用于保證技術零件的可靠性的方法

專利名稱：用于保證技術零件的可靠性的方法
技術領域：
本發明涉及用于借助于一測試程序保證技術零件，尤其是內燃發動機和它的零件的可靠性的方法。
背景技術：
車輛擁有者總是期望每一批新的發動機能提供與最大可靠性相結合的較高性能、較低的燃料消耗和較低的排放物。同時，車輛制造商迫切要求較短的研發周期。在應力方面，在研發過程中保證可靠性是極其重要的。
從出版物“Der AVL-Reliability-Engineering-Prozess fur dieMotor-und Antriebsstrangentwicklung”(用于發動機和傳動鏈的研發的AVL可靠性技術工藝過程)、Klous DENKMAYR、VDI-Berichte 1713、2002、27至32頁示出了在一負載陣列(load matrix)中諸單元、零件和模件的損壞。利用諸測試程序(test program)，尤其不同的耐用性測試運行、以顯著不同的方式對不同的發動機子系統加負荷，就能夠測試不同的發動機性能。例如，在熱沖擊測試中對氣缸頭加大負荷，而對曲軸加較小的負荷。為了在測試程序中提出不同負荷和發現可能的弱點，在該出版物中提出了所謂負載陣列(loadmatrix)。該負載陣列指出了該數值，與正常的使用壽命期限的通常的使用相比較，諸子系統的各自的耐久性運行對該數值提供了一載荷。
通常使用B10使用壽命作為用于內燃發動機的可靠性指數，該使用壽命表明了直到一組發動機的總量的10％出現了嚴重故障的運行輸出。根據運行情況，將B10值以運行的公里、英里或小時為單位表示。
另一個重要的可靠性參數是所謂修理頻率，該參數表明了在保證期的每年內零件或模件的故障頻率。
B10使用壽命和修理頻率的可靠性參數對發動機和車輛制造商的擔保和無償服務的成本具有相關的影響。較短的研發周期、較硬的使用輪廓和較長的擔保和適應期提高了確保零件和模件的可靠性的重要性。

發明內容
本發明的目的是產生一測試程序(test program)，該程序允許以可能最簡單、但充分綜合性的方式保證零件和/或模件和整個單元，例如內燃發動機的可靠性。進一步利用該方法開發評價技術零件和/或模件的可靠性，用此技術進行能對未來的成本危機進行最可靠的評價。
按照本發明通過下列步驟實現該目的a)選擇至少一個關鍵零件和至少一個重要的損壞模式(damage mode)；b)為各關鍵零件限定一可靠性目標；c)為各關鍵零件選擇至少一測試工序(tese procedure)；d)為各測試工序規定一測試持續時間和/或測試期限；e)規定與各零件和諸測試工序相關聯的諸加速系數(acceleration factor)；f)用諸加速系數和測試持續時間或測試期限對關鍵零件和相應的測試確定一等效的測試持續時間和/或測試期限；g)在所選擇的測試工序的基礎上為關鍵零件計算能被證實的可靠性。
能通過對至少一第一近似法(approximation)的估價來確定或根據實驗來確定諸加速系數。但是，當按照本發明的一較佳實施例在惡化模式(deteriorationmodel)的基礎上確定加速系數時能夠得到基本上較精確的陳述(在步驟e中)。在例如增加的機械的或熱的負荷的惡化條件下進行的測試中，將在特定的測試持續時間之后發生的損壞與在實際操作中發生損壞的這樣一持續時間比較。從關于關鍵零件和惡化模式的信息準備惡化模式。相反，從已知的惡化模式也能夠確定新的測試。
等效的測試持續時間或測試期限對于評價所選的測試工序的有效性提供了一基準數。因此可以提出以下附加步驟h)將可被證實的可靠性與可靠性目標作比較；i)當可被證實的可靠性偏離可靠性目標和該偏差值大于預定的允差量時修改測試程序。
當可被證實的可靠性處于可靠性目標之下時修改至少一個測試工序。在此允差值也可以是零。
當可被證實的可靠性不充分時或者當也不需要較長的或過度的測試時，修改測試程序將變得必需了。在第一情況下，通過改變測試程序、測試持續時間或加速系數可以提高可被證實的可靠性。在第二情況下，可以縮短測試持續時間或者可以取消測試。
作為一替換或對步驟h至i的附加，為了保證零件的可靠性可以執行以下步驟i)將等效的測試持續時間和/或測試期限與使用壽命目標作比較；k)當可被證實的等效測試持續時間和/或測試期限偏離使用壽命目標和偏離值大于一預定的允差值時修改測試程序。
當等效的測試持續時間和/或測試期限處于使用壽命目標之下時可以修改至少一個測試工序。允差值也可以是零或不等于零。
如果可被證實的等效測試持續時間或測試期限應該是基本上比使用壽命目標較長，那么通過縮短或甚至取消各個測試工序可以減少測試的數量。如果等效的測試持續時間或測試期限沒有達到使用壽命目標，需要使測試更準確。例如可以通過在測試過程中在零件上增加機械的或熱的負荷(從而是加速系數)或通過增加測試持續時間做到這要求。
至少可以重復步驟c到g、h和i和/或j和k，直至可被證實的可靠性至少對應于可靠性目標。
當耐用性運行測試不能確保可靠性目標時，可以交替地執行附加的零件測試或FE測試(有限元測試(finite element test))。
各測試結果有利地表達為用于各零件的負載陣列和/或儲存于數據庫，同時負載陣列的諸單元(cell)是各關鍵零件和損壞模式。
由此，能夠以一充分準確方式評價零件和模件的耐用性和故障危機(failurerisk)，并可以計算未來的的擔保成本。
在保證可靠性之后進行關鍵零件的實際測試。


以下參照附圖更詳細地解釋本發明，在附圖中
圖1示出了按照本發明的方法步驟的方塊圖；圖2示出了帶有關于活塞環磨損詳細情況的表格；以及圖3示出了本發明的一實施例的匯總表格。
具體實施例方式
圖1示出了準備負載陣列的過程。較適當的是為了效率原因將它自身限于一些關鍵零件。在一第一方法步驟a)中，在一所謂FMEA(故障模式和效果分析)的范圍內，通過考慮可比零件的現有的現場數據來選擇這些零件和損壞模式。在接下來的步驟b)中，對于一預定的使用期限(例如擔保期)確定可靠性目標(誤差率)。然后，在步驟c)中，選擇用于各關鍵零件的相應的測試工序，以及，在步驟d)中，規定各測試工序的測試持續時間或測試期限。
在步驟e)中對各零件和諸測試工序規定了諸加速系數和測試重復數。為了確定加速系數準備惡化模式。為了在實際操作和測試中使用，確定在產生某一損壞之前的持續時間。在已知的惡化模式的情況下能夠限定一些新的測試。通過從實際操作和測試中比較損壞之前的持續時間，能夠確定加速系數。
將諸測試(測試臺和車輛)匯編在用于被檢查的零件的負載陣列的所謂明細表中。用加速系數、測試重復數和測試持續時間和/或測試期限(步驟f)對關鍵零件計算等效的測試持續時間和/或測試期限。在步驟g)中、在所選的測試程度的基礎上對關鍵零件確定可被證實的可靠性。
通過將可被證實的可靠性與可靠性目標作比較(步驟h)和/或通過將等效的測試持續時間和使用壽命作比較，可以在測試程序或所選的測試工序的質量方面進行陳述。如果沒有達到可靠性目標或使用壽命目標，那么在步驟i)和k)中修改測試程序或至少一測試工序，直至實現了可靠性目標或測試持續時間和/或測試期限目標。為了該目的，相應地頻繁地重復步驟c)至i)或c)至h)，j)和k)。因此，實際上通過使用統計的可靠性方法(statistical reliability method)可以在步驟1)中應用諸測試工序。
圖2和3示出了作為一客車發動機的一例子的負載陣列。它包括一匯總表(圖3)和多張關鍵零件和相關的損壞模式的明細表。各明細表組合了在一零件上的全部相關信息(見圖2)。
在圖2中作為一例子所示的明細表中，列A包括對于關鍵零件“活塞環”、對于損壞模式“磨耗”的計劃進行的測試。所選擇的示例性諸測試工序是在測試臺上在耐用性運行中的通常的額定功率測試、熱沖擊測試、交變負載測試、在根據測試標準的耐用性運行內的活塞和氣缸頭破壞測試以及公路測試、城市循環、在車輛耐用性運行內的高速測試和客戶測試。列B和C表示了測試持續時間和單位(小時、公里等)。列D示出了涉及一標準載荷分布圖的加速系數。這個加速系數尤其是對于相應的基礎測試(underlying test)、關鍵零件和損壞模式提出的。從測試的運行時間和加速系數計算出等效的公里數(列D，該列是標準的載荷集合(load collective)中的損壞一等效公里數)。列F表示了測試次數和列G是通過考慮重復的等效公里數的總和。該明細表還表示了全部被驅動的等效公里數的總和和等效公里數最大值。如果與多個損壞模式相關，在明細表中、在對D到G的分析中準備更多列部分和進行相應的評價(總和、最大值)。
負載陣列匯總表(圖3)包括來自明細表的所有相關信息的匯總和用于測試程序的評價和優化的評價。列A示出了關鍵零件和相關的損壞模式。該例子示出了圖2的帶有損壞模式“磨耗”的零件“活塞環”和帶有損壞模式“閥間橫向件(valve crosspiece)斷裂”和“密封環磨損”的零件“氣缸頭”以及作為一電元件的一例子的、帶有損壞模式“摩擦腐蝕”的元件“連接器”(電連接器)。在內燃發動機或改進的進一步研制的情況下，進行了在零件等級方面的分級。列B和C示出了改進程度和負載等級。在列B中，“1”表示未變化的零件，“2”表示稍許改進的零件和“3”表示完全新的零件。對載荷等級使用分析評價“1”表示該零件的相同的或較小的載荷，“2”表示稍許加大的載荷和“3”表示顯著較大的載荷或者因為是新的零件所以是在不可比較的情況中。列D示出了改進程度和載荷等級的乘積，作為風險次序號。列E示出了用于被檢查的零件和損壞模式的明細表轉移(carryover)時等效公里數的總和。列F示出了可靠性目標值可靠性目標0.99990例如意味著100,000個中的十個零件具有嚴重的疵點。
一中央點是在最高速度運行時間的風險的標志。在負載陣列的匯總表中在列G內計算出該中央點，在最高達這一點時的運行輸出前以一最大值進行測試。從明細表(圖2)的列E的最大等效公里數獲得這些值。如果對于一關鍵零件和一損壞模式的該值遠離使用壽命目標，從而指出風險在某些情況下在測試工序中不可能認識到僅在高運行輸出時發生的問題。例如對于250,000公里的使用壽命目標，從諸測試工序確定的160,000等效公里對于帶有損壞模式“密封環磨損”的零件“氣缸頭”是太低了，這樣，不可能用所選的測試工序保證實際會實現使用壽命目標。在這情況下，該測試工序的持續時間的增加或為了加大加速系數對測試工序程序的修改能夠提供對測試的信息值(informativevalue)的改進。
列H示出了用本發明的測試程序和在理想情況下預定的信任等級能夠證實的可靠性，這意味著在測試過程中沒有發生損壞。在該例子中以一近似方式采用一不變的故障率。可證實的可靠性的計算是基于從文獻中已知的下列計算式1-C＝R測試n(1)式中n是測試次數，1-C是信用等級(例如，0.9就是90％)以及R測試是待證實的可靠性(例如0.9999)。在此，假定在所檢查的零件上進行測試的過程中在同一零件上將沒有任何損壞。
下列公式應用于在零件上發生一個或若干個損壞的情況中 式中的f為最大的“允許的”故障的數值。
負載陣列的匯總表還代表一理想的基本結構以便以一閉合方式建立可靠性評價。在列I中，從運行測試程序計算當前誤差率，同時用零件一特定的(component-specific)加速系數使運行時間被加權。
在負載陣列的基礎上，通過考慮每個事件所假定的平均維修成本能夠評價擔保費用。
在負載模型的基礎上的整個測試程序的最終評價是集中適用的。下列的優化步驟是可行的調節各測試期限(縮短或延長)、通過附加測試或調整重復次數來進行修改、修改現有的諸測試工序。
本申請提出的權利要求是限定的提議，對于實現進一步達到的專利保護沒有偏見。本申請人保留提出對至此僅在說明書和/或附圖中所揭示的其它特征的要求的權利。
如在從屬權利要求中所使用的參照的背景技術通過相應的從屬權利要求的特征涉及主權利要求的主題的進一步方案。它們將被理解為并不放棄實現對于從屬權利要求引用的特征的獨立的一般性保護。
諸所述從屬權利要求的主題也形成了獨立的發明，這些發明的格局獨立于其先前的諸從屬權利要求的主題。
本發明不局限于所述的實施例。在本發明的范圍可以有許多變化和修改，尤其是例如通過如在總的說明和實施例和權利要求中所述的和在附圖中所包含的各個特征或元件或方法步驟的組合或修改是有創造性的這些變化型式、元件和組合和/或材料，以及，這些變化型式、元件和組合和/或材料通過組合的特征導出一新的主題或新的方法步驟或新的步驟的順序，只要它們還涉及生產、測試和工作方法的情況即可。
權利要求
1.一種用于用一測試程序確保諸技術零件，尤其是內燃發動機和它的零件的可靠性的方法，該方法包括下列步驟a)選擇至少一關鍵零件和至少一關鍵損壞模式；b)對于各關鍵零件限定一可靠性目標；c)對于各關鍵零件選擇至少一測試工序；d)對于各測試工序規定一測試持續時間和/或測試期限；e)規定與各零件和各測試工序相關聯的諸加速系數；f)借助于加速系數和測試持續時間或測試期限對于關鍵零件和相應的測試確定一等效的測試持續時間和/或測試期限；g)在所選的測試工序的基礎上對于關鍵零件計算可證實的可靠性。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，對于諸關鍵零件和諸損壞模式準備諸損壞模式，以及，在諸損壞模式的基礎上準備諸加速系數。
3.尤其如權利要求2所述的方法，其特征在于，諸損壞模式的準備包含將在實際使用中發生一損壞之前的持續時間與在測試中發生相同損壞之前的持續時間作比較的步驟。
4.尤其如權利要求1至3的任一項的方法，其特征在于，該方法還包括下列步驟h)將可證實的可靠性與可靠性目標作比較；i)在可證實的可靠性偏離可靠性目標和該偏離值大于一預定的允差量時修改測試程序。
5.尤其如權利要求4所述的方法，其特征在于，在可證實的可靠性處于可靠性目標之下時修改至少一個測試工序。
6.尤其如權利要求4或5所述的方法，其特征在于，重復步驟c)到i)，直到可證實的可靠性至少對應于可靠性目標。
7.尤其如權利要求1至6的一項的方法，其中的一使用壽命目標是為關鍵零件預先限定的，其特征在于，該方法還包括下列步驟j)將等效的測試持續時間和/或測試期限與使用壽命目標作比較；k)當可證實的等效測試持續時間和/或測試期限偏離使用壽命目標和該偏離值大于一預定的允差量時修改測試程序。
8.尤其如權利要求7所述的方法，其特征在于，當等效的測試持續時間和/或測試期限處于使用壽命目標之下時修改至少一個測試工序。
9.尤其如權利要求7或8所述的方法，其特征在于，重復至少步驟c)至g)、j)和k)，直至等效的測試持續時間和/或測試期限至少對應于使用壽命目標。
10.尤其如權利要求1至9的一項所述的方法，其特征在于，將各個測試的結果表示為用于各個零件的一負載陣列或儲存于一數據庫。
全文摘要
本發明涉及一種用于用一測試工序確保技術零件，尤其是內燃發動機和它的零件的可靠性的方法。
文檔編號G01M15/00GK1867817SQ200480029615
公開日2006年11月22日 申請日期2004年9月30日 優先權日2003年10月9日
發明者K·丹克梅爾 申請人:Avl里斯脫有限公司