實際的應(yīng)用中)的實際負荷的關(guān)聯(lián).
中斷條件在此可以在測試結(jié)束后動態(tài)地針對相應(yīng)的應(yīng)用場所進行 調(diào)整并被確定，并不必是預(yù)先已知的.從而實現(xiàn)了產(chǎn)品的造價合理的、 產(chǎn)品專有的構(gòu)造，在同時提高可靠性的情況下具有足夠的預(yù)期壽命.可 以遊免所謂的工程過量或工程欠缺.通過避免返工可以同時改善產(chǎn)品的 供應(yīng)質(zhì)量.
在提高現(xiàn)場負荷時，可以利用本發(fā)明的方法來避免產(chǎn)品的構(gòu)造上的 不足。由于可標度性(之前所實施的測量以及測試條件的確立)，可以 在一個合適的短的時間內(nèi)實施可靠性證明，而不必在新的產(chǎn)品上單獨實 施測試.在原型機上實施所述的大大簡化的測試就足夠了.
在本發(fā)明的基礎(chǔ)上可以使供應(yīng)商和顧客進行深入的溝通.該溝通過 程比如在圖4中示出.在產(chǎn)品按照規(guī)定的運行期間，該產(chǎn)品承受一個實 際的現(xiàn)場負荷(TFB)，其中它是一個客觀的可確定的量，并從而在供 應(yīng)商看來和在顧客看來是一樣的.但是實際的現(xiàn)場負荷TFB在產(chǎn)品應(yīng)用 之前，也即在開發(fā)產(chǎn)品的時間點上還是未知的.根據(jù)所預(yù)期的實際現(xiàn)場 負荷TFB，供應(yīng)商獲得一個假定的現(xiàn)場負荷AFBi,其中該假定現(xiàn)場負 荷AFBi可能與一個由顧客所獲得的假定的現(xiàn)場負荷1明顯不同.這尤 其取決于供應(yīng)商和顧客通常遵從不同的目標.顧客(比如汽車生產(chǎn)商) 希望有盡可能高的質(zhì)量并從而基于一個相對高的假定現(xiàn)場負荷AFB2， 而在供應(yīng)商處除了質(zhì)量要求外，還以低造價為前提，如此使得供應(yīng)商通 常從一個較低的假定現(xiàn)場負荷AFBi出發(fā).造成供應(yīng)商方面和顧客方面 對假定現(xiàn)場負荷AFB看法不同的原因尤其是以下的實際情況，即在產(chǎn)品 開發(fā)時該產(chǎn)品在現(xiàn)場的實際現(xiàn)場負荷TFB還是未知的.
借助供應(yīng)商的假定現(xiàn)場負荷AFBi，或者在考慮該假定現(xiàn)場負荷 AFB:的情況下，該負荷12在可靠性證明BZN中獲得.借助本發(fā)明的 方法，可以以困6中所示的方法和上述的方法來對該負荷12的測定進 行優(yōu)化，如此在可靠性證明BZN中獲得最佳負荷12.
顧客由該假定現(xiàn)場負荷AFB2而獲得一個由他所要求的檢驗負荷 EB，其中在顧客看來該產(chǎn)品為了保證給定的質(zhì)量標準而必須承受所迷的檢驗負荷EB.由顧客所要求的檢驗負荷EB通常還大于由供應(yīng)商在可靠 性證明BZN中所獲得的負荷.目前供應(yīng)商對以下方面還缺少論據(jù)，即為 什么由供應(yīng)商在可靠性證明中所獲得的負荷12是完全足夠的，從而該 產(chǎn)品滿足由顧客所提出的質(zhì)量要求；如果該產(chǎn)品此外還滿足由顧客所提 供的檢驗負荷EB,那么該產(chǎn)品就可能是過分構(gòu)造的.
借助本發(fā)明，現(xiàn)在給供應(yīng)商提供了一種工具，利用該工具可以給顧 客提供可考證的以及可重新構(gòu)建的關(guān)于以下方面的論據(jù)，即為什么按照 所述方法在可靠性證明BZN中根據(jù)圖6所獲得的負荷l2完全足夠提供 可靠性證明.
通過對可觀察量(可觀察的量)的測量和觀察來進行元件或部件的 壽命終止的確定.所述可觀察量在一個有源元件中比如可能是澆鑄混合 物分層或祐合疲勞.其它例子在下面的列舉中進行總結(jié).當然也可以是 其它的可觀察量.
下面來描述具有其可觀察量的一些錯誤原因，在有源元件中(比如 集成電路IC、運放OP、微處理器、微控制器、MOSFET等)錯誤原因 比如是所謂的澆鑄混合物的分層，其中這可以借助超聲波來探測。此外 還可能是黏合疲勞、熱阻Zth的增加、電流 丄subthreshold 的增加或內(nèi)阻
R。n的增加.
在無源元件中(比如一個歐姆電阻、線困或電容等)，比如電容、
損耗因數(shù)tana或者電氣串聯(lián)電阻ESR是可觀察量；同樣絕緣電阻Ris。 在-40、 +25、 +125和+150攝氏度時或在其它可自由選擇的溫度下也 是可觀察量.錯誤原因同樣可以通過光學(xué)控制或通過對特征曲線漂移的 分析而被識別.
在印刷電路板中可以實施比如絕緣電阻Ris。的電阻測量。分層、 絕緣漆中的裂紋或者玻璃纖維構(gòu)造中的裂紋同樣可以作為可觀察的量 采用光學(xué)方法來識別.
在構(gòu)建連接技術(shù)AVT中(比如在焊接時)為了探測典型的錯誤原 因可以實施電阻測量、剪力測量或x射線檢驗.此外還可以對連接位里 進行打磨，并以這種方式來探測錯誤原因.
可靠性測試必須以現(xiàn)場出現(xiàn)的負荷類型為準則，其中可能出現(xiàn)被動 加熱、主動加熱和脈沖栽荷.下面對這些負荷類型進行解釋，并示例地 指出利用哪種測試流程可以模擬該負荷.被動加熱
這比如由在汽車的行駛運行期間的溫度變化而引起.在一種單室溫 度變化系統(tǒng)中(比如以+5K/min)可以模擬該負荷。 主動加熱
這通過在行駛運行期間比如半導(dǎo)體的平均損耗功率而引起.通過以 0 .1至0 . OOlHz (周期為10至1000秒)以及5至10W的損耗功率
加熱該部件來進行實驗?zāi)M.主動加熱與被動加熱相疊加. 脈沖栽荷
這造成具有1至50Hz (周期為20毫秒至1秒)的溫度變化，是 接通過程中具有短時上升直至幾百瓦的損耗功率的結(jié)果.通過元件的脈 沖運行來進行實驗?zāi)M.這種脈沖運行可能與被動加熱和主動加熱相疊 加.
為了使可靠性證明簡單化和具有更好的可重復(fù)性，在證明期間部件 的運行被限制于周期性的過程和采用固定端點溫度.當然也可以將變化 的溫度與溫度波動相互穿插.為此選擇兩個近似現(xiàn)場的端點溫度Tunt n 和T。ben.在下端點溫度Tunt,n中，在具有高的汽車擁有量的人口稠密 區(qū)域?qū)Χ斓钠骄钚囟冗M行求平均，如此得到-15。C.作為不同 EoL試驗的上端點溫度Toben比如選擇100、 125、 150、 175和200aC。
與很多標準測試方法相反，本試驗在緩慢的溫度變換下進行，因為 緩慢的溫度變換主要由被動加熱引起。如果在低溫下不存在錯誤原因， 那么在下端點溫度Tunt,n上的保持時間被限制成最小.在上述的端點溫 度T。ban上選擇保持時間時原則上必須考慮已知的錯誤機制(比如焊接 的蠕變、擴散的材料轉(zhuǎn)移等).這可能導(dǎo)致不同的錯誤機制也需要不同
的保持時間。比如可以考慮的是，將所述上端點溫度T必en保持15或
60分鐘，
從部件的EoL曲線8中可以獲得以下結(jié)果
-僅僅掌握與現(xiàn)場有關(guān)的機制，
-失效分布，以及
-失效時間點(N 63*).
由對部件的EoL曲線8的分析得到
-激活能的測定，
-科芬-曼森系數(shù)的測定，-對接近現(xiàn)場的測試與標準測試之間的關(guān)聯(lián)的確定，以及 -通過可變的失效條件而進行的產(chǎn)品專有的設(shè)計.
本發(fā)明具有以下的優(yōu)點
-較短的產(chǎn)品開發(fā)時間，
-在開發(fā)產(chǎn)品時避免返工，
-沒有工程過量可以選擇相應(yīng)最有利的部件、技術(shù)和元件， -如果某一產(chǎn)品的部件被構(gòu)造得足夠穩(wěn)定和耐夂，那么還可以針對 較高的技術(shù)應(yīng)用曲線來提供該產(chǎn)品，以及 -僅僅掌握與現(xiàn)場有關(guān)的錯誤機制.
按照現(xiàn)有技術(shù)為某一產(chǎn)品提供可靠性證明可能持續(xù)直至一年，而利 用本發(fā)明在幾個小時之后就能夠作出同樣可靠和有代表性的判斷.此 外，本發(fā)明還能夠建立較好的顧客關(guān)系，因為與部件和產(chǎn)品的壽命和設(shè) 計相關(guān)的中心疑問和問題可以得到比較快速的解答.此外通過壽命終止 測試可以明確地指出產(chǎn)品和部件的技術(shù)極限.可以對測試進行加速，其 中該加速系數(shù)(現(xiàn)場的和實驗室的)可以精確地被確定.同樣還可以實 施壽命評估，其中部件的壽命由壽命終止曲線8直接給出，并且可以借 助產(chǎn)品的EoL曲線11來推測整個產(chǎn)品的壽命.
所獲得的結(jié)果可以在供應(yīng)商或顧客的開發(fā)部門被用于 -對部件和產(chǎn)品的可靠性進行更好的利用和評估；
-對部件和產(chǎn)品進行應(yīng)用專有的設(shè)計；以及 -對將來的開發(fā)的優(yōu)化表征.
此夕卜，可以在危機中以及特殊放行中為確定的產(chǎn)品和部件進行可靠 的風險評估.可以建立該產(chǎn)品的特定的壽命模型，如此為模擬提供更完 善的和更可靠的壽命模型.
在高溫應(yīng)用的范疇內(nèi)對本發(fā)明進行了詳細解釋。但本發(fā)明也可應(yīng)用 于在"標準"溫度、機械負荷、濕度和/或化學(xué)制品負荷下的其它所有 的可靠性證明中.
在圖11中是一種本發(fā)明的裝置，它用參考符號20來表示.在該 裝置20中從一個數(shù)據(jù)庫21中為許多不同的部件提供EoL曲線8.該 數(shù)據(jù)庫21可以直接地或通過一個客戶機-服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)，比如因特網(wǎng)，與 該裝置20連接.該裝置20可以調(diào)用該數(shù)據(jù)庫21中的所期望的EoL 曲線8，并將所期望的EoL曲線8完全或部分下栽.在該裝置20的一個輸入端22上施加了某一部件或某一產(chǎn)品的一 個可給定的栽荷集或栽荷曲線.所施加的栽荷曲線在困2和3的意義上 比如是所述的假定現(xiàn)場負荷AFB1和必要時的一個附加負荷3.在該裝 置20的一個輸出端23上存在一個輸出信號，其中該輸出信號提供關(guān) 于某一部件或整個產(chǎn)品的可靠性和/或壽命的一個判斷.該可靠性證明 僅僅提供"是"或"否"判斷，也即該部件或該產(chǎn)品可以或不可以獲 得該證明，而所述壽命則提供一個關(guān)于該部件或該產(chǎn)品的耐久性的精確 判斷。該壽命比如提供以小時為單位的一個值或一個周期數(shù)，其中當該 部件或該產(chǎn)品被加栽一個給定的負荷時，則在所述值或周期數(shù)之后它可 能失效.
也可考慮的是，不同部件的EoL曲線8由該部件的生產(chǎn)者和供貨 商來紀錄，并與該產(chǎn)品一起，比如作為數(shù)據(jù)頁上的附加信息或作為可通 過因特網(wǎng)調(diào)用的信息提供給顧客。然后顧客可以借助本發(fā)明的裝置20 由所提供的部件來組裝任意的產(chǎn)品，并從這些部件的EoL曲線8中為 這些部件確定一個相應(yīng)的產(chǎn)品的EoL曲線11。借助所提供的或自己測 定的假定現(xiàn)場負荷1 (AFB)以及附加的現(xiàn)場負荷3，采用一個在可靠 性證明中給定的負荷2或者一個事先在可靠性證明中測定的最佳負荷 12，可以驗證該產(chǎn)品是否達到要求。
在該裝置20中設(shè)置有一個存儲器單元2A，其中該存儲器單元比 如構(gòu)造為一個閃存.在該存儲器單元24上存儲有一個計算機程序25， 其中該計算機程序可在該裝置20的一個計算裝置26上執(zhí)行。該計算 裝置26比如構(gòu)造為一個微控制器或構(gòu)造為一個微處理器.為了在該計 算裝置26上執(zhí)行該計算機程序25，該計算機程序通過一個數(shù)據(jù)連接 27以一次一指令的方式或整個被傳輸?shù)皆撚嬎阊b置26.在該計算機程 序25的執(zhí)行的范疇內(nèi)所獲得的數(shù)據(jù)可以在反方向上通過該數(shù)據(jù)連接27 從該計算裝置26傳輸?shù)皆摯鎯ζ鲉卧?4，并在那里被存儲.
當該計算機程序25在該計算裝置26上被執(zhí)行時，它就實施本發(fā) 明的方法.在所示的實施例中，該計算機程序尤其實施以下的方法步 驟
-借助來自該數(shù)據(jù)庫21的EoL曲線8來獲得某一產(chǎn)品的一個EoL 曲線ll，如此使得該EoL曲線ll在不同負荷T、 AT下包含所述部件 的被加栽到該裝置中的EoL曲線8中的那些在相應(yīng)的負荷T、 AT下分別具有最短的失效時間t、 N的EoL曲線B;以及
-將產(chǎn)品的預(yù)期壽命作為該產(chǎn)品的EoL曲線11上的并與在輸入端 22上所給定的產(chǎn)品的負荷1、 3相關(guān)的函數(shù)值來獲得.
此外還可以為該產(chǎn)品提供可靠性證明，其方式是驗證該產(chǎn)品的EoL 曲線11在一個可給定的時長t; N內(nèi)是否位于一個在輸入端22上給定 的負荷2; 12之上，并且如果是，那么該產(chǎn)品就可視為獲得了所述的可 靠性證明.
在計算裝置26上執(zhí)行計算機程序25之前，為了獲得部件Kl至 Kn的EoL曲線8還可以實施以下的方法步驟
-給該產(chǎn)品的部件Kl至Kn加栽一個可給定的負荷T、 AT; -在不同的負荷T、 AT下分別驅(qū)動該部件Kl至Kn直至其失效； -為各部件Kl至Kn存儲對應(yīng)負荷T、厶T的所達到的失效時間t、
N;
-根據(jù)部件Kl至Kn的與負荷相關(guān)的失效時間t、 N，紀錄該部件 Kl至Kn的所屬的壽命終止(EoL)曲線8并將這些曲線存儲在該數(shù)據(jù) 庫21中.
在該EoL曲線8的支撐點之間的上述內(nèi)插以及通過這些支撐點向 外的外插也同樣是可以的.
權(quán)利要求
1. 對至少包括兩個部件(K1、K2、K3、...Kn)的產(chǎn)品的預(yù)期壽命進行預(yù)測的方法，其中所述預(yù)期壽命根據(jù)所述產(chǎn)品的一個可給定的負荷(1、3)來測定，其特征在于以下的方法步驟-給所述產(chǎn)品的部件(K1、K2、K3、...Kn)加載不同的負荷(T、ΔT)；-在所述不同負荷(T、ΔT)下分別將所述部件(K1、K2、K3、...Kn)驅(qū)動直至其失效；-分別為所述各個部件(K1、K2、K3、...Kn)對應(yīng)所述負荷(T、ΔT)存儲所達到的失效時間(t、N)；-根據(jù)一個部件(K1、K2、K3、...Kn)的與負荷相關(guān)的失效時間(t、N)，紀錄所述部件(K1、K2、K3、...Kn)的所屬壽命終止(EoL)曲線(8)；-如此獲得所述產(chǎn)品的一個EoL曲線(11)，使它在不同負荷(T、ΔT)下包含所述部件(K1、K2、K3、...Kn)的EoL曲線(8)中的那些在相應(yīng)的負荷(T、ΔT)下分別具有最短的失效時間(t、N)的EoL曲線；以及-將所述產(chǎn)品的預(yù)期壽命作為所述產(chǎn)品的EoL曲線(11)上的與所述產(chǎn)品的給定負荷(1、3)相關(guān)的函數(shù)值來獲得。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法， 其特征在于，所述方法用于給所述產(chǎn)品提供可靠性證明，并驗證所述產(chǎn)品的EoL 曲線(11)在一個可給定時長(t; N)內(nèi)是否位于一個可給定負荷(2; 5; 12)之上，并且，如果是這種情況，那么就將所述產(chǎn)品視為獲得了 所述可靠性證明。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法， 其特征在于，將所述部件(Kl、 K2、 K3、 . . .Kn)的EoL曲線(8)向較小的 負荷(T、厶T)方向外插(10)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的方法， 其特征在于，對所述部件(Kl、 K2、 K3、 . .Kn)的EoL曲線(8)在特定的 負荷(T、厶T)下的所述失效時間(t、 N)的離散值之間進行內(nèi)插(9)， 其中在所述離散值上所述EoL曲線(8)被紀錄(7).
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的方法， 其特征在于，所述負荷是所述部件(Kl、 K2、 K3、 ..，Kn)的某一絕對運行溫 度(T)和/或在某一時間段內(nèi)某一幅度的溫度波動(AT).
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法， 其特征在于，在每個負荷等級中， 一個部件的給定負荷的時長與該部件的EoL 曲線上的相應(yīng)值之間的距離被確定，并根據(jù)Palmgren-Miner被累 加.
7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法， 其特征在于，在所述產(chǎn)品在某一位于所述產(chǎn)品的可給定現(xiàn)場負荷之上的溫度下 的熱負荷的范疇內(nèi)，在位于所述現(xiàn)場負荷的時長之下的某一時長中實施 一個加速的可靠性證明，其中所述某一溫度和所述某一時長如此來相互 協(xié)調(diào)，使得所迷產(chǎn)品的機械負荷和所述產(chǎn)品的熱機械負荷大致以相同的 因數(shù)被加速。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法， 其特征在于，一個部件的EoL曲線至少包括兩個點，其中這兩個點通過在不同 負荷下所述部件的失效時間來得到.
9. 用于對至少包括兩個部件(Kl、 K2、 K3、 ...Kn)的產(chǎn)品的 預(yù)期壽命進行預(yù)報的裝置(20)，其中所述裝置(20)根據(jù)所述產(chǎn)品 的一個可給定的負荷(1、 3)來確定所述預(yù)期壽命，其特征在于，-用于加栽所述至少兩個部件(Kl、 K2、 K3、 ...Kn)的壽命終 止(EoL)曲線(8)的工具，其中所述EoL曲線(8)在之前按照所測 定的與負荷相關(guān)的所述部件(Kl、 K2、 K3、 ...Kn)的失效時間(t、 N)已經(jīng)被紀錄；-用于如此獲得所述產(chǎn)品的EoL曲線(11)的工具，使得它在不同的負荷(T、 AT)下包含所述部件(Kl、 K2、 K3、 ...Kn)的EoL 曲線(8)中的那些在相應(yīng)的負荷(T、 AT)下分別具有最短的失效時 間(t、 N)的EoL曲線；以及-用于將所述產(chǎn)品的預(yù)期壽命作為所述產(chǎn)品的EoL曲線(11)上 的與所述產(chǎn)品的給定負荷(1、 3)相關(guān)的函數(shù)值來獲得的工具.
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置(20)， 其特征在于，所述部件(Kl、 K2、 K3、 . ，Kn)的至少兩個EoL曲線(8)在 之前已經(jīng)根據(jù)所獲得的所述部件(Kl、 K2、 K3、 .，.Kn)的與負荷相 關(guān)的失效時間(t、 N)被紀錄.
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置(20)， 其特征在于，所述部件(Kl、 K2、 K3、 . . .Kn)的至少兩個EoL曲線(8)已 經(jīng)被一個所述部件(Kl、 K2、 K3、 . . .Kn)的生產(chǎn)者紀錄.
12. 根據(jù)權(quán)利要求9至11之一所述的裝置(20 )， 其特征在于，所述裝置(20)用于給所述產(chǎn)品提供可靠性證明，并具有用于驗 證所述產(chǎn)品的EOL曲線(11)在一個可給定的時長(t; N)內(nèi)是否位 于一個可給定的負荷(2; 5; 12 )之上的工具，并且，如果是，那么 就將所述產(chǎn)品視為已獲得可靠性證明.
13. 計算機程序(25)，其中該計算機程序是可在數(shù)據(jù)處理設(shè)備 (20)的計算裝置(26)上，尤其是在微處理器上，執(zhí)行的，其特征在于，當所述計算機程序(25)在所述計算裝置(26)上執(zhí)行時，所述 計算機程序(25)被編程用于實施根據(jù)權(quán)利要求1至8之一所述的方
全文摘要
本發(fā)明涉及用于對包括至少兩個部件(K1、K2、K3、…Kn)的產(chǎn)品的預(yù)期壽命進行預(yù)測的一種方法和一種裝置(20)。所述預(yù)期壽命根據(jù)該產(chǎn)品的一個假定現(xiàn)場負荷(1、3)而被測定。對所述產(chǎn)品的部件(K1、K2、K3、…Kn)加載不同的負荷(T、ΔT)，并在不同的負荷(T、ΔT)下分別將其驅(qū)動直至失效。借助一個部件(K1、K2、K3、…Kn)的與負荷相關(guān)的失效時間(t、N)，紀錄所述部件(K1、K2、K3、…Kn)的一個壽命終止(EoL)曲線(8)。所述產(chǎn)品的一個EoL曲線(11)如此來獲得，即它在不同的負荷(T、ΔT)下包含所述部件(K1、K2、K3、…Kn)的EoL曲線(8)中的那些在相應(yīng)的負荷(T、ΔT)下分別具有最短的失效時間(t、N)的EoL曲線。將所述產(chǎn)品的預(yù)期壽命作為所述產(chǎn)品的EoL曲線(11)上的與所述產(chǎn)品的給定負荷(1、3)相關(guān)的函數(shù)值來獲得。
文檔編號G06F11/00GK101443735SQ200580043327
公開日2009年5月27日 申請日期2005年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月16日
發(fā)明者A·沙博, C·哈恩, H·埃爾哈德特, I·杜爾德維克, J·布賴巴赫, J·迪爾, K·福伊特蘭德, P·耶克勒, R·明希, R·貝克, T·魯普, U·沃施特拉多夫斯基 申請人:羅伯特·博世有限公司