一種針對(duì)電子單機(jī)熱待機(jī)環(huán)境下的剩余壽命預(yù)測(cè)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種針對(duì)電子單機(jī)熱待機(jī)環(huán)境下的剩余壽命預(yù)測(cè)裝置，涉及可靠性領(lǐng)域，本裝置包括：中央控制器模塊、剩余壽命預(yù)測(cè)模塊、電源模塊、鍵盤輸入模塊、顯示模塊、報(bào)警模塊、傳感器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是可用于各應(yīng)用系統(tǒng)中的電子單機(jī)設(shè)備的剩余壽命，從而進(jìn)行適時(shí)維護(hù)管理以免在使用中產(chǎn)生故障。使用方便、準(zhǔn)確、可靠性高，可高效地預(yù)測(cè)出電子單機(jī)實(shí)時(shí)環(huán)境下的剩余壽命，提高了各領(lǐng)域應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性。
【專利說明】一種針對(duì)電子單機(jī)熱待機(jī)環(huán)境下的剩余壽命預(yù)測(cè)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于可靠性壽命預(yù)測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及一種針對(duì)電子單機(jī)熱待機(jī)環(huán)境下的剩余壽命預(yù)測(cè)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，無論國內(nèi)還是國外，要求電子產(chǎn)品“高可靠”、“長(zhǎng)壽命”的呼聲越來越高，這既是從提聞綜合效益考慮，也是企圖進(jìn)一步擴(kuò)大聞性能電子廣品功能范圍的基礎(chǔ)。電子單機(jī)作為各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域子系統(tǒng)的心臟，提高其可靠性是相當(dāng)迫切的任務(wù)。
[0003]對(duì)于電子產(chǎn)品熱待機(jī)環(huán)境下的剩余壽命是衡量其可靠性的重要指標(biāo)，一般說來，產(chǎn)品的平均壽命愈長(zhǎng)，在短時(shí)間內(nèi)工作的可靠性愈高。產(chǎn)品的可靠性不高將會(huì)給生產(chǎn)帶來很大損失，隨著控制系統(tǒng)的大型化，尤其在復(fù)雜系統(tǒng)領(lǐng)域，一個(gè)系統(tǒng)的元器件越來越多，只要其中一個(gè)元件發(fā)生故障，一般都會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)發(fā)生故障，造成嚴(yán)重?fù)p失，所以產(chǎn)品的可靠性越來越重要。
[0004]有鑒于此，如今迫切需要一種針對(duì)電子產(chǎn)品實(shí)時(shí)在線的剩余壽命預(yù)測(cè)系統(tǒng)裝置，以提高其可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種快捷高效的電子產(chǎn)品熱待機(jī)環(huán)境下的剩余壽命預(yù)測(cè)裝置，用以預(yù)測(cè)系統(tǒng)電子單機(jī)正常工作的實(shí)時(shí)剩余壽命。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種針對(duì)電子單機(jī)熱待機(jī)環(huán)境下的剩余壽命預(yù)測(cè)裝置，包括中央控制器、電源模塊、剩余壽命預(yù)測(cè)模塊、鍵盤、顯示屏、報(bào)警模塊、傳感器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊；
[0007]所述中央控制器是對(duì)整個(gè)裝置進(jìn)行組織和管理，使各模塊按照剩余壽命預(yù)測(cè)的工作流程協(xié)調(diào)運(yùn)行；
[0008]所述電源模塊用于向整個(gè)裝置供電；
[0009]所述鍵盤是信息的輸入接口，用于接收壽命預(yù)測(cè)所需的各種信息和數(shù)據(jù)；
[0010]所述顯示屏用于顯示信息，直觀地為用戶提供電子系統(tǒng)剩余壽命信息；
[0011]所述報(bào)警模塊用于對(duì)被測(cè)設(shè)備當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)給出標(biāo)識(shí)；當(dāng)被測(cè)對(duì)象處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)顯示綠燈，若要發(fā)生故障顯示紅燈報(bào)警；
[0012]所述傳感器包括溫度傳感器和振動(dòng)傳感器，用于監(jiān)測(cè)當(dāng)前環(huán)境的溫度和振動(dòng)應(yīng)力水平；
[0013]所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊用于每隔一段采樣時(shí)間將被測(cè)對(duì)象的各種狀態(tài)采集存儲(chǔ)起來，以便記錄數(shù)據(jù)和進(jìn)行壽命預(yù)測(cè)計(jì)算。
[0014]進(jìn)一步的，所述中央控制器的CPU模塊選用N80-M44MAD-DC型號(hào)的PLC，該模塊具有16路數(shù)字量輸入和16路數(shù)字量輸出，并在此基礎(chǔ)上擴(kuò)展了 8路模擬量輸入輸出/電阻溫度探測(cè)器/熱電偶輸入(E8AD/RTD/THM)模塊，使得設(shè)備增加了 8路模擬量的輸入。[0015]進(jìn)一步的,所述顯示屏采用Samkoon觸摸屏,7寸界面,通過RS485通訊與剩余壽命預(yù)測(cè)裝置中的中央處理器進(jìn)行通信，可以實(shí)時(shí)的與剩余壽命預(yù)測(cè)裝置進(jìn)行信息共享，并根據(jù)用戶程序，來實(shí)時(shí)顯示狀態(tài)。
[0016]進(jìn)一步的，所述溫度傳感器選用ptlOO溫度傳感器來記錄被測(cè)對(duì)象所處環(huán)境的溫度，所述振動(dòng)傳感器選用集成加速振動(dòng)傳感器JX30系列的JX30E-100-M8-00。
[0017]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0018](I)、本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了電子單機(jī)熱待機(jī)環(huán)境下的剩余壽命預(yù)測(cè)，提高了電子單機(jī)運(yùn)行的可靠性。
[0019](2)、本發(fā)明可實(shí)時(shí)高效的預(yù)測(cè)被測(cè)電子單機(jī)實(shí)時(shí)環(huán)境應(yīng)力下的剩余壽命。
[0020](3)、本發(fā)明界面友好，觸摸顯示屏可對(duì)參數(shù)直接輸入，實(shí)時(shí)顯示剩余壽命信息。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明的電子單機(jī)熱待機(jī)環(huán)境下的剩余壽命預(yù)測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)原理圖；
[0022]圖2是實(shí)物結(jié)構(gòu)圖示意圖；
[0023]圖3是本發(fā)明的電子單機(jī)熱待機(jī)環(huán)境下的剩余壽命預(yù)測(cè)算法思路框圖；
[0024]圖4是剩余壽命預(yù)測(cè)流程圖；
[0025]圖5是剩余壽命密度函數(shù)圖示意圖；
[0026]圖6是剩余壽命預(yù)測(cè)裝置的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)畫面示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖的結(jié)構(gòu)圖及流程圖，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0028]圖1是電子單機(jī)熱待機(jī)環(huán)境下的故障預(yù)測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)原理圖。如圖1所示，一種電子單機(jī)熱待機(jī)環(huán)境下的剩余壽命預(yù)測(cè)裝置包括中央控制器、剩余壽命模塊、電源模塊、鍵盤、顯示屏、報(bào)警模塊、溫度傳感器、濕度傳感器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊。鍵盤及顯示屏可以采用觸摸屏，既可以實(shí)現(xiàn)輸入，也可以進(jìn)行顯示。
[0029]圖2是電子單機(jī)熱待機(jī)環(huán)境下的故障預(yù)測(cè)裝置的實(shí)物結(jié)構(gòu)圖示意圖。如圖2所示，剩余壽命預(yù)測(cè)裝置包含控制器模塊、電源模塊、觸摸屏、傳感器、測(cè)試臺(tái)機(jī)箱5個(gè)部分組成。
[0030]含CPU模塊和模擬量輸入擴(kuò)展模塊兩個(gè)部分；CPU模塊和模擬量輸入擴(kuò)展模塊通過擴(kuò)展總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；CPU模塊主要用于數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、通信、存儲(chǔ)等功能；模擬量輸入擴(kuò)展模塊主要用于模擬量輸入信號(hào)的采集，并通過自定義擴(kuò)展總線與CPU模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。
[0031]觸摸顯示屏主界面功能包括了運(yùn)行畫面，設(shè)定畫面，數(shù)據(jù)畫面，故障畫面，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的功能。
[0032]剩余壽命預(yù)測(cè)設(shè)備箱接口有5個(gè):
[0033]接口 I是模擬量信號(hào)的輸入通道；
[0034]接口 2是溫度信號(hào)與振動(dòng)信號(hào)的輸入通道；
[0035]接口 3是剩余壽命預(yù)測(cè)裝置數(shù)字量的輸出通道；
[0036]接口 4是被測(cè)對(duì)象輸出信號(hào)的通道；
[0037]接口 5是電源接口；[0038]而該試驗(yàn)的被測(cè)對(duì)象只需用到三個(gè)接口，電源接口 5，接口 2接收溫度傳感器與集成加速度傳感器的信號(hào)，接口 4接收被測(cè)對(duì)象的輸出信號(hào)。
[0039]設(shè)備箱的四個(gè)按鈕依次表示:電源、運(yùn)行、復(fù)位、停止。
[0040]圖3是剩余壽命預(yù)測(cè)算法思路框圖，圖4是剩余壽命預(yù)測(cè)流程圖，從圖3和圖4可以看出，電子產(chǎn)品熱待機(jī)環(huán)境下的剩余壽命受到以下三個(gè)方面的因素影響:
[0041]一為實(shí)時(shí)使用狀態(tài)(溫度、振動(dòng)和頻率等系統(tǒng)工作狀態(tài))，用于計(jì)算電子產(chǎn)品的壽命損耗。
[0042]二為歷史狀態(tài)信息，用于計(jì)算在電子產(chǎn)品處于熱待機(jī)環(huán)境前的壽命耗損程度。
[0043]三為加速試驗(yàn)獲得的加速模型(依賴于試驗(yàn)環(huán)境和試驗(yàn)方法)，用于計(jì)算全新電子產(chǎn)品的加速模型。
[0044]要預(yù)測(cè)電子產(chǎn)品熱待機(jī)環(huán)境下的剩余壽命，需要有以上三方面的信息來源，每種信息來源都不可或缺，結(jié)合這三種信息就可以計(jì)算預(yù)測(cè)出電子產(chǎn)品熱待機(jī)環(huán)境下的剩余壽命O [0045]下面給出電子單機(jī)剩余壽命預(yù)測(cè)的算法及計(jì)算過程。
[0046]在熱待機(jī)環(huán)境下，電子單機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間后不發(fā)生故障的剩余可靠壽命。通過計(jì)算實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備所處環(huán)境應(yīng)力水平，并合理劃分區(qū)間，通過對(duì)每段區(qū)間的壽命損傷進(jìn)行計(jì)算，將其作為下一個(gè)劃分區(qū)間的歷史信息，在對(duì)下一個(gè)劃分區(qū)間進(jìn)行壽命損傷計(jì)算時(shí)更新其特征壽命與可靠壽命。
[0047]對(duì)當(dāng)前環(huán)境信息的采集，在每個(gè)分段區(qū)間，通過利用溫度傳感器，濕度傳感器，以及信息通訊等監(jiān)測(cè)手段，得到該區(qū)間環(huán)境應(yīng)力水平(T/溫度，S/振動(dòng))。
[0048]例如在O~tl階段，設(shè)環(huán)境應(yīng)力(Tl，SI)，已知基準(zhǔn)環(huán)境應(yīng)力(TO，S0)，根據(jù)設(shè)備加速模型可得到設(shè)備在該區(qū)間內(nèi)的加速因子，進(jìn)而求得在O~tl時(shí)間段折合到基準(zhǔn)環(huán)境下的壽命損傷Atltl，并根據(jù)可靠度要求求得可靠壽命tr，計(jì)算該時(shí)間段的壽命損傷因子T _ Ato
i I —O
K
[0049]圖5是剩余壽命密度函數(shù)圖示意圖，在得到該階段的壽命損傷因子后，將其作為歷史信息使用，累積到初次測(cè)試時(shí)的損傷因子ξ中，對(duì)設(shè)備在tl~t2時(shí)間段的損傷因子進(jìn)行更新，重新計(jì)算特征壽命及可靠壽命。
[0050]也就是說將原設(shè)備的壽命分布密度函數(shù)更新為剩余壽命分布函數(shù)f’(t)，將原點(diǎn)移置tl處，結(jié)合可靠度要求對(duì)剩余壽命做出預(yù)測(cè)。
[0051]根據(jù)可靠性條件概率有剩余壽命分布函數(shù)f’ (t):
fit+ AT)
[。052]勝 T^y
[0053]假設(shè)電子單機(jī)運(yùn)行時(shí)間為At，利用剩余壽命密度分布函數(shù)公式進(jìn)行推導(dǎo)，可得到電子單機(jī)在運(yùn)行時(shí)間At不發(fā)生故障的前提下的剩余壽命Atp為:
[0054]Atp = ^At'"-ηη In P — At
[0055]其中η > O是特征壽命，m > O是形狀參數(shù)，p為可靠度。
[0056]剩余壽命公式推導(dǎo)過程如下:[0057]已知剩余壽命分布函數(shù)
【權(quán)利要求】
1.一種針對(duì)電子單機(jī)熱待機(jī)環(huán)境下的剩余壽命預(yù)測(cè)裝置，其特征在于:包括中央控制器、電源模塊、剩余壽命預(yù)測(cè)模塊、鍵盤、顯示屏、報(bào)警模塊、傳感器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊； 所述中央控制器是對(duì)整個(gè)裝置進(jìn)行組織和管理，使各模塊按照剩余壽命預(yù)測(cè)的工作流程協(xié)調(diào)運(yùn)行； 所述電源模塊用于向整個(gè)裝置供電； 所述鍵盤是信息的輸入接口，用于接收壽命預(yù)測(cè)所需的各種信息和數(shù)據(jù)； 所述顯示屏用于顯示信息，直觀地為用戶提供電子系統(tǒng)剩余壽命信息； 所述報(bào)警模塊用于對(duì)被測(cè)設(shè)備當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)給出標(biāo)識(shí)；當(dāng)被測(cè)對(duì)象處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)顯示綠燈，若要發(fā)生故障顯示紅燈報(bào)警； 所述傳感器包括溫度傳感器和振動(dòng)傳感器，用于監(jiān)測(cè)當(dāng)前環(huán)境的溫度和振動(dòng)應(yīng)力水平; 所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊用于每隔一段采樣時(shí)間將被測(cè)對(duì)象的各種狀態(tài)采集存儲(chǔ)起來，以便記錄數(shù)據(jù)和進(jìn)行壽命預(yù)測(cè)計(jì)算。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種針對(duì)電子單機(jī)熱待機(jī)環(huán)境下的剩余壽命預(yù)測(cè)裝置，其特征在于:所述中央控制器的CPU模塊選用N80-M44MAD-DC型號(hào)的PLC，該模塊具有16路數(shù)字量輸入和16路數(shù)字量輸出，并在此基礎(chǔ)上擴(kuò)展了 8路模擬量輸入輸出/電阻溫度探測(cè)器/熱電偶輸入(E8AD/RTD/THM)模塊，使得設(shè)備增加了 8路模擬量的輸入。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種針對(duì)電子單機(jī)熱待機(jī)環(huán)境下的剩余壽命預(yù)測(cè)裝置，其特征在于:所述顯示屏采用Samkoon觸摸屏，7寸界面，通過RS485通訊與剩余壽命預(yù)測(cè)裝置中的中央處理器進(jìn)行通信，可以實(shí)時(shí)的與剩余壽命預(yù)測(cè)裝置進(jìn)行信息共享，并根據(jù)用戶程序，來實(shí)時(shí)顯示狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種針對(duì)電子單機(jī)熱待機(jī)環(huán)境下的剩余壽命預(yù)測(cè)裝置，其特征在于:所述溫度傳感器選用PtlOO溫度傳感器來記錄被測(cè)對(duì)象所處環(huán)境的溫度，所述振動(dòng)傳感器選用集成加速振動(dòng)傳感器JX30系列的JX30E-100-M8-00。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK104036110SQ201410111595
【公開日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年3月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月24日
【發(fā)明者】張慶振, 黃亞, 程林, 王金朔, 李騰, 陶飛 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)