專利名稱：基于成本優(yōu)化模型的系統(tǒng)壽命延長的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于成本優(yōu)化模型的方法和設(shè)備，用于延長具有多個部件的系統(tǒng)的壽命O背景技術(shù)
系統(tǒng)形成整合整體的一組相互作用或相互依賴的部件。構(gòu)成系統(tǒng)的各種部件的性能隨時間以不同速率下降。因為每一個部件的角色和成本非常不同，給定部件性能隨時間的下降相對于用在同一系統(tǒng)中的其他部件對系統(tǒng)的功能狀態(tài)有獨特的影響。因此，精確地識別系統(tǒng)中要修理或更換的成本最佳部件(一個或多個)是有難度的。發(fā)明內(nèi)容
本文公開的老化模型和系統(tǒng)功能模型用于確定系統(tǒng)的應(yīng)該被修理或更換的具體部件(一個或多個)以提供成本優(yōu)化的系統(tǒng)工作壽命延長。成本優(yōu)化可以考慮用戶的期望系統(tǒng)壽命，例如用戶還想期望擁有和操作具體車輛或其他系統(tǒng)多久。以這種方式，本方法可避免以更高的總成本向期望多擁有和操作該系統(tǒng)僅一年的用戶推薦提供五年運行壽命的修理方案。
系統(tǒng)的功能狀態(tài)(SOF)取決于構(gòu)成該具體系統(tǒng)的每一個部件的健康狀態(tài)(S0 H)。 每一個部件的SOH影響是協(xié)作的，即甚至在部件的SOH保持在零以上時系統(tǒng)的SOF也是零。 因此，SOF可以基于所有可能的修理情況針對系統(tǒng)估計或預(yù)測，即構(gòu)件可能的每一個修理情況修理/更換部件中的一些、所有或不修理/更換。如上所述，這種分析也可以考慮用戶的期望系統(tǒng)壽命，例如車輛服務(wù)的期望終點。
具體說，本方法包括針對用在系統(tǒng)中的每一個部件記錄當(dāng)前和新的/校準(zhǔn)基線性能標(biāo)簽，隨后通過老化模型處理當(dāng)前和校準(zhǔn)基線性能標(biāo)簽以確定用于每一個部件的未來性能標(biāo)簽。方法包括通過系統(tǒng)功能模型處理用于當(dāng)前和校準(zhǔn)基線部件的未來性能標(biāo)簽，以確定用于每一個可能的修理情況的系統(tǒng)S0F，2n-l個修理情況可用于η個部件的系統(tǒng)。方法進(jìn)一步包括計算η種情況的成本最佳的修理情況，且記錄該情況在例如與部件和/或數(shù)據(jù)記錄器通信的數(shù)據(jù)記錄器或主機(jī)的存儲器中。成本最佳的修理的確定可包括確定用戶期望的系統(tǒng)壽命終點，成本優(yōu)化的推薦也考慮到期望壽命終點。
設(shè)備至少包括第一和第二部件以及與第一和第二部件通信的主機(jī)。主機(jī)包括老化模型和系統(tǒng)功能模型，例如編程在實體的非瞬時的存儲器。主機(jī)配置為用于接收用于每一個第一和第二部件的當(dāng)前和校準(zhǔn)基線性能標(biāo)簽，和通過老化模型處理當(dāng)前和校準(zhǔn)基線性能標(biāo)簽以確定用于每一個第一和第二部件的未來性能標(biāo)簽。
主機(jī)還通過系統(tǒng)功能模型處理未來性能標(biāo)簽以確定用于每一個可能的修理情況的系統(tǒng)S0F，其中每一個可能的修理情況描述了第一和第二部件的可能修理組合，且從可能的修理情況中計算成本最佳的修理情況。如上所述，成本最佳的修理情況可以考慮用戶對系統(tǒng)的期望服務(wù)壽命終點。成本最佳的修理情況可以記錄在存儲器用于隨后獲取，例如通過執(zhí)行修理情況的維護(hù)人員獲取。
在下文結(jié)合附圖進(jìn)行的對實施本發(fā)明的較佳模式做出的詳盡描述中能容易地理解上述的本發(fā)明的特征和優(yōu)點以及其他的特征和優(yōu)點。


圖1
圖2
圖3修理/更換。
圖4
圖5
圖6確定哪些部件需要修理/更換C是具有一對部件的示例性系統(tǒng)的示意圖。是可用在圖1所示的老化模型的示例性時間曲線圖?！な秋@示基于模型的方法的各種部分的流程圖，其用于確定系統(tǒng)的哪些部件要是描述示例性修理情況的表格。是用于不同示例性修理情況的各種預(yù)測系統(tǒng)功能的另一流程圖。是基于模型的方法的流程圖，其用于在例如圖1的示例性系統(tǒng)這樣的系統(tǒng)中具體實施方式
參見附圖，其中相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件，示例性系統(tǒng)10顯示為具有一對部件，即與主機(jī)20通信的第一部件12和第二部件14。出于簡單的目的，僅兩個部件用在下列的例子中，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解任意多個(η)部件可被使用而不脫離本發(fā)明的范圍。
在具體的非限制性的實施例中，圖1的系統(tǒng)10可以配置為是車輛發(fā)動系統(tǒng) (cranking system)。在這樣的實施例中，第一部件12可以是啟動器電動機(jī)而第二部件14 可以是電池。發(fā)動功能基于電池、啟動器電動機(jī)、或這兩個部件的逐漸劣化而隨時間劣化。 為了在該例子中恢復(fù)一些喪失的發(fā)動功能或在任何其他系統(tǒng)中恢復(fù)喪失的系統(tǒng)功能狀態(tài) (S0F)，部件12和14中的一個或兩者可被修理或更換。目前的方法考慮針對2n-l中可能的修理/更換情況考慮修理成本對壽命延長，出于簡單的目的以下稱為修理情況。系統(tǒng)10 由于每一個修理情況造成的最終SOF隨后被預(yù)測以由此確定哪些部件(一個或多個)應(yīng)該被修理/更換。
在系統(tǒng)10中，可選的數(shù)據(jù)記錄器15可以用于在實體的/非瞬時存儲器18中記錄相應(yīng)部件12和14的當(dāng)前性能標(biāo)簽(performance signature)(箭頭11,110)。經(jīng)由數(shù)據(jù)記錄器15的記錄取決于實施例可以是連續(xù)的或周期性的。記錄的值可以包括動力消耗、速度、故障數(shù)據(jù)或充分地描述該具體部件的當(dāng)前或現(xiàn)在的性能的任何其他信息。在其他實施例中，數(shù)據(jù)記錄器15可以省略且用于相應(yīng)部件12和14的當(dāng)前性能標(biāo)簽(箭頭11，110)可以傳遞或流動到主機(jī)20。
主機(jī)20可以遠(yuǎn)離系統(tǒng)10且與之以無線通信，或與系統(tǒng)10定位在一起，例如在系統(tǒng)10配置為是車輛系統(tǒng)時在與系統(tǒng)10在同一車輛上的車輛控制器。在例如經(jīng)由傳感器25 (見圖3)從第一和第二部件12和14獲取當(dāng)前性能標(biāo)簽時主機(jī)20接收當(dāng)前性能標(biāo)簽(箭頭 11，110)。主機(jī)20可以從新的或經(jīng)過驗證的/修理部件測量和記錄校準(zhǔn)的新的/修理的標(biāo)簽，用于以后使用。這些校準(zhǔn)信號的使用將參考圖5在下文詳細(xì)描述。
主機(jī)20可以包括微處理器或中央處理單元(CPU)、存儲器這樣的通用元件，包括但不限于實體的/非瞬時的存儲器(在其上記錄實施圖5的本方法100中的指令、只讀存儲器(ROM)、隨機(jī)訪問存儲器(RAM)、電可編程只讀存儲器(EEPROM),高速時鐘、模擬-數(shù)字 (A/D)和數(shù)字-模擬(D/A)電路和任何所需的輸入/輸出(I/O)電路和裝置以及信號調(diào)制和緩沖電路。
主機(jī)20包括用于第一部件12的老化模型22和用于第二部件14的老化模型24， 其可以在實體的/非瞬時的存儲器中記錄為曲線、公式、查找表。在更多部件被使用的情況下，將給出額外的老化模型。如在本文使用的，術(shù)語“老化模型”是指其預(yù)測部件劣化或惡化的任何裝置。主機(jī)20還包括與老化模型22和24通信的系統(tǒng)功能模型26。系統(tǒng)功能模型26可因此處理通過老化模型22和24產(chǎn)生的信息，以及直接地處理用于每一個部件12 和14的當(dāng)前性能標(biāo)簽(箭頭11)。
參見圖2，示例性子模型50可以用作圖1的老化模型22的一部分。跡線52代表現(xiàn)有部件(在該例子中為電池)的性能，且跡線54代表新的電池的性能。垂直軸線(R)代表電池電阻。水平軸線代表時間(t)，例如月。相似的子模型可以用于給定部件的其他部件或其他參數(shù)，例如具有在垂直軸線上繪制的電阻或反電磁力(EMF)的啟動器電動機(jī)。通過測量所需參數(shù)，和通過得知相似的車輛中同一部件隨時間的過去的性能，跡線52的軌跡可被預(yù)測且由此建模。
參見圖3，圖1的監(jiān)視系統(tǒng)10和主機(jī)20之間的信息流以圖塊模式示出。使用標(biāo)簽獲取邏輯的傳感器25可以用于獲取分別用于第一和第二部件12和14的當(dāng)前性能標(biāo)簽(箭頭11，110)。當(dāng)前性能標(biāo)簽(箭頭11，110)最終例如經(jīng)由遠(yuǎn)程信息處理單元、經(jīng)由施加到圖1的數(shù)據(jù)記錄器15的維護(hù)探針、閃存裝置或以其他方式而傳遞到主機(jī)20。
一旦通過主機(jī)20接收，當(dāng)前性能標(biāo)簽(箭頭11，110)通過老化模型22、24處理。 這種老化模型22、24可以包括描述基本上相似部件12、14的過去性能的歷史維護(hù)或統(tǒng)計數(shù)據(jù)，例如用在參考測試、確認(rèn)或先前部署的系統(tǒng)的部件的相同模型。這種數(shù)據(jù)可以是查找表、性能曲線、公式的形式或任何其他合適數(shù)據(jù)形式。
系統(tǒng)功能模型26處理用于相應(yīng)部件12、14的當(dāng)前性能標(biāo)簽(箭頭11、110)和未來性能標(biāo)簽(箭頭13，130)，以由此產(chǎn)生相應(yīng)的當(dāng)前系統(tǒng)功能狀態(tài)(SOF)(箭頭33)和未來SOF (箭頭133)。從這些值，主機(jī)20可識別要修理/更換的部件12和/或14，以便產(chǎn)生與有用操作壽命的延長有關(guān)的最成本高效的結(jié)果。
在示例性曲軸系統(tǒng)中，最大電動機(jī)扭矩可以被表示為
權(quán)利要求
1.一種方法，包括記錄用于系統(tǒng)中第一和第二部件的當(dāng)前性能標(biāo)簽；記錄用于第一和第二部件的校準(zhǔn)基線性能標(biāo)簽；通過老化模型處理當(dāng)前和校準(zhǔn)基線性能標(biāo)簽以確定用于每一個部件的未來性能標(biāo)簽； 通過系統(tǒng)功能模型處理用于部件的未來性能標(biāo)簽以確定用于每一個可能的修理情況的系統(tǒng)功能狀態(tài)(SOF)，其中每一個可能的修理情況描述了第一和第二部件的可能的修理組合；從可能的修理情況計算成本最佳的修理情況；和在存儲器中記錄成本最佳的修理情況。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括記錄用于系統(tǒng)的期望系統(tǒng)壽命，其中從可能的修理情況計算成本最佳的修理情況包括計算在期望系統(tǒng)壽命中成本最佳的的一種修理。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括經(jīng)由數(shù)據(jù)記錄器記錄當(dāng)前和校準(zhǔn)基線性能標(biāo)簽；和經(jīng)由與數(shù)據(jù)記錄器遠(yuǎn)程通信的主機(jī)處理當(dāng)前和校準(zhǔn)基線性能標(biāo)簽。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中通過老化模型處理當(dāng)前和校準(zhǔn)基線性能標(biāo)簽包括把當(dāng)前和校準(zhǔn)基線性能標(biāo)簽與對于基本上相似部件的過去性能值的記錄跡線進(jìn)行比較
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中系統(tǒng)是車輛，第一部件是啟動器電動機(jī)，第二部件是電池，且SOF是啟動器系統(tǒng)的發(fā)動功能，啟動器系統(tǒng)包括啟動器電動機(jī)和電池。
6.一種設(shè)備，包括第一部件；第二部件；和主機(jī)，其與第一和第二部件通信，且具有老化模型和系統(tǒng)功能模型，其中主機(jī)配置為用于接收用于每一個第一和第二部件的當(dāng)前和校準(zhǔn)基線性能標(biāo)簽；處理老化模型的當(dāng)前和校準(zhǔn)基線性能標(biāo)簽以確定用于每一個第一和第二部件的未來性能標(biāo)簽；通過系統(tǒng)功能模型處理未來性能標(biāo)簽以確定用于每一個可能修理情況的系統(tǒng)功能狀態(tài)(S0F)，其中每一個可能的修理情況描述了第一和第二部件的可能的修理組合；從可能的修理情況計算成本最佳的修理情況；和在存儲器中記錄成本最佳的修理情況。
7.如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括數(shù)據(jù)記錄器，其與主機(jī)通信，其中數(shù)據(jù)記錄器配置為用于記錄用于每一個第一和第二部件的當(dāng)前性能標(biāo)簽；和記錄用于第一和第二部件的校準(zhǔn)基線性能標(biāo)簽。
8.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中系統(tǒng)是車輛系統(tǒng)，數(shù)據(jù)記錄器定位在車輛上，且主機(jī)相對于車輛遠(yuǎn)程地定位。
9.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中系統(tǒng)是車輛發(fā)動系統(tǒng)，第一部件是啟動器電動機(jī)，第二部件是電池。
10.如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中主機(jī)配置為用于部分地通過將當(dāng)前和校準(zhǔn)基線性能標(biāo)簽與用于基本上相似部件的過去性能值的記錄跡線比較以通過老化模型 來處理當(dāng)前和校準(zhǔn)基線性能標(biāo)簽。
全文摘要
本發(fā)明涉及基于成本優(yōu)化模型的系統(tǒng)壽命延長。一種方法，記錄用于系統(tǒng)中第一和第二部件的當(dāng)前性能標(biāo)簽，記錄用于部件的校準(zhǔn)基線性能標(biāo)簽，和通過老化模型處理性能標(biāo)簽以確定用于每一個部件的未來性能標(biāo)簽。通過系統(tǒng)功能模型處理未來性能標(biāo)簽以確定用于每一個可能的修理情況的系統(tǒng)功能狀態(tài)。成本最佳的修理情況隨后從可能的修理情況確定，且記錄在存儲器中。一種設(shè)備，包括系統(tǒng)的第一和第二部件和主機(jī)，主機(jī)配置為用于通過老化和系統(tǒng)功能模型處理當(dāng)前和基線性能標(biāo)簽，如上所述。成本最佳的修理情況從可能的修理情況確定，且隨后記錄在存儲器中。示例性系統(tǒng)可以是具有啟動器電動機(jī)和電池的發(fā)動系統(tǒng)。
文檔編號G06F19/00GK103020420SQ20121035698
公開日2013年4月3日 申請日期2012年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月21日
發(fā)明者K-K.欣, M.A.薩曼 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作有限責(zé)任公司